废水处理生物接触氧化池设计

课程设计

    题    目   废水处理生物接触氧化池设计 

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学生姓名                            

指导老师                                

完成日期                                

一、前言

1.1 制革工艺简介

皮革工业是具有悠久历史的传统行业，由于其独特的卫生性能和力学性能，特别适合于穿、用等方面，备受人们青睐。随着科学技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，在“全球经济一体化”的影响下，我国的皮革工业得到了快速发展，已成为我国向全球供应商品的出口创汇产业，但目前制革行业的发展受到两大因素的制约：绿色技术性贸易壁垒 和 制革“三废”对环境产生的污染。

制革加工的过程是借助化学、机械、生物等手段，将原料皮中除胶原蛋白之外的其他成分，如毛、表皮、油脂、纤维间质等逐步清除，并适度分散胶原纤维，再加入鞣质交联，加脂剂润滑，着色剂染色，涂饰剂涂饰的过程。换言之，制革就是以化工手段为主对天然高分子材料加工处理的过程，是在保持胶原纤维基本结构的前提下进行的多相非均质的化学物理变化过程。统计资料表明，皮革生产只有原皮质量的25%-30%的物质转化为成革，其余的则成为固体废物和污染物；铬盐鞣制时只有60%-70%的铬真正起到鞣制作用，可见，制革工业对环境造成的污染是相当严重的。

制革废水因含有机物浓度高、悬浮杂质多、水量大及含有毒物质而成为轻工行业较难处理的废水之一。经过有关部门的调查，在具有一定规模的2300多家制革企业中，大约只有不到10%的企业采取了不同程度的废水治理措施 [1] 。

制革行业废水污染中排放量最大的是化学耗氧量（COD），其次为悬浮物、5日生化耗氧量（BOD5），另外，S2-、NH3+、Cr3+等的排放量也很大。

目前，我国对制革废水的处理远达不到环境保护的要求，随着国家经济增长方式的转变及环境保护力度的加大，我国近几年因制革废水未作处理或经处理后仍未达排放标准而被迫关闭的中小制革厂数百家，因此，及时总结国内外经验，研究开发适合我国国情制革污水处理工艺，具有重要意义。

 制革废水的主要来源：制革工艺流程中的准备阶段和鞣质阶段（均在水溶液中化学处理过程）。

制革废水的特点：1、水量大； 

  2、水量和水质波动大（间歇排水）；

              3、污染物浓度高，成分复杂，悬浮物多，色深，含有毒有害物质等。

1.2 生物接触氧化法

生物法在处理各种工业废水中具有十分重要的地位，因制革废水中COD、BOD5含量高，故采用生物法处理废水效果显著，其中，生物接触氧化法具有运行费用低，处理时间短，耐冲击负荷能力强，体积负荷高，空气用量少等明显优势。

生物接触氧化法在池中设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，因此，它兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。生物接触氧化法中微生物所需的氧常通过人工曝气供给。生物膜生长至一定厚度后，近填料壁的微生物将由于缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生膜的生长，形成生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜将随出水流出池外。

图1.1 生物接触氧化池

本文主要采用生物接触氧化法对制革废水进行处理，并对处理工艺流程进行了介绍，完成了工艺流程、平面布置和主要构筑物CAD图的绘制，针对皮革废水自身的特点设计了处理工艺。

二、设计任务

某皮革厂生产废水经预处理后，拟采用好氧生物接触氧化法处理，废水日产生量为1000m3/d，原废水平均BOD5为250mg/L。经小试取得的设计参数为：容积负荷率取1.5 kg BOD5 /(m3·d)时，出水BOD5为30mg/L，试设计生物接触氧化池、供气系统和二沉池，用Auto CAD画出处理工艺流程图、平面布置图，并画出接触氧化池及二沉池的设计图。

三、工艺流程选择

3.1工艺流程图

 图3.1.1 制革废水的处理工艺流程

3.2工艺流程说明

各工段废水汇总排放废水处理站，先经旋转式机械隔栅去除较大颗粒的悬浮固体，如毛、肉渣、革削等，废水经浅层沉砂池后除去较重颗粒后进入集水池，后用泵提升到初沉池，经沉淀以去除大量的泥沙等无机物和部分有机质。初沉池出水进行pH值调节后进入预曝调节池，均匀水量、水质，并去除部分硫化物及有机物，再用泵提升到混凝气浮处理单元进一步去除水中的硫化物及部分有机物。混凝气浮出水进入主处理单元——生物接触氧化池进行生物处理，出水再经辐流式二沉池沉淀，二沉池出水通过加药在终沉池内进一步沉淀处理，使出水达标排放。

生物接触氧化池剩余污泥排至调节预曝池中，利用污泥活性，吸附分解有机物，提高废水预处理的效果。

混凝沉淀池、终沉池污泥输送至污泥浓缩池，浓缩池和初沉池污泥用泵输送至干化场，干化污泥外运，干化出水回集水池。

四、设计说明

生物接触氧化池工艺设计的主要内容是计算填料的有效容积和池子的尺寸，计算空气量和空气管道系统。目前一般是在用有机负荷计算填料容积的基础上，按照构造要求确定池子具体尺寸、池数以及池的分级。

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25m2，以保证布水、布气均匀；

（7）气水比控制在(10～15)：1。

五、工艺设备计算

目前，生物接触氧化法在国内的污水处理领域，特别在有机工业废水生物处理、小型生活污水处理中得到广泛的应用，成为污水处理的主流工艺之一。作为其中最重要的净化设备——生物接触氧化池主要由池体、填料和进水布气装置组成。

生物接触氧化法的设计计算主要包括：①、生物接触氧化池池体的设计

②、供气系统的设计

③、二沉池的设计

5.1生物接触氧化池池体的设计

5.1.1生物接触氧化池的有效容积（即填料体积）（V）

V = [2]      （5-1）

=  = 146.7 m3

        式中：Q——设计污水处理量，1000m3/d；

 、Se——进水、出水BOD5，250mg/L和30mg/L；

 ——填料容积负荷，1.5kg BOD5/[m3（填料）·d]

5.1.2生物接触氧化池的总面积（A）和池数（N）

      A =  =  = 48.9 m2                                             （5-2）

      N =  =  = 2                             （5-3）

     式中：h0——填料高度，3.0m；

   A1——每座池子的面积，24.5m2

     故：池的单格平面尺寸为长5m，宽4.9m，单格尺寸为5m*4.9m

5.1.3生物接触氧化池的池深（h）

      h = h0 + h1 + h2 + h3                                                         （5-4）

                 = 3.0 + 0.5 + 0.5 + 0.5 = 4.5 m

     式中：h1——超高，0.5m；

            h2——填料层上水深，0.5m；

            h3——填料至池底的高度，0.5m

5.1.4生物接触氧化池内有效停留时间（t）

     t =  =  = 0.1467 d                       （5-5）

5.2 供气系统的设计

为提高氧的利用率，本文中选择拟定供气系统：

①、前提：池内气水顺流，气流和水流均自下向上流经填料区；

②、鼓风机进行鼓风曝气；

③、布气装置为多孔管，分布于距池底以上0.2m处，孔径为Φ5.0mm，孔在管两侧交错排列 [3] 。

5.2.1需氧量（Oa）

   Oa = aQ（S0-Se）+bXV                            （5-6）

         = 0.75*1000*（0.25-0.03）+ 0.12*4*146.7

      = 235.4 kg/d = 9.8 kg/h

     式中：a——去除每1kgCOD的需氧量，0.75kgO2/kgCOD；

       S0，Se——进、出口BOD浓度，0.25kg/m3和0.03 kg/m3；

           Q——进水量，1000m3/d；

           b——微生物自身氧化系数，0.12kgO2/kgMLSS；

           X——MLSS浓度，4kg/m3；

           V——池容积，146.7m3

5.2.2供气量（Qa）

采用微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深4.3m，计算温度为30℃。

水中溶解氧的饱和度：Cs（20）=9.17mg/L；Cs（30）=7.63 mg/L

空气扩散器出口绝对压力（Pb）：

        Pb = P + 9.8*103 H                               （5-7）

            = 1.013*105 + 9.8*103*4.3 = 1.43×105 Pa

空气离开池面时，氧的体积分数ΦO：

        ΦO = ×100%                                 （5-8）

             = 18.43%

式中：EA——空气扩散器的氧转换效率，对网状膜微孔空气扩散器，取12%

20℃温度下，脱氧清水的充氧量RO:

    RO =  [4]                   （5-9）

       =  =  18.21 kg/h

式中：а——氧转移折算系数0.8；

β——氧溶解折算系数0.9；

ρ——密度1.0kg/L；

CL——废水中实际溶解氧浓度，2mg/L；

Rt——需氧量，9.8kg/h

    供气量Qa =  =  = 505.8 m3/h              （5-10） 

   每池所需空气量Qa1 =  =  = 252.9 m3/h            （5-11）

每池有4根支管，管长5m，管中心间距1m，孔距50mm，每根管有出气孔100个。

每根支管所需空气量qa1 =  =  = 63.2 m3/h          （5-12） 

孔口空气流速v =  =  = 8.95 m/s （5-13）

5.2.3布气器设计

设空气干管流速V=10m/s，支管流速v=5m/s；

干管直径D1 =  =  = 0.095 m   取100 mm （5-14）

支管直径d1 =  =  = 0.067 m    取65 mm  （5-15）

5.3 二沉池的计算

   因本设计水量较少（1000m3/d），故考虑采用平流式二沉池。

5.3.1沉淀区表面积（A）

A =  =  = 170 m2                        （5-16）

式中：Qmax——污水最大时流量，180m3/h；

q——表面水利负荷，1.06m3/（m2·h）

5.3.2沉淀区有效水深（h2）

        h2 = qt = 1.06*2 = 2.12 m                       （5-17）

式中：t——沉淀时间，2h

5.3.3沉淀区有效容积（V）

     V = Qmax·t = 360 m3                             （5-18）

5.3.4沉淀池总长度（L）

         L’= 3.6vt = 28.8 m                             （5-19）

          L  = 0.5 + 0.3 + 28.8 = 29.6 m

式中： v——最大设计流量时的水平流速，4mm/s；

流入口至挡板距离为0.5m，流出口至挡板距离为0.3m

5.3.5沉淀区的总宽度（B）

         B =  = 6.0 m                                 （5-20）

5.3.6污泥斗的容积（V）

        W =  = 10.8 m3                      （5-21）

        式中：W——每日污泥量，m3；

——污泥容重，1000kg/m3；

               P0——污泥含水率，97%；

               T——两次排泥的时间间隔，0.08d；

           C0、C1——进出水的悬浮固体浓度，4kg/m3，0.02kg/m3

         V =h4（f1+f2+）= 28.2m3    >  10.8  m3                     （5-22）

         式中：h4——污泥区高度，2.8m；

               f1——污泥斗上口面积，25m2；

               f2——污泥斗下口面积，0.16m2

         故 设两个污泥斗，可容纳8h的污泥量。

5.3.7沉淀池的总高度（H）

 采用机械刮泥设备。

  H = h1 + h2 + h3 + h4 = 5.7  m                   （5-23）

式中：h1——沉淀池超高，0.3m；

h3——缓冲层高度，0.8m；

六、主要构筑物图

图5.1.1 制革废水工艺中接触氧化池的设计

图5.1.2 制革废水生物法中二沉池的设计

七、小结

八、参考文献

[1]：李闻欣.制革污染治理及废弃物资源化利用.化学工业出版社.2005.2

[2]：高廷耀、顾国维、周琪.水污染控制工程（第三版）.2007.7

[3]: 生物接触氧化法作为给水生物预处理.http://www.28.com/alfx/hb/n-34127.html

[4]: 阮文全.废水生物处理工程设计实例详解.化学工业出版社.2006.2

[5]：郑铭，刘宏，陈万金.环保设备——原理 设计 应用.化学工业出版社.2006.10

[6]: 潘理黎，俞浙青.环境工程CAD技术.化学工业出版社.2006.2

九、图纸附件

（1）附图一：制革废水的生物接触氧化处理工艺流程图；

（2）附图二：制革废水的生物接触氧化处理平面布置图；

（3）附图三：制革废水处理 生物接触氧化池的设计图；

（4）附图四：制革废水处理 平流式二次沉淀池设计图。