曝气生物滤池技术应用与设计计算.pdf

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直接开机启动抽水,操作简单、快速而方便。

因而真空罐代替了水上底阀,不存在底阀被泥砂、杂物卡住等事故而造成漏水、漏气等问题,运行十分可靠且减少了水头损失,节省了电能。

416维护管理简单容易因设置了钢栅走道,人随时可下到吸水头部检查巡视、清除杂物,吸水喇叭口如有问题可拆下吊到管架平台上或运到车间进行检修。

水平吸水管及真空罐均在常水位以上的管架上,没有水下维护、操作,故整个吸水系统监控和维修均十分容易。

作者通讯处:

341000赣州市南外窑下村8号赣州市给排水设计所电话:

（0797）8481203（O）收稿日期:

2002226曝气生物滤池技术应用与设计计算刘长荣提要曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中,由于其具有BOD容积负荷高、生化反应气水比小、水力停留时间短、出水水质好的技术特点,受到人们的重视。

从工作原理、设计方法、设计参数、工程实例等方面对曝气生物滤池技术进行了较详细介绍。

关键词曝气生物滤池生物反应过滤区气水联合反冲洗设计计算曝气生物滤池（BAF）是一种新型高负荷淹没式三相反应器,它兼有活性污泥法和生物膜法两者优点,并将生化反应与吸附过滤两种处理过程合并在同一构筑物中完成。

根据处理目标的需要,曝气生物滤池可以是一种单独碳氧化（二级处理、下向流）处理反应池,亦可以是碳氧化/硝化（三级处理、上向流）合并处理的反应器。

曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中,可省去二次沉淀池,其工艺流程见图1。

图1曝气生物滤池处理城市污水工艺流程对于国内一般的城市污水而言,进水含氮量为2040mg/L,根据污水综合排放标准（GB8978-96）城镇二级污水处理厂一级排放标准,BOD20mg/L,NH3-N15mg/L,硝化率要求仅为25%63%。

当曝气生物滤池有机负荷在210313kgBOD/（m3d）范围内时,NH3-N的硝化率为50%75%。

因此,在曝气生物滤池的设计中只需考虑单独碳氧化处理要求。

当污水有除磷要求时,可在该工艺处理流程的初级处理阶段（初沉池前）投加混凝剂（如铁盐）,可获得80%90%的除磷率。

1曝气生物滤池工艺及设计111曝气生物滤池工艺流程曝气生物滤池池型结构见图2。

其工艺过程是,经初级处理后的污水进入曝气生物滤池V型进水布水槽1,通过V型槽布水孔进入生物反应过滤区,该区由生物反应过滤层2和承托层3组成。

生物反应过滤层内装填圆形轻质陶粒滤料,这种滤料表面粗糙,容易粘附、生长高浓度生物膜,该膜不受泥龄限制,种类丰富,不同滤层段都能自然形成与本段水质相适应的优势种类。

在靠近生物反应过滤区进水口的滤层段内,有机物浓度高,异养菌群占优势,大部分BOD在此得到降解,而在滤层深部,硝化菌等自养菌不受有机物浓度及异养菌产生的抑制,成为优势菌种,具有良好的硝化作用。

生化反应需要的氧气,可通过曝气布气管7进入反应过滤层,空气在滤料空隙间曲折上升,与污水及滤料表面上附着的生物膜充分接触,完成污水中有机物的降解和氨氮的硝化。

经生物接触氧化、过滤处理后的水,由处理水收集支管4给水排水Vol128No172002151994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/收集后,通过收集干管5流出池外。

随着处理过程的进行,生物反应过滤层中拦截的悬浮物不断增多,滤料表面上粘附的生物膜逐渐增厚,滤层中的空隙逐步被阻塞,水头损失随之增加,达到最大允许水头损失,需进行反冲洗。

反冲洗采用气水联合冲洗。

反冲洗空气由空气进气管8进入反冲洗空气布气管9,均匀地进入反应过滤层,使粘附在滤粒颗粒表面上的大量生物膜被剥落下来,随后、进行气水联合反冲洗,反冲洗水由干管5进入布水支管4,以大阻力配水的形式进入过滤层,在气水共同作用下,滤料层产生松动,并略有膨胀（膨胀率为10%15%,膨胀率过大,使滤料处于流化状态,不利于其表面生物膜的去除）,使老化的生物膜、悬浮杂质随水流带出滤层,最后用水把过滤层冲洗干净。

反冲洗废水由排水槽10收集后排出池外。

1V型进水布水槽2陶粒过滤层3承托层4处理水收集支管（反冲洗布水管）5处理水收集干管（反冲洗进水管）6曝气进气管7曝气布气管8反冲洗进气管9反冲洗布气管10反冲洗排水槽图2曝气生物滤池112曝气生物滤池工艺设计曝气生物滤池主要由生物反应过滤区、曝气装置、反冲洗装置等3部分组成。

其工作原理、计算方法、设计参数（有机负荷、过滤滤速、水力停留时间、滤料性能、生物氧化需氧量、气水反冲强度等）、池容大小等因素的确定,是工艺设计中要解决的主要问题。

11211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（100400m2/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35mm,滤层高度一般为115215m,滤速018310m/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。

11212曝气系统为保证曝气生物滤池正常运行,需供给足够的空气量,以满足生化反应所需的氧量。

污水中有机物、悬浮物的去除,氨氮的硝化都是在生物过滤层中进行的,所需要的氧量主要包括有机物的降解和氨氮的硝化。

因此,生化反应需供给的空气量可由

（1）式计算:

Q=ASBOD+BPBOD+4157XN/（01301624EA）

（1）式中Q生化反应需供给的空气量,m3/h;SBOD溶解性BOD去除量,kg/h;PBOD颗粒性BOD去除量,kg/h;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;EA氧利用率,一般取20%;013空气中氧气含量的近似值;016空气的转化系数。

曝气生物滤池需要的空气量由鼓风机房供给,通过布设在池内的穿孔曝气管均匀地进入反应过滤层。

穿孔曝气管管径大小依据需要空气量计算确定。

11213气水反冲洗系统在运行周期内,随着时间的延续,滤层中的空隙逐渐被新生长的生物固体和悬浮固体堵塞,滤层水头损失增加,当达到一定程度（过滤水位升高013015m）时,需进行反冲洗。

为保证有效冲洗,必须有合理的配水、配气系统,并保证其均匀性。

因此,反冲洗装置采用大阻力配水系统,均匀的配气系统,16给水排水Vol128No1720021994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/在承托层中均匀地布置多排穿孔配水管和配气管。

反冲洗空气量可由下式计算:

Q气冲=Sq1

（2）式中Q气冲反冲洗用气量;S需要冲洗的滤池面积,m2;q1反冲洗空气强度,一般取1020L/（sm2）。

反冲洗用水量可由下式计算:

Q水冲=Sq2（3）式中Q水冲反冲洗用水量;q2反冲洗水强度,一般取51010L/（sm2）。

S同式

（2）。

反冲洗水使用曝气生物滤池正常工作时出水,由水泵加压供给,反冲洗水头由下式计算:

H=h0+h1+h2+h3+h4+h5（4）式中H反冲洗需要的水头,m;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=（q2/10a）21/2g（a为配水系统开孔比,a=0125%;为孔口流量系数,=0168）;h3承托层水头损失,m,h3=01022Haq2（Ha为承托层厚度,m）;h4过滤层在冲洗时的水头损失,m,h4=（1/）-1（1-m0）Hb（1为滤料的密度,陶粒滤料1=112t/m3;为水的密度,=110t/m3;m0为滤料膨胀前的空隙率,陶粒m0=0155;Hb为滤料层膨胀前的厚度,m）;h5备用水头,一般取115210m。

曝气生物滤池可分为若干个可以单独操作运行和轮流反冲洗的单元,分格的数量至少不应低于两格。

处理的水量越大,分格的数量相应增多,这样,当一格因反冲洗而停止工作时,其它各格的负荷增加不多,仍能保持正常工作。

反冲洗排水经收集后,进入冲洗排水池,由潜水泵均匀地输送到预处理构筑物处理。

2工程设计实例某城市污水流量为Q=20000m3/d。

污水原水水质为COD=400mg/L,BOD=200mg/L,SS=200mg/L,TKN=30mg/L,pH为79。

要求出水水质COD60mg/L,BOD20mg/L,SS20mg/L,NH3-N15mg/L。

该污水经预处理后,其水质为BOD=150mg/L（SBOD=101mg/L,PBOD=49mg/L）,SS=100mg/L,TKN=28mg/L。

试确定生物曝气滤池主要尺寸及参数。

211生物反应过滤区过滤面积及滤层厚度的确定21111生物反应过滤区过滤面积SS=Q/（vTn）（5）式中Q需处理的污水水量,Q=20000m3/d;v污水过滤滤速,v=115m/h;T1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10min,T=24-10/60=2318h;n滤池的分格数,n=4,即1座曝气生物滤池分4格。

则S=20000/（11523184）=140m2。

每格滤池平面尺寸确定为:

10m1513m（包括反冲洗排水槽宽度019m）,详见图2。

21112生物反应过滤区过滤层厚度HbHb=H1+H2（6）式中H1为过滤层运行周期结束时有机物的穿透深度,H1=V/Sn（V为每格滤池中过滤层的体积,V=BOD/R0,BOD为生物曝气滤池每天去除的有机物量,BOD=20000（150-20）1/1000=2600kg/d;R0为BOD容积负荷,R0=310kgBOD/（m3d）。

则V=2600/310=866m3,H1=866/（1404）=1155m）;H2过滤层保护厚度,H2=0145m。

给水排水Vol128No172002171994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/则Hb=1155+0145=210m。

212生物反应过滤区曝气空气量及反冲洗空气量的确定21211曝气空气量Q1Q1=ASBOD+BPBOD+4157XN/（01301624EA）SBOD=200001010187/（100024）=73kg/hPBOD=20000490187/（100024）=36kg/h根据该市污水水质,经测定A=49m3/kg,B=28m3/kg,则:

4157XN/（01301624EA）=415720000（28-15）/（100001301624012）=1375m3/hQ1=4973+2836+1375=5690m3/h每格滤池的曝气量为56904=142215m3/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71113m3/h,管径为150mm。

21212反冲洗空气量Q2Q2=Sq1=140153600/1000=7560m3/h单格滤池反冲洗空气量为7560m3/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3780m3/h,管径为350mm。

21213生物曝气滤池需要的空气总量Q空Q空=Q1+Q2-Q1/4=11827m3/h生物曝气滤池需要的空气总量为11827m3/h,空气总管管径为700mm。

根据上述计算需要的空气量、风压（可参考活性污泥法曝气池供气系统风压计算方法）选择鼓风机型号及台数。

213曝气生物滤池反冲洗水量及水头的确定21311反冲洗水量Q水Q水=Sq2=14083600/1000=4032m3/h反冲洗总管管径依据需要的反冲洗水量计算确定为900mm;每格滤池反冲洗水管径为700mm。

21312反冲洗水头Hh0+h1=617m;h2=q2/（10a）21/2g=8/（10012501682/1916=1113m;h3=01022Haq2=010221168=0128m（Ha为承托层厚度,经计算确定为116m）;h4=（1/）-11-m0Hb=（112-110）（110-0155）210=0118m;h5=210m。

则H=h0+h1+h2+h3+h4+h5=617+1113+0128+0118+210=10129m。

根据反冲洗流量和反冲洗水头选择需要的水泵型号及台数。

214曝气生物滤池高度的确定H1=Ha+Hb+Hc+HdHa=116m;Hb=210m;Hc（滤料上的水深,包括过滤水头016m和反冲洗时滤料层的膨胀高度21015%=013m）=0190m;Hd=0130m（滤池保护高度）;则H1=116+210+0190+0130=418m。

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10m1513m418m（详见图2）。

曝气生物滤池需要的空气总量为13062m3/h,反冲洗水流量4032m3/h。

3结语

（1）曝气生物滤池用于处理城市污水时,与其它活性污泥法相比,有机物容积负荷高,水力停留时间短,其后不需设二次沉淀池,采用球形轻质陶粒作滤料,其出水水质指标（COD,BOD,NH3-N,SS）可达到污水综合排放标准（GB8978-96）一级排放标准。

（2）曝气生物滤池处理城市污水的主要设计参数为:

有机物容积负荷210313kgBOD/（m3d）;过滤滤速018115m/h;水力停留时间110210h;生化反应曝气量气水比为69;反冲洗方式中空气单独冲洗35min,气水联合反冲洗35min,水单独冲洗13min;空气反冲洗强度1020L/（sm2）,水反冲洗强度5101010L/（sm2）。

作者通讯处:

730000兰州市定西路177号中国市政工程西北设计研究院电话:

（0931）8761608（0）13619365851收稿日期:

2001112618给水排水Vol128No1720021994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:

/WATER&WASTEWATERENGINEERINGVol128No17July2002ABSTRACTSStudyonBiologicalPretreatmentandSubsequentBiologicalPurificationofMicro2PollutedRawWaterXuJianhuaetal

（1）Abstract:

Drinkingwaterresourcesofmanycitieshavebeenpolluted.Thebiologicalcontactoxidationtechnique（BCOT）withelasticpackageisaneconomical,high2efficientbiologicalpretreatmentprocesswithstablerunningandeasymanagementtoremovepollutantfromrawwater.Inthewatertreatmentsystemcomposedofbiologicalpretreat2mentandconventionalwatertreatmentprocesses,wemustfullyutilizethecontinuingbiochemicaleffecttotheoutflowofbiologicalpretreatmentbasintoenhancethepollutantremovingeffectonitscontinuingprocesses,sedimentationbasinandsandfilter.Thatis,weshouldntaddchlorineinoutflowofbiologicalpretreatmentbasin.Asthequalityofpollutedrawwaterispoor,weshouldadoptadvancedtreatmentprocess,suchasbio2activatedcarbon,totreattheoutflowofsandfilter.ARiverbankWaterIntakeHead:

CantileverVacuumTankZhongDelingetal（13）Abstract:

Anewriverbankwaterintakeheadcalledcantilevervacuumtank（CVT）hasbeendesignedandcon2structedontheriversinsouthernpartofJiangxiProvince.Inthispaperthestructure,suitablesphereandprocessdesignofCVTarepresented.ItisbelievedthatCVTmightbeeasiertobeconstructedandhasadvantagesofreducedconstruc2tionperiodandinvestmentincertaincircumstances.ApplicationandDesignofAerobicBio2FilterLiuChangrong（15）Abstract:

AerobicBio2FilterhasacquiredpublicacceptanceassuitableforurbanwastewatertreatmentbymeansoftheiradvantagesofhighvolumetricBODloading,lowair/waterratioandhydraulicretentiontimeinbio2reactorandfaireffluentquality.Inthispapertheoperatingprinciple,designmethodandparametersandengineeringpracticesofthisfacilityaredescribed.EffectofRawWaterTurbidityontheCoagulationDosageControlBasedonImpulsiveTransmissionSunLianpengetal（19）Abstract:

Thecoagulationdosagecontroltechniquebasedontheimpulsivetransmittedlightstillhassomeincom2pleteaspectsintheroutineturbiditywatertreatment,especiallythecontrolsystemwiththeRvalueasmaincontrolparameterwasextremelyeffectedbytheturbidityofrawwater.So,onthebasisofwideexperimentalresearchesonroutineturbiditywater,valuewasintroducedtosubstitutetheRvalueasthecontrolparametertocontrolcoagulationdosage.Theexperimentshadbeenprovedthatthevaluehasgoodcorrelatedtothecoagulationquantityandresidualturbidity,andbetweenthevalueandresidualturbidity,therestillisonebyonecorrespondingrelationship.SothevaluecanbehopedtosubstitutetheRvaluetocontrolcoagulation.AdvancesinFeandMnRemovalsofUndergroundWaterXueGangetal（26）Abstract:

ManganeseoxidizedpoorlymightbeoneofmostdifficultproblemswehavetobefacedtoremoveFeandMnfromundergroundwater.ThelimitationofroutineprocesstoremoveFeandMnarediscussed,andtherecentstatusandtechnicalfeatureofthenewadvancenamelybiologicalMnremovalareindicated.SomekeyproblemsofbiologicalMnremovalareelaboratedinthispaper.RenovationofMunicipalWastewaterTreatmentSysteminShouguangWuJunqietal（29）Abstract:

About60%oftheinflowoftheurbansewernetworkinShouguangCity,ShandongProvincewasbelievedtobesecondaryeffluentofthein2plantindustrialwastewatertreatmentunits.Thereisanartificialwetlandsys2temwithreedgrowthatthemunicipalwastewatersystem.Asanoverallstrategytodecreasethechargesoftheenter2prisesandtoexploitthewholesaleadvantages,astabilizingpondwasaddedbeforethewetlandsystemandthein2plantwastewaterwasdegradedtoprimarytreatment.Thenewarrangementhasbeen