环保设备及课程设计课件(PPT 72页).ppt

1、环保设备及课程设计,授课教师：QHDHOUZHONGLIN,第六章 典型污水处理设备选用与设计H,6.4 生物膜法处理设备 生物膜法：是土壤自净的人工化，是使微生物群体附着于其它初体表面上呈膜状，并让它和污水接触而使污水净化的方法。利用生物膜净化污水的设备统称为生物膜反应器。 生物膜法主要设备有：生物滤池、生物转盘、生物接触氧化装置。 生物膜：是使细菌和菌类的微生物和动物类的微生物在滤料或某些载体上生长、繁育，形成膜状生物性污泥。,生物膜是高度亲水的物质，其外侧表面总存在一层附着水层。附着水层中的有机物由于微生物的氧化作用而消耗，浓度远比流动水层中低。因此，流动层中的有机物就扩散转移到附着水层

2、，然后进入生物膜，并通过微生物的代谢活动而被降解，使流动水层得到净化；空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层传递给生物膜，供微生物呼吸用；,6.4.1 生物滤池 生物滤池的主要特征是池内滤料是固定的，废水自上而下流过滤料层。各层面的微生物接触的水质不同，其组成也不同，使微生物的食物链长，产生污泥量少。 采用生物滤池处理的污水必须进行预处理，去除悬浮物、油脂等堵塞滤料的物质。一般在生物滤池前设初沉池。生物滤池后设二沉池截留随处理水流出的脱落生物膜，以保证出水水质。 生物滤池按构造特征和净化功能可分为普通生物滤池；高负荷生物滤池；塔式生物滤池。,1号CN生物滤池,3号CN生物滤池,2号CN生物滤

3、池,6号CN生物滤池,5号CN生物滤池,4号CN生物滤池,3号DN生物滤池,1号DN生物滤池,4号DN生物滤池,2号DN生物滤池,缓冲池,清水池,投加甲醇,鼓风曝气,CN曝气生物滤池主要对污水中的氨氮进行硝化并截留污水中的悬浮物,DN复合生物滤池分为两层，下部区域为DN反硝化功能段，主要对污水中的硝态氮进行反硝化，达到脱氮的目的；上部区域为强制生物氧化功能区，主要对经DN段后污水中的剩余有机物(含外加剩余碳源)进行强制碳化并截留污水中的SS。,生物滤池共有10格，共用3台反冲洗罗茨风机，功率75KW变频器控制： CN生物滤池共有6格、8.0X11.0X7.5(m3)、配有专用滤头布水系统、单堰

4、出水、无堵塞滤池专用单孔膜空气扩散器曝气、曝气量77m3/min，气水联合反冲洗排泥、气水比为2:1、反冲洗水速5L/m2s、反冲洗气速14L/m2s、反冲洗周期根据实际运行情况而定（2448小时）、球形轻质多孔生物陶瓷填料、硝化负荷0.27kgNH3-N/m3滤料d、反冲排水含SS量450500mg/L。,CN生物滤池共有6格，每格均有： 罗茨风机一台 进水阀（手动蝶阀和电动蝶阀各一台串联）DN400 反冲洗进水阀（手动和电动各一台串联） ：DN700 反冲洗降水位阀（手动和电动各一台串联） ：DN700 反冲洗排水阀（手动和电动各一台串联） ：DN800 管道放气电磁阀：DN50 反冲洗进

5、气阀（手动和电动各一台串联） ：DN400 曝气风机出口阀：DN200 管道放空阀：DN200 手动蝶阀在检修时启到关闭作用、在运行时负责调整流量，电动蝶阀在PLC的自动控制下运行完成开启和关闭功能。,DN生物滤池共有4格、8.0X11.0X7.5(m3)、配有专用滤头布水系统、单堰出水、无堵塞滤池专用单孔膜空气扩散器曝气、气水联合反冲洗排泥、反冲洗水速5L/m2s、反冲洗气速14L/m2s、反冲洗周期根据实际运行情况而定（2448小时）、球形轻质多孔生物陶瓷填料、水力负荷4.42kgm3/m2d、反冲排水含SS量600650mg/L。,DN生物滤池共有4格，每格均有： 罗茨风机一台 进水阀（

6、手动蝶阀和电动蝶阀各一台串联）DN500 反冲洗进水阀（手动和电动各一台串联） ：DN700 反冲洗降水位阀（手动和电动各一台串联） ：DN700 反冲洗排水阀（手动和电动各一台串联） ：DN800 管道放气电磁阀：DN50 反冲洗进气阀（手动和电动各一台串联） ：DN400 曝气风机出口阀：DN200 管道放空阀：DN200 强制曝气阀：DN125 手动蝶阀在检修时启到关闭作用、在运行时负责调整流量，电动蝶阀在PLC的自动控制下运行完成开启和关闭功能。,曝气生物滤池的构造 BAF可分为上向流和下向流滤池，但除污水在滤池中的流向不同外，其池型结构基本相同。早期曝气生物滤池大多都是下向流态，但随

7、着上向流态比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。,曝气生物滤池主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。 1滤池池体 滤池池体的作用：容纳被处理水量和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。,2 滤料 生物膜的载体 3承托层 承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。 4布水系统 a. 使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀，依靠承托滤板和滤头的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层； b. 该布水系统除作为滤池正常运行

8、时布水用外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下的区域中形成。,滤池的反冲洗：滤池在运行时生物滤料层截留部分悬浮物、生物絮凝吸附的部分胶体颗粒和微生物膜在新陈代谢过程中增殖老化脱落的微生物膜，这些物质的过多存在显著地增加了曝气生物滤池的过滤阻力，会使处理能力减小和处理出水水质下降，所以运行一定时间必须对滤池进行反冲洗，将这些物质通过反冲洗随冲洗水排出滤池外，保证滤池的正常运行。一般冲洗周期比较长，运行12天左右才冲洗一次，,5布气系统 a. 工艺曝气系统： 是保持曝气生物滤池中足够的溶解氧并维持曝气生物滤池内生物膜高活性、对有

9、机物和氨氮的高去除率的必备条件。一般采用鼓风曝气形式，良好的充氧方式应有高的氧吸收率。,6. 反冲洗系统 曝气生物滤池反冲洗系统与给水处理中的V型滤池类似，采用气水联合反冲洗，其目的是：去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气水联合反冲洗通过滤板及固定其上的配水长柄滤头实现。 反冲洗过程程序：先降低滤池内的水位并单独气洗，而后采用气水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要达到使截留物质冲洗出滤池，又要避免对滤料过分冲刷，使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。 反冲洗时刻的测定：可通过运行时间、滤料层

10、阻力损失、水质参数等来完成，一般是由在线检测仪表将检测数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。,8. 管道和自控系统 曝气生物滤池既要完成有机污染物的降解功能，也要完成对污水中各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时还要完成实现滤池本身的反冲洗，这几种方式交替运行。对于小型工业废水处理中，滤池的控制可以简单些，甚至可以采用手动控制；而对于城镇污水处理厂，由于污水处理模较大，一般有若干组滤池模块拼装而成，而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换，若采用手动控制则工作量较大且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果，所以必须有PLC控制系统来自动完成对

11、滤池的运行控制，需要设计必要的自控系统。,球型轻质多孔生物陶粒的成分：是以粉煤灰为主要原料，粘土为粘接剂和添加少量造孔剂，经高温烧结而成的。首先需将粘土烘干，并粉碎到粒度小于100目。然后按配方取粉煤灰55%、粘土粉30%、炼钢赤泥10%、造孔剂5%进行干粉混合，然后加入20%的水混合均匀，并造粒成型，粒度一般为36mm左右。湿颗粒需先在干燥室内烘干，然后放入炉内在9501100的高温下熔烧而成。 球型轻质多孔生物陶粒的外表特征：外表呈灰黄色，表皮坚硬，内部为铅灰色，多孔质轻。陶粒表面较粗糙，不规则，有很多孔径较大的孔洞，相互之间不相通，由于这种陶粒表面主要是一些开孔大于0.5以上的孔洞，而细

12、菌直径为0.51.0，这对于微生物附着生长是有利的。,1、正常过滤时进水蝶阀和清水出水管上电动阀处开启状态，排水管上电动阀、反冲洗管上电动阀和进气管上电动阀处关闭状态。 2、当过滤水头损失使压力上升到2.15MPa (可调)时自动控制或反冲周期36小时（可调）或池内水位超过最高控制水位达30min以上时强制进行反冲洗。,曝气生物滤池的控制,3、反冲洗时进水电动阀关闭，池内水位降至排水槽顶时清水出水管上电动阀关闭，排水管上电动阀开启，鼓风机启动，进气管上电动开启，开始气反冲，历时2分钟；之后开始气水同时反冲，鼓风机继续运行，反冲洗管上电动阀开启，反冲洗泵启动，变频半流量运行，冲洗历时2分钟。然后

13、单独进行水反冲，鼓风机关闭，反冲气管上电动阀关闭，开启水渠闸板提供表面扫洗进水，同时反冲洗泵全流量工况继续运行，冲洗历时6分钟后开启反冲气管上电动阀，10S后关闭，结束全部反冲洗。,4、反冲洗结束时，反冲洗泵停止，反冲洗管上电动阀关闭，排水管上电动阀关闭。清水出水管上电动阀开启，开始新的过滤周期。 5、出水管上电动阀的开启度由滤池水头损失控制。水头损失小时开启度小，水头损失大时开启度大，调节水位高度(0.2m) 以达到恒速过滤要求。,6、其它运行要求： 61四格滤池仅允许一格进行冲洗,同时达控制值者排队等待,两格冲洗相隔时间控制为10min。 62对冲洗泵和鼓风机均进行定时轮流切换,使设备工作

14、时间均匀,亦可在手动状态时,人工控制开停。,生物滤池操作规程 1、运行调试前的准备 （1）在进行工程运行调试前必须熟悉处理流程，了解各处理单元在处理工艺中所起到的作用以及各处理单元的预期处理效果。 （2）检查所有管道和闸阀是否完好，检查各管口标高是否符合设计，特别是排水槽上缘是否水平。 （3）滤料最好在放入前严格的检查，确保粒径和级配符合设计要求铺设的滤料厚度。 （4）清除滤池内的杂物，保持滤池面平整。 （5）放水检查，放水按“进水调试”要求进行。放水要缓慢进行、排除滤料内的空气。 （6）滤料进行连续冲洗。冲洗按“反冲洗”要求进行。要求冲洗到清洁为止。 （7）做好进水前准备工作：确认各种阀门是

15、处于关闭状态；确认进水的各项指标符合工程设计方案中的水质指标；检查通用或专用设备，并进行带负荷运转，测试其能力；检查曝气生物滤池布水和充氧曝气是否均匀。,2、曝气生物滤池的运行调试 （1）挂膜阶段 所谓挂膜就是使具有代谢活性的微生物污泥在处理系统中滤料上固着生长的过程，对于生活污水、城市污水及与城市污水相近的工业废水可采用直接挂膜方式进行。 操作方法：开启进水、曝气阀门，启动曝气风机、进水水泵。保证曝气生物滤池在连续充氧曝气的情况下，小水量连续进水，一般进水量控制在总水量的四分之一。在进入调试阶段后，每天必须对进出水的水质指标进行化验，并对滤池中的活性污泥进行镜检，直至观察到比较高级的原生动物

16、和后生动物后，表示系统运行正常。此阶段约需一周时间。,（2）提负荷阶段 在生物滤池处理水质良好和出现指示性微生物的情况下，可以进入调试的第二阶段，即提负荷阶段，在提负荷阶段采用的是逐渐增加进水量的方法。 操作方法：在挂膜阶段运行的基础上，提高进水水量和处理负荷。由于刚生长的微生物量少，抗冲击负荷能力低，水量不宜提高的过快。同时对能反映生物滤池运行情况的数据和指标要密切关注，若发现系统运行情况异常，应及时停止进水或减少进水量，分析查明原因，并采取相应的处理措施。直至完成曝气生物滤池的运行调试。,3、反冲洗 在曝气生物运行过程中，随着运行的进行，滤料上生长的微生物膜渐渐增厚，这有利于去除率的提高；

17、而在增厚到一定程度时，微生物的活性降低，并开始有一定程度的脱落。同时会出现氧的传递速率减少、传质速度减慢、随着滤料空隙度的减少，水头损失增加。此时应停止运行并进行反冲洗。 反冲洗是曝气生物滤池功能的关键，其基本要求是在较短的反冲洗时间内，使滤料得到适度的清洗，恢复滤料上的微生物膜的活性，并将滤料截留的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去。 操作方法：采用先气冲洗，气冲洗强度10L/ m2.s；再气水联合反冲洗,水冲洗强度5L/ m2.s ；最后用清水反冲洗。,（1）气洗阶段：关闭进水、曝气阀门，开启反冲洗进气阀门，启动反冲洗风机，进行气洗，目的是松动滤料层，使滤料层膨胀，时间为35min。 （2）气

18、水联合反冲洗：启动反冲洗水泵，进行气水联合反冲洗，目的是将滤料上截留的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去，时间为58 min， （3）清水反冲洗：关闭反冲洗风机和反冲洗进气阀门，进行水漂洗，目的是将滤料表面的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去，时间为10 min。 ()清洗后，出水的溶解氧为时，反冲洗完成。,普通生物滤池的特点： 处理效果好，BOD5的去除率可达95%以上； 运行稳定、易于管理、节省能源； 负荷低、占地面积大、处理水量小、滤池易堵塞、卫生条件差。 高负荷生物滤池是通过限制进水BOD5值和在运行上采取处理水回流等技术，来提高有机负荷率和水力负荷率。 塔式生物滤池是在普通生物滤池处理废水的

19、基础上，吸取化工设备中气体洗涤塔的特点而发展起来的新型生物处理设备。,6.4.1.1 高负荷生物滤池设计 高负荷生物滤池由滤床、布水设备和排水系统组成。形状多为圆形。,滤床设计计算 要求单位体积滤料的表面积和空隙率都比较大，且具有质坚、高强度、耐腐蚀及价廉等。（滤料粒径40-100mm，滤料层厚度2m，上层为40-70mm滤料1.8m，下层为70-100mm承托层0.2m） 进水BOD5值必须小于200mg/L，否则稀释，稀释后进入滤池污水BOD5的值为：,Le为经滤池处理后出水BOD5的值，mg/L。为系数，按表6-6选取。,(6-13),H为滤料层高度，取H=2m。,(6-14),回流稀释

20、倍数n：,L0为原水BOD5的值，mg/L。 滤床计算主要是确定滤料容积、滤池深度和表面积。 按容积负荷计算 滤料容积：,NV为容积负荷，以gBOD5/（m3滤料d）计，不超过1200。 滤料面积：,(6-16),(6-15),按面积负荷计算 滤料面积：,NA为面积负荷，以gBOD5/（m2滤池d）计，取值为11001200。 滤料容积：,按水力负荷计算 滤池表面积：,Nq为水力负荷，以m3污水/（m2滤池d）计，取值为1030。 滤料容积：同公式（6-18）。,(6-17),(6-18),(6-19),布水设备的设计 布水设备的作用：是向滤池表面均匀地撒布污水。 布水设备的结构：在钢管或塑料

21、管的同侧开布水孔，两根对称的布水横管其开口方向相反，可利用污水从孔口喷出所产生的反作用力使布水器按与喷水相反的方向旋转，亦可以利用电力驱动。,在设计时先根据滤池的大小决定布水管的根数、管径及布水管的孔径，孔径按水流出孔速度2m/s确定。 每根布水横管上的小孔数的计算：,(6-21),(6-20),为离中心最远的两个小孔间距的2倍，常取=80；D为布水器直径，m。 任一孔口到滤池中心的距离的计算：,R为布水器的半径，m。i为从池中心算起任一孔口布水器横管上的排列顺序。,所需要的工作水头的计算：,(6-22),(6-24),(6-23),式中，R为布水横管的水力半径；C为谢才系数：,q为每根布水横

22、管的污水流量，L/s；d为布水孔口直径，mm；D0为布水横管直径，mm；K为流量模数，由表6-7查得。 小口径布水管的K值计算：,布水器的转数：,排水系统的设计 排水系统的作用：排除处理后的污水；保证滤池的通风良好；支撑滤料。渗水装置一般为混凝土板式，排水孔的总面积不得小于滤池表面积的20%，与池底距离不得小于0.4m。为了通风良好总排水沟的过水断面积应小于其总断面积的50%。,(6-25),6.4.1.2 塔式生物滤池设计,塔式生物滤池由塔身、滤料、布水系统及通风装置组成，直径和高度比为1：61：8，使滤池内部形成较强的拔风状态。污水自上而下滴流，水流紊动剧烈，通风良好，使污水、空气、生物膜

23、充分接触，水力负荷可达80200 m3/（m2d）。 生物滤塔的优点：容积负荷高、占地面积小、运转费用低、能承受较大的有机物和有毒物质的冲击负荷、通风良好供气充足、产泥量较少。 生物滤塔的缺点：进水BOD较高时生物膜生长迅速，易引起滤料堵塞、投资大、BOD去除率低。,设计塔式生物滤池时应注意： 入流水质不均匀时，应设置均质池，塔后置二沉池，可与其他生物处理构筑物串联或多级塔滤串联。 选择适当的填料：选择比表面积大、空隙率大、不易堵塞的滤料。 控制入流水质：要求悬浮物的含量不能太高。 入流方式：为在顶部一次进水或分级进水。 选择适宜的入流负荷：根据水量负荷及入流浓度算出的有机负荷不应大于设计所选

24、用的有机负荷。 挥发物的净化：在塔顶加一段滤料，用清水或处理后的水淋洒吸收挥发的有毒物质。另外可设一只充有塔滤的气体净化器吸受挥发物质。 通风条件：自然通风或人工通风。 布水方式：固定布水器或旋转式布水器。,N水为水力负荷，m3/（m3d）；Q为平均日流量，m3/d 按有机负荷复核计算：,(6-27),(6-26),6.4.1.3 塔式生物滤池的设计计算 填料体积的确定 根据水量负荷计算：,V为按有机负荷计算的滤料体积，m3；La为进水BOD5，g/m3；N有机为有机负荷，kg/(m3d）。 两种计算的结果应相等或接近相等，否则需重新计算。,BOD20为20天的生化需氧量，mg/L。 格栅高度

25、：0.250.4 布水器高度0.5 有毒气体净化器部分高度：,塔体总高确定： 填料高度的计算：,V为填料体积，m3；D为塔径，m。 塔底通风口高度：,(6-29),(6-28),(6-30),塔径的确定：,(6-31),V为填料体积，m3；h1为填料高度，m。 6.4.2 生物转盘 生物转盘是一种高效、经济的生物膜法处理设备，结构简单、运行稳定安全、能源消耗低、净化功能好、抗冲击效果好、不易堵塞等。,6.4.2.1 生物转盘 工艺流程,生物转盘构造： 生物转盘构造：生物转盘由盘片、转轴、驱动装置、接触反应槽组成。特征是生物膜在水中回转。生物转盘由固定在一根轴上的许多间距很小的圆盘或多角形盘片组

26、成。盘片材质要求质轻、强度高、耐腐蚀、防老化和不易变形。多采用聚乙烯硬质塑料或玻璃钢制作。,接触反应槽采用钢板或钢筋混凝土制成，与盘片外形基本吻合的半圆形，断面直径比转盘大20-50mm。 生物转盘有单轴单级、单轴多级和多轴多级等。,生物转盘的净化原理及特点 生物转盘的净化原理：生物转盘在旋转过程中，浸在污水中盘片上的生物膜对污水中的有机物进行吸附；当盘片离开液面暴露在空气中时，盘片上的生物膜从空气中吸收氧气对有机物进行氧化。 生物转盘的特点：微生物浓度高因而处理效率高。水和盘片间的剪力可连续均匀地将老化的生物膜去除，可控制污泥生长。抗冲击负荷能力强、工作稳定。运转灵活、维护简单、动力消耗低。

27、混合液具有高密度和低浓度的特点，可按高负荷设计二沉池。寒冷地区要建在室内。,Q为污水量，m3/h；L0、Le为进水、出水BOD浓度，g/m3；NF为BOD面积负荷，gBOD5/（m2盘片d） 转盘盘片数：,6.4.2.2 生物转盘的设计计算 BOD面积负荷计算盘片总面积 转盘的总面积：,D为转盘盘片直径，m。,(6-32),(6-33),净有效容积：,(6-34),(6-35),(6-36),氧化槽有效长度：,为盘片厚度，m；b为盘片间净间距，m，一般为2030mm。K为长度系数，一般K=1.2。 转动轴有效长度等于氧化槽有效长度。 氧化槽总有效容积：,净有效容积为盘片与氧化槽内壁的距离，取2

28、040mm。 一般取h/D=（0.060.1），式中h为转动轴到槽内水面的垂直高度。,R为转盘半径，m；m1为一根转轴上的盘片数，片；为同一电机带动的转轴数；为生物膜厚度系数，一般取24。,(6-39),(6-38),(6-37),污水在氧化槽内停留时间：,V为氧化槽净有效容积，t一般为0.252.0h。 转盘的转数：,电动机功率：,6.4.3 生物接触氧化处理装置 6.4.3.1 工作原理 生物接触氧化处理装置又称淹没式生物滤池，是一个充满废水的生物滤池，是介于曝气池与生物滤池之间的生物膜法工艺。固着生长于填料表面的生物膜与废水接触，在微生物的作用下使废水得到净化。 6.4.3.2生物接触氧化处理装置的构造,生物接触氧化滤池由池体、滤料、布水装置和曝气系统组成。 按曝气方式分为：表面曝气生物接触氧化池和鼓风曝气生物接触氧化池。,鼓风曝气生物接触氧化池按曝气装置位置分为分流式和直流式。,分流式 分流式：曝气器和填料分别在池的不同一侧，污水流过填料速度慢，利于微生物生长，但冲刷力太小，生物膜更新慢易堵塞。,直流式 直流式：曝气器在填料底部，直接向填料曝气使填料区的水流上升。生物膜更新快活性好、不易堵塞。有内外循环方式。,填料是生物膜的载体，同时兼有截留悬浮物质的作用