水污染課程設(shè)計(jì)---生物膜法處理系統(tǒng)

1、<p><b>　　水污染課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　院 系：</b></p><p><b>　　專業(yè)年級(jí)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名：<

2、;/b></p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)：</b></p><p>　　制作時(shí)間： 2012年6 月12日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、工藝確定2</b></p><p>　　1.生物接觸氧

3、化法的主要特征是：2</p><p>　　2.生物接觸氧化法的基本原理：2</p><p>　　3.生物接觸氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)：2</p><p>　　4.生物接觸氧化池設(shè)計(jì)要點(diǎn)：3</p><p>　　二、生物接觸氧化池有效容積4</p><p>　　三、生物接觸氧化池總面積4</p>&

4、lt;p><b>　　四、池深h4</b></p><p>　　五、污水在池內(nèi)停留時(shí)間4</p><p>　　六、采用多孔管鼓風(fēng)曝氣供氧4</p><p><b>　　七、補(bǔ)充設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　八、校核BOD 負(fù)荷6</p><p><

5、b>　　生物膜法處理系統(tǒng)</b></p><p>　　生物膜法是指用天然材料(如卵石)、合成材料(如纖維)為載體，在其表面形成一種特殊的生物膜，生物膜表面積大，可為微生物提供較大的附著表面，有利于加強(qiáng)對(duì)污染物的降解作用。其反應(yīng)過程是：①基質(zhì)向生物膜表面擴(kuò)散；②在生物膜內(nèi)部擴(kuò)散；③微生物分泌的酵素與催化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；④代謝生成物排出生物膜。</p><p><b&

6、gt;　　生物膜特點(diǎn)如下：</b></p><p>　?、僭诘拓?fù)荷的生物濾池中，有機(jī)物氧化較完全，膜生長較慢，厭氧層和好氧層的界限不明顯，只有在高負(fù)荷的情況下，生物膜的生長才迅速。它從開始到成熟要經(jīng)歷潛伏和生長兩個(gè)階段。</p><p>　?、谏锬げ⒉皇呛翢o變化地附著在濾料表面，而是不斷地增長、脫落、再增長。造成脫落的原因有水力沖刷，膜自身的質(zhì)量，原生動(dòng)物的松動(dòng)，厭氧層和介

7、質(zhì)的黏結(jié)力較弱等。</p><p>　?、凵锬な窃摲ㄌ幚淼幕A(chǔ)，必須有足夠的數(shù)量才能達(dá)到凈化水的目的。一般認(rèn)為生物膜介于2～3mm較為理想。如生物膜太厚會(huì)影響通風(fēng)，甚至堵塞。</p><p>　　生物膜中的物質(zhì)遷移和凈化機(jī)理：由于生物膜的吸附作用，在其表面有一層很薄的水層，稱為附著水層。附著水層的有機(jī)物濃度因被生物膜攝取而變得比廢水本體的濃度要低得多，因此當(dāng)廢水沿固體介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，有機(jī)物

8、便從流動(dòng)的水中擴(kuò)散到附著水層中去，并進(jìn)一步被生物膜吸附攝取同時(shí)廢水中的氧也通過附著水層傳遞給生物膜。生物膜在氧氣充足的情況下，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)鹽、水和CO2，它們沿相反方向擴(kuò)散進(jìn)入附著水層。生物膜中的微生物在這一過程中獲得能量和營養(yǎng)，不斷生長繁殖，因而生物膜不斷變厚。而在生物膜層內(nèi)部，由于氧氣不能透入，而出現(xiàn)厭氧層，并產(chǎn)生有機(jī)酸、氨和硫化氫等。隨著厭氧層不斷變厚，靠近載體表面處的微生物由于得不到營養(yǎng)而死亡脫落，并開始

9、長出新的生物膜，生物膜就這樣處在一個(gè)不斷生長、脫落、更新的循環(huán)中，從而保持生物膜的活性。</p><p>　　生物膜法主要工藝方法有生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池、生物接觸氧化池等。生物膜法具有較高的處理效率，對(duì)于受有機(jī)物及氨氮輕度污染水體有明顯的效果。它的有機(jī)負(fù)荷較高，接觸停留時(shí)間短，減少了占地面積，節(jié)省了投資。此外，運(yùn)行管理時(shí)沒有污泥膨脹和污泥回流問題，且耐沖擊負(fù)荷。日本、韓國等都有對(duì)江河大水體修復(fù)的工程實(shí)例。<

10、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　進(jìn)水水質(zhì)：BOD5=200 SS=250 COD=400 NH3·N=30 TP=4</p><p>　　出水水質(zhì)：BOD5=30 SS=30 COD=100 NH3·N=25 TP=3</p><p><b>　　工

11、藝確定 </b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用生物接觸氧化法。</p><p>　　生物接觸氧化法屬于好氧生物膜法的一種,是在生物濾池基礎(chǔ)上,從接觸曝氣法改良、演變而來的,因此又稱為“浸沒式濾池法”、“接觸曝氣法”和“淹沒式生物膜法”等。</p><p>　　生物接觸氧化法的主要特征是：</p><p>　　采用浸沒在水

12、中高空隙率、大比表面積的填料，在其表面為微生物附著生長提供好氧生物膜。因其表面積大，可附著的生物量大，同時(shí)因其空隙率大，基質(zhì)的進(jìn)入和代謝產(chǎn)物的移出，以及生物膜自身更新脫落，均較為通暢，使得生物膜能保持高的活性和較高的生化反應(yīng)速率。由于接觸氧化法需要像活性污泥法那樣不斷向水中曝氣供氧，以及在高負(fù)荷時(shí)絲狀菌密集，形成垂絲狀，如同活性污泥一樣，在水中呈立體結(jié)構(gòu)，處于漂浮狀態(tài)，并且，在氧化池的流態(tài)及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面。接觸氧化法與完全混合的活性污泥

13、法相同，因而它兼具活性污泥法的特點(diǎn)。</p><p>　　生物接觸氧化法的基本原理：</p><p>　　在曝氣池中填充填料，經(jīng)曝氣的污水流經(jīng)填料層，使填料顆粒表面長滿生物膜，污水和生物膜相接觸，早生物膜中的微生物作用下，污水得到凈化。</p><p>　　生物接觸氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b&g

14、t;</p><p><b>　　處理效率高；</b></p><p><b>　　工藝使用范圍廣泛；</b></p><p>　　沒有污泥膨脹和污泥回流，管理簡便；</p><p>　　耐沖擊，適應(yīng)性較強(qiáng)；</p><p><b>　　掛膜簡單，啟動(dòng)快；</

15、b></p><p><b>　　節(jié)能效果明顯；</b></p><p><b>　　污泥產(chǎn)量少。</b></p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　　填料上的生物膜實(shí)際數(shù)量隨BOD負(fù)荷變化；</p><p>　　負(fù)荷過高，則生

16、物膜過厚，在某些填料中易堵塞；</p><p>　　填料設(shè)置使氧化池的構(gòu)造較為復(fù)雜，曝氣設(shè)備安裝和維護(hù)不如活性污泥方便。</p><p>　　填料選用不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響接觸氧化法工藝的正常使用。</p><p>　　生物接觸氧化池設(shè)計(jì)要點(diǎn)：</p><p>　　生物接觸氧化池一般不應(yīng)少于2 座；</p><p>　　設(shè)計(jì)

17、時(shí)采用的BOD5負(fù)荷最好通過實(shí)際確定。也可以采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般處理城市污水可用1.0～1.8kgBOD5/(m3·d)，處理BOD5≤500mg/L的污水時(shí)可用1.0～3.0 kgBOD5/(m3·d)；</p><p>　　污水在池中的停留時(shí)間不應(yīng)小于1～2h（按有效容積計(jì)）；</p><p>　　進(jìn)水BOD5濃度過高時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)出水回流系統(tǒng)；</p>

18、<p>　　填料層高度一般大于3.0 m，當(dāng)采用蜂窩填料時(shí)，應(yīng)分層裝填，每層高度為1 m，蜂窩孔徑不小于25 mm；當(dāng)采用小孔徑填料時(shí)，應(yīng)加大曝氣強(qiáng)度，增加生物膜脫落速度；</p><p>　　每單元接觸氧化池面積不宜大于25m2，以保證布水、布?xì)饩鶆颍?lt;/p><p>　　氣水比控制在(15～20)：1；</p><p>　　曝氣強(qiáng)度宜采用10—20m3

19、/（m2·h）</p><p>　　20只池子并聯(lián)運(yùn)行，每池的設(shè)計(jì)流量Q=750 m3/d BOD5 (即q=31.25 m3/h)</p><p>　　順流式，非循環(huán)型。底部進(jìn)水、進(jìn)氣，上部出水。</p><p>　　直流式曝氣裝置在填料底部，直接向填料鼓風(fēng)曝氣使填料區(qū)的水流上升；填料內(nèi)的水力沖刷依靠水流速度和氣泡在池內(nèi)碰撞、破碎形成沖擊力，只要水流及空

20、氣分布均勻，填料就不易堵塞。這種形式的接觸氧化池耗氧量小，充氧效率高，同時(shí)在上升氣流的作用下，液體出現(xiàn)強(qiáng)烈的攪動(dòng)，促進(jìn)氧的溶解和生物膜更新，使生物膜能經(jīng)常保持較高的活性，并避免產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。</p><p>　　采用φ19紙質(zhì)蜂窩填料，比表面積210m2／m3氣水比R正常進(jìn)行時(shí)為18：1，反沖時(shí)20：1。</p><p><b>　　其優(yōu)點(diǎn)是：</b></p&g

21、t;<p>　　(1) 材料耗費(fèi)少，比表面積大。蜂窩填料的比表面積相當(dāng)于生物濾池礫石填料的2—5倍。</p><p>　?。?）空隙率大。如內(nèi)切圓直徑為10mm的蜂窩管壁厚0.1mm，空隙率達(dá)97.9%。</p><p>　?。?）質(zhì)輕，縱向強(qiáng)度大，使實(shí)際應(yīng)用時(shí)堆積高度較大。</p><p>　?。?）蜂窩管壁面光滑無死角，衰老的生物膜易于脫落。<

22、;/p><p>　　因廢水的有機(jī)物濃度較高，本次設(shè)計(jì)采用二段式接觸氧化法。設(shè)計(jì)一氧池填料，二氧池填料高取3m</p><p>　　二、生物接觸氧化池有效容積</p><p>　　填料容積負(fù)荷 Lv=2[ kgBOD5/(m3d)] </p><p>　　=750（200-30）/2000=63.75m3</p><p>　

23、　生物接觸氧化池總面積 </p><p>　　h0 =3m,分三層，每層1m</p><p>　　=63.75/3=21.25m2 <25 m2</p><p>　　氧化池尺寸：長方形，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每格氧化池平面尺寸：L×B=5m×4.25m</p><p><b>　　池深h</b>

24、</p><p>　　=3+0.5+0.5+0.5=4.5 m</p><p><b>　　h0 —填料高度</b></p><p><b>　　h1—超高</b></p><p><b>　　h2—填料層上水深</b></p><p>　　h3—填料至

25、池底高度</p><p><b>　　污水在池內(nèi)停留時(shí)間</b></p><p>　　t=V/Q=0.085d=2.04h >2h 符合要求 </p><p>　　設(shè)計(jì)一氧池接觸氧化時(shí)間占總接觸時(shí)間的60％：</p><p>　　t1=0.6t=0.6×2.04=1.224(h)</p>

26、<p>　　設(shè)計(jì)二氧池接觸氧化時(shí)間占總接觸時(shí)間的40％：</p><p>　　t2=0.4t=0.4×2.04=0.816(h)</p><p>　　六、采用多孔管鼓風(fēng)曝氣供氧</p><p>　　D=D0Q=18×15000=270000m3/d=187.5m3/min</p><p><b>　　

27、每格氧化池需氣量</b></p><p>　　D1=D/n=187.5/20=9.375m3/min</p><p>　　D0—1m 3污水需氣量,m3/m3，一般為15～20 m3/m3，取18</p><p>　　采用隔膜曝氣頭，用量n′=3個(gè)/m2水面，額定工作風(fēng)量為8—9m3/(個(gè)·h)，則曝氣頭數(shù)量</p><p&

28、gt;　　n=n′A=3×425=1275(個(gè))</p><p>　　綜合以上計(jì)算，接觸氧化池總需氣量D＝187.5 m3/min，加上15%的工程預(yù)算Ds=187.5×(1+15%)=215.625 m3/min</p><p><b>　　七、補(bǔ)充設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一氧池填料體積V1&l

29、t;/b></p><p>　　V1=Q t1=750×1.224/24=38.25m3</p><p><b>　　一氧池總面積A1:</b></p><p>　　A1 =V1/h1=38.25/3=12.75m2<25 m2</p><p>　　剩余污泥量：在《生物接觸氧化池設(shè)計(jì)規(guī)程》中推薦該工

30、藝系統(tǒng)污泥產(chǎn)率為0.3～0.4 kgDS/kgBOD5，含水率96％～98％。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，污泥產(chǎn)率以Y＝0.4kgDS/kg BOD5，含水率97％。則干污泥量</p><p><b>　　用下式計(jì)算：</b></p><p>　　WDS=YQ(S0-Se)+(X0-Xh-Xe)Q</p><p>　

31、　式中 WDS——污泥干重，kg/d； </p><p>　　Y ——活性污泥產(chǎn)率，kgDS/kgBOD5；</p><p>　　Q——污水量，m3/d；</p><p>　　S0 ——進(jìn)水BOD5值，kg/m3；</p><p>　　Se——出水BOD5值，kg/m3；</p><p>　　X0——進(jìn)水總SS濃度值

32、，kg/m3；</p><p>　　Xh——進(jìn)水中SS活性部分量，kg/m3；</p><p>　　Xe——出水SS濃度值，kg/m3；。</p><p>　　設(shè)該污水SS 中60％可為生物降解活性物質(zhì)，泥齡SRT 取5d，</p><p><b>　　則一氧池污泥干重：</b></p><p>

33、　　WDS＝0.4×750×5×（0.200－0.080）+（0.250－0.250×0.6－0.060）×750×5</p><p><b>　　=180+150</b></p><p>　　=330（kg/5d）</p><p><b>　　污泥體積：</b>

34、</p><p>　　QS= WDS/(1-97%)=330/(1000×0.03)=11m3</p><p><b>　　泥斗容積計(jì)算公式</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　Vs——泥斗容積，m3；</p><p>　　h——

35、泥斗高，m； </p><p>　　A′——泥斗上口面積，m 2；</p><p>　　A″——泥斗下口面積，m 2；</p><p>　　設(shè)計(jì)一氧池泥斗高2m，泥斗下口取1.0m×1.0m</p><p><b>　　則一氧池泥斗體積：</b></p><p><b>　　二

36、氧池填料體積V2</b></p><p>　　V2=Q t2=750×0.0.816/24=25.5 m3</p><p><b>　　二氧池總面積A2:</b></p><p>　　A2 = V2/ h2=25.5/3=8.5 m2<25 m2</p><p>　　設(shè)該污水SS 中40％可為

37、生物降解活性物質(zhì)，泥齡SRT 取5d，</p><p><b>　　則二氧池污泥干重：</b></p><p>　　WDS＝0.4×750×5×（0.080－0.030）+（0.060－0.060×0.4－0.030）×750×5</p><p><b>　　=75+22.5

38、</b></p><p>　　=97.5（kg/5d）</p><p><b>　　污泥體積：</b></p><p>　　QS= WDS/(1-97%)=97.5/(1000*0.03)=3.25 m3</p><p>　　本設(shè)計(jì)接觸氧化池泥斗高1m，泥斗下口取0.3m×0.3m，</p&g

39、t;<p><b>　　則二氧池泥斗體積：</b></p><p>　　m3 > 3.25 m3</p><p><b>　　一氧池總高H1</b></p><p>　　H1=h+h泥斗 =4.5+2=6.5</p><p>　　則一氧池尺寸：L1× B1×

40、; H1=5m×2.55m×6.5m</p><p><b>　　二氧池總高H2</b></p><p>　　H2=h+h泥斗 =4.5+1=5.5</p><p>　　則一氧池尺寸：L2× B2× H2=5m×1.7m×5.5m</p><p>　　一氧池污泥

41、和二氧池污泥匯合。污泥量＝11＋3.25＝14.25 m3選用DN175mm排污管，流速=0.7m/s，i＝0.56%，排泥時(shí)間＝3.57min。</p><p>　　八、校核BOD 負(fù)荷</p><p>　　BOD 容積負(fù)荷為：</p><p>　　I1=QS0/[(V1+V2) ×1000]=750×200/[(38.25+25.5) 

42、15;1000]=2.362[kg/(m3d)]</p><p>　　BOD 去除負(fù)荷為：</p><p>　　I2= Q(S0-Se)/[(V1+V2) ×1000] =750×(200-30)/[( 38.25+25.5) ×1000]=2.008[kg/(m3d)]</p><p><b>　　均符合設(shè)計(jì)要求。</

43、b></p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　高廷耀，顧國維，周琪·水污染控制工程.[M].高等教育出版社，2007.7（2011.9重印）</p><p>　　余淦申·生物接觸氧化處理廢水技術(shù) .[M].中國環(huán)境科學(xué)出版社， 1991.03</p><p>　　余