生物膜法BAF设计计算例题市公开课获奖课件

1、第12节 曝气生物滤池设计计算例题项目COD(mg/L)BOD (mg/L)SS (mg/L)氨氮(mg/L)进水水质200127.58030出水水质6031.882424清除率70%75%70%20%项目COD(mg/L)BOD (mg/L)SS (mg/L)氨氮(mg/L)进水水质6031.882424出水水质3012.75129.6清除率50%60%50%60% 表1 C/N池水质表 表2 N池水质表第1页第1页1C/N曝气生物滤池计算 C/N曝气生物滤池将水解（酸化）池出水中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部分硝化。 包括缓冲配水室、曝气系统、承托层和滤料层、

2、出水系统、反冲洗系统等计算。 （1） C/N曝气生物滤池池体设计 在本工程中，处理对象为都市生活污水，曝气生物滤池作用包括对污水中有机物清除和对污水中营养物质如氨氮清除。C/N曝气生物滤池主要用于清除污水中有机污染物并进行部分硝化脱氮，其池体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办法,由于按有机负荷法计算办法比较成熟，因此本工程滤池池体按有机负荷法计算。 按有机负荷法计算设计参数主要是BOD有机负荷、COD有机负荷和水力负荷。设计时应依据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。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第2页第2页 在曝气生物滤池计算中，BOD

3、有机负荷是单位容积滤料上微生物在单位时间内所能处理有机物数量。BOD有机负荷确实定与被处理水可生化性以及被处理水中污染物质相关，也与处理出水水质要求相关。对于可生化性较好工业废水，因普通不考虑脱氮问题，曝气生物滤池作用主要用于清除有机物，因此曝气生物滤池BOD有机负荷普通在36kgBOD/m3滤料d，COD有机负荷普通在610kgCOD/m3滤料d，空塔水力负荷普通在35m3/(m2h)。而对于都市生活污水，考虑到硝化脱氮对有机负荷要求，其BOD有机负荷普通控制在13kgBOD/m3滤料d范围内，当BOD有机负荷超出3kgBOD/m3滤料d时，其同时硝化作用受到克制，因此对需要进行除碳和同时硝

4、化C/N曝气生物滤池进行计算时，其BOD有机负荷选取普通小于3kgBOD/m3滤料d，而其COD有机负荷普通控制在6kgCOD/m3滤料d下列，空塔水力负荷普通为1.53.5m3/(m2h)之间。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第3页第3页 在本工程中，经水解（酸化）池天天进入C/N滤池污水量Q=40000m3/d，在C/N曝气生物滤池中，天天所要求清除BOD5重量为： WBOD=（QCBOD）/1000式中： WBOD在曝气生物滤池中天天需清除BOD重量，单位kg/d； Q天天进入曝气生物滤池废水量，单位m3/d； CBOD进出曝气生物滤池BOD浓度差，单位mg/l；代入数据后，则：WBO

5、D=（QCBOD）1000=40000（127.5-31.88）1000=3824.（kg/d）取BOD有机负荷qBOD=1.8kgBOD/m3滤料d，则所需滤料体积计算下列：V滤料=WBODqBOD=3824.81.8=2124.9 (m3)采用COD有机负荷进行校核：当滤料体积为2124.9m3时，天天经C/N曝气生物滤池清除COD重量为：WCOD=（QCCOD）/1000式中： WCOD在曝气生物滤池中天天需清除COD重量，单位kg/d； Q天天进入曝气生物滤池废水量，单位m3/d； CCOD进出曝气生物滤池COD浓度差，单位mg/l；第12节 曝气生物滤池设计计算例题第4页第4页 代入

6、数据后，则：WCOD=（QCCOD）1000=40000（200-60）1000=5600（kg/d）事实上，C/N曝气生物滤池内COD有机负荷为：qCOD=WCODV滤料=56002124.9=2.64 kgCOD/m3滤料d因此，C/N曝气生物滤池内实际COD有机负荷小于6 kgBOD/m3滤料d，满足要求。 普通来说，曝气生物滤池内滤料层高度H滤料在2.54.5m之间。在水力负荷一定条件下，滤料层高则污水与微生物接触时间长，出水效果好，但相对所需鼓风机压头也较高，能耗相对也大；滤料层低则污水与微生物接触时间短，出水效果相对差些，但所需鼓风机压头也低些，能耗相对也小些。依据国内外已建成运营

7、曝气生物滤池实际情况，本工程取滤料层高度H滤料=3.7m，则曝气生物滤池截面积S截面计算下列：S截面= V滤料H滤料=2124.93.7=574.3m2 考虑到单座滤池面积过大将会增长反冲洗时供水、供气量，同时不利于布水、布气均匀，因此本设计中将C/N曝气生物滤池分为8格，则每格截面积为574.38=71.8m2。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第5页第5页 本设计每格截面按正方形布置，则每格尺寸应为8.47x8.47m，实际取8.5x8.5m。 当滤池总截面积为574.3 m2时，空塔水力负荷复核下列： 实际q水力=QS截面=40000574.324=2.9m3/ m2h,满足要求。 为考

8、虑进入滤池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配水普通为1.21.5m，考虑到滤头和配水室内布水、布气管安装以便，以及便于配水室清洗，本工程取H配水=1.5m，并在配水室池壁考虑设置检修人孔；另外，考虑到滤池反冲洗时滤料膨胀，在滤料层上部确保有0.81.0m清水区，本工程取清水区高度H配水=1.0m；滤池超高取H超高=0.5m,承托层高H承托=0.3m，则滤池总高为： H= H滤料+H配水+ H清水+ H超高+ H承托=3.7+1.5+1+0.5+0.3=7m 污水在曝气生物滤池滤料层高度中空塔停留时间t=3.72.9=1.28hr，而依据运营经验，滤池在装满滤料后废

9、水在滤料层中实际停留时间约为空塔停留时间1/2左右，即0.64hr。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第6页第6页（2） 曝气生物滤池配水系统 曝气生物滤池配水系统普通采用小阻力形式。对于小型工业废水处理用曝气生物滤池普通采用小阻力配水形式中格栅式、平板孔式，而对于都市污水处理厂则采用小阻力配水形式中滤头配水形式，考虑到曝气生物滤池采用气水联合反冲洗，因此滤头采用长柄滤头，长柄滤头在正常运营时起均匀布水作用，在反冲洗时起布水、布气作用。 曝气生物滤池所选取长柄滤头为滤水帽、滤水管一体成型，每个滤头共有滤缝20条，每条滤缝LB=8mm2mm0.05mm，滤缝总面积为3.2cm2/个。每平方米布置

10、36个滤头，开孔比=1.152%，流量系数=0.8，每格滤池水力负荷B=0.8l/m2s则每格滤池中水通过配水系统水头损失为： h1=(B/)22g10-6=3.8510-4m 在本工程设计中，每格滤池每平方米布置长柄滤头36个，每个间距为150mm。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第7页第7页第12节 曝气生物滤池设计计算例题第8页第8页第9页第9页第10页第10页（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曝气系统和滤池反冲洗时布气系统。 曝气系统 曝气生物滤池曝气系统早期采用主要是穿孔管曝气，但由于穿孔管曝气氧利用率低，同时在滤池中较易堵塞。本工程设计中采用了生

11、物滤池专用单孔膜空气扩散器，该扩散器是针对曝气生物滤池特点专门研制，含有空气扩散效果好、氧利用率高、在滤料中不易堵塞特点。 C/N曝气生物滤池供氧量包括清除污水中BOD需氧量和氨氮部分硝化需氧量两部分。 C/N曝气生物滤池清除污水中单位重量BOD需氧量为：R0=0.82SBOD/TBOD+0.32S0/TBOD=0.82(127.5-31.88)127.5+0.32(80127.5)=0.816kg 即清除1kgBOD需要提供0.816kgO2，则C/N曝气生物滤池天天清除BOD需提供总氧量为： R0=QSBODR0=40000(127.5-31.88)10000.816=3121.04kg第

12、12节 曝气生物滤池设计计算例题第11页第11页 在C/N曝气生物滤池中TKN将转化成氨氮，使得污水中实际氨氮浓度升高。依据试验结果，在C/N曝气生物滤池处理生活污水时，滤池污水中实际氨氮量约为45mg/l，出水要求氨氮量为24mg/l，则氨氮部分硝化天天需氧量为：RN=Q4.57N0=400004.57(45-24)=3838.8kg则清除污水中BOD需氧量和氨氮部分硝化需氧量（标态）累计为：R= R0+ RN=3121.04+3838.8=6959.84kg当滤池氧利用率为EA=30%时，从滤池中逸出气体中含氧量百分率Qt为：当滤池水面压力P=1.013105Pa，曝气器安装在滤池水面下H

13、=4.85m深度时，曝气器处绝对压力为：Pb=P+9.8103H=1.013105+9.81034.85=1.488105Pa第12页第12页 则当水温为25时，清水中饱和溶解氧浓度为Cs=8.4mg/l，则25时滤池内混合液溶解氧饱和浓度平均值Csm(25)为：当水温为25时,C/N曝气生物滤池实际需氧量R为：对于都市生活污水，=0.8，=0.9，=1，并且假定滤池出水溶解氧浓度为3mg/l，代入公式后： 第13页第13页C/N曝气生物滤池总供气量为：每个单孔膜滤池专用曝气器供气量为0.20.3 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=Gs60

14、0.25=121.83600.25=29240个，为安装以便，实际选取曝气器28322个，曝气器布置间距为125mm。 反冲洗布气系统 C/N曝气生物滤池反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲洗过程通过EPT-1型长柄滤头完毕，其反冲洗布气系统可参考给水排水设计手册给水快滤池设计。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第14页第14页（4）滤料层、承托层 本次设计曝气生物滤池中选取了球形陶粒作为滤料。在设计中，由于进入C/N曝气生物滤池污水为水解酸化池出水，其中含有一定量悬浮物，C/N曝气生物滤池作用除清除污水中有机物和部分氨氮硝化外，还需对悬浮物进行截留，因此选取了直径4mm6mm球形陶粒滤料，按一定级

15、配填装。 由于陶粒粒径较小，为预防滤头堵塞而不能直接填装在承托滤板上，因此在陶粒层下部宜设置有承托层。承托层选取鹅卵石，并按一定级配布置，总高度为0.30m，其级配见表9： 表9 卵石承托层级配第12节 曝气生物滤池设计计算例题第15页第15页（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60。斜坡和设置栅形稳流板，以减少出水口处水流流速，在反冲洗时有也许被带至出水口处陶粒与稳流板碰撞，造成流速减少而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。 由于采用单侧出水,因此正常运营时出水槽与反冲洗排水槽在同一侧，其结构示意图下列：第12节 曝气生物滤池设计计算例题第16页第16页

16、2 N曝气生物滤池（硝化滤池） N曝气生物滤池主要用于对污水中氨氮进行硝化脱氮。即使N曝气生物滤池与C/N曝气生物滤池处理功效不同，但N曝气生物滤池结构与C/N曝气生物滤池结构完全相同，也包含缓冲配水室、曝气系统、承托层和滤料层、出水系统、反冲洗系统等，因此其计算主要包含上述各部分计算。（1）N曝气生物滤池池体设计 因为按硝化负荷法计算方法比较成熟，因此N曝气生物滤池池体设计普通按硝化负荷法计算。 按硝化负荷法计算设计参数主要是硝化负荷。依据国内外N曝气生物滤池实际运行情况来看，硝化负荷普通在0.30.8kgNH3-N/m3滤料d，本工程依据试验结果取硝化负荷为0.4kgNH3-N/m3滤料d

17、作为设计参数。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第17页第17页 在本工程中，进入 N曝气生物滤池污水量为Q=40000m3/d，在N曝气生物滤池进水中氨氮为24mg/l，出水中氨氮为9.6mg/l计，天天所要求清除氨氮重量为： W氨氮=（QC氨氮）/1000式中：W氨氮在N曝气生物滤池中天天需清除氨氮重量，单位kg/d； Q天天进入曝气生物滤池废水量，单位m3/d； C氨氮进出N曝气生物滤池氨氮浓度差，单位mg/l； 代入数据后，则：W氨氮=（QC氨氮）1000=40000（24-9.6）1000=576（kg/d） 取氨氮负荷q氨氮=0.4kgNH3-N/m3滤料d，则所需滤料体积计算下列

18、：V滤料=W氨氮q氨氮=5760.4=1440(m3)取滤料层高度H滤料=3.0m，则N曝气生物滤池截面积S截面计算下列：S截面= V滤料H滤料=14403=480m2 本设计中将N曝气生物滤池分为8格，则每格截面积为4808=60m2，每格截面按正方形布置，则每格尺寸应为7.75x7.75m。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第18页第18页当滤池总截面积为480 m2时，水力负荷复核下列：实际q水力=QS截面=4000048024=3.47m3/ m2h,满足要求。为考虑进入滤池废水均匀流过滤料层，在滤料承托层下部也设计有缓冲配水室，由于C/N曝气生物滤池出水水质较稳定，因此其高度H配水可

19、小些，普通为1.01.2m，考虑到滤头和配水室内布水、布气管安装以便，以及便于配水室清洗，本工程取H配水=1.2m，并在配水室池壁考虑设置检修人孔；另外，考虑到滤池反冲洗时滤料膨胀，在滤料层上部确保有0.81.0m清水区，本工程取清水区高度H配水=1.0m；滤池超高取H超高=0.5m,承托层高H承托=0.3m，则滤池总高为： H= H滤料+H配水+ H清水+ H超高+ H承托=3.0+1.2+1+0.5+0.3=6m污水在N曝气生物滤池滤料层高度中停留时间 t=3.03.47=0.865hr，第12节 曝气生物滤池设计计算例题第19页第19页（2） N曝气生物滤池配水系统 N曝气生物滤池配水系

20、统作用与C/N曝气生物滤池相同，也采用长柄滤头配水，每平方米布置36个滤头，开孔比=1.152%，流量系数=0.8，每格滤池水力负荷B=0.964l/m2s，则每格滤池中水通过配水系统水头损失为： h1=(B/)22g10-6=5.5810-4m 在N曝气生物滤池中，每格滤池每平方米布置长柄滤头36个，每个间距为150mm，其布置示意图及滤头形式可参见C/N曝气生物滤池设计。（3） 布气系统 在N曝气生物滤池设计中，布气系统包括在滤池正常工作时曝气系统和滤池反冲洗时布气系统两部分。 曝气系统 N曝气生物滤池供氧量包括氨氮硝化需氧量和清除污水中剩余BOD需氧量两部分。 N曝气生物滤池进水中氨氮浓

21、度为24mg/l，出水氨氮浓度为9.6mg/l，氨氮硝化天天需氧量为：RN=Q4.57N0=400004.57(24-9.6)=2632.32kg第12节 曝气生物滤池设计计算例题第20页第20页N曝气生物滤池清除污水中单位重量BOD需氧量为：R0=0.82SBOD/TBOD+0.32S0/TBOD=0.82(31.88-12.75)31.88+0.32(2431.88)=0.733kg即清除1kgBOD需要提供0.733kgO2，则N曝气生物滤池天天清除BOD需提供总氧量为：R0=QSBODR0=40000(31.88-12.75)10000.733=560.89kg则清除污水中BOD需氧量

22、和氨氮部分硝化需氧量（标态）累计为：R= R0+ RN=2632.32+560.89=3193.21kg当滤池氧利用率为EA=30%时，从滤池中逸出气体中含氧量百分率Qt为：当滤池水面压力P=1.013105Pa，曝气器安装在滤池水面下H=4.1m深度时，曝气器处绝对压力为：Pb=P+9.8103H=1.013105+9.81034.1=1.415105Pa第21页第21页 则当水温为25时，清水中饱和溶解氧浓度为Cs=8.4mg/l，则25时滤池内混合液溶解氧饱和浓度平均值Csm(25)为：当水温为25时,C/N曝气生物滤池实际需氧量R为：对于都市生活污水，=0.8，=0.9，=1，并且假定

23、滤池出水溶解氧浓度为4mg/l，代入公式后： 第22页第22页N曝气生物滤池总供气量为：曝气器按每平方米36个布置，曝气器布置间距为150mm，则N曝气生物滤池需曝气器数量为n=48036=17280个，实际每个曝气器供气量为0.241 m3/个h。 反冲洗布气系统N曝气生物滤池反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲洗过程通过HQ-1型长柄滤头完毕，其反冲洗布气系统可参考给水排水设计手册给水快滤池设计。（4）滤料层、承托层 N曝气生物滤池滤料层、承托层设计可参考C/N曝气生物滤池进行。（5）滤池出水系统N曝气生物滤池出水系统设计可参考C/N曝气生物滤池进行。建成后曝气生物滤池全貌见此图，运营时曝气效果

24、见此图。第12节 曝气生物滤池设计计算例题点击观看点击观看第23页第23页返 回第24页第24页返 回第25页第25页7. 清水池 清水池主要用于储存一定量处理后达标水，以提供各滤池进行反冲洗水源，每次反冲洗用水量为180 m3。清水池共1座，为钢筋混凝土结构，与生物滤池合建，长宽高=7.75m6m6m，有效容积200m3。8 反冲洗排水缓冲池 反冲洗排水缓冲池主要用于储存滤池反冲洗排水，并经管道均匀排入提升泵房集水池。反冲洗普通提议在夜里进行，由于夜里整个系统进水量少，反冲洗排水进入处理系统不会对系统造成影响。反冲洗排水缓冲池共1座，为钢筋混凝土结构，与生物滤池合建，长宽高=7.75m6m6

25、m，有效容积200m3。第12节 曝气生物滤池设计计算例题第26页第26页9.鼓风机房、反冲洗水泵房、管廊 C/N滤池、N滤池正常工作时累计需空气量为121.83+69.29=191.12m3/min；反冲洗为每个滤池依次进行，每次只反冲洗1格，反冲洗空气强度为50 m3/ m2h，最大反冲洗气量为对C/N滤池进行时发生，则反冲洗气量为：8.58.550=3612.50 m3/h=60.21 m3/min。选取三台GM20L型离心鼓风机，正常曝气时两用一备，反冲洗时三台同时启用，单机风量Q=100m3/min，风压 H=7.58米水柱，电机功率N=160kW。正常曝气供气管与反冲洗供气管之间由电动阀门切换控制，为节约能耗，有一台风机为变频调速，依据出水溶解氧浓度自动进行风量控制调整。 反冲洗供水强度为15 m3/ m2h，反冲洗最大供水量为1084m3/h，每次反冲洗用水10min，一次需反冲洗水180 m3。选取250S14A单级双吸离心泵三台，两