一種新型生物濾池的設(shè)計(jì)

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1、一種新型生物濾池的設(shè)計(jì)班 級(jí)： 08生物工程1班 姓 名： 郭 靖 指導(dǎo)教師（職稱）：洪七公（丐幫幫主）2目 錄引 言.31 污水處理工藝流程的選擇.71.1 主流污水處理工藝比較.71.2 工藝流程的確定.92 曝氣生物濾池的組成及原理.102.1 基本組成.102.2 工作原理.103 污水處理水量及水質(zhì)的擬定.133.1 水量的擬定.133.2 水質(zhì)要求的擬定.154 曝氣生物濾池的計(jì)算.164.1 污水必須具備的基本條件.164.2 曝氣池的設(shè)計(jì)計(jì)算.164.3 生物膜及濾料的選擇.214.4 除磷劑的選擇.235 建設(shè)及運(yùn)行成本預(yù)估.246 結(jié) 論.25致 謝.26參考文獻(xiàn).27附錄

2、 1 污水處理工藝流程圖.28附錄 2 曝氣生物濾池剖面圖.29附錄 3 單池空氣擴(kuò)散器平面布置圖.30 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.1摘 要本設(shè)計(jì)旨在設(shè)計(jì)一種新型的生物濾池用來進(jìn)行污水處理工作。本濾池為曝氣生物濾池，污水流向?yàn)樯狭魇?，主要由濾池池體、濾料層、布水系統(tǒng)、布?xì)庀到y(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)六部分組成。本設(shè)計(jì)中生物膜主要由硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌及芽孢桿菌等組成。本設(shè)計(jì)采用的是密度小于水的球形有機(jī)輕質(zhì)填料，主要成分為聚苯乙烯，粒徑為 3.55mm。本濾池建成后預(yù)計(jì)具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脫氮除磷、除去 AOX(有害物質(zhì))的作用，集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二

3、次沉淀池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化。此外，還具有有機(jī)物容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、所需基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低，同時(shí)該濾池出水水質(zhì)高。本設(shè)計(jì)擬定的進(jìn)水水質(zhì)是：BOD5為 280 mg/L，SS 為 240mg/L，TN為 35mg/L，TP 為 12mg/L，出水水質(zhì)是：BOD5 不高于 28.4 mg/L，TN 不高于 26.7 mg/L，SS 不高于 7.9 mg/L，TP 不高于 3.4 mg/L。本生物濾池進(jìn)水PH 值 6.59.5，水溫保持在 10左右,硫化物及其它有害物質(zhì)曝氣生物濾池進(jìn)水中的硫化物含量應(yīng)控制 30mg/L 以下。關(guān)鍵詞： 生物濾池；濾料；

4、硝化細(xì)菌；生物膜；聚苯乙烯 2AbstractThe design aims to design a new type of biological filter used for sewage treatment works. The filter for biological aerated filter, sewage flows into the upflow, mainly by the filter tank body, a filter layer, a water distribution system, air distribution system, a backwashin

5、g system, the water system is composed of six parts. The design of biological membrane mainly by nitrifying bacteria, denitrifying bacteria and Bacillus. This design uses is less dense than water spherical organic light filler, main components of polystyrene, particle diameter of 3.55mm. The filter

6、is removed after the completion of SS,COD, BOD, nitrification, denitrification and phosphorus removal, removal of AOX (HNS) role, with biological oxidation and removal of suspended solids in one, save the follow-up two primary sedimentation pond, to ensure the treatment effect under the condition th

7、at the simplified processing technique. In addition, also has the organic high volume load, hydraulic load, short hydraulic retention time, needs less investment, low energy consumption and low operating cost, at the same time the filter effluent quality high. The design of the water quality is: BOD

8、5=280 mg/L, SS=240mg/L, TN=35mg/L, TP=12mg/L, the effluent quality is: BOD528.4 mg/L, TN26.7 mg/L, SS7.9 mg/L, TP3.4 mg/L. The biological filter water pH 6.59.5, temperature was maintained at 10, sulfide and other harmful substances in biological aerated filter inlet of sulfide content should be con

9、trolled below 30mg/L.Keywords: biological filter; filter; nitrifying bacteria; biological membrane; polystyrene 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.3引 言近幾十年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)和城市建設(shè)的發(fā)展，我國城市的環(huán)境污染特別是水污染問題日趨嚴(yán)重。我國是一個(gè)人均水資源占有量匾乏的國家，僅為世界人均值的 1/4，而且時(shí)空分布不均，開發(fā)利用難度大，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，全國年排污量為 350 億立方米，但城市污水集中處理率僅為 7%，80%的污水未經(jīng)有效處理就排入江河湖海1，使我國的水

10、域污染十分嚴(yán)重，并進(jìn)一步加劇了水資源的短缺?？梢哉f水污染嚴(yán)重和水資源的短缺已經(jīng)成為嚴(yán)重制約我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、危害生態(tài)環(huán)境、影響人民生活和身體健康的突出問題，迫切需要加以解決。但是，在我國水污染治理領(lǐng)域，現(xiàn)有建成運(yùn)行的污水處理廠(站)，特別是城市污水處理廠，基本上都是采用傳統(tǒng)活性污泥法及其變形工藝、氧化溝工藝、A-B 法工藝、SBR 法等工藝2，雖然這些工藝處理效果尚可甚至也比較好，但普遍也存在著占地面積大、基建投資高、處理負(fù)荷低、運(yùn)行啟動(dòng)慢、經(jīng)常出現(xiàn)污泥膨脹、不能承受沖擊負(fù)荷等不足之處，同時(shí)工藝設(shè)備處理效能低、能耗高，不能滿足高效低能的要求，因此近十幾年來，各種污(廢)水處理新技術(shù)工藝不斷

11、涌現(xiàn)。目前來說，最經(jīng)濟(jì)有效的方法仍然是生物處理法。隨著越來越多的污(廢)水處理設(shè)施投入運(yùn)轉(zhuǎn)，生物處理技術(shù)已成為城市污水和有機(jī)工業(yè)廢水處理的主要方法。在自然界中，存在著大量依靠有機(jī)物生活的微生物。它們不但能分解氧化一般的有機(jī)物并將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化合物，而且還能轉(zhuǎn)化有毒有機(jī)物。實(shí)際上，在工業(yè)廢水的無害化過程中，不但利用微生物處理有機(jī)毒物，還用于4處理由微生物營養(yǎng)元素構(gòu)成的無機(jī)毒物。這些物質(zhì)本身對(duì)微生物有毒害作用，但組成這些物質(zhì)的元素，有些是微生物營養(yǎng)所需，因此它們對(duì)微生物具有兩重性，通過對(duì)其濃度的控制，毒物可以成為微生物的養(yǎng)料3。生物處理就是利用微生物分解氧化有機(jī)物的這一功能，并采取一定的人工措施

12、，創(chuàng)造有利于微生物的生長、繁殖的環(huán)境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有機(jī)物效率的一種污水處理方法。生物處理法分為好氧和厭氧兩大類4。好氧生物處理的前提是必須要在有氧的情況下進(jìn)行，而厭氧生物處理則需保證無氧環(huán)境。由于好氧生物處理效率高，使用比較廣泛，多用于處理中等濃度以下的城市污水和工業(yè)廢水；厭氧處理對(duì)象主要是中、高濃度有機(jī)物廢水和污水處理中所產(chǎn)生的污泥，厭氧處理比好氧處理使用得少些。 污水好氧生物處理的主要去除對(duì)象是污水中溶解的和膠體狀態(tài)的有機(jī)污染物，通過微生物的代謝作用予以轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定，達(dá)到無害化。按照污水好氧生物處理反應(yīng)器中微生物的生長狀態(tài)，好氧生物處理還可劃分為懸浮生長工藝和附著生長工

13、藝，前者以活性污泥法為代表，包括氧化溝、SBR 等變形工藝，微生物在曝氣池內(nèi)以呈懸浮狀態(tài)的活性污泥的形式存在；而后者則以生物膜法為代表，包括生物濾池、接觸氧化、生物轉(zhuǎn)盤等，微生物以膜狀固著在某種載體的表面上。生物膜法是一大類生物處理法的統(tǒng)稱。在生物膜法中，微生物附著在載體表面生長而形成膜狀，當(dāng)污水流經(jīng)載體表面和生物膜接觸的過程中，污水中的有機(jī)污染物即被微生物吸附、穩(wěn)定，最終轉(zhuǎn)化為 H2O、CO2、NH3和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得到凈化5。在許多情況下，生物膜法不僅能代替活性污泥法用于城市污水的二級(jí)生物處理，而且還具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.5穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷、更為

14、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、無污泥膨脹問題、具有一定的硝化與反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等10。正是因?yàn)槿绱?，?20 世紀(jì) 70 年代以來，生物膜法引起了廣大研究者和工程師們的極大興趣，其主要設(shè)施是生物濾池、接觸氧化池和生物轉(zhuǎn)盤等。曝氣生物濾池(biological aerated filter)簡稱 BAF，是 20 世紀(jì) 80 年代末90 年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，并借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的污水處理新工藝，最初用于污水的三級(jí)處理，后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理9。自 80 年代在歐洲建成第一座曝氣生物濾池污水處理廠后，曝氣生物濾池已在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家廣為流行，目前世界上已有數(shù)百多座大大小小的污水處

15、理廠采用了這種技術(shù)6。該技術(shù)不僅可用于水體富營養(yǎng)化處理，而且可廣泛地被用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造和造紙等高濃度廢水的處理。隨著研究的深人，曝氣生物濾池從單一的工藝逐漸發(fā)展成系列綜合工藝，具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脫氮除磷、除去AOX(有害物質(zhì))的作用，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化7。此外，曝氣生物濾池工藝有機(jī)物容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、所需基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低，同時(shí)該工藝出水水質(zhì)高。曝氣生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種特

16、殊形式8，即在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長的載體，并根據(jù)風(fēng)曝氣，使空氣與污水逆向或同向接觸，使污水中的有機(jī)物與填料表面生物膜通過生化反應(yīng)得到穩(wěn)定，填料同時(shí)起到物理過濾作用。6 90 年代初我國就已開始對(duì)曝氣生物濾池工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究和開發(fā)，中冶集團(tuán)馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院環(huán)境工程公司、北京環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院、清華大學(xué)等是我國研究開發(fā)該技術(shù)較早的單位，并已將曝氣生物濾池成功地應(yīng)用于多個(gè)大、中、小型工程，隨著實(shí)際工程的應(yīng)用運(yùn)行，曝氣生物濾池的特殊優(yōu)點(diǎn)越來越受到我國水處理界各方的關(guān)注。作為一種新型的污水生物處理技術(shù)，BAF 已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，但是，日前的理論研究

17、還不夠系統(tǒng)和完善，經(jīng)過分析比較，提出今后的研究熱點(diǎn)如下：隨著現(xiàn)代生物檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步有關(guān) BAF 的生物膜特性研究，特別是在生物膜生民,生物膜組成和生物膜活性等方而的研究，將成為近期的前沿課題，這此研究同時(shí)也會(huì)促進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)微生物系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究的發(fā)展。BAF 的新型填料、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反沖洗過程的水力學(xué)特性也是今后需要研究的重點(diǎn)問題。脫氮方式的控制和機(jī)理研究同樣也是研究熱點(diǎn) BAF 具有良好的硝化能力，同時(shí)，如果控制運(yùn)行條件，可以使 BAF 實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化、A/O式內(nèi)循環(huán)缺氧反硝化和后置反硝化，使其在污水三級(jí)脫氮處理和微污染水源水的預(yù)處理得到廣泛的應(yīng)用8。綜上所述，本次設(shè)計(jì)擬定設(shè)計(jì)一種新型的

18、曝氣生物濾池，設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)是：BOD5=280mg/L，SS=240mg/L，TN=35mg/L，TP=12mg/L，出水水質(zhì)是：BOD5 28.4 mg/L，TN 26.7 mg/L，SS 7.9 mg/L，TP 3.4 mg/L。 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.71 污水處理工藝流程的選擇1.1 主流污水處理工藝比較城市二級(jí)污水處理常用的工藝方法有：SBR、A/O 除磷工藝、A2/O 除磷脫氮、氧化溝法等3，雖然這些工藝處理效果尚可甚至也比較好，但普遍存在著占地面積大、基建投資高、處理負(fù)荷低、運(yùn)行啟動(dòng)慢等不足之處，針對(duì)以上幾種污水處理工藝不足，近些年來研制開發(fā)了曝氣生物濾池。 曝氣生物

19、濾池又被稱為第三代生物濾池。曝氣生物濾池采用人工強(qiáng)制曝氣代替自然通風(fēng)；采用粒徑小、比表面積大的濾料，顯著提高了生物濃度；采用生物處理與過濾處理聯(lián)合方式，省去了二次沉淀池1；采用反沖洗的方式，免去了堵塞的可能，同時(shí)提高了生物膜的活性；采用生化反應(yīng)和物理過濾聯(lián)合處理的方式，同時(shí)發(fā)揮了生物膜法和活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)。由于它具有生物氧化降解和過濾的雙重作用，因而可獲得很高的出水水質(zhì)，可達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，適用與生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水的處理及資源化利用。曝氣生物濾池的特點(diǎn)：較小的池容和占地面積。曝氣生物濾池的 BOD5容積負(fù)荷可達(dá)到56kg BOD5/(m3d),是常規(guī)活性污泥或接觸氧化法的 612 倍，所

20、以它的池容和占地面積具有活性污泥和接觸氧化法的 1/6 左右，大大節(jié)省了占地面積和大量的土建費(fèi)用。高質(zhì)量的處理水。在 BOD5容積負(fù)荷為 6kg BOD5/(m3d)時(shí)，其出水 SS與 BOD5可保持在 60mg/L 以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)之一的標(biāo)準(zhǔn)。8簡化處理流程。由于曝氣生物濾池對(duì) SS 的生物截留作用，使出水中的活性污泥很少，故不需設(shè)置二沉池，處理流程簡化，使占地面積進(jìn)一步減少。基建費(fèi)用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。由于技術(shù)流程短，占地省，使基建費(fèi)用大大低于常規(guī)二級(jí)生物處理。管理簡單。曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，沒有污泥膨脹問題，微生物也不會(huì)流失，能保持池內(nèi)較高的微生物濃度，因此日常運(yùn)行簡單，

21、處理效果穩(wěn)定。設(shè)施可間斷運(yùn)行。由于大量微生物生長在粒狀填料粗糙的孔的內(nèi)部和表面，微生物不會(huì)流失，即使長時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)也能保持其菌種，如長時(shí)間停止不用后再使用，其設(shè)施可在幾天內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行4。表 1 各工藝方法比較 工藝方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)曝氣生物濾池a. 較小的池容和占地；b. 高質(zhì)量的出水；c. 簡化流程；d. 基建費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低；e. 微機(jī)自動(dòng)化控制；f. 可靠性高。a. 進(jìn)水有機(jī)物過高可能造成細(xì)菌大量繁殖，容易培養(yǎng)濾料。SBRa. 處理構(gòu)筑物少，可省去二沉池；b. 一般不需要調(diào)節(jié)池；c. 運(yùn)行方式靈活，可同時(shí)具有去除BOD 和脫氮除磷的功能。a. 反應(yīng)器容積利用率低；b. 水頭損失大；c. 不連續(xù)

22、的出水，要求后續(xù)構(gòu)筑物容積較大，有足夠的接受能力；d. 設(shè)備利用率低；e. 對(duì)管理人員技術(shù)素質(zhì)要求較高。氧化溝a.進(jìn)出水裝置簡單；b.BOD 負(fù)荷低，處理水質(zhì)良好；污泥產(chǎn)率低，排泥量少；c.污泥齡長，具有脫氮的功能。a. 在實(shí)際的運(yùn)行過程中，存在污泥膨脹、泡沫、污泥上浮、流速不均及污泥沉積等一系列的問題。A2/Oa. 厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境和不同種類的微生物細(xì)菌群的有機(jī)配合，a. 難以同時(shí)取得良好的脫氮除磷效果； 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.9能同時(shí)具有去除有機(jī)物、脫氮除磷的功能；b. 在同時(shí)脫氮除磷的工藝中，該工藝流程最為簡單，總的水力停留時(shí)間也不少于同類其他工藝。b. A2/O

23、 工藝的基建費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均高于普通活性污泥法，運(yùn)行管理要求高。綜上所述，鑒于曝氣生物濾池的各種優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)決定設(shè)計(jì)一種新型曝氣生物濾池。1.2 工藝流程的確定1.2.1 曝氣生物濾池的分類及主體構(gòu)成根據(jù)污水在濾池運(yùn)行中過濾方向的不同，曝氣生物濾池可分為上向流和下向流濾池10，除污水在濾池中的流向不同外，上向流和下向流濾池的池型結(jié)構(gòu)基本相同。早期曝氣生物濾池的應(yīng)用形式大多都是下向流態(tài)，但隨著上向流態(tài)曝氣生物濾池比下向流濾池的眾多優(yōu)點(diǎn)被人們所認(rèn)同，所以近年來國內(nèi)外實(shí)際工程中絕大多數(shù)采用上向流曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)。故本設(shè)計(jì)采用上向流曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)。曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式與普通快濾池類似，其主體由濾池池

24、體、濾料層、擋板、布水系統(tǒng)、布?xì)庀到y(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)、管道和自控系統(tǒng)組成。1.2.2 曝氣生物濾池工藝流程圖城市污水污水外排粗格柵進(jìn)水泵房細(xì)格柵3D 反應(yīng)池鼓風(fēng)機(jī)加氯間曝氣生物濾池清水池砂水分離污泥濃縮機(jī)械脫水10PAM柵渣外排 圖 1 曝氣生物濾池工藝流程2 曝氣生物濾池的組成及原理2.1 基本組成如圖 2 所示，濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為 2.53m，填料頂部裝有擋板，防止懸浮填料的流失。擋板上均勻安裝有出水濾頭9。擋板上部空間用作反沖洗水的儲(chǔ)水區(qū)，其高度根據(jù)反沖洗水頭而定，該區(qū)內(nèi)設(shè)有回流泵用以將濾池出水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實(shí)現(xiàn)反硝化。填料層底部

25、與濾池底部的空間留作反沖洗再生時(shí)填料膨脹之用。濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內(nèi)的工藝空氣管用于工藝曝氣，并將填料層分為上下兩個(gè)區(qū)：上部為好氧區(qū)，下部為缺氧區(qū)。根據(jù)不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度可以變化，好氧區(qū)、厭氧區(qū)所占比例也可有所不同。濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。圖 2 Biostyr 曝氣生物濾池組成示意圖1 配水廊道2 濾池進(jìn)水和排泥3 反沖洗循環(huán)閘門4 填料 5 反沖洗氣管6 工藝空氣管7 好氧區(qū)8 缺氧區(qū)9 擋板 10 出水濾頭11 處理后水的儲(chǔ)存和排出12 回流泵13 進(jìn)水管壓榨機(jī)壓榨機(jī) 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.112.2 工作原理反應(yīng)器為周期運(yùn)行，

26、從開始過濾至反沖洗完畢為一完整周期，具體過程如下：經(jīng)預(yù)處理的污水(主要是去除 SS 以避免濾池頻繁反沖洗)與經(jīng)過硝化后的濾池出水按照回流比混合后通過濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，并向上首先流經(jīng)填料層的缺氧區(qū)。此時(shí)反沖洗空氣管處于關(guān)閉狀態(tài)9。缺氧區(qū)內(nèi)，一方面，反硝化細(xì)菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源將濾池進(jìn)水中的 NO3-N 轉(zhuǎn)化為N2，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。另一方面，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化過程中生成的氧降解 BOD，同時(shí)，SS 也通過一系列復(fù)雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內(nèi)。經(jīng)過缺氧區(qū)處理的污水流經(jīng)填料層內(nèi)的曝氣管后即進(jìn)入了好氧區(qū)，并與空氣泡均勻混合繼續(xù)向上流經(jīng)填料層。水氣

27、上升過程中，該區(qū)填料上的微生物利用氣泡中轉(zhuǎn)移到水中的溶解氧進(jìn)一步降解 BOD，濾床繼續(xù)去除 SS，污水中的 NH3-N 被轉(zhuǎn)化為 NO3-N，發(fā)生硝化反應(yīng)4。值得指出的是，以 SS 形態(tài)被截留在濾床內(nèi)的可降解污染物以及被生物膜吸附的難降解有機(jī)物實(shí)際被降解吸收的時(shí)間可接近一個(gè)運(yùn)行周期，這一點(diǎn)有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。流出填料層的凈化后廢水通過濾池?fù)醢迳系某鏊疄V頭排出濾池，出路分為：排出處理系統(tǒng)外；按回流比例與原污水混合進(jìn)入濾池實(shí)現(xiàn)反硝化；用作反沖洗水(在多個(gè)濾池并聯(lián)運(yùn)行的情況下，當(dāng)某一個(gè)濾池反沖洗時(shí)，反沖洗水由其它工作著的濾池出水共同提供)。 隨著過濾的進(jìn)行，由于填料層內(nèi)生物膜逐漸增厚，SS 不斷積累

28、，過濾水頭損失逐步加大，在一定進(jìn)水壓力下，設(shè)計(jì)流量將得不到保證，此時(shí)即應(yīng)進(jìn)入反沖洗再生以去除濾床內(nèi)過量的生物膜及 SS，恢復(fù)濾池的處理能力。依據(jù)不同的處理情況，濾池出水指標(biāo)(如 SS)也可通過自控系統(tǒng)成為反沖洗的控制12條件。 反沖洗采用氣水交替反沖，反沖洗水即為貯存在濾池頂部的達(dá)標(biāo)排放水，反沖洗所需空氣來自濾池底部的反沖洗氣管。反沖再生過程如下：(1)關(guān)閉進(jìn)水和工藝空氣；(2)水單獨(dú)沖洗；(3)空氣單獨(dú)沖洗；繼而(2)、(3)步驟交替進(jìn)行并重復(fù)幾次；(4)最后用水漂洗一次7。反沖洗水自上而下，填料層受下向水流作用發(fā)生膨脹，填料層在單獨(dú)水沖或氣沖過程中，不斷膨脹和被壓縮，同時(shí)，在水、氣對(duì)填料的

29、流體沖刷和填料顆粒間互相摩擦的雙重作用下，生物膜、被截留吸附的 SS 與填料分離，沖洗下來的生物膜及 SS 在漂洗中被沖出濾池。反沖洗污泥回流至濾池預(yù)處理部分的沉淀系統(tǒng)。再生后的濾池進(jìn)入下一周期運(yùn)行。由于正常過濾與反沖時(shí)水流方向相反，填料層底部的高濃度污泥不經(jīng)過整個(gè)濾床，而是以最快的速度通過池底 排泥管離開濾池?？陀^的講，反沖過程沒有太多的理論依據(jù)，基本是從再生效果考慮的，既要恢復(fù)過濾能力，又要保證填料表面仍附著有足夠的生物體，使濾池能滿足下一周期凈化處理要求。綜上所述，本次設(shè)計(jì)主要需要進(jìn)行的設(shè)計(jì)如下：處理水量及水質(zhì)的擬定；曝氣池的計(jì)算；反沖洗系統(tǒng)的計(jì)算；空氣管的選型；生物膜及濾料的選擇等。

30、沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.133 污水處理水量及水質(zhì)的擬定3.1 水量的擬定3.1.1 生活污水量1Q污水處理量：=5 萬 m3/dQ其中：生活污水占 80%，為 4 萬 m3/d； 工業(yè)廢水占 20%，為 1 萬 m3/d。根據(jù)居住區(qū)用水定額差可得，人均生活用水量為 90125L/人d，本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人均生活用水量 q=100L/人.d，城市混合污水變化系數(shù) k =1.1， k =1.4；城市公共建筑污水量按城市生活污水量的 25%。日總由方程321QQQQ式中：城市生活污水量，m3；Q 城市公共建筑污水量，m3；2Q 工業(yè)廢水量，m3。3Q由方程可以算出設(shè)計(jì)人口：N 50000=100

31、10 +25%10010 +20%50000N3N3求得=32 萬人N 因?yàn)椋簁 =；日平均日平均時(shí)污水量最大日平均時(shí)污水量 k =；總最大日平均時(shí)污水量最大日最大時(shí)污水量14 k =kk =。總?cè)諘r(shí)平均日平均時(shí)污水量最大日最大時(shí)污水量 所以：最大日平均時(shí)污水量=平均日污水量k日 最大日最大時(shí)污水量=平均日平均時(shí)污水量k總生活污水量：1Q 東北地區(qū)某市設(shè)計(jì)人口 N=32 萬人，居住建筑內(nèi)有排水設(shè)備和淋浴設(shè)備。 （3NqQ 11） =32 100 10 =3.2 萬 m3/d3 城市公共建筑污水量：2Q =25% （32Q1Q2） =25% 3.2=0.8 萬 m3/d 工業(yè)污水量： 3Q =（

32、） 20% （33Q%20121QQ3） =（） 20%=1 萬 m3/d%2018 . 02 . 3最大日污水流量：日Q=k （3日QQ日4）=5 1.1 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.15=5.5 萬 m3/d 最大時(shí)污水流量：時(shí)Q=k （3時(shí)QQ總5）=5 1.4=7 萬 m3/d3.1.2 污水量情況污水量情況詳見下表：表 2 污水流量項(xiàng)目萬 m3/d萬 m3/hm3/s平均日50.208330.5787最大日5.50.22920.6366最大日最大時(shí)70.29170.81023.2 水質(zhì)要求的擬定根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)可確定，本設(shè)計(jì)水質(zhì)要求如下：進(jìn)水水質(zhì)：BOD5=280

33、mg/L, SS=240mg/L, TN=35mg/L, TP=12mg/L。出水水質(zhì)：BOD530mg/L, SS 30mg/L, TN 9mg/L, TP 4mg/L。其中：BOD5：五日生化需氧量；SS：懸浮固體；TN：總氮，即水中氮元素的總量；TP：總磷，即水中磷元素的總量。164 曝氣生物濾池的計(jì)算4.1 污水必須具備的基本條件生物濾池進(jìn)水 PH 值 6.59.5，否則應(yīng)預(yù)先考慮 PH 值調(diào)節(jié)措施。水溫保持在 10 ,進(jìn)水水溫稍高。硫化物及其它有害物質(zhì)曝氣生物濾池進(jìn)水中的硫化物含量應(yīng)控制在30mg/L 以下。4.2 曝氣池的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1 濾池的計(jì)算濾料層體積： （4NQSW10

34、0001）式中：進(jìn)水流量，m；Q 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.17 進(jìn)水的濃度，mg/L；0S 相應(yīng)于的 BOD5容積負(fù)荷，kgBOD5/(m3d)，此處取 3。N0S NQSW10000 310002245000=3733.3(m3)單格濾池的面積：曝氣生物濾池的分格數(shù)一般不應(yīng)少于 3 格，每格的最大平面尺寸一般不大于 100m2。 （41nHW2）式中： 分格數(shù)，此處取 8；n 濾料層高度，一般在 2.54.5m，此處取 4.5m。1H 1nHW=5 . 483 .3733=103.4(m2) 考慮到方形池最節(jié)省，所以單格濾池定位正方形，每格尺寸位m2，共 8 格。1010濾池的高度：

35、 （454321HHHHHH183）式中：緩沖區(qū)高度，m，一般在 1.21.5m，此處取 1.4m；2H 擋板區(qū)高度，m，一般在 0.20.3m，此處取 0.3m；3H 清水區(qū)高度，m，一般在 0.81.0m，此處取 1.0m；4H 超高，m，一般在 0.30.5m，此處取 0.5m。5H 54321HHHHHH5 . 00 . 13 . 04 . 15 . 4=7.7(m)即濾池深度為 7.7m。曝氣生物濾池的體積： （4nHV4）=103.4 8 7.7 =6369.44(m3)污水流過濾料層高度的空塔停留時(shí)間： （42411QHAt5）式中：曝氣生物濾池總面積。A （4nA6）=103.

36、4 8=827.2(m2) 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.19 2411QHAt=24500005 . 42 .827=1.79(h)即曝氣池總面積為 827.2m2，停留時(shí)間為 1.79h。污水流過濾料層的實(shí)際停留時(shí)間： （4241QHAt7）式中： 濾料層的空隙率，對(duì)于圓形陶粒一般取 0.5。 241QHAt =5 . 024500005 . 42 .827 =0.893(h)即污水實(shí)際停留時(shí)間為 0.893h。曝氣生物濾池主要尺寸：每組曝氣池的容積(m3)。44.6369A池深 7.7m。單格曝氣生物濾池的表面積(m2)100A單格曝氣生物濾池的長為 10m，寬為 10m，為正方形共

37、8 格根據(jù)曝氣生物濾池工程技術(shù)規(guī)程可確定，本次設(shè)計(jì)中曝氣生物濾池的壁厚為 300mm，底部壁厚為 400mm，均采用混凝土砌制。204.2.2 曝氣系統(tǒng)計(jì)算微生物的需氧量 （41030OsQQ8）式中：曝氣生物濾池需氧量，kgO2/d；0Q 流入曝氣生物濾池的 BOD 值，mg/L；s 設(shè)計(jì)最高日流量，m3/d；Q 每 BOD 的需氧量，kg O2/kgBOD，一般在 0.91.4，此處取O1.0。 1030OsQQ=0 . 110224550003=12320（kg O2/d）所需空氣量 （427327344. 11000TOEQGwAS9）式中：空氣密度 1.293kg空氣/Nm3； 氧的

38、轉(zhuǎn)移率，此處取 10%；AE 空氣中氧的重量，為 0.232kg；wO 池內(nèi)水溫，20。T 27327344. 11000TOEQGwAS=2732027344. 1100232. 0293. 11 . 012320 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.21=3.01 107（kg空氣/d）4.2.3 反沖洗系統(tǒng)反沖洗池體積 （4tvSV110）式中：曝氣生物濾池單池面積，m2；S 反沖洗時(shí)速度，m3/(m2h)，取 0.8 m3/(m2h)；v 反沖洗周期，取min。t5t tvSV1 58 . 0100= 400(m3)即反沖洗池的體積為 400m3反沖洗污水池體積 （4）（曝%301)2(1

39、SVV11）（%3012100400=780(m3)即反沖洗污水池的體積為 780m3。4.2.4 曝氣生物濾池的空氣管的計(jì)算按曝氣生物濾池平面布置，空氣管道在相鄰兩池的隔墻上設(shè)一根干管，干管型號(hào)為 DN100，由于曝氣生物濾池分了 8 個(gè)格，則要在 8 個(gè)池子里面設(shè)置 8 個(gè)干管。22每個(gè)干管上設(shè)置 4 對(duì)配氣豎管，共有配氣豎管 64 根，每根豎管的供氣量為：1232064=192.5(m3/h)。曝氣生物濾池的平面積為：827.2 m2。選用 Wm180 型單孔膜空氣擴(kuò)散器，它的服務(wù)面積為 0.5m2。為了安全按 0.49 m2記。則所需空氣擴(kuò)散器的總數(shù)為：8270.49=1689（個(gè)）

40、。為了安全，本設(shè)計(jì)采用 1690 個(gè)空氣擴(kuò)散器，每個(gè)豎管上安裝的空氣擴(kuò)散器的數(shù)目為 16908=270（個(gè)） 。每個(gè)空氣擴(kuò)散器的配氣量為：123201690=7.29m3/h，在每個(gè)格里面設(shè)置 4 排，每個(gè)豎管設(shè)置 7 個(gè)擴(kuò)散器。4.3 生物膜及濾料的選擇4.3.1 生物膜的選擇濾料層主要分為缺氧區(qū)和好氧區(qū)兩部分7，經(jīng)預(yù)處理的污水(主要是去除SS 以避免濾池頻繁反沖洗)與經(jīng)過硝化后的濾池出水按照回流比混合后通過濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，并向上首先流經(jīng)填料層的缺氧區(qū)。此時(shí)反沖洗空氣管處于關(guān)閉狀態(tài)。缺氧區(qū)內(nèi)，一方面，反硝化細(xì)菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源將濾池進(jìn)水中的 NO3-N 轉(zhuǎn)化為 N2，實(shí)現(xiàn)反

41、硝化脫氮。另一方面，填料上的微生物如芽孢桿菌利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化過程中生成的氧降解BOD，同時(shí)，SS 也通過一系列復(fù)雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內(nèi)。經(jīng)過缺氧區(qū)處理的污水流經(jīng)填料層內(nèi)的曝氣管后即進(jìn)入了好氧區(qū)，并與空氣泡均勻混合繼續(xù)向上流經(jīng)填料層。水氣上升過程中，該區(qū)填料上的微生物利用氣泡中轉(zhuǎn)移到水中的溶解氧進(jìn)一步降解 BOD，濾床繼續(xù)去除 SS，污水中的 NH3-N 被轉(zhuǎn)化為 NO3-N，發(fā)生硝化反應(yīng)。流出填料層的 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.23凈化后廢水通過濾池?fù)醢迳系某鏊疄V頭排出濾池，出路分為：排出處理系統(tǒng)外；按回流比例與原污水混合進(jìn)入濾池實(shí)現(xiàn)反硝化；用作反沖

42、洗水（在多個(gè)濾池并聯(lián)運(yùn)行的情況下，當(dāng)某一個(gè)濾池反沖洗時(shí)，反沖洗水由其它工作著的濾池出水共同提供） 。表 3 微生物的選擇微生物名稱分布場所營養(yǎng)類型作用反硝化細(xì)菌缺氧區(qū)異養(yǎng)厭氧型脫氮硝化細(xì)菌好氧區(qū)異養(yǎng)需氧型硝化、降解 BOD芽孢桿菌缺氧區(qū)、好氧區(qū)兼性厭氧型降解 BOD綜上所述，本設(shè)計(jì)選用反硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、芽孢桿菌這三種微生物作為主要的生物膜，作用為脫氮、硝化及降解 BOD。4.3.2 濾料的選擇 曝氣生物濾池濾料的選擇在整個(gè)工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。為了強(qiáng)化出水質(zhì)量，不同濾料中在必須對(duì)整個(gè)工藝出水的影響進(jìn)行討論、比較與研究。例如:對(duì)具有相同粒徑的黏土、沙粒、塑料進(jìn)行比較。此外濾料介

43、質(zhì)的粒徑大小也對(duì)整個(gè)工藝過程起著十分重要的影響。不同的材質(zhì)、不同的粒徑分別在不同的區(qū)域得到廣泛的應(yīng)用。有人建議當(dāng)粒徑大小為 6mm 左右時(shí)適合在一級(jí)處理前進(jìn)行預(yù)處理工藝9，而粒徑為 3mm 大小的介質(zhì)則對(duì)于廢水的二級(jí)處理較適合，粒徑在 36mm 之間的濾料最好用來作為二級(jí)處理。但是對(duì)于中粒徑的介質(zhì)，由于操作中的水的壓力不同，而可能獲得不同的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)采用的是密度小于水的球形有機(jī)輕質(zhì)填料，主要成分為聚苯乙烯，粒徑為 3.55mm，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，在為微生物提供生長環(huán)境、截留 SS、促進(jìn)氣水均勻混合等方面有一定優(yōu)勢(shì)。244.4 除磷劑的選擇磷的去處技術(shù)主要有以下三種:生物、化學(xué)

44、和物理法4。物理法價(jià)格昂貴，且去除率并不高。就生物法而言，將生物脫 N 和生物除 P 相結(jié)合的系統(tǒng)對(duì)除P 不利，因?yàn)槌?P 脫 N 本身是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，如果 DO（溶解氧）值太低除 P 率會(huì)下降，硝化反應(yīng)受到限制，如果 DO 值太高，則由于回流厭氧區(qū) DO 增加，反硝化受到限制，同時(shí) NO3-N 的濃度高可影響厭氧區(qū)磷的釋放。因?yàn)?，磷的釋放需要厭氧環(huán)境，如果有 NO3-N 存在就表明只能為兼氧環(huán)境。從目前的 BAF 運(yùn)行工藝看，完全用生物除磷是很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的;用生物除磷就失去了生物濾池高負(fù)荷的特點(diǎn)，造成投資過大，因此最好用加 FeC13藥劑的方法除磷，而生物濾池由于耐水力沖擊負(fù)荷，可

45、使處理后的水超量回流，并在運(yùn)行中加化學(xué)藥劑，將化學(xué)處理和生物處理同時(shí)應(yīng)用于系統(tǒng)中，達(dá)到除 P 脫 N 目的，使化學(xué)藥劑相對(duì)用量減少，從而降低運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)本設(shè)計(jì)中污水所含雜質(zhì)較多，故本設(shè)計(jì)采用后置除磷，除磷劑選用FeCl3。 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.255 建設(shè)及運(yùn)行成本預(yù)估根據(jù)我國現(xiàn)行生物濾池的建設(shè)費(fèi)用的平均水平，本生物濾池預(yù)計(jì)建設(shè)成本為 1742 元/m3，本設(shè)計(jì)中污水處理的主要費(fèi)用為藥劑費(fèi)、電費(fèi)及人工維護(hù)費(fèi)用，因本設(shè)計(jì)中的生物濾池與青島市麥島污水處理廠中的生物濾池結(jié)構(gòu)相似，故本設(shè)計(jì)中生物濾池運(yùn)行中的費(fèi)用以該污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用為參考，本次設(shè)計(jì)的生物濾池運(yùn)行中預(yù)計(jì)水處理成本 0.

46、64 元/m3，其中藥劑費(fèi) 0. 45 元/m3，藥劑主要為絮凝劑及三氯化鐵，電費(fèi) 0. 09 元/m37，人工費(fèi) 0. 1 元/m3。266 結(jié) 論本設(shè)計(jì)最終設(shè)計(jì)出一種新型的生物濾池，設(shè)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)是：BOD5=280 mg/L，SS=240mg/L，TN=35mg/L，TP=12mg/L，出水水質(zhì)是：BOD5 28.4 mg/L，TN 26.7 mg/L，SS 7.9 mg/L，TP 3.4 mg/L。經(jīng)過計(jì)算，本濾池最終出水水質(zhì)基本達(dá)到國家回用水標(biāo)準(zhǔn)。單格濾池定為正方形，每格尺寸為 1010 m2，共 8 格。池深 7.7m。反沖洗池的體積為 400m3，反沖洗污水池體積 780m3。設(shè)

47、置 8 個(gè)曝氣干管，干管型號(hào)為 DN100，配氣豎管 64 根 ,選用 Wm180 型單孔膜空氣擴(kuò)散器，空氣擴(kuò)散器的總數(shù)為 1690 個(gè)。選用反硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、芽孢桿菌這三種微生物作為主要的生物膜，作用為脫氮、硝化及降解 BOD。采用密度小于水的球形有機(jī)輕質(zhì)填料，主要成分為聚苯乙烯，粒徑為3.55mm。采用后置除磷，除磷劑選用 FeCl3。 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.27致 謝歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師王軍老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改

48、和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多設(shè)計(jì)素材，還在論文的撰寫和排版的過程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！28參考文獻(xiàn)1王偉.小城鎮(zhèn)污水處理新技術(shù)及應(yīng)用研究M.黑龍江:哈爾濱工業(yè)出版社, 2011.6:20-252李亞峰.小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)計(jì)及工程實(shí)例M.北京:化

49、學(xué)工業(yè)出版社, 2011.1: 105-1503田禹.水污染控制工程M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2011.2:123-1304鄭俊.曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實(shí)例M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.5:123-1305蔡守華.水生態(tài)工程M.北京:中國水利水電出版社, 2010.3:68-776Tom Stephenson.A Review of Biological Aerated Filters (BAFs) for Wastewater J.New York:Environmental Engineering Science,2005.16(3):10-257張文藝.曝氣生物濾池污水處理工藝與設(shè)計(jì)J.環(huán)境工程, 2006,24(1):9-138付丹.填料對(duì)曝氣生物濾池影響的概述J.環(huán)境科學(xué)與管理, 2008,33(3):101-1039劉雁濱. Biostyr 曝氣生物濾池研究進(jìn)展J.河北工業(yè)科技, 2008,25(5):331-33410李偉進(jìn).新一代曝氣生物濾池工藝及其應(yīng)用J.中國給水排水, 2009,25(22):76-83 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.2930附錄 1 污水處理工藝流程圖 沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） No.31附錄 2 曝氣生物濾池剖面圖32附錄 3 單池空氣擴(kuò)散器平面布置圖