一种新型生物滤池的设计

一种新型生物滤池的设计班 级： 08生物工程1班 姓 名： 郭 靖 指导教师（职称）：洪七公（丐帮帮主）2目 录引 言.31 污水处理工艺流程的选择.71.1 主流污水处理工艺比较.71.2 工艺流程的确定.92 曝气生物滤池的组成及原理.102.1 基本组成.102.2 工作原理.103 污水处理水量及水质的拟定.133.1 水量的拟定.133.2 水质要求的拟定.154 曝气生物滤池的计算.164.1 污水必须具备的基本条件.164.2 曝气池的设计计算.164.3 生物膜及滤料的选择.214.4 除磷剂的选择.235 建设及运行成本预估.246 结 论.25致 谢.26参考文献.27附录 1 污水处理工艺流程图.28附录 2 曝气生物滤池剖面图.29附录 3 单池空气扩散器平面布置图.30 沈阳大学毕业设计（论文） No.1摘 要本设计旨在设计一种新型的生物滤池用来进行污水处理工作。本滤池为曝气生物滤池，污水流向为上流式，主要由滤池池体、滤料层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统六部分组成。本设计中生物膜主要由硝化细菌、反硝化细菌及芽孢杆菌等组成。本设计采用的是密度小于水的球形有机轻质填料，主要成分为聚苯乙烯，粒径为 3.55mm。本滤池建成后预计具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去 AOX(有害物质)的作用，集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。此外，还具有有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该滤池出水水质高。本设计拟定的进水水质是：BOD5为 280 mg/L，SS 为 240mg/L，TN为 35mg/L，TP 为 12mg/L，出水水质是：BOD5 不高于 28.4 mg/L，TN 不高于 26.7 mg/L，SS 不高于 7.9 mg/L，TP 不高于 3.4 mg/L。本生物滤池进水PH 值 6.59.5，水温保持在 10左右,硫化物及其它有害物质曝气生物滤池进水中的硫化物含量应控制 30mg/L 以下。关键词： 生物滤池；滤料；硝化细菌；生物膜；聚苯乙烯 2AbstractThe design aims to design a new type of biological filter used for sewage treatment works. The filter for biological aerated filter, sewage flows into the upflow, mainly by the filter tank body, a filter layer, a water distribution system, air distribution system, a backwashing system, the water system is composed of six parts. The design of biological membrane mainly by nitrifying bacteria, denitrifying bacteria and Bacillus. This design uses is less dense than water spherical organic light filler, main components of polystyrene, particle diameter of 3.55mm. The filter is removed after the completion of SS,COD, BOD, nitrification, denitrification and phosphorus removal, removal of AOX (HNS) role, with biological oxidation and removal of suspended solids in one, save the follow-up two primary sedimentation pond, to ensure the treatment effect under the condition that the simplified processing technique. In addition, also has the organic high volume load, hydraulic load, short hydraulic retention time, needs less investment, low energy consumption and low operating cost, at the same time the filter effluent quality high. The design of the water quality is: BOD5=280 mg/L, SS=240mg/L, TN=35mg/L, TP=12mg/L, the effluent quality is: BOD528.4 mg/L, TN26.7 mg/L, SS7.9 mg/L, TP3.4 mg/L. The biological filter water pH 6.59.5, temperature was maintained at 10, sulfide and other harmful substances in biological aerated filter inlet of sulfide content should be controlled below 30mg/L.Keywords: biological filter; filter; nitrifying bacteria; biological membrane; polystyrene 沈阳大学毕业设计（论文） No.3引 言近几十年来，随着现代工业和城市建设的发展，我国城市的环境污染特别是水污染问题日趋严重。我国是一个人均水资源占有量匾乏的国家，仅为世界人均值的 1/4，而且时空分布不均，开发利用难度大，许多地区和城市严重缺水。与此同时，全国年排污量为 350 亿立方米，但城市污水集中处理率仅为 7%，80%的污水未经有效处理就排入江河湖海1，使我国的水域污染十分严重，并进一步加剧了水资源的短缺。可以说水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、危害生态环境、影响人民生活和身体健康的突出问题，迫切需要加以解决。但是，在我国水污染治理领域，现有建成运行的污水处理厂(站)，特别是城市污水处理厂，基本上都是采用传统活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、A-B 法工艺、SBR 法等工艺2，虽然这些工艺处理效果尚可甚至也比较好，但普遍也存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、不能承受冲击负荷等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的要求，因此近十几年来，各种污(废)水处理新技术工艺不断涌现。目前来说，最经济有效的方法仍然是生物处理法。随着越来越多的污(废)水处理设施投入运转，生物处理技术已成为城市污水和有机工业废水处理的主要方法。在自然界中，存在着大量依靠有机物生活的微生物。它们不但能分解氧化一般的有机物并将其转化为稳定的化合物，而且还能转化有毒有机物。实际上，在工业废水的无害化过程中，不但利用微生物处理有机毒物，还用于4处理由微生物营养元素构成的无机毒物。这些物质本身对微生物有毒害作用，但组成这些物质的元素，有些是微生物营养所需，因此它们对微生物具有两重性，通过对其浓度的控制，毒物可以成为微生物的养料3。生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。生物处理法分为好氧和厌氧两大类4。好氧生物处理的前提是必须要在有氧的情况下进行，而厌氧生物处理则需保证无氧环境。由于好氧生物处理效率高，使用比较广泛，多用于处理中等浓度以下的城市污水和工业废水；厌氧处理对象主要是中、高浓度有机物废水和污水处理中所产生的污泥，厌氧处理比好氧处理使用得少些。 污水好氧生物处理的主要去除对象是污水中溶解的和胶体状态的有机污染物，通过微生物的代谢作用予以转化和稳定，达到无害化。按照污水好氧生物处理反应器中微生物的生长状态，好氧生物处理还可划分为悬浮生长工艺和附着生长工艺，前者以活性污泥法为代表，包括氧化沟、SBR 等变形工艺，微生物在曝气池内以呈悬浮状态的活性污泥的形式存在；而后者则以生物膜法为代表，包括生物滤池、接触氧化、生物转盘等，微生物以膜状固着在某种载体的表面上。生物膜法是一大类生物处理法的统称。在生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触的过程中，污水中的有机污染物即被微生物吸附、稳定，最终转化为 H2O、CO2、NH3和微生物细胞物质，污水得到净化5。在许多情况下，生物膜法不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理，而且还具有一些独特的优点，如运行 沈阳大学毕业设计（论文） No.5稳定、抗冲击负荷、更为经济节能、无污泥膨胀问题、具有一定的硝化与反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等10。正是因为如此，自 20 世纪 70 年代以来，生物膜法引起了广大研究者和工程师们的极大兴趣，其主要设施是生物滤池、接触氧化池和生物转盘等。曝气生物滤池(biological aerated filter)简称 BAF，是 20 世纪 80 年代末90 年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理9。自 80 年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有数百多座大大小小的污水处理厂采用了这种技术6。该技术不仅可用于水体富营养化处理，而且可广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的处理。随着研究的深人，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除 SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去AOX(有害物质)的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化7。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式8，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得到稳定，填料同时起到物理过滤作用。6 90 年代初我国就已开始对曝气生物滤池工艺进行试验研究和开发，中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程公司、北京环境保护科学研究院、清华大学等是我国研究开发该技术较早的单位，并已将曝气生物滤池成功地应用于多个大、中、小型工程，随着实际工程的应用运行，曝气生物滤池的特殊优点越来越受到我国水处理界各方的关注。作为一种新型的污水生物处理技术，BAF 已经成为近年来国内外的研究热点，但是，日前的理论研究还不够系统和完善，经过分析比较，提出今后的研究热点如下：随着现代生物检测技术的不断进步有关 BAF 的生物膜特性研究，特别是在生物膜生民,生物膜组成和生物膜活性等方而的研究，将成为近期的前沿课题，这此研究同时也会促进反应器内微生物系统生态学研究的发展。BAF 的新型填料、反应动力学和反冲洗过程的水力学特性也是今后需要研究的重点问题。脱氮方式的控制和机理研究同样也是研究热点 BAF 具有良好的硝化能力，同时，如果控制运行条件，可以使 BAF 实现同步硝化反硝化、A/O式内循环缺氧反硝化和后置反硝化，使其在污水三级脱氮处理和微污染水源水的预处理得到广泛的应用8。综上所述，本次设计拟定设计一种新型的曝气生物滤池，设计的进水水质是：BOD5=280mg/L，SS=240mg/L，TN=35mg/L，TP=12mg/L，出水水质是：BOD5 28.4 mg/L，TN 26.7 mg/L，SS 7.9 mg/L，TP 3.4 mg/L。 沈阳大学毕业设计（论文） No.71 污水处理工艺流程的选择1.1 主流污水处理工艺比较城市二级污水处理常用的工艺方法有：SBR、A/O 除磷工艺、A2/O 除磷脱氮、氧化沟法等3，虽然这些工艺处理效果尚可甚至也比较好，但普遍存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢等不足之处，针对以上几种污水处理工艺不足，近些年来研制开发了曝气生物滤池。 曝气生物滤池又被称为第三代生物滤池。曝气生物滤池采用人工强制曝气代替自然通风；采用粒径小、比表面积大的滤料，显著提高了生物浓度；采用生物处理与过滤处理联合方式，省去了二次沉淀池1；采用反冲洗的方式，免去了堵塞的可能，同时提高了生物膜的活性；采用生化反应和物理过滤联合处理的方式，同时发挥了生物膜法和活性污泥法的优点。由于它具有生物氧化降解和过滤的双重作用，因而可获得很高的出水水质，可达到回用水水质标准，适用与生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。曝气生物滤池的特点：较小的池容和占地面积。曝气生物滤池的 BOD5容积负荷可达到56kg BOD5/(m3d),是常规活性污泥或接触氧化法的 612 倍，所以它的池容和占地面积具有活性污泥和接触氧化法的 1/6 左右，大大节省了占地面积和大量的土建费用。高质量的处理水。在 BOD5容积负荷为 6kg BOD5/(m3d)时，其出水 SS与 BOD5可保持在 60mg/L 以下，远远低于国家污水排放标准之一的标准。8简化处理流程。由于曝气生物滤池对 SS 的生物截留作用，使出水中的活性污泥很少，故不需设置二沉池，处理流程简化，使占地面积进一步减少。基建费用、运转费用低。由于技术流程短，占地省，使基建费用大大低于常规二级生物处理。管理简单。曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，没有污泥膨胀问题，微生物也不会流失，能保持池内较高的微生物浓度，因此日常运行简单，处理效果稳定。设施可间断运行。由于大量微生物生长在粒状填料粗糙的孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再使用，其设施可在几天内恢复正常运行4。表 1 各工艺方法比较 工艺方法优点缺点曝气生物滤池a. 较小的池容和占地；b. 高质量的出水；c. 简化流程；d. 基建费用和运转费用低；e. 微机自动化控制；f. 可靠性高。a. 进水有机物过高可能造成细菌大量繁殖，容易培养滤料。SBRa. 处理构筑物少，可省去二沉池；b. 一般不需要调节池；c. 运行方式灵活，可同时具有去除BOD 和脱氮除磷的功能。a. 反应器容积利用率低；b. 水头损失大；c. 不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力；d. 设备利用率低；e. 对管理人员技术素质要求较高。氧化沟a.进出水装置简单；b.BOD 负荷低，处理水质良好；污泥产率低，排泥量少；c.污泥龄长，具有脱氮的功能。a. 在实际的运行过程中，存在污泥膨胀、泡沫、污泥上浮、流速不均及污泥沉积等一系列的问题。A2/Oa. 厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境和不同种类的微生物细菌群的有机配合，a. 难以同时取得良好的脱氮除磷效果； 沈阳大学毕业设计（论文） No.9能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；b. 在同时脱氮除磷的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也不少于同类其他工艺。b. A2/O 工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高。综上所述，鉴于曝气生物滤池的各种优势，本次设计决定设计一种新型曝气生物滤池。1.2 工艺流程的确定1.2.1 曝气生物滤池的分类及主体构成根据污水在滤池运行中过滤方向的不同，曝气生物滤池可分为上向流和下向流滤池10，除污水在滤池中的流向不同外，上向流和下向流滤池的池型结构基本相同。早期曝气生物滤池的应用形式大多都是下向流态，但随着上向流态曝气生物滤池比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来国内外实际工程中绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。故本设计采用上向流曝气生物滤池结构。曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，其主体由滤池池体、滤料层、挡板、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。1.2.2 曝气生物滤池工艺流程图城市污水污水外排粗格栅进水泵房细格栅3D 反应池鼓风机加氯间曝气生物滤池清水池砂水分离污泥浓缩机械脱水10PAM栅渣外排 图 1 曝气生物滤池工艺流程2 曝气生物滤池的组成及原理2.1 基本组成如图 2 所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为 2.53m，填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失。挡板上均匀安装有出水滤头9。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，该区内设有回流泵用以将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。图 2 Biostyr 曝气生物滤池组成示意图1 配水廊道2 滤池进水和排泥3 反冲洗循环闸门4 填料 5 反冲洗气管6 工艺空气管7 好氧区8 缺氧区9 挡板 10 出水滤头11 处理后水的储存和排出12 回流泵13 进水管压榨机压榨机 沈阳大学毕业设计（论文） No.112.2 工作原理反应器为周期运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期，具体过程如下：经预处理的污水(主要是去除 SS 以避免滤池频繁反冲洗)与经过硝化后的滤池出水按照回流比混合后通过滤池进水管进入滤池底部，并向上首先流经填料层的缺氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状态9。缺氧区内，一方面，反硝化细菌利用进水中的有机物作为碳源将滤池进水中的 NO3-N 转化为N2，实现反硝化脱氮。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化过程中生成的氧降解 BOD，同时，SS 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。经过缺氧区处理的污水流经填料层内的曝气管后即进入了好氧区，并与空气泡均匀混合继续向上流经填料层。水气上升过程中，该区填料上的微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解 BOD，滤床继续去除 SS，污水中的 NH3-N 被转化为 NO3-N，发生硝化反应4。值得指出的是，以 SS 形态被截留在滤床内的可降解污染物以及被生物膜吸附的难降解有机物实际被降解吸收的时间可接近一个运行周期，这一点有着很强的现实意义。流出填料层的净化后废水通过滤池挡板上的出水滤头排出滤池，出路分为：排出处理系统外；按回流比例与原污水混合进入滤池实现反硝化；用作反冲洗水(在多个滤池并联运行的情况下，当某一个滤池反冲洗时，反冲洗水由其它工作着的滤池出水共同提供)。 随着过滤的进行，由于填料层内生物膜逐渐增厚，SS 不断积累，过滤水头损失逐步加大，在一定进水压力下，设计流量将得不到保证，此时即应进入反冲洗再生以去除滤床内过量的生物膜及 SS，恢复滤池的处理能力。依据不同的处理情况，滤池出水指标(如 SS)也可通过自控系统成为反冲洗的控制12条件。 反冲洗采用气水交替反冲，反冲洗水即为贮存在滤池顶部的达标排放水，反冲洗所需空气来自滤池底部的反冲洗气管。反冲再生过程如下：(1)关闭进水和工艺空气；(2)水单独冲洗；(3)空气单独冲洗；继而(2)、(3)步骤交替进行并重复几次；(4)最后用水漂洗一次7。反冲洗水自上而下，填料层受下向水流作用发生膨胀，填料层在单独水冲或气冲过程中，不断膨胀和被压缩，同时，在水、气对填料的流体冲刷和填料颗粒间互相摩擦的双重作用下，生物膜、被截留吸附的 SS 与填料分离，冲洗下来的生物膜及 SS 在漂洗中被冲出滤池。反冲洗污泥回流至滤池预处理部分的沉淀系统。再生后的滤池进入下一周期运行。由于正常过滤与反冲时水流方向相反，填料层底部的高浓度污泥不经过整个滤床，而是以最快的速度通过池底 排泥管离开滤池。客观的讲，反冲过程没有太多的理论依据，基本是从再生效果考虑的，既要恢复过滤能力，又要保证填料表面仍附着有足够的生物体，使滤池能满足下一周期净化处理要求。综上所述，本次设计主要需要进行的设计如下：处理水量及水质的拟定；曝气池的计算；反冲洗系统的计算；空气管的选型；生物膜及滤料的选择等。 沈阳大学毕业设计（论文） No.133 污水处理水量及水质的拟定3.1 水量的拟定3.1.1 生活污水量1Q污水处理量：=5 万 m3/dQ其中：生活污水占 80%，为 4 万 m3/d； 工业废水占 20%，为 1 万 m3/d。根据居住区用水定额差可得，人均生活用水量为 90125L/人d，本次设计设计人均生活用水量 q=100L/人.d，城市混合污水变化系数 k =1.1， k =1.4；城市公共建筑污水量按城市生活污水量的 25%。日总由方程321QQQQ式中：城市生活污水量，m3；Q 城市公共建筑污水量，m3；2Q 工业废水量，m3。3Q由方程可以算出设计人口：N 50000=10010 +25%10010 +20%50000N3N3求得=32 万人N 因为：k =；日平均日平均时污水量最大日平均时污水量 k =；总最大日平均时污水量最大日最大时污水量14 k =kk =。总日时平均日平均时污水量最大日最大时污水量 所以：最大日平均时污水量=平均日污水量k日 最大日最大时污水量=平均日平均时污水量k总生活污水量：1Q 东北地区某市设计人口 N=32 万人，居住建筑内有排水设备和淋浴设备。 （3NqQ 11） =32 100 10 =3.2 万 m3/d3 城市公共建筑污水量：2Q =25% （32Q1Q2） =25% 3.2=0.8 万 m3/d 工业污水量： 3Q =（） 20% （33Q%20121QQ3） =（） 20%=1 万 m3/d%2018 . 02 . 3最大日污水流量：日Q=k （3日QQ日4）=5 1.1 沈阳大学毕业设计（论文） No.15=5.5 万 m3/d 最大时污水流量：时Q=k （3时QQ总5）=5 1.4=7 万 m3/d3.1.2 污水量情况污水量情况详见下表：表 2 污水流量项目万 m3/d万 m3/hm3/s平均日50.208330.5787最大日5.50.22920.6366最大日最大时70.29170.81023.2 水质要求的拟定根据城镇污水处理厂污染物排放标准可确定，本设计水质要求如下：进水水质：BOD5=280mg/L, SS=240mg/L, TN=35mg/L, TP=12mg/L。出水水质：BOD530mg/L, SS 30mg/L, TN 9mg/L, TP 4mg/L。其中：BOD5：五日生化需氧量；SS：悬浮固体；TN：总氮，即水中氮元素的总量；TP：总磷，即水中磷元素的总量。164 曝气生物滤池的计算4.1 污水必须具备的基本条件生物滤池进水 PH 值 6.59.5，否则应预先考虑 PH 值调节措施。水温保持在 10 ,进水水温稍高。硫化物及其它有害物质曝气生物滤池进水中的硫化物含量应控制在30mg/L 以下。4.2 曝气池的设计计算4.2.1 滤池的计算滤料层体积： （4NQSW100001）式中：进水流量，m；Q 沈阳大学毕业设计（论文） No.17 进水的浓度，mg/L；0S 相应于的 BOD5容积负荷，kgBOD5/(m3d)，此处取 3。N0S NQSW10000 310002245000=3733.3(m3)单格滤池的面积：曝气生物滤池的分格数一般不应少于 3 格，每格的最大平面尺寸一般不大于 100m2。 （41nHW2）式中： 分格数，此处取 8；n 滤料层高度，一般在 2.54.5m，此处取 4.5m。1H 1nHW=5 . 483 .3733=103.4(m2) 考虑到方形池最节省，所以单格滤池定位正方形，每格尺寸位m2，共 8 格。1010滤池的高度： （454321HHHHHH183）式中：缓冲区高度，m，一般在 1.21.5m，此处取 1.4m；2H 挡板区高度，m，一般在 0.20.3m，此处取 0.3m；3H 清水区高度，m，一般在 0.81.0m，此处取 1.0m；4H 超高，m，一般在 0.30.5m，此处取 0.5m。5H 54321HHHHHH5 . 00 . 13 . 04 . 15 . 4=7.7(m)即滤池深度为 7.7m。曝气生物滤池的体积： （4nHV4）=103.4 8 7.7 =6369.44(m3)污水流过滤料层高度的空塔停留时间： （42411QHAt5）式中：曝气生物滤池总面积。A （4nA6）=103.4 8=827.2(m2) 沈阳大学毕业设计（论文） No.19 2411QHAt=24500005 . 42 .827=1.79(h)即曝气池总面积为 827.2m2，停留时间为 1.79h。污水流过滤料层的实际停留时间： （4241QHAt7）式中： 滤料层的空隙率，对于圆形陶粒一般取 0.5。 241QHAt =5 . 024500005 . 42 .827 =0.893(h)即污水实际停留时间为 0.893h。曝气生物滤池主要尺寸：每组曝气池的容积(m3)。44.6369A池深 7.7m。单格曝气生物滤池的表面积(m2)100A单格曝气生物滤池的长为 10m，宽为 10m，为正方形共 8 格根据曝气生物滤池工程技术规程可确定，本次设计中曝气生物滤池的壁厚为 300mm，底部壁厚为 400mm，均采用混凝土砌制。204.2.2 曝气系统计算微生物的需氧量 （41030OsQQ8）式中：曝气生物滤池需氧量，kgO2/d；0Q 流入曝气生物滤池的 BOD 值，mg/L；s 设计最高日流量，m3/d；Q 每 BOD 的需氧量，kg O2/kgBOD，一般在 0.91.4，此处取O1.0。 1030OsQQ=0 . 110224550003=12320（kg O2/d）所需空气量 （427327344. 11000TOEQGwAS9）式中：空气密度 1.293kg空气/Nm3； 氧的转移率，此处取 10%；AE 空气中氧的重量，为 0.232kg；wO 池内水温，20。T 27327344. 11000TOEQGwAS=2732027344. 1100232. 0293. 11 . 012320 沈阳大学毕业设计（论文） No.21=3.01 107（kg空气/d）4.2.3 反冲洗系统反冲洗池体积 （4tvSV110）式中：曝气生物滤池单池面积，m2；S 反冲洗时速度，m3/(m2h)，取 0.8 m3/(m2h)；v 反冲洗周期，取min。t5t tvSV1 58 . 0100= 400(m3)即反冲洗池的体积为 400m3反冲洗污水池体积 （4）（曝%301)2(1SVV11）（%3012100400=780(m3)即反冲洗污水池的体积为 780m3。4.2.4 曝气生物滤池的空气管的计算按曝气生物滤池平面布置，空气管道在相邻两池的隔墙上设一根干管，干管型号为 DN100，由于曝气生物滤池分了 8 个格，则要在 8 个池子里面设置 8 个干管。22每个干管上设置 4 对配气竖管，共有配气竖管 64 根，每根竖管的供气量为：1232064=192.5(m3/h)。曝气生物滤池的平面积为：827.2 m2。选用 Wm180 型单孔膜空气扩散器，它的服务面积为 0.5m2。为了安全按 0.49 m2记。则所需空气扩散器的总数为：8270.49=1689（个） 。为了安全，本设计采用 1690 个空气扩散器，每个竖管上安装的空气扩散器的数目为 16908=270（个） 。每个空气扩散器的配气量为：123201690=7.29m3/h，在每个格里面设置 4 排，每个竖管设置 7 个扩散器。4.3 生物膜及滤料的选择4.3.1 生物膜的选择滤料层主要分为缺氧区和好氧区两部分7，经预处理的污水(主要是去除SS 以避免滤池频繁反冲洗)与经过硝化后的滤池出水按照回流比混合后通过滤池进水管进入滤池底部，并向上首先流经填料层的缺氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状态。缺氧区内，一方面，反硝化细菌利用进水中的有机物作为碳源将滤池进水中的 NO3-N 转化为 N2，实现反硝化脱氮。另一方面，填料上的微生物如芽孢杆菌利用进水中的溶解氧和反硝化过程中生成的氧降解BOD，同时，SS 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。经过缺氧区处理的污水流经填料层内的曝气管后即进入了好氧区，并与空气泡均匀混合继续向上流经填料层。水气上升过程中，该区填料上的微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解 BOD，滤床继续去除 SS，污水中的 NH3-N 被转化为 NO3-N，发生硝化反应。流出填料层的 沈阳大学毕业设计（论文） No.23净化后废水通过滤池挡板上的出水滤头排出滤池，出路分为：排出处理系统外；按回流比例与原污水混合进入滤池实现反硝化；用作反冲洗水（在多个滤池并联运行的情况下，当某一个滤池反冲洗时，反冲洗水由其它工作着的滤池出水共同提供） 。表 3 微生物的选择微生物名称分布场所营养类型作用反硝化细菌缺氧区异养厌氧型脱氮硝化细菌好氧区异养需氧型硝化、降解 BOD芽孢杆菌缺氧区、好氧区兼性厌氧型降解 BOD综上所述，本设计选用反硝化细菌、硝化细菌、芽孢杆菌这三种微生物作为主要的生物膜，作用为脱氮、硝化及降解 BOD。4.3.2 滤料的选择 曝气生物滤池滤料的选择在整个工艺设计和运行中起着至关重要的作用。为了强化出水质量，不同滤料中在必须对整个工艺出水的影响进行讨论、比较与研究。例如:对具有相同粒径的黏土、沙粒、塑料进行比较。此外滤料介质的粒径大小也对整个工艺过程起着十分重要的影响。不同的材质、不同的粒径分别在不同的区域得到广泛的应用。有人建议当粒径大小为 6mm 左右时适合在一级处理前进行预处理工艺9，而粒径为 3mm 大小的介质则对于废水的二级处理较适合，粒径在 36mm 之间的滤料最好用来作为二级处理。但是对于中粒径的介质，由于操作中的水的压力不同，而可能获得不同的应用。 本设计采用的是密度小于水的球形有机轻质填料，主要成分为聚苯乙烯，粒径为 3.55mm，具有较好的机械强度和化学稳定性，在为微生物提供生长环境、截留 SS、促进气水均匀混合等方面有一定优势。244.4 除磷剂的选择磷的去处技术主要有以下三种:生物、化学和物理法4。物理法价格昂贵，且去除率并不高。就生物法而言，将生物脱 N 和生物除 P 相结合的系统对除P 不利，因为除 P 脱 N 本身是一对不可调和的矛盾，如果 DO（溶解氧）值太低除 P 率会下降，硝化反应受到限制，如果 DO 值太高，则由于回流厌氧区 DO 增加，反硝化受到限制，同时 NO3-N 的浓度高可影响厌氧区磷的释放。因为，磷的释放需要厌氧环境，如果有 NO3-N 存在就表明只能为兼氧环境。从目前的 BAF 运行工艺看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的;用生物除磷就失去了生物滤池高负荷的特点，造成投资过大，因此最好用加 FeC13药剂的方法除磷，而生物滤池由于耐水力冲击负荷，可使处理后的水超量回流，并在运行中加化学药剂，将化学处理和生物处理同时应用于系统中，达到除 P 脱 N 目的，使化学药剂相对用量减少，从而降低运行费用。同时本设计中污水所含杂质较多，故本设计采用后置除磷，除磷剂选用FeCl3。 沈阳大学毕业设计（论文） No.255 建设及运行成本预估根据我国现行生物滤池的建设费用的平均水平，本生物滤池预计建设成本为 1742 元/m3，本设计中污水处理的主要费用为药剂费、电费及人工维护费用，因本设计中的生物滤池与青岛市麦岛污水处理厂中的生物滤池结构相似，故本设计中生物滤池运行中的费用以该污水处理厂的运行费用为参考，本次设计的生物滤池运行中预计水处理成本 0. 64 元/m3，其中药剂费 0. 45 元/m3，药剂主要为絮凝剂及三氯化铁，电费 0. 09 元/m37，人工费 0. 1 元/m3。266 结 论本设计最终设计出一种新型的生物滤池，设计的进水水质是：BOD5=280 mg/L，SS=240mg/L，TN=35mg/L，TP=12mg/L，出水水质是：BOD5 28.4 mg/L，TN 26.7 mg/L，SS 7.9 mg/L，TP 3.4 mg/L。经过计算，本滤池最终出水水质基本达到国家回用水标准。单格滤池定为正方形，每格尺寸为 1010 m2，共 8 格。池深 7.7m。反冲洗池的体积为 400m3，反冲洗污水池体积 780m3。设置 8 个曝气干管，干管型号为 DN100，配气竖管 64 根 ,选用 Wm180 型单孔膜空气扩散器，空气扩散器的总数为 1690 个。选用反硝化细菌、硝化细菌、芽孢杆菌这三种微生物作为主要的生物膜，作用为脱氮、硝化及降解 BOD。采用密度小于水的球形有机轻质填料，主要成分为聚苯乙烯，粒径为3.55mm。采用后置除磷，除磷剂选用 FeCl3。 沈阳大学毕业设计（论文） No.27致 谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师王军老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多设计素材，还在论文的撰写和排版的过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！28参考文献1王伟.小城镇污水处理新技术及应用研究M.黑龙江:哈尔滨工业出版社, 2011.6:20-252李亚峰.小城镇污水处理设计及工程实例M.北京:化学工业出版社, 2011.1: 105-1503田禹.水污染控制工程M.北京:化学工业出版社, 2011.2:123-1304郑俊.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例M.北京:化学工业出版社, 2002.5:123-1305蔡守华.水生态工程M.北京:中国水利水电出版社, 2010.3:68-776Tom Stephenson.A Review of Biological Aerated Filters (BAFs) for Wastewater J.New York:Environmental Engineering Science,2005.16(3):10-257张文艺.曝气生物滤池污水处理工艺与设计J.环境工程, 2006,24(1):9-138付丹.填料对曝气生物滤池影响的概述J.环境科学与管理, 2008,33(3):101-1039刘雁滨. Biostyr 曝气生物滤池研究进展J.河北工业科技, 2008,25(5):331-33410李伟进.新一代曝气生物滤池工艺及其应用J.中国给水排水, 2009,25(22):76-83 沈阳大学毕业设计（论文） No.2930附录 1 污水处理工艺流程图 沈阳大学毕业设计（论文） No.31附录 2 曝气生物滤池剖面图32附录 3 单池空气扩散器平面布置图