《水污染控制工程》PPT课件.ppt

水污染控制工程 安徽建筑工业学院 唐玉朝 2010年4月1日 Water Pollution Control Engineering 第三节 生物转盘 生物转盘 3.1 生物转盘净化机理 盘片交替与污水和空气相接触,在盘片上产生一层滋生着大量 微生物的生物膜,当生物膜与反应槽内污水接触时,污水中有 机物被生物膜所吸附降解,当生物膜与空气接触时,一方面继 续降解生物膜表面吸附水层中的有机物,一方面吸附水层吸 收空气中的氧使之成为溶解氧而进入生物膜中,同时也使槽 内的DO达到一定浓度,而老化了的生物膜在剪切力和重力作 用下而脱落,然后进入二沉池。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n生物转盘示意图: Water Pollution Control Engineering 生物转盘 3.2 生物转盘构造 盘片,废水反应槽,转动轴与驱动装置,覆盖装置。 1. 盘片：圆形,质量轻坚硬,耐腐蚀和不变形等,盘片间距合适. 材质：要求轻质高强,耐腐不变形,取材加工方便,一般采用聚氯 乙烯或聚脂玻璃钢制作, =37mm.（ =1015） 形状大小：圆形、正多角形, 为波纹状盘片, 此时表面积可提高 一倍, 直径：23.6m，最大5.0m 盘片间距：一般为30mm, 多级转盘前级数为2535mm，后级 数1020mm. Water Pollution Control Engineering 生物转盘 2接触反应槽: 半圆形, 盘片直径40%左右浸没于污水 中, 盘片边缘与槽内面间距150mm, 进出水采用锯齿形溢流 堰, 槽底设放空管, 对于多级生物转盘在级与级之间设导流 槽。 3转轴与驱动装置: 1）转轴：实心钢轴或无缝钢管, 长L=0.57.0m, 太长则易 扰曲变形, 发生折断或扭断, 直径d=5080mm。 2）驱动装置：电机减速器转动链条轴, 转速 0.83.0r/min, 线速度1020m/min, 不能过高或过低。 4. 覆盖装置: 为防止风吹雨打,日晒,保持温度。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 33 生物转盘技术的特点 n生物转盘一般特点：污泥不回流,污泥沉淀性能好,操作稳定等； 既可以处理高浓度也可以处理低浓度废水,动力消耗通常低,适当 的设计还具有硝化反硝化的功能, 堵塞基本可以避免, 生物污泥 浓度高,尤其是初始几级；容易设计成多级,出水水质好；充氧效 率能够保证。占地面积大,最好有覆盖装置和保温措施,盘片安装 麻烦,需要驱动装置,材料消耗大,有时挂膜困难。 1）微生物浓度高，达4060g/l，F/M=0.050.1，处理效率高。 2）生物相分级：第一级异养菌；第二级原、后生动物；第三四 级丝状性藻类。 3）污泥龄长，具有硝化、反硝化功能。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 4）能处理高浓度有机废水，也可以处理低浓度, 耐冲击负荷, 进水浓度10000mg/l10mg/l，处理效果好。 5）食物链长，污泥量少，为活性污泥法的 1/2左右，约 0.25Kg /KgBOD5。 6）能耗小,不需曝气与污泥回流,0.7 Kwh/Kg BOD5。 7）不堵塞。不会发生二次污染现象。 8）占地面积大，设备安装维护麻烦。无覆盖措施膜容易脱 落。 9）有气味，环境卫生较差。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n3.4 生物转盘的工艺流程 以去除BOD为主要目的的工艺流程 废水 出水 以深度处理（去除BOD、硝化、除磷、脱氮）为目的 的工艺流程 废水 沉砂池沉淀池生物转盘沉淀池 沉淀池生物转盘 絮凝剂 生物转盘沉淀池 生物转盘生物转盘沉淀池出水 甲醇 Water Pollution Control Engineering 出水 废水 生物转盘 n生物转盘与其它工艺的组合流程(污泥未注) 废水生物转盘沉淀池出水 废水 出水 沉淀池 沉淀池生物转盘沉淀池 生物转盘曝气池 回流 废水 出水 沉淀池 沉淀池 生物转盘曝气池 回流 废水 出水 沉淀池沉淀池生物转盘曝气池 回流 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 生物转盘新工艺 空气驱动生物转盘:盘片上设置集气罩, 在接触反应槽的一侧有曝 气管, 部分气体收集在集气罩内, 促进转盘的转动, 节省能耗, 提 高供氧的能力, 盘片上微生物活性更高. 与沉淀池合建的生物转盘: 平流沉淀池上层为生物转盘,下层沉淀, 可以提高出水水质. 沉淀池 的沉淀效果取决于面积,而不是深度. 与曝气池合建的生物转盘: 曝气池表面层设置生物转盘提高处理 能力, 提高出水水质. Water Pollution Control Engineering 生物转盘 35 生物转盘的设计计算 1.计算方法 n通过试验确定需要的设计参数,有机负荷率,水力负荷率, 停留时间等. n取经验数据,如图13-26或设计手册有. 如按图取数据,低 于13应该进行温度校正. n注意水力负荷或有机负荷均以盘片面积计算。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 2.计算公式 n容积面积比(G值)：氧化槽的实际容积/转盘全部面积，G值 对于城市污水59L/m2盘片合适，太大或太小都降低效果， 太小接触时间少。 n需要盘片总面积A： A = ；或 , A = Q 设计污水量, S0 进水BOD浓度, LA BOD面积负荷率, Nq 水 力负荷率 注意:生物转盘设计按照盘片面积,而不是接触槽的面积! Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n需要盘片数m： m = 0.637 A/D2 (无量纲,注意盘片两面都是有效的!) A盘片总面积, D 盘片直径 n废水反应槽有效长度L： L= m(a+b) K (m) m 盘片数, a 盘片净间距(前级数为2535mm，后级数 1020mm.), b 盘片厚度, K 系数,可以取1.2 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n有效容积V（包括盘片占的容积）： V = (0.2940.335)(D+2)2L (m3) 0.294-0.335系数(该系数大小与转轴和水面的距离有关), D 盘片直径,盘片边缘与反应槽的间距，20-40mm, L 反应 槽有效长度 n实际工作的有效容积V1（能够储存污水的体积）： V1=(0.2940.335)(D+2)2 (L-mb) (m3) Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n转速公式: n (0.9V1/Q1) (rpm) n单位 rpm, D盘片直径m,V1Q1每个氧化槽的净有效容积和 流量。转盘转速23r/min，边缘线速度20 m/min适宜。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n例题. 设计污水流量Q为6000m3/d，原污水的BOD5为 260mg/L，出水的BOD5要求为30mg/L，拟用生物转盘技 术处理。若BOD面积负荷率LA为15g BOD5/m2d，盘片为 圆形平板，直径D 为3.34m，盘片净间距a为30mm，盘片 厚度b为10mm，中心轴与水面距离r为200mm，盘片边缘 与反应槽的间距为30mm，设计生物转盘的盘片数、盘 片面积、反应槽长度、净有效容积。 Water Pollution Control Engineering 生物转盘 n答:盘片面积A= 104000 (m2) 盘片数m:0.637A/D2=0.637104000/11.16= 5936 片 L= m(a+b) K = 5936(0.03+0.01) 1.2 = 285 (m) 因为r/D =0.2/3.34 =0.06 ,V1=0.335(D+2)2(L-mb)=0.335 3.42 (285 - 5936 0.01) = 0.335 11.56 225.6 = 874 (m3) n6.37/3.34(0.9-0.145)1.44 rpm 计算边缘线速度为 15.1 m/min ,合格 Water Pollution Control Engineering 第四节 生物接触氧化 生物接触氧化 4 生物接触氧化 4.1 基本原理 n生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生 物膜法处理工艺, 也称为“淹没式生物滤池”。 池内设置填料, 废水淹没填料, 微生物在填料上附着生长, 形成生物膜层,池 底部曝气, 提供微生物需要的氧。 n废水在池内循环流动,需要曝气, 主体还是生物膜技术，但是 存在大量悬浮污泥。 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 n生物接触氧化特点： 介于活性污泥与生物膜之间，但具有生物膜的技术优点。 填料表面积大,微生物量大；强化曝气供氧足,传质效果好； 生物固体浓度高（1020g/l）, 具有较高的容积负荷（可达 3.06.0kgBOD5/m3d）；能含量低，即F/M比值低(有机质/ 微生物量)，污泥少,出水水质较好； 不需要污泥回流,无污泥膨胀问题, 运行管理简单, 堵塞问题 存在(与填料有关)； 对水量水质的波动有较强的适应能力,污泥产量略低于活性 污泥法。 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 4.2 生物接触氧化池结构 n池体: 反应区 n填料: 附着生长生物膜。不同形状填料对微生物量、氧 传递、是否堵塞结块、微生物活性、运行与维护等都有影 响。 n布水和曝气装置: 均匀配水, 供氧 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 接 触 氧 化 池 外 观 效 果 图 Water Pollution Control Engineering 4.2.1 接触氧化池结构: 软 性 填 料 的 框 架 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 软 性 填 料 的 框 架 生物接触氧化 根据曝气装置与填料位置: n分流：污水在单独隔间充氧(或反应池的曝气区), 充氧后 缓慢流过另一隔间与填料接触, 有利于微生物生长繁殖和 挂膜，生物膜厚度大，但容易堵塞，生物膜更新慢，适宜 处理浓度较低污水。 n直流：直接在填料底部曝气，生物膜更新快，不易堵塞， 生物膜活性高，可以处理高浓度废水。 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 分流: 生物接触氧化 直流: Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 4.2.2 填料: n要求:比表面积大, 空隙率大, 水力阻力小, 强度大,能承受 生物膜重力, 经久耐用耐腐蚀,化学性质稳定,不被微生物分 解, 价格低等. n玻璃钢,塑料,纤维(尼龙, 晴纶等) Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 生物接触氧化填料： n蜂窝状-玻璃钢或塑料,比表面积大,空隙率高,管壁光滑, 质轻而强度大;选定的负荷与空隙率相符,否则可能堵塞; n 波纹板状-平板和波纹板粘接而成,孔径大,不堵塞,容易 安装,现场粘接； n软性填料-面积大,质量轻,强度高,物化性能稳定,运输组 装方便,容易结块。 n还有球状悬浮型填料,弹性立体填料,不规则粒状填料,块 状填料等 Water Pollution Control Engineering 软 性 填 料 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 蜂 窝 状 填 料 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 弹 性 立 体 填 料 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 球 状 填 料 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 生物接触氧化 4.3 生物接触氧化工艺 生物接触氧化处理技术的工艺流程一般分为：一段处理 流程、二段处理流程和多段处理流程,污泥不回流。 (1).一段流程: Water Pollution Control Engineering 废水沉淀池出水接触氧化池沉淀池 污泥 生物接触氧化 (2).二段流程: Water Pollution Control Engineering 废水初沉池 出水 1接触氧化池中沉池 污泥 2接触氧化池二沉池 (3).多段流程 生物接触氧化 4.4 生物接触氧化计算 l填料体积：V = l氧化池总面积：A = V/h0 h0为填料层高度, l氧化池座数：n = A/A1 单池面积，25m2，为了布水布气均匀考虑，大小合适。 Water Pollution Control Engineering l需要空气量： D=D0Q D0是系数，一般大于10。全池曝气可以为8。没有与 进水BOD浓度建立关系。 生物接触氧化 Water Pollution Control Engineering 第五节 生物流化床 生物流化床 5生物流化床 51 流化态原理 n(1). 固定床: 当液体以很小的速度流经床 层时，固体颗粒处于静止不动的状态，床 层高度也基本维持不变，这时的床层称固 定床。 图1349中的ab段：液体通过床层的压力降 p随空塔速度v的上升而增加，呈幂函数 关系，在双对数坐标图纸上呈直线。 Water Pollution Control Engineering 生物流化床 n(2) 流化床 :液体滤速增大到压力降p 大致等于单位面积床层重量，固体颗粒 间的相对位置略有变化，床层开始膨胀 ，固体颗粒仍保持接触且不流态化。图 1349中的b点,当液体流速大于b点流 速，床层不再维持于固定状态，颗粒被 液体托起而呈悬浮状态，且在床层各个 方向流动，在床层上部有一个水平界面 ，此时由颗粒所形成的床层完全处于流 化态状态，这类床层称流化床。 Water Pollution Control Engineering 生物流化床 n见图13-40中的bc段：流化层的高度h是随流速上升 而增大，床层压力降p则基本不随流速改变。b点 的流速vmin是达到流态化的起始速度，称临界流态 化速度。临界速度值随颗粒的大小、密度和液体的 物理性质而异. h u a b c a bc lgP lgV lgVminlgVmax Water Pollution Control Engineering 生物流化床 n(3) 移动床 :当液体流速提高至超过 c点后,床层不再保持流化,床层上部 的界面消失,载体随液体从流化床 带出,这阶段称液体输送阶段。在 水处理工艺中,这种床称“移动床” 或“流动床”。图13-40中的C点的流 速vmax称颗粒带出速度或最大流化 速度, 流化床的正常操作应控制在 vmin和vmax之间. Water Pollution Control Engineering 生物流化床 5.2 生物流化床原理,特点,结构 原理: n气体或液体从反应床的底向上推送，载体及其上生长的 生物膜处于流化状态，废水处理后从上部进入沉淀池。 床体直径小高度大，总体积比活性污泥和生物滤池小的 多。 n载体在脱膜以后回到床内继续使用,脱除的微生物以污 泥排放. Water Pollution Control Engineering 生物流化床 特点： n载体粒径小,比表面大, 生物膜的厚度小,生物量大, 滤床 具有巨大的表面积, 容积负荷高, 抗冲击负荷能力强. 生物 流化床每单位体积表面积比其他生物膜高, 单位床体的生 物量很高(1014g/L), 传质速度快, 废水一进入床内，很 快的被混合稀释. n微生物活性强,生物膜的反应速率高. 对于同类废水, 在 相同处理条件下, 其生物膜的呼吸速率约为活性污泥的两 倍, 可见其反应速率快，微生物的活性较强. Water Pollution Control Engineering 生物流化床 n传质效果高，载体剧烈运动。BOD容积负荷高。由于 载体颗粒在床体内处于剧烈运动状态，气固液界面不 断更新，因此传质效果好，这有利于微生物随污染物的吸 附和降解，加快了生化反应速率。 n几种好氧生物技术典型的容积负荷率比较：普通生物滤池 0.2，高负荷生物滤池0.8，生物转盘1.0，普通活性污泥0.5 ，纯氧曝气3.0，接触氧化3.5，生物流化床10.0。 (kg BOD5/m3d) n缺点:载体易磨损,能耗大,生产放大困难 Water Pollution Control Engineering 生物流化床 结构: 生物流化床是由床体、载体、布水装置、充氧装置和脱膜装 置等部分组成。 1. 床体：平面多呈圆形，多有钢板焊制，也可以由钢筋混凝 土浇灌砌制。 2. 载体：是生物流化床的核心部件。 3. 布水装置：对生物流化床能够发挥正常的净化功能的重要 环节，又是填料的承托层。 Water Pollution Control Engineering 生物流化床 53 生物流化床工艺类型 两相流化床,三相流化床,机械搅拌流化床。 n两相流化床以水流为推动力,充氧与脱膜在床体外的设备进行, 需要回流； n三相流化床气、液、固在流化床内,不需要再设充氧与脱膜装 置,无回流,靠气体推动,但脱落的生物膜颗粒小沉淀比较困难 ；结构简单、操作容易、效率好且能耗低； n机械搅拌流化床：底部直接曝气,以机械搅拌为流化态的推动 力,载体颗粒最小。 Water Pollution Control Engineering 生物流化床 n1. 两 相 流 化 床 Water Pollution Control Engineering 排泥 生物流化床 n两相流化床是在流化床体外设置充氧设备与脱膜装置，以对 微生物充氧并脱除载体表面的生物膜。以纯氧为氧源时，充 氧后水中溶解氧可达3040mg/L；以压缩空气为氧源时，水 中溶解氧一般低于9mg/L。 n当一次充氧不能提供足够的溶解氧时，可采用处理水回流循 环, 当待处理的有机物浓度较大, 回流比也较大. Water Pollution Control Engineering r = -1 对城市污水, 空气供氧r可达20以上, 即使纯氧暴气r也可达56, 动力消耗很大, 所以两相流化床好氧应用少, 可为厌氧技术. 生物流化床 n两相流化床循环比计算：以S0、Si、Se分别表示原污水, 进 入流化床污水和出水的BOD，O0、Oe表示进入流化床污 水和出水的DO： 流化床内消耗的DO：Q(1+r)(O0-Oe),由于有机物消耗需要的 总DO：Q(S0Se)D, D为单位BOD被去除需要的DO，对 于城市污水1.2-1.4； (1+r)(O0-Oe) = (S0Se)D r = (S0Se)D/ (O0-Oe) -1 D = (O0-Oe) / (SiSe), 带入可以得到 r = (S0Se)/ (Si-Se) 1 = (S0Si)/