曝气生物滤池计算

woaihuanbao · 发表于 2013-5-3 11:02:37

转载的资料：
曝气生物滤池
   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。
1）  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。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。

[ 本帖最后由 woaihuanbao 于 2013-5-3 11:06 编辑 ]

woaihuanbao · 发表于 2013-5-3 11:03:21

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β  = 1.152%，流量系数 a  = 0.8，滤池的水力负荷 μ B  = 0.8 L/(cm2· S),则滤池中水通过配水系统的水头损失为：
      h1 =[( μ B /aβ)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.

woaihuanbao · 发表于 2013-5-3 11:03:50

（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  = 0.82× △SBOD/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)
            a×1.024 T-20  [ βρ Cs(25) - C1]
对于医疗废水，a=0.8 ，β=0.9，ρ=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)
                     a×1.024 T-20  [ βρ Cs(25) - C1]
            = 48.444×8.56
               0.8×1.024 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                   0.3×30
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 = 0.78×60/0.25 = 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.

woaihuanbao · 发表于 2013-5-3 11:04:17

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。

woaihuanbao · 发表于 2013-5-3 11:05:37

（6）
上向流曝气生物滤池的详细设计参数和结果：

1，名称：
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

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