曝气生物滤池计算

5主要构筑物与设备参数 (一)格栅 见草图： 1.栅条的间隙数： 设栅前水深 h0.1m ，栅前流速 u1 0.4m /S 过栅流速 u = 0.6 m/S,栅条间宽度e=20mm，格栅安装倾斜角a=60o n=Qmax （Sina）1/2/(bhv) = 0.00463（Sin60o）1/2/（0.018 0.1 0.6） 4 2.栅条宽度： 设栅条宽度为 S=0.01m B=S(n1)+bn=0.01（41） 0.018 40.102m 3.进水水渠道渐宽部分长度： 设进水水渠宽B1=0.06m ，渐宽部分展开角a120o l1=(B-B1)/(2tga1) （ 0.102-0.06）/（ 2tg20o） 0.06m 4.栅槽与出水渠连接处的渐窄部分长度 l2 l1/2 0.06/2 0.03m 5.通过格栅的水头损失： 设栅条为矩形断面，取k2.5 h1= （s/b）4/3sin k(v2/2g) 2.5 2.42 （0.01/0.018）4/3 0.866 (0.62/19.6) = 0.044 m 6.槽后槽总高度： 取栅前渠道超高h2=0.1m， 有总高度 H=h+h1+h2=0.1+0.1+0.044=0.244m 7.栅槽总长度： L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tga =0.06+0.03+0.5+0.8+0.2/tg60o 1.413m 8.每日渣量： 取 W1 0.07m3/103m3（污水） 所以， WQmax W1 86400/K2/1000 0.0463 0.07 86400/2.5/1000 0.0112m3/d 0.2m3/d 栅渣量极小，适宜人工清渣。 (二) 水解酸化池体的计算 （1）水解（酸化） 池有效池容V 有效是根据污水在池内的水力停留时间计算的。水解（酸 化）池内水力停留时间需根据污水可生化性、进水有机物浓度、当地的平均气温情况综合而 定，一般为2.5-4.5h.考虑综合情况，本工程设计中水力停留时间取 T = 4 h,本工程设计流 量 Q = 400 m3/d =16.67 m3/h, 取 T = 4 h,则有效池容为： 水解酸化池的有效容积 V 有效 = QT 式中 V 有效 水解酸化池的有效容积，m3 , Q-进入水解酸化池的废水平均流量,m3/h ; T-废水在水解酸化池中的水力停留时间, h 本工程 Q = 16.67 m3/h,T = 4 h, 代入公式后 : V 有效 = 16.67 4 = 66.68 m3 , 对于水解酸化反应器,为了保持其处理的高效率,必须保持池内足够多的活性污泥,同时要 使进入反应器的废水尽量快地与活性污泥混合,增加活性污泥与进水有机物的接触,这就要求 上升流速越高越好。但过高的上升流速又会破坏活性污泥层对进水中SS 的生物截留作用, 并对活性污泥床进行冲刷,从而将活性污泥带入反应器的出水系统中,使活性污泥流失并使出 水效果变差 ,所以保持合适的上升流速是必要的。 根据实际工程经验，水解酸化池内上升流速V 上升一般控制在0.8-1.8 m/h 较合适。本工 程的上升流速 V 上升 取 0.8 m/h ，所以水解酸化池的有效高度为： H1 = V 上升 T = 0.8 4 = 3.2 m 为了保证污水进入池内后能与活性污泥层快速均匀地混合，所以本设计在池体下部专门设 有多槽布水区。每条布水槽的截面为上宽下窄的梯形，其高度为0.4 m ，下部水力流速 为 1.4 m/h ，上部水力流速为 0.8 m/h 。 池内实际有效高度为 H 有效 = H1 + 0.4 = 3.2 + 0.4 = 3.6 m , 加上池内超高取 0.4 m ,水解池 实际总高度为 H = H 有效 + 0.4 = 3.6 + 0.4 = 4 m 。 按有效池容计算， 水解池有效截面积为： S截面 1 = V 有效 / H 有效 = 66.68 / 3.6 = 18.52 m2 按上升流速计算，水解池有效截面积为：S 截面 2 = Q / V 上升 = 16.67 / 0.8 = 20.84 m2 由于 S 截面 2 大于 S 截面 1 ，水解池实际截面积取 S 截面 = 20.84 m2 ，实际取 S 截 面 = 20 m2 ，取池宽 4 m ,则池长 5 m 。 （2）水解（酸化）反应池布水系统设计水解酸化反应器良好运行的重要条件之一是保障 污泥与废水之间的充分接触，为了布水均匀与克服死区，水解酸化池底部按多槽布水区设计， 并且反应器底部进水布水系统应该尽可能地布水均匀。 水解酸化池的布水系统形式有多种，布水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这 两个功能的实现，需要满足以下原则。 1、确保各单位面积的进水量基本相同，以防止发生短路现象； 2、尽可能满足水力搅拌需要，保证进水有机物与污泥迅速混合； 3、易观察到进水管的堵塞，并当堵塞发生后很容易被清除。 （三） C / N 曝气生物滤池 C / N 上向流曝气生物滤池将水解（酸化）池出水中的碳化有机物进行好氧生物降解，并 将 TKN 转化为氨氮并进行氨氮的部分硝化。上向流曝气生物滤池主要包括缓冲配水室，曝 气系统，承托层和滤料层，出水系统，反冲洗系统等，所以曝气生物滤池的计算主要包括上 述各部分的计算。 表 11 第 169 面 （1） C / N 曝气生物滤池池体的设计在本工程中，由于处理对象为医疗废水，曝气生物 滤池的作用包括对污水中有机物的去除和对污水中的营养物质如氨氮、磷的去除。C / N 曝 气生物滤池主要用于去除污水中的有机污染物并进行部分硝化脱氮，其池体的设计计算分按 有机负荷法计算与按有机物降解动力学公式计算两种方法，由于按有机负荷法计算方法比较 成熟，所以本工程滤池池体按有机负荷法计算。 按有机负荷法计算的设计参数主要是BOD 有机负荷， COD 有机负荷和水力负荷。设计时 根据 BOD 有机负荷进行计算，并用COD 有机负荷和水力负荷进行校核。 当进水 BOD 为 71-140 mg/L 时，BOD 容积负荷可达 1.3 - 2.6 kgBOD/(m3 滤料 d ，而 其COD有 机 负 荷 一 般 控 制 在 6 kgCOD/(m3 滤 料 d 以 下 ， 空 塔 水 力 负 荷 一 般 为 1.5 - 3.5 m3 /(m2 h)之间。 C / N 曝气生物滤池按有机负荷法计算的计算公式见下表： 第 170 页 在本工程中，经水解（酸化）池每天进入C / N 曝气生物滤池的污水量 Q = 400 m3/d, 在 C / N 曝气生物滤池中，每天所要求去除的BOD5 的重量为： WBOD = (Q CBOD)/1000 代入数据后，则： WBOD = 400 （ 121-30）/1000 = 36.4 kg/d 取 BOD 有机负荷 qBOD = 1.3 kgBOD/(m3 滤料 d ,则所需滤料体积 V 滤料 = WBOD / qBOD = 36.4 / 1.3 = 28 m3 采用 COD 有机负荷进行校核： 当滤料体积为 28 m3 时，每天经 C / N 曝气生物滤池去除的COD 的重量为： WCOD = (Q CCOD)/1000 式中 WBOD 在曝气生物滤池中每天需去除的COD 重量， kg/d Q -每天进入曝气生物滤池的废水量，m3/d； CBOD 进入曝气生物滤池的COD 浓度差， mg/L. 代入数据后，则： WBOD = 400 （ 300 - 100）/1000 = 80 kg/d 实际上， C / N 曝气生物滤池内COD 的有机负荷为： qBOD = WCOD/ V滤料 = 80/28 = 2.86 kgCOD/(m3 滤料 d 所以， C / N 曝气生物滤池内的实际COD 有机负荷小于 6 kgBOD/(m3 滤料 d ,满足要 求。 一般来说，曝气生物滤池内的滤料层高度 H 滤料在 2.5-4.5 m 之间。在水力负荷一定的 条件下， 滤料层高则污水与微生物的接触时间长，出水效果好， 但相对所需鼓风机的压头也 较高， 能耗相对也大；滤料层低则污水与微生物的接触时间短，出水效果相对差些，但所需 鼓风机的压头也低些，能耗相对也小些。根据国内外已建成运行的曝气生物滤池实际情况， 本工程取滤料层高度 H 滤料 = 2.5 m ，则曝气生物滤池的截面积S截面 计算如下： S 截面 = V 滤料 / H 滤料 = 28/2.5 = 11.2 m2 滤池结构一般可采用圆形，正方形和矩形结构，对于圆形结构在同样的面积下，其周长比 正方形少12% ，因此，本设计截面采用圆形布置，则半径为1.89 m ，实际取 R = 2 m 。 当滤池总截面积为 11.2 m2 时，空塔水力负荷复核如下： 实际 q 水力 = Q / S 截面 = 400 / 11.2 / 24 = 1.50 m3 /(m2 h),满足要求。 为考虑进入滤池的废水均匀流过滤料层，在滤料承托层下部设计有缓冲配水室，其高度 H 配水一般为 1.2 - 1.5 m ，考虑到滤头和配水室内布水，布气管的安装方便，以及便于配水室 的清洗，本工程取 H 配水 = 1.2 m ，并在配水室池壁考虑设置检修入孔；另外，考虑到滤 池反冲洗时滤料的膨胀，在滤料层上部保证有 0.8 - 1.0 m 的清水区， 本工程取清水区高度 H 清水 = 0.8 m ；滤池的超高取 H 超高 = 0.3 m，承托层高 H 承托 = 0.3 m，则滤池的总高为： H = H滤料 + H配水 + H清水 + H超高 + H承 托 = 2.5 + 1.2 + 0.8 + 0.5 + 0.3 = 5.3 m 污水在曝气生物滤池滤料层高度中的空塔停留时间 t = 2.5/1.5 =1.67 h ，而根据运行经验，滤 池在装满滤料后废水在滤料层中的实际停留时间约为空塔停留时间的1/2 左右，即 0.83 h。 （2）曝气生物滤池配水系统一般滤池的配水系统有大阻力，中阻力和小阻力等三种形式， 曝气生物滤池的配水系统一般采用小阻力形式。考虑到曝气生物滤池采用气水联合反冲洗， 所以滤头采用长柄滤头，长柄滤头在正常运行时起均匀布水作用，在反冲洗时起布水，布气 作用。曝气生物滤池所选用的长柄滤头在结构形式上与给水滤头有差别，由于良种滤头所作 用的介质和选用的滤料不一样，所以其缝隙的尺寸和开缝方向也不一样，滤头结构也有差别。 曝气生物滤池所选用的长柄滤头为 EPT-1 型，滤水帽，滤水管为一体成型，每个滤头共有 滤缝 20 条，每条滤缝 L B = （8mm 2mm）+ 0.05mm，滤缝总面积为 3.2 cm2/个。 每平方米布置36 个滤头，开孔比 = 1.152% ，流量系数 a = 0.8，滤池的水力负 荷 B = 0.8 L/(cm2 S),则滤池中水通过配水系统的水头损失为： h1 =( B /a )2 2 g 10-6 = 3.85 10-4 m 本工程设计中，滤池每平方米布置长柄滤头36 个，每个间距为150mm. （3）布气系统在曝气生物滤池设计中，布气系统包括在滤池正常工作时的曝气系统和滤 池反冲洗时的布气系统。 1、曝气系统曝气生物滤池的曝气系统早期采用的主要是穿孔管曝气，但由于穿孔管曝气 氧的利用率低， 同时在滤池中较容易堵塞，所以随着该工艺的发展，国外有多种生物滤池专 用空气扩散器问世并得到应用。本工程设计中采用了生物滤池专用单孔膜曝气器，该曝气器 是针对曝气生物滤池的特点专门研制的，具有空气扩散效果好，氧的利用率高， 在滤料中不 易堵塞的特点。 C / N 曝气生物滤池的供氧量包括去除污水中BOD 的需氧量和氨氮部分硝化需氧量两部 分。 C / N 曝气生物滤池去除污水中单位重量BOD 的需氧量为： R0 = 0.82SBOD/TBOD + 0.32 S0/TBOD = 0.82 (103-30)100 + 0.32 （44 103） =0.58 + 0.14 = 0.72 kg 即去除 1kgBOD 需要提供0.96kg O2 ，则 C / N 曝气生物滤池每天去除BOD 需提供的总氧 量为： R0 = Q SBOD R0 =400 （103-30） 1000 0.72 = 21.024 kg 在 C / N 曝气生物滤池中TKN 将转化为氨氮，使得污水中实际氨氮浓度升高。根据试验结 果，在C / N 曝气生物滤池处理医疗废水时，滤池污水中的实际氨氮量约为 30mg/L,出水要 求氨氮量为15mg/L ，则氨氮部分硝化每天的需氧量为： RN = Q 4.57 N0 =400 4.57 (30-15)1000 = 27.420 kg 则去除污水中BOD 的需氧量和氨氮部分硝化的需氧量（标态）合计为： R = R0 + RN = 21.024+ 27.420 = 48.444 kg 当滤池氧的利用率为 EA = 30% 时，从滤池中逸出气体中含氧量的百分率为： Qt = 21（1- EA ） = 21（1- 0.3 ） = 15.7% 79 +21（1- EA ） 79 +21（1- 0.3 ） 当滤池水面压力 P = 1.013 105 Pa,曝气器安装在滤池水面下 H = 3.0 m 深度时，曝气器处 的绝对压力为： Pb = P + 9.8 103 H = 1.013 105 + 9.8 103 3.2 = 1.307 105 Pa 则当水温为 25 时.清水中饱和溶解氧浓度为 Cs = 8.4 mg/L, 则 25 时滤池内混合液溶解痒饱 和浓度的平均值 Csm(25) 为: Csm(25) = Cs ( Qt + Pb = 8.4 ( 15.7+ 1.307 42 2.026 105 42 2.026 = 8.56 (mg / L) 当水温为25 时， C / N 曝气生物滤池实际需氧量 R 为： R = R0Csm(25) a1.024 T-20 Cs(25) - C1 对于医疗废水， a=0.8 ， =0.9 ， =1 ， 而且假定滤池出水溶解氧浓度为 3 mg/L,代入公式后： R = R0Csm(25) a1.024 T-20 Cs(25) - C1 = 48.4448.56 0.81.024 25-20 （ 0.9 1 8.4-3） =100.95 C / N 曝气生物滤池总供气量为： Gs = R 100 = 100.95 100 = 1121.70 m3/d = 46.74 m3/h =0.78 m3/min 0.3EA 0.330 每个单孔膜滤池专用曝气器供气量为 0.2-0.3 m3/ （个 h）， 取曝气器供气量为 0.25 m3/ （个 h） ， 则 C / N 曝气生物滤池需曝气器数量为 n = Gs 60/0.25 = 0.7860/0.25 = 187 个 ,为安装方 便实际选用曝气器180 个,曝气器的布置间距为125mm. 2、反冲洗布气系统 C / N 曝气生物滤池的反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲洗过程通 过 EPT-1 型长柄滤头完成，起反冲洗系布气系统可参照给水排水设计手册给水快滤池的 设计。 （4）滤料层， 承托层曝气生物滤池中的滤料是微生物膜的载体，同时兼有截留悬浮物质的 作用，所以滤料选用合适的、与否直接影响大滤池的处理效果。 曝气生物滤池中可以采用的滤料种类很多，但合适的滤料首先必须具备大比表面积，比表 面积大可以西服大量的微生物膜，使滤池单位容积中的微生物量大大提高，从而提高有机物 的去除效率；其次滤料的空隙率，密度必须合适，有利于滤池的气，水反冲洗；另外滤料还 必须具备交好的机械强度和交好的耐磨性能，并且应有交好的化学稳定性和不含对微生物， 人类健康有毒的物质。 本次设计的曝气生物滤池中选用了球形陶粒作为滤料。在设计中，由于进入C / N 曝气生 物滤池的污水为水解酸化池出水，其中喊有一定量的悬浮物，C / N 曝气生物滤池的作用除 去除污水中的有机物和部分氨氮硝化外，还需对悬浮物进行截留，所以选用了直径 为 3-5mm 的球形陶粒滤料，按一定的级配填装。 由于陶粒粒径较小，为防止滤头堵塞而不能直接田庄在承托滤板上，所以在陶粒层下部宜 设置有承托层。承托层选用鹅卵石，并按一定的级配布置，总高度为 0.2 m。 （ 5）滤池出水系统 C / N 曝气生物滤池出水系统采用单侧出水，并在出水口设计 为 60o 斜坡和设置栅形稳流板，以降低出水口处的水流流速，在反冲洗时有可能被带至出水 口处的陶粒与稳流板碰状，导致流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。 由于采用单侧出水，所以正常运行时的出水槽与反冲洗排水槽在同一侧，正常运行时， 反 冲洗排水槽出水总管阀门关闭，处理后出水从正常出水槽直接排放；反冲洗时， 打开反冲洗 排税草出水总管阀门， 反冲洗排水直接由反冲洗排水槽出水总管排走，而不进入正常出水槽。 （6） C / N 上向流曝气生物滤池的详细设计参数和结果： 1，名称： C / N 上向流曝气生物滤池 池数：一座 尺寸： 4m 3m 5m 污泥浓度： 8-10 g/L 配水形式：专用滤头布水系统 出水类型：栅形稳流器，单堰出水 排泥形式：反冲洗排泥 曝气形式：无堵塞滤池专用单孔膜曝气器 空气来源：鼓风机 反冲洗形式：气水联合反冲洗 反冲洗周期：根据实际运行情况而定，一般 24-48 h 填料： 圆形陶粒 容积负荷： 1.3 kgBOD/(m3 滤料 d ， 正常供氧量 :3.14 kg O2/ h (25 反冲洗排水含 SS 量： 400-450 mg/L 反冲洗水速 : 15m/h 反冲洗气速 :50m/h 2、 设备及材料部分 圆形陶粒滤料 a 比表面积 : 1.5-1.8 m2 /cm3 性能参数 :粒径 3-5 mm 数量 :115 m3 滤层级配 : 有级配 堆积密度 : 0.9-0.95 g/cm3 密度 : 1.8-2.3 g/cm3 b 滤池专用单孔膜曝气器 数量 :180 个 性能参数 : 膜孔直径 1mm 空气流量 : 0.2- 0.3 m3/（个 h） 安装密度 36 个/ m2 c 滤池专用长柄滤头 数量 :432 个 性能参数 :滤头楔型缝隙 2 mm 滤头长度440 mm 安装密度 : 36 个/ m2 (7)接触消毒池设计参数； 设进水 Q = 400 m3/d = 0.0046 m3/s = 16.67 m3/h 停留时间： 1.5h 设停留时间 HRT = 1.5 h , 尺寸确定： 1、池体容积：长 宽 高 为： V1 = QT =16.67 * 1.5 =25.0 （m3） 4.03.0 2.8 m3 2、 设有效水深为 2.5 m,超高为 0.3 m 池子格数： 1 个 池深： 2.5 +0.3 = 2.8 m 有效水深： 2.5 m 3、设池子为一格最大投氯量： 5.0mg/L 设计池子长宽高为：4.0 3.0 2.8= 33.6 m3 4、实际消毒池容积：V2 = 4.03.0 2.5 = 30.0 m3 16.67 1.5 =25.0 m3 所以满足有效停留时间要求。 5、加氯量计算： 设计最大投氯量为 5.0 mg/L 则 每日加氯量为 W =q = 5.0 * 400 =2000 g/d =2.0 kg/d =0.083 kg/h 选用贮氯量为20kg 的液氯钢瓶，每日加氯量为1/10 瓶。共贮用2 瓶，每日加氯机两台，单 台加氯量为0.51.0kg/h.配置混水泵两台， 混合装置： 在接触消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机2 台,选用JWH-310-1 机械混合搅拌 机，浆板深度为1.5m,浆叶直径为0.31m,浆叶宽度0.9m,功率 4.0kw。 6、加氯机 74 型全玻璃加氯机，氯气从液氯瓶通过总阀减压后，经过进氯单向阀由氯压计出孔进入加 氯机的混合室经水摄器的吸氯管由压力水将氯气通过投加管道加氯点，投加是可氯瓶和补充 水调节池阀的开启度进行调整。加氯机的主件由玻璃制作，具有耐腐蚀，构造简单，价格低 廉等特点。 1 型氯压计出氯孔尺寸1mm，加氯量 10kg/d, 适合水压力20.2,外形尺寸 （长宽高） 500400170 （mm）,重量 0.6kg (8) 清水池 清水池主要用于贮存一定量的处理后达标水,以提供个滤池进行反冲洗的水源, 每次反冲洗用水量为 180m3, 清水池共一座, 长 宽 高 = 4 3 3 (9)鼓风机房 , 反冲洗水泵房 C / N 曝气生物滤池正常工作十需空气量为 0.78 m3/min , 反冲洗空气强度为 50 m3/h, 最 大反冲洗气量为 4 3 50 =600 m3/h =10m3/min. 选用两台GM20L 型离心鼓风机,正常曝气时 一用一备 ,反冲洗十两台同时起用,单机风量 Q = 100 m3/min , 风压 H = 7.5-8 m