生物接触氧化设备设计.doc

第1章 设计任务书
一、设计题目
150m3/h某小区生活污水中生物接触氧化设备的设计
二、原始资料
Q=150m3/h，进水 BOD5=300mg/L，CODcr=500mg/L，出水BOD5=20mg/L，CODcr=60mg/L，容积负荷3.0kg/m3.d。
三、设计内容
1.方案确定与工艺说明
按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟定处理工艺流程，选择设备和构筑物，说明选择理由，工艺说明包括原理、结构特点、设计原则等，论述其优缺点，编写设计说明书。
2.设计计算
（1）计算需氧量、空气量，
（2）计算生物接触氧化池有效容积、尺寸
（3）计算穿孔布气空气管道
（4）计算剩余污泥量
3.制图
（1）. 生物接触氧化池曝气及空气管道平面、剖面图（A2）
（2）进水布水器平面、剖面布置图。（A2）
（3）填料支架及填料安装图 （A2）
（4）生物接触氧化池平面、剖面布置图（A2）
4.编写设计说明书、计算书
四、设计成果
（1）. 生物接触氧化池曝气及空气管道平面、剖面图（A2）
（2）进水布水器平面、剖面布置图。（A2）
（3）填料支架及填料安装图 （A2）
（4）生物接触氧化池平面、剖面布置图（A2）
（5）设计说明书、计算书

五、时间分配表（第19周）
序号
教学内容
时间
备注
1
下达设计任务书
1天
由指导老师讲授设计任务与要求
2
查阅资料，进行设计计算
2天

3
绘制CAD设计图纸
2天

4
编写设计说明书，装订成册
2天

5
总计时间
7天

七、成绩考核办法
根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。

指导教师：CCC、AAAA
化学与生物工程学院环境工程教研室
2011年11月

第2章 方案确定与工艺说明

2.1确定方案
污水处理中对小区的概念外延加以拓宽，泛指居民住宅区、疗养院、商业中心、机关学校等由一种或多种功能构成的相对独立的区域，而该区域的排水系统通常不在城市市政管网的覆盖范围内。根据环境要求，需建造独立的污水处理系统。小区污水水量较小，水质水量变化较大，由于土地昂贵等原因对环境质量提出的要求较高(如气味、噪声、建筑风格等)。因此污水处理工艺力求简单实用，管理方便，操作可靠，维护工作量小，并尽可能地采用高效、节能的污水处理技术。
小区污水的处理工艺依据其尾水排放水体的功能不同而异，常用处理方法有化粪池、一级处理(初次沉淀池)、生物二级处理及二级处理后再经消毒回用等。在国外，小区污水的处理基本上采用二级生化、人工湿地或土地处理系统以及亚表层砂滤床处理等方法。其中二级生化处理大多数都采用氧化沟法、生物滤池法(包括滴滤池)。人工湿地、地表漫流和亚表层砂滤床法近20 a来发展较快。一些经济发达国家为了防止水体的富营养化，在传统二级处理的基础上，增加了三级处理单元，使污水得到深度净化，达到回用水水质标准，但基建投资和运行成本都比较高 J。小区污水处理工艺的选择在满足小区污水处理特点的前提下，应结合小区的特点和气候特征，合理选用。但应选择投资省、处理效率高、能耗低、占地面积少、环境影响小和能再生利用、易于实现设备化的污水处理工艺，而生物接触氧化工艺在小区污水处理中的应用正符合上述目标要求。
国内外一般都采用生化方法处理生活污水，因为生活污水的BOD5/CODcr≈0.5，可生化性强。
本设计中，BOD5/CODcr=300/500=0.6，可生化性很强，宜用生化法处理。而生物接触氧化法具有容积负荷高，停留时间短，有机物去除效果好，运行简单和占地面积小等优点。为此，我们选用了工艺成熟、运行可靠的接触氧化法。

２.１.1生物接触氧化法概述
生物接触氧化法又名“淹没式生物滤池法” 、“接触曝气法”和“固着式活性污泥法”，由生物滤池和接触曝气氧化池演变而来，它兼有活性污泥法与生物膜法的特点。所谓生物接触氧化就是在池内填充一定密度的填料，从池下通入空气进行曝气，污水浸没全部填料并与填料上的生物膜广泛接触，在微生物新陈代谢功能的作用下，污水中的有机物得以去除，污水得到净化。该工艺是介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，在一定意义上兼有二者的优点。一般生物接触氧化池前要设初沉池，以去除悬浮物，减轻氧化池负荷；生物接触氧化池后要设二沉池进行固液分离。
到目前为止，该法已在我国城市污水和食品、酿造、造纸、纺织、煤炭、电力、医药、化工等工业的废水二级处理和深度处理中应用，并取得良好效果。实践证明，生物接触氧化法具有容积负荷高、占地小、不需污泥回流、不产生污泥膨胀、气耗电耗低、便于维护管理等优点。
污水进入生物接触氧化系统前，应经过格栅、沉砂。初沉处理。当进水水质或水量波动大时，宜设均化设施。
生物接触氧化系统宜采取二段式（见图2.1），即第一段接触氧化（简称一氧）→第一段接触沉淀（简称一沉）→第二段接触氧化（简称二氧）→第二段接触沉淀（简称二沉）。

图2.1二段式接触氧化系统的构造示意图

２.１.2工艺流程
生物接触氧化工艺流程应根据进水水质和处理程度确定采用单级式、二级式和多级式。在一级处理流程中，原污水经预处理后进入接触氧化池，出水经过二沉池分离脱落的生物膜，实现泥水分离。在二级处理流程中，两级接触氧化池串联运行，必要时中间可以设置中沉池。本设计采用单级式生物接触氧化池，其工艺流程示意图见图2.2
初沉池
生物接触氧化池
二沉池
出水
排泥
格栅
进水
消毒池

图2.2 生物接触氧化法流程
２.１.3设备和构筑物
（1）格栅
用以截留废水中粗大污物的预处理设施。是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。格栅栅条间的空隙宽度可根据清除污物的方式和水泵的要求来设定，人工清除格栅间隙一般为16～25mm。沉砂池或沉淀池前的格栅一般采用15-30mm，最大为40mm。常用的机械清渣设备有三种，即链条式、移动式及钢丝绳牵引式格栅清污机。格栅是一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道,或进水泵站集水井的进口处,以拦截污水中较大的悬浮物及杂质,以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。按格栅栅条间距的大小不同,格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3/d时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3/d时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式。
本设计中采用人工清渣的细格栅，栅条间距为20mm。
（2）初沉池
初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。初沉池的主要作用如下。
　　1） 去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。
　　2） 使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。
　　3） 对胶体物质具有一定的吸附去除作用。
　　4） 一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。减缓水质变化对后续生化系统的冲击。
　　5） 有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池，发挥二沉池污泥的生物絮凝作用，可吸附更多的溶解性和胶体态有机物，提高初沉池的去除效率。
　　另外，还可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后，还可提高产甲烷细菌的活性，降低沼气中硫化的含量，从而既可增加沼气产量，又可节省沼气脱硫成本
（3）生物接触氧化池
　 生物接触氧化池是本工艺中的主题构筑物，结构包括池体，填料，布水装置，曝气装置。工作原理为：在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。
（4）二沉池
二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使水澄清和进行污泥浓缩。
（5）消毒池
是使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物。 主要功能是杀死处理后污水中的病原性微生物。
　　常用消毒试剂：NaClO、液氯、CaClO等，其有效成分均为次氯酸根。本设计采用加液氯消毒。

２.２生物接触氧化池的结构与分类
2.2.1氧化池结构
接触氧化池主要由池体、填料床、曝气装置及进出水装置等构成，池体用于容纳处理水量和设置填料、布水布气装置、支撑填料的格栅和栅板，采用钢板焊接或用钢筋混凝土建造，形状采用圆形、矩形或方形。由于池中流速较低，从填料上脱落的残膜总有一部分沉积于池底，池底一般做成多斗或设置集泥设备，以便排泥。具体结构如图所示。

图3-3 生物接触氧化池的构造示意图

2.2.2填料
填料是生物膜赖以栖息的场所, 是生物膜的载体。因此, 载体填料是氧化池的关键, 直接影响着生物接触氧化法的效能。对于载体填料通常的要求是: 有一定的生物膜附着能力; 比表面积大; 空隙率大, 水流阻力小; 强度大, 化学和生物稳定性好, 经久耐用; 截留悬浮物质能力强; 不溶出有害物质, 不引起二次污染; 与水的比重相差不大, 以免过分地增大氧化池荷重; 外形规则, 尺寸均一, 使之在填料间形成均一的流速; 货源充足, 价格便宜, 运输和施工安装方便等。污水处理站氧化池内选用生物膜附着能力强、水力学特性好和价格便宜的尼龙纤维填料, 填料层高度为3米, 填料成立体状上下固定在填料支架上。

2.2.3 生物接触氧化池的分类
曝气装置是氧化池的重要组成部分，有充氧、充分搅拌以及形成紊流、防止填料堵塞、促进生物膜更新等三个作用。按曝气装置位置的不同可分为分流式也称内循环式和直流式两种，分流式的曝气装置设在池的一侧，填料设在另一侧，污水在氧化池内循环；直流式接触氧化池在填料下直接布气，国内一般多采用直流式接触氧化池，其特点是在填料底部曝气，在填料上产生向上气流，生物膜受到气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使生物膜经常保持较高的活性，而且能够避免堵塞现象发生。此外，上升气流不断的与填料撞击，使气泡反复切割，粒径减少，增加了气泡与污水的接触面积，提高了氧气的转移速率。

表2-1 生物接触氧化池构造
型式
曝气系统
特征
分
流
式
中心曝气式
中心表面曝气
适用范围：BOD5＜100mg/L
优点：废水在一单独的格内充氧，实现曝气和氧的转移过程，在另一个内，废水缓慢、安静地流经填料，与生物膜接触，有利于微生物的生长繁殖；
缺点：生物膜自行脱落，更新速度慢，易堵塞
中心鼓风曝气
单侧曝气式
鼓
风
曝
气

直 流 式
鼓
风
曝
气
适用范围：BOD5=100 300mg/L
优点：在填料底部直接布气进行鼓风曝气，生物膜受到上升气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使其经常保持较好的活性，可避免堵塞

本设计采用直流式鼓风曝气型接触氧化池。
２.３　生物接触氧化池设计原则
（1）生物接触氧化系统中各处理构筑物不应少于两个（格），且按并联系列设计；
（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25m2，以保证布水、布气均匀；
（7）气水比控制在(10～15)：1；
（8）生物接触氧化池每个（格）平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1：2～1：1，
（9）当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m；水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm，且应有调节气量和方便维修的设施；
（10）生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层层高宜采用0.6～1.2m，填料层高宜采用2.5～3.5m，稳水层高宜采用0.4～0.5m，超高不宜小于0.5m。
（11）生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.3～0.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。
（12）生物接触氧化池的气水比宜通过试验或参照相似条件的运行资料确定。当进水BOD5为60～180 mg/L，且采用穿孔管在填料下方满平面均匀曝气时，二段式系统的总气水比可采用3：1～7：1，其中，一氧池的气水比为2：1～4：1，二氧池的气水比为1：1～3：1.
（13） 生物接触氧化池曝气强度宜采用10～20m3/(m2·h)。
（14） 生物接触氧化系统产生的污泥量可按去除每公斤BOD5产生0.35～0.4kg干污泥计算。
（15）生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气
（16）生物接触氧化池底部应有放空设施。
（17） 当生物接触氧化池水面可能产生大量泡沫时，应有消除泡沫措施。
（18）生物接触氧化池应有检测溶解氧的设施。
２.４　生物接触氧化法的优缺点
生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，具有下列优点：
优点
1、BOD负荷高，MLSS量大，相对地说效率较高，并且对负荷的急剧变动适应性强，由于填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。生物接触氧化池内单位容积的生物固体含量高于活性污泥法曝气池及生物滤池。因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷。
2、由于生物固体量多，水流又属于完全混合型，因此生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力。
3、处理时间短。在处理水量相同的条件下，所需装置设备小，因而占地面积小。
4、维护管理方便，无污泥回流，没有活性污泥法中所容易产生的污泥膨胀。
5、易于培菌驯化，较长时期停运后，若再运转时生物膜恢复快。
6、生物接触氧化池有机负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。

缺点
１、填料上的生物膜的量需视BOD负荷而异。BOD负荷高，则生物膜数量多；反之亦然。因此不能借助于运转条件的变化任意地调节生物量和装置的效能。
２、生物膜量随负荷增加而增加，负荷过高，则生物膜过厚，易于堵塞填料。所以，必须要有负荷界限和必要的防堵塞冲洗措施。
３、大量产生后生动物（如轮虫类等）。若生物膜瞬时大块地脱落，则易影响处理水水质。
４、组合状的接触填料会影响均匀地曝气与搅拌。
2.5 生物接触氧化法维护管理要点
与活性污泥法相比较，生物接触氧化法的运转管理有其特殊性。在活性污泥法处理中，整个处理系统的工作状态可通过曝气池、二次沉淀池和处理水水质来检测判断。当曝气池效能降低时，处理水质急剧地恶化，因而在变化初期就可以发现异常情况。但在生物接触氧化法处理中，即使氧化池污泥蓄积，填料局部发生堵塞，经沉淀池处理的处理水水质变化仍然是缓慢的，而不是简单地恶化。生物接触氧化系统的工况变化首先表现在氧化池出水中悬浮物质增加，水质混浊。同时由于流经填料的水流阻力增大，氧化池水位上升。
生物接触氧化池比活性污泥法维护管理方便，其要点是防止剩余生物膜堵塞填料。为此，在运转管理上应注意如下几点。
1、原水
①生物接触氧化法对冲击负荷的适应能力是强的，但仍需调节好原水水质与水量。
②尽量除去原水中的各种悬浮物，特别是纤维状悬浮物，以防填料堵塞。
③测定氮、磷等营养物质含量，特别是处理生产废水时，要充分调查生产状况，掌握排水量和浓度的变化幅度。
2、氧化池
①要仔细地观察氧化池内的颜色、气泡、臭气、悬浮污泥和曝气等状况。一旦发现不正常，应立即采取相应措施。
②通风量瞬时增大易引起生物膜脱落，因此，通风量宜徐徐增加。
③氧化池反冲洗排泥时，特别是氧化池几乎排空的时候如反冲洗不充分，会使填料支架上附着污泥增加荷重，因此必须在排水的同时，用压力水冲洗填料支架，使附着污泥完全冲掉。
3、沉淀池
①与曝气池相同，要仔细地观察工况，及早发现状态变化。
②实施活性污泥法的维护管理办法，如坚持少排泥、勤排泥和定期排泥等。

第3章 设计计算
3.1设计题目
150m3/h某小区生活污水中生物接触氧化设备的设计
3.2原始资料
Q=150m3/h，进水 BOD5=300mg/L，CODcr=500mg/L，出水BOD5=20mg/L，CODcr=60mg/L，容积负荷3.0kg/m3.d。
3.3设计计算
3.3.1生物接触氧化池有效容积、尺寸的计算
（1）生物接触氧化池的有效容积V

式中，　Q——平均日污水流量，m3/d，本设计中Q=150m3/h=3600 m3/d;
La、Le——进水、出水BOD5值，g/m3，本设计中La =300 g/m3，Le=20 g/m3;
Fv——容积负荷，gBOD5/(m3.d) 本设计中为300g/m3.d
则　　
（2）水力停留时间t
，校核合格。
（3）生物接触氧化池总面积A

h——为滤层总高度≥3m，设计取3.5m
则　 A=3360/3.5=96m2
(4)氧化池格数

式中　 n——氧化池格数，一般n≥2;
f——每格氧化池面积，一般f≤25m2，本设计取24m2;
则　　 n=96/24=4
池体尺寸为 L×B=6m×4m
（5）接触氧化池总高度
H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4
=3.5+0.5+0.5+(1-1)×0.2+0.5=5.0m
式中　H0——接触氧化池的总高度，m；
H——填料层高度，m，取5.0m；
h1——池体超高，m，一般为0.5～0.6m，取0.5m；
h2——填料上部的稳定水层深，m，一般取0.4～0.5m，取0.5m；
h3——填料层间隙高度，m，一般为0.2～0.3m，取0.2m；
m——填料层数，取为1层；
h4——配水区高度，m，取0.5m。
生物接触氧化池选用组合纤维填料，其主要技术参数见表7。
表7 组合纤维填料主要技术参数
型号
塑料环片直径
(mm)
填料直径
(mm)
单片间距离
(mm)
理论比表面积
(m2/m3)
ZV-150-80
75
150
80
2000

3.3.2需氧量、空气量的计算

按每去除1kgCOD Cr消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为：
Q1=3600×(500-60)/1000 =1584 kgO2/d
生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率EA取15%，则接触氧化池每天所需的空气量GS为：

式中 GS——需氧量，m3空气/d；
EA——氧转移效率，微孔曝气器一般取15％~25%,设计取15%；
21％——氧在空气中所占百分比；
1.331——20℃氧气的密度，kg/m3。
曝气装置选用HWB－1型微孔曝气器，其主要性能参数见表8。
表8 微孔曝气器的主要性能参数
型号
规格
面积比
(%)
有效水深
(m)
通气量
(m3/h)
动力效率EA
(%)
HWB－1
Ф200
6.25
5.0
4.0
17 ～26
由每格生物接触氧化池的供气量及HWB－1型可变微孔曝气器的通气量，计算每格所需曝气器的数量N为：

取N为100个，则生物接触氧化池所需要曝气器为100×4=400个。
3.3.3穿孔布气空气管道的计算
（1）干管
取干管流速vg为15m/s，则干管直径dg为：
m
取dg=200mm，则干管流速vg为14m/s。
（2）支管
每格生物接触氧化池采用一根曝气支管向池中引入空气，取支管流速vj为10m/s，则支管直径为dj为：

取dj=40mm，则支管流速vj为8.8m/s≈9.0m/s
3.3.4剩余污泥量的计算
按每去除1kg BOD5产生0.35kg污泥计算，则生物接触氧化池的污泥产量W1为：
/1000
=0.35×3600×(300-20)/1000
=352.8K

第4章 结语