水污染课程设计--- - 生物膜法处理系统

水污染课程设计院系：专业年级：指导老师：学生姓名：学生学号：制作时间：2012年6 月12日目录一、工艺确定_____________________________________ 41.生物接触氧化法的主要特征是：__________________ 42.生物接触氧化法的基本原理：____________________ 43.生物接触氧化法的优缺点：______________________ 44.生物接触氧化池设计要点：______________________ 4二、生物接触氧化池有效容积_______________________ 5三、生物接触氧化池总面积_________________________ 5四、池深h _______________________________________ 5五、污水在池内停留时间___________________________ 6六、采用多孔管鼓风曝气供氧_______________________ 6七、补充设计_____________________________________ 6八、校核BOD 负荷________________________________ 8生物膜法处理系统生物膜法是指用天然材料(如卵石)、合成材料(如纤维)为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，生物膜表面积大，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。

其反应过程是：①基质向生物膜表面扩散；②在生物膜内部扩散；③微生物分泌的酵素与催化剂发生化学反应；④代谢生成物排出生物膜。

生物膜特点如下：①在低负荷的生物滤池中，有机物氧化较完全，膜生长较慢，厌氧层和好氧层的界限不明显，只有在高负荷的情况下，生物膜的生长才迅速。

它从开始到成熟要经历潜伏和生长两个阶段。

②生物膜并不是毫无变化地附着在滤料表面，而是不断地增长、脱落、再增长。

造成脱落的原因有水力冲刷，膜自身的质量，原生动物的松动，厌氧层和介质的黏结力较弱等。

③生物膜是该法处理的基础，必须有足够的数量才能达到净化水的目的。

一般认为生物膜介于2～3mm较为理想。

如生物膜太厚会影响通风，甚至堵塞。

生物膜中的物质迁移和净化机理：由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称为附着水层。

附着水层的有机物浓度因被生物膜摄取而变得比废水本体的浓度要低得多，因此当废水沿固体介质流动时，有机物便从流动的水中扩散到附着水层中去，并进一步被生物膜吸附摄取同时废水中的氧也通过附着水层传递给生物膜。

生物膜在氧气充足的情况下，对有机物进行氧化分解，将其转变为无机盐、水和CO2，它们沿相反方向扩散进入附着水层。

生物膜中的微生物在这一过程中获得能量和营养，不断生长繁殖，因而生物膜不断变厚。

而在生物膜层内部，由于氧气不能透入，而出现厌氧层，并产生有机酸、氨和硫化氢等。

随着厌氧层不断变厚，靠近载体表面处的微生物由于得不到营养而死亡脱落，并开始长出新的生物膜，生物膜就这样处在一个不断生长、脱落、更新的循环中，从而保持生物膜的活性。

生物膜法主要工艺方法有生物转盘、生物滤池、生物接触氧化池等。

生物膜法具有较高的处理效率，对于受有机物及氨氮轻度污染水体有明显的效果。

它的有机负荷较高，接触停留时间短，减少了占地面积，节省了投资。

此外，运行管理时没有污泥膨胀和污泥回流问题，且耐冲击负荷。

日本、韩国等都有对江河大水体修复的工程实例。

设计条件进水水质：BOD5=200 SS=250 COD=400 NH3·N=30 TP=4出水水质：BOD5=30 SS=30 COD=100 NH3·N=25 TP=3一、工艺确定本次设计采用生物接触氧化法。

生物接触氧化法属于好氧生物膜法的一种,是在生物滤池基础上,从接触曝气法改良、演变而来的,因此又称为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”和“淹没式生物膜法”等。

1. 生物接触氧化法的主要特征是：采用浸没在水中高空隙率、大比表面积的填料，在其表面为微生物附着生长提供好氧生物膜。

因其表面积大，可附着的生物量大，同时因其空隙率大，基质的进入和代谢产物的移出，以及生物膜自身更新脱落，均较为通畅，使得生物膜能保持高的活性和较高的生化反应速率。

由于接触氧化法需要像活性污泥法那样不断向水中曝气供氧，以及在高负荷时丝状菌密集，形成垂丝状，如同活性污泥一样，在水中呈立体结构，处于漂浮状态，并且，在氧化池的流态及反应动力学方面。

接触氧化法与完全混合的活性污泥法相同，因而它兼具活性污泥法的特点。

2. 生物接触氧化法的基本原理：在曝气池中填充填料，经曝气的污水流经填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，污水和生物膜相接触，早生物膜中的微生物作用下，污水得到净化。

3. 生物接触氧化法的优缺点：优点：1.处理效率高；2.工艺使用范围广泛；3.没有污泥膨胀和污泥回流，管理简便；4.耐冲击，适应性较强；5.挂膜简单，启动快；6.节能效果明显；7.污泥产量少。

缺点：1.填料上的生物膜实际数量随BOD负荷变化；2.负荷过高，则生物膜过厚，在某些填料中易堵塞；3.填料设置使氧化池的构造较为复杂，曝气设备安装和维护不如活性污泥方便。

4.填料选用不当，会严重影响接触氧化法工艺的正常使用。

4. 生物接触氧化池设计要点：1.生物接触氧化池一般不应少于2 座；2.设计时采用的BOD5负荷最好通过实际确定。

也可以采用经验数据，一般处理城市污水可用1.0～1.8kgBOD5/(m3·d)，处理BOD5≤500mg/L的污水时可用1.0～3.0 kgBOD5/(m3·d)； 3.污水在池中的停留时间不应小于1～2h （按有效容积计）； 4.进水BOD5浓度过高时，应考虑设出水回流系统； 5.填料层高度一般大于3.0 m ，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高度为1 m ，蜂窝孔径不小于25 mm ；当采用小孔径填料时，应加大曝气强度，增加生物膜脱落速度； 6.每单元接触氧化池面积不宜大于25m 2，以保证布水、布气均匀； 7.气水比控制在(15～20)：1； 8.曝气强度宜采用10—20m 3/（m 2·h ）20只池子并联运行，每池的设计流量Q=750 m 3/d BOD 5 (即q=31.25 m 3/h)顺流式，非循环型。

底部进水、进气，上部出水。

直流式曝气装置在填料底部，直接向填料鼓风曝气使填料区的水流上升；填料内的水力冲刷依靠水流速度和气泡在池内碰撞、破碎形成冲击力，只要水流及空气分布均匀，填料就不易堵塞。

这种形式的接触氧化池耗氧量小，充氧效率高，同时在上升气流的作用下，液体出现强烈的搅动，促进氧的溶解和生物膜更新，使生物膜能经常保持较高的活性，并避免产生堵塞现象。

采用φ19纸质蜂窝填料，比表面积210m 2／m 3气水比R 正常进行时为18：1，反冲时20：1。

其优点是：(1) 材料耗费少，比表面积大。

蜂窝填料的比表面积相当于生物滤池砾石填料的2—5倍。

（2）空隙率大。

如内切圆直径为10mm 的蜂窝管壁厚0.1mm ，空隙率达97.9%。

（3）质轻，纵向强度大，使实际应用时堆积高度较大。

（4）蜂窝管壁面光滑无死角，衰老的生物膜易于脱落。

因废水的有机物浓度较高，本次设计采用二段式接触氧化法。

设计一氧池填料，二氧池填料高取3m二、生物接触氧化池有效容积填料容积负荷 Lv=2[ kgBOD 5/(m 3d)]0()e vQ S S V L -= =750（200-30）/2000=63.75m 3三、 生物接触氧化池总面积h 0 =3m,分三层，每层1mV A h ==63.75/3=21.25m 2 <25 m 2 氧化池尺寸：长方形，钢筋混凝土结构，每格氧化池平面尺寸：L ×B=5m ×4.25m四、 池深h0123h h h h h =+++=3+0.5+0.5+0.5=4.5 mh 0 —填料高度h 1—超高h 2—填料层上水深h 3—填料至池底高度五、 污水在池内停留时间t=V/Q=0.085d=2.04h >2h 符合要求设计一氧池接触氧化时间占总接触时间的60％：t 1=0.6t=0.6×2.04=1.224(h)设计二氧池接触氧化时间占总接触时间的40％：t 2=0.4t=0.4×2.04=0.816(h)六、采用多孔管鼓风曝气供氧D=D 0Q=18×15000=270000m 3/d=187.5m 3/min每格氧化池需气量D 1=D/n=187.5/20=9.375m 3/minD 0—1m 3污水需气量,m 3/m 3，一般为15～20 m 3/m 3，取18采用隔膜曝气头，用量n ′=3个/m 2水面，额定工作风量为8—9m 3/(个·h)，则曝气头数量n=n ′A=3×425=1275(个)综合以上计算，接触氧化池总需气量D ＝187.5 m 3/min ，加上15%的工程预算Ds=187.5×(1+15%)=215.625 m 3/min七、补充设计一氧池填料体积V 1V 1=Q t1=750×1.224/24=38.25m 3一氧池总面积A 1:A 1 =V 1/h 1=38.25/3=12.75m 2<25 m 2剩余污泥量：在《生物接触氧化池设计规程》中推荐该工艺系统污泥产率为0.3～0.4 kgDS/kgBOD 5，含水率96％～98％。

本设计中，污泥产率以Y ＝0.4kgDS/kg BOD 5，含水率97％。

则干污泥量用下式计算：WDS=YQ(S0-Se)+(X0-Xh-Xe)Q式中 WDS ——污泥干重，kg/d ；Y ——活性污泥产率，kgDS/kgBOD5；Q ——污水量，m3/d ；S 0 ——进水BOD 5值，kg/m3；Se ——出水BOD 5值，kg/m3；X0——进水总SS 浓度值，kg/m3；X h ——进水中SS 活性部分量，kg/m3；Xe ——出水SS 浓度值，kg/m3；。

设该污水SS 中60％可为生物降解活性物质，泥龄SRT 取5d ，则一氧池污泥干重：WDS ＝0.4×750×5×（0.200－0.080）+（0.250－0.250×0.6－0.060）×750×5=180+150=330（kg/5d ）污泥体积：QS= WDS/(1-97%)=330/(1000×0.03)=11m3泥斗容积计算公式式中Vs ——泥斗容积，m3；h ——泥斗高，m ；A ′——泥斗上口面积，m 2；A ″——泥斗下口面积，m 2；设计一氧池泥斗高2m ，泥斗下口取1.0m×1.0m则一氧池泥斗体积：二氧池填料体积V 2V 2=Q t2=750×0.0.816/24=25.5 m 3二氧池总面积A2:A 2 = V 2/ h 2=25.5/3=8.5 m 2<25 m 2设该污水SS 中40％可为生物降解活性物质，泥龄SRT 取5d ，则二氧池污泥干重：WDS ＝0.4×750×5×（0.080－0.030）+（0.060－0.060×0.4－0.030）×750×5=75+22.5=97.5（kg/5d ）污泥体积：QS= WDS/(1-97%)=97.5/(1000*0.03)=3.25 m3本设计接触氧化池泥斗高1m ，泥斗下口取0.3m×0.3m ，则二氧池泥斗体积：211(8.50.3 3.473s V =⨯⨯++≈m 3 > 3.25 m 3一氧池总高H 1H 1=h+h 泥斗 =4.5+2=6.5则一氧池尺寸：L 1× B 1× H 1=5m ×2.55m ×6.5m二氧池总高H 2H 2=h+h 泥斗 =4.5+1=5.5则一氧池尺寸：L 2× B 2× H 2=5m ×1.7m ×5.5m一氧池污泥和二氧池污泥汇合。