人的生活污水處理廠高負荷生物濾池設(shè)計

1、中北大學課程設(shè)計說明書水污染控制工程部分學生姓名：李婷學號：_J2學院：化工與環(huán)境學院專業(yè)：環(huán)境工程題目：設(shè)計人口為12000人的生活污水處理廠高負荷生物濾池設(shè)計指導(dǎo)教師：楊曉汾職稱：副教授2015年7月6日中北大學環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)計任務(wù)書水污染控制工程部分20142015學年第二學期學院：化工與環(huán)境學院專業(yè)：環(huán)境工程學生姓名：李婷學號：12課程設(shè)計題目：設(shè)計人口12000人的生活污水處理廠高負荷生物濾池設(shè)計起迄日期：6月15日6月28日課程設(shè)計地點：04203指導(dǎo)教師：楊曉汾學科部主任：王海芳下達任務(wù)書日期:2015年6月13日課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的：通過課程設(shè)計，進一步強化水污染控制工程

2、課程的相關(guān)知識的學習，初步掌握污水處理中常見構(gòu)筑物的設(shè)計方法、設(shè)計步驟。學會用CAD軟件繪制構(gòu)筑物的基本設(shè)計圖紙。設(shè)計內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等)：原始數(shù)據(jù)與基本參數(shù)：設(shè)計人口：12000人；排污量：180L/人.d；BOD5：30g/人.d；另有食品加工廠生產(chǎn)廢水量：2000m3/d,BOD5按1800g/m3計。該市年平均氣溫：7C,混合水冬季平均水溫：14C。其它參數(shù)查閱相關(guān)文獻自定。設(shè)計內(nèi)容和要求：計算高負荷生物濾池的各部分尺寸；高負荷生物濾池構(gòu)筑物的圖紙詳細設(shè)計。設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等:課程設(shè)計說明書一份；

3、說明書內(nèi)容包括：高負荷生物濾池在水處理中的作用說明；根據(jù)給出參數(shù)對高負荷生物濾池各部分尺寸的詳細計算過程；設(shè)計圖紙(CAD繪圖)規(guī)范，圖紙包括整體圖和局部圖的設(shè)計，計算尺寸要在圖中相應(yīng)的位置標明；單位要正確，參考文獻必須在說明書中相應(yīng)的位置標注，語言流暢、規(guī)范。工作量：二周課程設(shè)計任務(wù)書主要參考文獻：晉日亞、胡雙啟主編.水污染控制技術(shù)與工程.北京：兵器工業(yè)出版社，2005。高廷耀主編.水污染控制工程.（下冊）.北京：高等教育出版社，1989王寶貞主編.水污染控制工程.北京：高等教育出版社.1990孫彗修等主編.排水工程（上）.北京：中國建筑工業(yè)出版社.2000張希衡主編.廢水治理工程.北京：冶

4、金工業(yè)出版社，1984張自杰等主編.排水工程（下）.北京：中國建筑工業(yè)出版社.2000尹士君、李亞峰編著.水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算.北京：化學工業(yè)出版社.2004設(shè)計成果形式及要求:設(shè)計說明書一份（含構(gòu)筑物設(shè)計詳圖），設(shè)計說明書格式按中北大學課程設(shè)計的相關(guān)要求。工作計劃及進度：2015年6月14日:領(lǐng)取課程設(shè)計任務(wù)書，明確課程設(shè)計的內(nèi)容，查閱相關(guān)資料。6月15日6月28日：設(shè)計計算、繪制相關(guān)圖紙。7月7日：打印裝訂設(shè)計說明書，答辯。學科部審查意見：簽字：年月日附圖目錄141前言生物濾池已有百余年的發(fā)展史，它是以土壤自凈原理為依據(jù)，由過濾田和灌溉田逐步發(fā)展而來的。過濾田和灌溉田是天然條件下的好氧生

5、物處理設(shè)施。廢水流入過濾田和灌溉田后，水中的有機物滯留在土壤表層，由好氧微生物氧化分解為無機物。這種作用只在土壤表層進行，占地面積大，而且受氣候影響，只能在適當條件下采用。19世紀末，進行了灑滴濾池試驗。20世紀初灑滴濾池法得到公認，出現(xiàn)了各種型式的生物濾池1。生物濾池的工作原理污水長時間以滴狀噴灑在塊狀濾料層的表面上，由于濾料間隙的空氣不斷地溶于水中，水層中保有比較充足的溶解氧，水層中的好氧微生物以廢水中的有機物為營養(yǎng)源進行生長繁殖。微生物的代謝作用使廢水中部分有機物被氧化分解成簡單無機物，同時釋放出能量供微生物自身生長活動的需要。另一部分有機物則作為其生長繁殖所需要的構(gòu)造物質(zhì)，合成新的原生

6、質(zhì)。另外，廢水通過濾池時，濾料截留了廢水中的懸浮物質(zhì)，并吸附了廢水中的膠體物質(zhì)，使大量繁殖的微生物有了棲息場所，從而在濾料表面逐漸生長起一層充滿微生物及原生動物的“生物膜”2。由于生物膜的附著作用，在其表面有一層很薄的附著水層。附著水層由于生物凈化作用，所含有機物質(zhì)濃度很低。廢水不斷地從濾池上淋灑下來，進入池內(nèi)沿膜面流動，和附著水層相接觸時，由于濃度差的作用，有機物會從廢水中轉(zhuǎn)移到附著水層中去，進而被生物膜所吸附。同時，空氣中的氧溶于廢水中，繼而進入生物膜。在此條件下，微生物對有機物進行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的二氧化碳和其他代謝產(chǎn)物一部分溶入附著水層，一部分吸附到空氣中去，如此往復(fù)循環(huán)，使廢

7、水中的有機物不斷減少，從而得到凈化。同時由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不斷增加，當達到一定厚度時，生物膜層內(nèi)由于得不到足夠的氧和營養(yǎng)物質(zhì)，由好氧分解轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬醴纸?，微生物逐漸衰亡、老化，使生物膜從濾料表面脫落，隨水流至沉淀池。生物濾池的濾料上再生成新的生物膜，如此不斷更新。生物濾池的類型生物濾池按負荷可分為低負荷生物濾池和高負荷生物濾池。低負荷生物濾池亦稱普通生物濾池，早期的普通生物濾池水力負荷和有機負荷都很低，雖凈化效果好，但占地面積大，易于堵塞。后來開發(fā)出采用處理水回流，水力負荷和有機負荷都較高的高負荷生物濾池。高負荷生物濾池條件是將進水bod5濃度限制在200mg/L以下，為此，采

8、取處理水回流措施，加大水量，使濾料不斷受到?jīng)_刷，生物膜連續(xù)脫落，不斷更新。于是，占地大，易于堵塞的問題得到一定程度的解決3。生物濾池的基本構(gòu)造生物濾池在平面上一般呈方形，圓形或矩形，它的主要組成部分包括濾床、池壁、池底、布水設(shè)備和排水系統(tǒng)。生物濾池要求通風良好，布水均勻，單位體積濾料的表面積和空隙率都比較大，以利于生物膜、污水和空氣之間的接觸和通風。（1）濾床?濾床由濾料組成，濾料作為生物膜的載體，是微生物生長棲息的場所。理想的濾料應(yīng)具備的性質(zhì)：能為微生物的附著提供大量的表面積；使污水以液膜狀態(tài)流過生物膜；有足夠的空隙率，保證通風（保證氧的供給）和使脫落的生物膜能隨水流出濾池；不被微生物分解，

9、也不抑制微生物的生長，有良好的生物化學穩(wěn)定性；有一定機械強度；價格低廉。因此，濾床常用拳狀濾料，如碎石、卵石、爐渣、焦炭等。近年來，采用的塑料濾料，主要由聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯，聚酰胺等加工成波紋板，蜂窩管，環(huán)狀及空圓柱等復(fù)合濾料。塑料濾料由于其密度小，空隙率大，因而能提高濾床高度。塑料濾料幾乎能滿足濾料的全部要求，空氣流通好，所以在布水均勻時可承受高負荷2。（2）池壁?濾池的池壁起圍擋濾料保護布水的作用。一般用磚、毛石、混凝土或預(yù)制板砌塊等筑成。池壁應(yīng)高于濾料表面層，以防風力干擾，保證布水均勻。？（3）池底?濾池的池底主要由支撐滲水結(jié)構(gòu)、底部空間、排水系統(tǒng)、排水口、通風口等部分組成。支撐

10、滲水結(jié)構(gòu)起支撐濾料和滲水的作用。常用的支撐滲水結(jié)構(gòu)是架在混凝土梁或磚墊上的穿孔混凝土板。支撐滲水結(jié)構(gòu)除應(yīng)將耐用外，還必須有足夠的滲水通風面積，負荷高的濾池，開孔面積應(yīng)適當大些。?底部間的作用是通氣和布氣。對于面積較大的濾池，底部空間應(yīng)適當加高一些，以增大通風量，并使氣流均勻地進入濾料層。（4）布水設(shè)備?布水設(shè)備設(shè)在濾料層的上方，用以均勻噴灑廢水在整個濾床表面上，此外還應(yīng)具有適應(yīng)水量的變化、不易堵塞和易于清通、不受風雪的影響等特征。生物濾池的布水設(shè)備分為兩類：可動布水和固定布水系統(tǒng)?，F(xiàn)一般使用可動布水系統(tǒng)，使生物膜表面形成一層流動的水膜，這種布水裝置，布水均勻，能保證生物膜得到連續(xù)的沖刷。常用的

11、可動式布水裝置是旋轉(zhuǎn)布水器。旋轉(zhuǎn)布水器的優(yōu)點是布水比較均勻，淋水周期短，水力沖刷作用強；缺點是噴水孔易堵，低溫時要采用防凍措施，僅適用于圓形池2。（5）排水系統(tǒng)?排水系統(tǒng)包括池子底面及開設(shè)于其上的溝渠。池子底面及排水溝都應(yīng)有一定的坡度。排水渠穿過池壁的地方，應(yīng)設(shè)排水和通風孔洞，通風面積應(yīng)不小于過水斷面。排水口可設(shè)于池壁的一側(cè)或數(shù)側(cè)，但通風口必須均勻分布于池壁的兩對邊或四周。高負荷生物濾池高負荷生物濾池的特征高負荷生物濾池是生物濾池的第二代工藝，它是在解決、改善普通生物濾池在凈化功能和運行中存在的實際弊端的基礎(chǔ)上而開創(chuàng)的。首先，它大幅度地提高了濾池的負荷率，BOD容積負荷率比普通生物濾池高68倍

12、，水力負荷率高達10倍；通過限制進水BOD值和運行上采取處理水回流等技術(shù)措施實現(xiàn)高負荷濾池的高濾率。處理水回流一般可以：均化與穩(wěn)定進水水質(zhì)，使進入高負荷濾的BOD5值低于200mg/L；加大水力負荷，及時沖刷過厚和老化的生物膜，抑制厭氧層的發(fā)育，從而使生物膜迅速更新并經(jīng)常保持較高的活性；抑制臭味及濾池蠅的過度滋長。高負荷生物濾池的構(gòu)造高負荷生物濾池具有生物濾池的基本構(gòu)造，表面多為圓形。濾料的粒徑較大，一般為40100mm，空隙率較高。濾料層厚度一般為24m,濾料粒徑和相應(yīng)的濾層厚度為：工作層厚度，濾料粒徑為4070mm；承托層厚度，濾料粒徑為70100mm。當濾料厚度超過時，一般采用人工通風措

13、施。水力負荷率較高，一般為1030m3生活污水/（m3濾料d）,有機負荷率為8001200gB0D5/（m3濾料d）,故池子體積小，占地面積省，但出水的BOD5一般要超過30mg/L,BOD5去除率一般為75%90%，一般出水中極少有或沒有硝酸鹽。布水裝置多用旋轉(zhuǎn)式布水器。提高了有機負荷率后，微生物的代謝速度加快。由于同時提高了水力負荷率，也使沖刷作用大大加強，因此不會造成濾池的堵塞，濾池中的生物膜不再像普通生物濾池那樣，主要是由于生物膜老化及昆蟲活動而呈周期性的脫落，而是主要由于污水的沖刷而表現(xiàn)為經(jīng)常性的脫落。脫落的生物膜中，大多是新生物的細胞，沒有得到徹底的氧化，因此，穩(wěn)定性比普通生物濾池

14、的生物膜差，污泥量大2。高負荷生物濾池的運行方式為了保證在提高有機負荷率的同時又能保證一定的出水水質(zhì)，并防止濾池的堵塞，高負荷生物濾池的運行場采用回流式的運行方式。利用出水回流至濾池前與進水混合，這樣，既可提高水力負荷率，又可稀釋進水的有機物濃度，可以保證出水水質(zhì)。一般當濾池進水BOD5大于200mg/L時，常采用回流。？?？當污水處理程度要求高，一級高負荷生物濾池不能滿足要求時，可以將兩個高負荷生物濾池串聯(lián)起來，稱之為兩級生物濾池。2高負荷生物濾池設(shè)計計算原始數(shù)據(jù)與基本參數(shù)及其它參數(shù)設(shè)計人口：N=12000人；排污量：qv=180L/（人d）；BOD5：psi1=30g/（人d）；另有食品加

15、工廠生產(chǎn)廢水量：qv2=2000m3/d,BOD5按psi2=1800g/m3計。該市年平均氣溫：7C,混合水冬季平均水溫：14C。表流量模數(shù)表布水橫管直徑D1/mm506375100125150175200250K/L-s-161943134209300560處理后，出水BOD5濃度p要求不大于30mg/L，填料層高度h=2m，總變5se化系數(shù)KZ=，稀釋后進水BOD5濃度p0與要求的出水BOD5濃度成正比，設(shè)系數(shù)為a見表。表高負荷生物濾池的a值污水冬季平均溫度/C年平均溫度/C填料層咼度h/m810146設(shè)計計算1）基本尺寸的計算混合污水平均日流量q:vq=qVTN+q=180 x1200

16、0+2000=4160(m3/d)v1000v21000污水混合的BOD5濃度P:5sip=PsiiN+Psi2qv230 x1200011800 x2000=952(mg/L)siq4160v因p952mg/L200mg/L，所以必須用出水回流的方式稀釋進水，使其si濃度降至200mg/L；經(jīng)回流稀釋后污水應(yīng)達到的bod5濃度P:5s0P=ap，因h=2.0m，查表，得a=4.4，所以,s0seP=4.4x30=132(mg/L)s0回流稀釋倍數(shù)(回流比)r:rPsi-Ps09521328.04Ps0-Pse132一30填料總體積v:設(shè)濾池的有機負荷為800gB0D5/(m3d)(取不利條件

17、),則V=Pq(1亠r)132x4160 x(1s04)=6205(m3)q800濾池所需總面積A：Av62053102.5(m2)h2每個濾池面積A1設(shè)采用四個濾池，則A才3102.5775.63(m2)144濾池直徑D:i!D=.4x775.6331.5(m)校核水力負荷:qqJ1+r)4160 x(1+804)12.110m3/(m2d)A3102.5滿足要求，若q10m3/(m2d)，應(yīng)采取措施，加大回流量以提高水力負荷；降低填料高度以減小堵塞的可能。濾池高度計算取濾池底座高為，濾料襯托層高度為30cm，池壁高于濾料表面，填料層高度為2m,則濾池總高度為：H=+2+=旋轉(zhuǎn)布水器的設(shè)計計

18、算污水最大設(shè)計流量：q二Kq(1+r)二1.60 x4160 x(1+8.04)二60170.24(m3/d)二696.4(L/s)vmaxzv每個濾池的最大設(shè)計流量：q=#vmax=6964=174.1(L/s)vmax44布水橫管和布水孔徑：每個濾池設(shè)置一架布水器，每個布水器有四根布水橫管，其管徑D=125mm，布水小孔直徑d=15mm。每根布水橫管的最大設(shè)計流量：qv=節(jié)=43.5(L/s)旋轉(zhuǎn)布水器直徑D2：D空=D0.2=31.50.2=31.3(m)每根布水橫管上的布水小孔數(shù)m：m=1=+=2611(14?)21(14x15)2D231.3x1000各布水小孔至布水器中心的距離r：

19、ir=巴卜i2m第1個布水小孔距中心的距離為：r=+=0.97(m)12261第100個布水小孔距中心的距離為：r=tee=9.69(m)1002261第261個布水小孔距中心的距離為：r=夕13261=15.65(m)3402261布水器轉(zhuǎn)速n:n=34.78x106-q=34.78x106x43.5=0.82(r/min)md2D2v261x152x31.3x103布水器所需水頭(即布水器水頭損失)H:H=q(294x10-4D+2.56x1058.1x104)vK2m2d4D41查表，得K=86.5，故H=43.52x(2.94血04幻1.3血000+2.56血05&1血04)=1.84

20、(m)86.522612x1541254池壁的設(shè)計池壁高于濾料表面，這部分的寬度為，用磚塊筑成；在池壁上端周圍加一周寬的走道板，并在走道板上加裝護攔，用于濾池的維護和管理。采用通風井進行濾池內(nèi)的通風，通風口上方設(shè)調(diào)節(jié)通風量用的鋁合金百葉窗，通氣孔的尺寸為1500 x1000mm,在濾池周圍均布4個通風井。池壁上安裝有尺寸為600 x600mm的檢修孔，在正常運轉(zhuǎn)時用薄鋼板封擋。其它部件及相對位置設(shè)池底空間的高度為；出水管的直徑為400mm；?進水管的直徑為400mm；布水橫管距離濾料表面的高度為380mm?；池底坡度i=;?集水溝的坡度i=。3結(jié)論生物濾池的主要設(shè)計參數(shù)污水回流比：r=濾池的總

21、體積為：V=6205m3濾池總面積：A=濾池直徑：D=生物濾池的個數(shù)：4座布水器直徑：d2=每根布水器上的小孔的數(shù)目：m=261第1個布水小孔距中心的距離為：r1=第100個布水小孔距中心的距離為：r100=第340個布水小孔距中心的距離為：r340=布水器轉(zhuǎn)速：n=min布水器所需水頭：H=污水處理效果分析參照國家標準（GB7488-87），采用稀釋與接種法測定水中BOD5濃度。通過YSI58型溶氧測定儀（美國），對水中有機物和無機物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧進行測試，操作簡單，誤差小，數(shù)據(jù)可信度較高。測定水中五日生化需氧量（bod5）的稀釋與接種的方法適用于地表水、工業(yè)廢水和生活污水中

22、五日生化需氧量（BOD5）的測定方法的檢出限為mg/L,方法的測定下限為2mg/L，非稀釋法和非稀釋接種法的測定上限為6mg/L，稀釋與稀釋接種法的測定上限為6000mg/L。生化需氧量是指在規(guī)定的條件下，微生物分解水中的某些可氧化的物質(zhì)，特別是分解有機物的生物化學過程消耗的溶解氧。通常情況下是指水樣充滿完全密閉的溶解氧瓶中，在（201）C的暗處培養(yǎng)5d4h或（2+5）d4h先在04C的暗處培養(yǎng)2d,接著在（201）C的暗處培養(yǎng)5d,即培養(yǎng)（2+5）d,分別測定培養(yǎng)前后水樣中溶解氧的質(zhì)量濃度，由培養(yǎng)前后溶解氧的質(zhì)量濃度之差，計算每升樣品消耗的溶解氧量，以bod5形式表示。若樣品中的有機物含量較

23、多，BOD5的質(zhì)量濃度大于6mg/L,樣品需適當稀釋后測定；對不含或含微生物少的工業(yè)廢水，如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水、冷凍保存的廢水或經(jīng)過氯化處理等的廢水，在測定bod5時應(yīng)進行接種，以引進能分解廢水中有機物的微生物。當廢水中存在難以被一般生活污水中的微生物以正常的速度降解的有機物或含有劇毒物質(zhì)時，應(yīng)將馴化后的微生物引入水樣中進行接種。經(jīng)測定高負荷生物濾池法處理后的出水BOD5濃度為30mg/L，根據(jù)，符合污水排放對有機物濃度的要求。方案設(shè)計評價本設(shè)計嚴格依據(jù)國家污水處理構(gòu)筑物規(guī)定的標準進行高負荷生物濾池各部分尺寸的計算，并且參照類似工程項目的運行實際情況進行設(shè)計，同時也綜合了國內(nèi)外在生物

24、濾池方面多年的工程實踐經(jīng)驗。因此，生物濾池在設(shè)計方面所得數(shù)據(jù)及方案是可靠的。影響生物濾池運行的主要因素有：（1）濾池高度隨著濾池的不同深度，生物膜量、微生物種類和去除有機物的速率均不相同，隨著深度的增加有機物濃度由高到低，微生物種類增多，生物膜量由多到少，有機物的去除率沿池深方向呈指數(shù)形式下降，生物濾池的處理效率，在某種條件下是隨著濾床高度的增加而增加，達到一定值后，處理效率不再提高5。（2）負荷負荷是影響生物濾池性能的主要參數(shù)。無論對生物濾池的設(shè)計還是運行管理，恰當?shù)拇_定負荷條件是十分必要的。生物濾池的負荷有水力負荷和BOD兩種。此外，在處理工業(yè)廢水時，還應(yīng)考慮毒物負荷5。（3）回流在高負荷

25、生物濾池的運行中，多用處理水回流，其優(yōu)點是：增大水力負荷，促進生物膜脫落，防止濾池堵塞；稀釋進水，降低有機負荷，調(diào)解和穩(wěn)定進水，防止?jié)舛葲_擊；抑制臭味及濾池蠅的過度滋生；增加水中的溶解氧，改善進水狀況，提高營養(yǎng)成分，降低毒物濃度；可向生物濾池連續(xù)接種，促進生物膜的生長。其缺點是：縮短廢水在濾池中的停留時間；降低進水濃度，將減慢生化反應(yīng)速率；回流水中難降解的物質(zhì)會產(chǎn)生積累5。可見，回流對生物濾池性能的影響是多方面的，采用時應(yīng)認真分析和試驗研究，一般認為在下述三種情況下應(yīng)考慮出水回流：進水有機物濃度較高（COD大于400）；水量很小,無法維持水力負荷在最小經(jīng)驗值以上時；廢水中某種污染物在高濃度時,可能抑制微生物生長5。因此，是否需要回流要根據(jù)所選的濾池來定，而濾池的選擇要根據(jù)實際需要來定。（4）生物濾池的供氧與耗氧向生物濾池供給充足的氧是保證生物膜正常工作的必要條件，也有利于排除代謝產(chǎn)物。生物濾池中微生物所需的氧一般直接來自大氣，靠自然通風供給。影響濾池