水污染课程设计

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学号：目录。

一、设计要求 3

二、处理工艺的确定 3

三、上流式曝气生物滤池工作原理 4

四、曝气生物滤池的组成 5

五、工艺计算 5

六、参考资料 10

设计流量：20000m3/d 采用生化反应池处理污水。

进出水水质情况表：

按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、sbr、ab法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如a2/o工艺，a/o工艺，sbr及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。

根据给定水质的情况，结合推荐要求，采用曝气生物滤池来处理污水。

污水处理流程如下图示：

曝气生物滤池根据曝气方向和水流方向的不同，可以把池型分为下向流式（滤池上部进水，水流与空气逆向运行）和上向流式（池底进水，水流与空气同向进水）。由于下向流式曝气生物滤池有负荷不够高，大量被截留的ss集中在滤池上端几十厘米处，滤池纳污率不高，容易堵塞，运行周期短等缺点。而上流式生物滤池的缺点是：

增加了对滤头强度的要求，滤头的使用寿命会受影响。但是同向流可促使布水布气均匀等优点，综合比较上述两种方式的利弊，选择传统的向上流式生物滤池。

污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过承托层进入滤料，在此进行有机物、氨氮和ss的去处。反冲洗时，气水同时进入气水混合室，经长柄滤头进入填料，反冲洗出水回流至初沉池，与原水混合并处理。

曝气生物滤池由池体、布水系统、布气系统、承托层、滤层、反冲洗系统等部分组成。综合可以分为3个部分：生物反应过滤池、曝气装置、反冲洗装置。下面依次对3个部分工艺做简单介绍。

1）生物反应过滤区。

生物反应过滤区由两部分组成，即生物过滤层和承托层。生物过滤层由颗粒状滤料(轻质陶粒、无烟煤、石英砂、轻质塑料粒等) 组成。从目前对各种滤料的试验、使用情况看，轻质陶粒与其它滤粒相比，由于其表面粗糙，微孔发达，比表面积大(100～400 m2/ m3) ,吸附能力强等特点，适合于用作污水处理，因此，曝气生物滤池多选用轻质陶粒作为滤料。

滤料粒径宜采用直径3～5 mm ,滤层高度一般为1.5～2.5 m ,滤速0.

8～3.0 m/ h 。在生物过滤层底部铺有卵石承托层，其作用是防止过滤层的滤料进入底部配水系统造成流失，并保证反冲洗配水均匀。

卵石的粒径自上而下逐渐增大，气水反冲洗系统都设在承托层中，其厚度大小由气水反冲洗所需干管管径和布水布气支管的设置情况计算确定。

2)曝气系统：所需氧量见下文计算部分。

3)反冲洗装置：采用气水联合反冲洗方式。

曝气生物滤池的进水悬浮固体浓度应控制在60mg/l以下，假设经过预处理系统后，进入曝气池的水质为：ss=50mg/l bod=150 mg/l氨氮=28mg/l sbod=101mg/l pbod=49mg/l 由于进水中含磷量比较低，可在预处理工艺中投加混凝剂来达到除磷的要求。

1、生物反应过滤区过滤面积及滤层厚度的确定。

1) 反应过滤区过滤面积s: s = q/ (v tn)

q :需处理的污水水量， q = 20 000 m3/ d ;

v :污水过滤滤速， v = 1.5 m/ h (通常取0.8--3.0m/h);

t:1个运行周期（24h）内滤池的实际工作时间，设气水反冲洗时间为10 min , t= 24 - 10/ 60 =23.8 h ;

n :滤池的分格数， n = 4 ,即1 座曝气生物滤池分4 格。

则s = 20 000/ (1.5 ×23.8 ×4) =140 m2 。

每格滤池平面尺寸确定为：10 m ×15.3 m (包括反冲洗排水槽宽度0.9 m) 。

2）生物反应过滤区过滤层厚度hb

hb = h1 + h2

h1 ：为过滤层运行周期结束时有机物的穿透深度， h1 = v / s n ( v 为每格滤池中过滤层的体积， v = bod/ r0 ,δbod为生物曝气滤池每天去除的有机物量，δbod = 20 000 ×(150 - 30) ×1/ 1 000= 2 400 kg/ d ; r0 为bod 容积负荷，宜为3--6kgbod5/(m3·d),取r0 = 4.0 kg bod/ (m3 ·d) 。

则v = 2400/ 4.0 = 600 m3 , h1 = 600/ (140 ×4)= 1.07 m) ;

h2 ：过滤层保护厚度， h2 = 0.45 m。

则hb = 1.07+0.45 = 1.52 m。

2、生物反应过滤区曝气空气量及反冲洗空气量的确定。

1）曝气空气量q1：

q1 = a ×δsbod + b ×δpbod + 4.57 xn/(0.3 ×0.6 ×24 × ea)

sbod :溶解性bod 去除量，kg/ h ,经预处理后，δsbod =20 000 ×101 ×0.87/ (1 000 ×24)=73 kg/ h

pbod ：颗粒性bod 去除量，kg/ h ，经预处理后，δpbod =20 000 ×49 ×0.87/ (1 000 ×24)=36 kg/ h

查阅相关资料，得经验数据a = 49 m3/ kg , b =28 m3/ kg （a , b：分别为去除每kg 溶解性bod、颗粒性bod 需要的空气量，m3/ kg ;）

xn ——污水中氨氮去除量，kg/ d 。xn=20000×（28-25）=60000

ea ——氧利用率，一般取20 %;

则：每格滤池的曝气量为4902.36 ÷4 = 1225.

6 m3/ h ,每格滤池布置两根空气进气管，每根空气进气管空气量为612.8m3/ h ,管径为，即150mm（dn150-ф159mm）.

2) 反冲洗空气量q2

q2 = s ×q1 = 140 ×15 ×3 600/ 1 000=7 560 m3/ h

q1:反冲洗空无强度，一般取10--20l/（

单格滤池反冲洗空气量为7 560 m3/ h ,每格滤池布置两根空气反冲洗进气管，每根空气进气管空气量为3 780 m3/ h ,管径为，即300mm（dn300-ф325mm）.

3)生物曝气滤池需要的空气总量q空。

q空= q1 + q2 - q1/ 4 =4902.36+7560-4902.36/4=11237 m3/ h

生物曝气滤池需要的空气总量为11 827 m3/ h ,空气总管管径为700 mm。根据上述计算需要的空气量、风压，选用适合的风机。

3、曝气生物滤池反冲洗水量及水头的确定。

1) 反冲洗水量q水。

q水= s ×q2 = 140 ×8 ×3 600/ 1 000=4 032 m3/ h

q2:反冲洗水强度，一般取5.0--10（

反冲洗总管管径依据需要的反冲洗水量计算确定为700 mm ;每格滤池反冲洗水管径为420 mm。

2）反冲洗水头：h=h0+h1+h2+h3+h4+h5

h0 :冲洗排水槽顶与反冲洗水池最低水位的高程差，m ;

h1:反冲洗水池与滤池间冲洗管道的沿程与局部水头损失之和，m ;

h2 :管式大阻力配水系统水头损失，m , h2 =(q2/ 10 aμ) 2×1/ 2 g ( a 为配水系统开孔比， a = 0.25 %;为孔口流量系数，μ=0.68) ;

h3 :承托层水头损失，m , h3 = 0.022 ha q2( ha 为承托层厚度，m) ;

h4 :过滤层在冲洗时的水头损失，m , h4 =[1/ρ)1 /(1 - m0) hb](ρ1 为滤料的密度，陶粒滤料ρ1 = 1.2 t/ m3 ;ρ为水的密度，ρ=1.

0 t/ m3 ; m0 为滤料膨胀前的空隙率，陶粒m0 = 0.55 ; hb 为滤料层膨胀前的厚度，m) ;

h5 :备用水头，一般取1.5～2.0 m。

h0 + h1 = 6.7 m;

h2 = q2/ (10 aμ) 2 ×1/ 2 g= [8/ (10 ×0.25 ×0.68 ]2/19.6 = 1.13 m;

h3 = 0.022 ha q2 = 0.022 ×1.6 ×8 = 0.28 m( ha 为承托层厚度，经计算确定为1.6 m) ;

h4 = 1/ρ)1 ][1 - m0 ] hb = 1.2 - 1.0) (1.0 - 0.55) ×1.52 =0.14m

h5 = 2.0 m。

则h = h0 + h1 + h2 + h3 + h4+ h5 = 6.7 + 1.13 + 0.28 +0.14+2.0 = 10.25m。

根据反冲洗流量和反冲洗水头确定为选择合适的水泵。

4、曝气生物滤池高度的确定。

h1 = ha + hb + hc + hd

ha = 1.6 m ; hb = 2.0 m ; hc (滤料上的水深，包括过滤水头0.6 m 和反冲洗时滤料层的膨胀高度。

2.0 ×15 % 0.3 m) =0.90 m ; hd = 0.30 m(滤池保护高度) ;

则h1 = 1.6 +1.52 + 0.83+ 0.30 = 4. 25m。

通过上述计算，曝气生物滤池主要尺寸确定为，设置1 座滤池分4 格，每格滤池尺寸为10 m ×15.3m ×4.25m。

曝气生物滤池需要的空气总量为11237 m3/ h ,反冲洗水流量4 032 m3/ h 。

5、设备选型。

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