工艺技术 深度:生物膜法处理工艺与技术之生物滤池(2) [复制链接]

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京东
三、生物滤池的类型及运行系统

过去,城市污水常用普通生物滤池。滤率在1-2,m/d左右,在此条件下, 随着滤率提高,有机物传质速率加快,生物膜量增多,滤料特别是表层易堵塞, 造成负荷长期难以提高。但当滤率提高到3m/d以上时,下渗废水对生物膜的 水力冲刷作用,使堵塞现象又有所改善。采用高滤率的生物滤池叫高负荷生 物滤池。在高负荷率条件下,随着滤率提高,废水在生物滤池中的停留时间缩 短,出水水质将相应下降,为此,可利用污水厂出水回流,或提高滤池高度,来 改善出水水质。所以生物滤池分为普通生物滤池和高负荷生物滤池两种类 型,二者的负荷范围及操作特性列于下表。此外,塔式生物滤池是一种超负荷生物滤池,其水力负荷可达 80-200m3/m2滤料·d, BOD负荷可达2-3m3/m2滤料·d,净化效率也较高。

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由于 BOD 负荷不同,三种滤池还有以下几点不同:

(1)BOD负荷高的滤池,生物膜增长快,对水力冲刷的要求也就迫切。增 大水力冲刷的主要途径是加大表面负荷,其办法有二:一是增加滤料层高度, 二是将处理后的废水回流到生物滤池的进水中去。所以,低负荷生物滤池的 滤料层高度通常只有2-3m左右,而且多不采用回流措施;塔式滤池的高度达
20m之多,而且常采用回流措施。

(2)BOD 负荷高的滤池,要求通风条件好,在采用自然通风的条件下,就要求滤料的孔隙率大和阻力小。所以,低负荷滤池的滤料粒径较小(25-70mm), 高负荷滤池的滤料粒径较大(40-100mm),对于塔式生物滤池,最好采用塑料 滤料。

(3)BOD 负荷低的生物滤池的氧化分解程度就高,污泥量少而稳定,出水 中有较高的溶解氧,有硝酸盐,BOD, 浓度可低于20mg/L;高负荷生物滤池的 氧化分解程度低,污泥量多而不稳定,出水中溶解氧低,没有或很少有硝酸盐,BOD,  浓度高于 30mg/L,塔式生物滤池的情况可能更差些。 生物过滤法系统基本上由初沉池、生物滤池、二次沉淀池组合而成,其组合型式有单级运行系统和多级运行系统。

单级运行系统如下图,图a为单级直流系统,多用于低负荷 生物滤池,图b、c、d、均为单级回流系统,多用于高负荷生物滤池。
图 b的处理水回流至生物滤池前,用以加强表面负荷,又不加大初沉池的容积,但二次沉淀池要适当大些。
图c是生物滤池出水直接回流到生物滤池前,可加大表面负荷,又利用生物接种,促进生物膜更新,这个系统的两 个沉淀池都比较小。
图 d是不设二次沉淀池,滤池出水回流到初沉池前,加强初沉池生物絮凝作用,促进沉淀效果。
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多级运行系统见下图。据实验和分析,第一级生物滤池处理效率可达70%,第二级处理效率可达20% ,第三、四级的处理效率很低,在 5% 左右。所以,一般取两级。图a、b均为二级直流系统。二级串联工作的生物滤池的优点是:滤层深度可适当减小,通风条件好,两次洒水充氧,出水水质较好 些。缺点是增加了提升泵,加大了占地面积。一般第一级生物滤池采用粒径较大的滤料,后一级采用粒径较小的滤料。图 c、d是二级回流系统。

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下图是二级交流运行系统,每一生物滤池可交替作为一级和二级使 用,循环往复,使负荷率比一般二级系统提高2-3倍。

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采用生物滤池处理废水时,应该做好滤池类型和运行系统的选择。一般 说来,低负荷生物滤池的体积大、占地多、滤料的需要量大、易堵塞、常出现池 蝇和臭味,目前已不常采用,仪在水量小的地区选用。目前大多数采用高负荷 生物滤池。

确定流程时,应该决定是否用初次沉淀池,采用几级过滤,采用回流与否、 选择回流方式及回流比等问题。

是否用初次沉淀池、视水质而定,悬浮物较多的废水,一般都使用初沉池。 塔式生物滤池一般是单级的,可以是多级进水。回流式生物滤池可以是 单级,也可以是两级。两级回流式生物滤池处理效率较高,运行上比较灵活,

但运行费及建设费都比较高。在国内,塔式生物滤池已被较好地用于工业有 机废水的处理。

四、回        流

回流多用千高负荷生物滤池的运行系统。

采用回流的优点是:
(1)增大水 力负荷、促进生物膜的脱落、防止堵塞;
(2)废水被稀释,降低了基质浓度;
(3) 可向生物滤池连续接种,促进生物膜的生长;
(4)提高进水的溶解氧;
(5)由于 进水量增加,有可能采用水力旋转布水器;
(6)防止滤池滋生蚊蝇。
但它的缺点是:缩短废水在滤池中的停留时间;洒水量大,将降低生物膜吸附有机物的 速度;回流水中难降解的物质会产生积累,以及冬天使池中水温降低等。

单级回流的回流比 r 按下平衡式计算:
So*Q+Se*rQ=S’*(Q+rQ)        
式中Q 和 rQ分别为废水量和回流量,So和 Se 分别为入流和出流废水BOD5浓度,s’ 为混合水 BOD5浓度。

据城市污水运行经验,以Se=S’/3为宜,故得:
r=1/2 * So/Se - 1.5
若去除率为 90% ,则 So/Se=10所以,回流比为3.5。 高负荷生物滤池的回流比,应和原水 BOD 浓度相对应(见表)。

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五、耗氧与供氧


计算生物滤池的耗氧量和供氧量时,要考虑以下几方面。
(1)生物膜量普通生物滤池的生物膜污泥量为4.5-7kg/m3,高负

荷生物滤池为 3.3-6.5kg/m3,。好氧层的厚度约2mm,2mm以上的内层的厌氧层。

(2)生物膜的耗氧量生物滤池耗氧量 m可按下式估算:

mo2=a’BODt +b’Pf
式中        BODt———每立方米滤料每天去除的 bod5 量,kg/m3/d;
a’———系数,表示每公斤 BOD完全降解所需要的氧量,一般城市污 水及多数有机废水的a’值在 1.46 左右;
Pf———单位体积滤料上的活性生物膜量,kg/m3;
b’ ———单位重量活性生物膜的自身氧化需氧量系数,其值为 0.18kgPf·d。

(3)生物滤池的供氧量生物滤池通常采用自然通风方式供氧,特殊情况下 也可以采用机械通风方式供氧。通风除了供氧外,还起着及时排除挥发性物 质和气体代谢产物的作用。

自然通风是依靠池内外空气柱的重量差所造成的环流而进行的。池内外 空气柱的重量差愈大(亦即温度差愈人)滤池的气流阻力愈小(亦即滤料粒径 大,孔隙率大),通气量也就愈大。池内的气温和水温有密切关系,一般接近于水温。

很多废水的温度比较稳定,在一年内变化幅度不大。池外气温不单在 一年内随季节的转换而有很大的变化,而且在一日内也有较大的变化。

所以, 生物滤池的通风量随时都在变化着。当池内温度大干池外温度时,池内的气 流是由下朝上;反之,气流方向由上朝下;当池内外气温比较接近时,通风量近 于零。废水中的溶解氧是来自流动的空气,气流速度愈大,氧的溶解速度也愈 大,供氧条件也愈好。当气流速度接近于零时,溶解氧仅靠静止空气中氧分子 的扩散作用而取得,由于氧的浓度梯度逐渐减小,其溶解速度也愈来愈小,以 致满足不了对氧的需求。

入流废水有机物浓度较高时,供氧条件可能成为影响生物滤池工作的主 要因素。当有机物浓度 COD 大于 400-500mg/L 时,生物滤池供氧不足,生物 好氧层厚度较小,故一般认为进水 BOD 应小于400mg/L ,否则宜采用回流方法 降低有机物浓度以保证供氧充足。

滤池内外的温度差(∆θ)与空气流动速度(v)的经验关系为:

v=0.075∆θ-0.15 m/min

还有一种需氧量与供氧量的粗略估算,认为氧化 1kg的 BOD5 ,耗氧 1kg。

由此可得需气量 $q(m3/m3 废水):
q=(S0-Se)/209.9/γ/n

式中        So———生物滤池进水 BOD20   浓度,mg/L;
Se ———二次沉淀池出水 BOD20    浓度,mg/L;
γ———氧的容重,在标准大气压下为1.429g/L;
n———生物滤池的氧利用率,一般生活污水 取 5-8%,即 n=0.05-0.08;
209.9———空气含氧率。

六、处理效率

处理效率 E 由进出水的BOD值So和 Se* 计算而得,进出水 BOD浓度之比 值用下式表示:

Se/So= 10^(-K’*t)

式中        t———接触时间;
K’——— BOD去除率常数。

在滤池中的平均接触时间( t)与滤层深度(H)、滤料形状及水力表面负荷( qF )有关,t 可表示为:
t=CH/qf^n


因而上式可表示为

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式中的 c及 k 均为常数。豪兰(Howland)提出的温度θ(°C)对生物滤池降解常数 K 的影响可用下式表示:

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对生活污水,碎石滤料,20°C时,K(20)=1.875/d,n=0.6,对工业废水宜 通过试验而定。

七、生物滤池的设计

生物滤池的设计内容包括:(1)确定滤池的滤料体积;(2)确定滤池的尺 寸;(3)核算表而负荷;(4)布水系统及排水系统的汁算;(5)通风能力的核算。

(一)确定滤池的滤料体积

生物滤池滤料体积可按负荷计算,也可按降解动力学公式计算,国内常采用前者:

V=β * So/N * Q

式中        
V———滤料体积,m 3;
So———废水BOD5值,mg/L;
Q———欲处理废水量,m3/d;
N———生物滤池的 BOD负荷,g/m3滤料·d;
β———大于 / 的安全系数。

上式中Q 是已知的。So在无回流时为已知,在有回流时,应按公式推算S’值。 N应通过试验确定或选择经验数据。


对于工业废水,如含有对微生物有毒的物质时,还必须用毒物负荷核算滤料体积,计算方法同上。最后的滤料体积采用两种方法中较大的一值。

(二)确定滤池的尺寸

由 V=HF 的关系式,确定滤料层的高度 ,H()m和表面积 F(m2)。对于低 负荷生物滤池和高负荷生物滤池,可先根据常用的滤料层高度 , 来计算表面 积F。但是,较适宜的H和F值必须在核算表面负荷后才能确定。

(三)核算表面负荷

滤池的实际表面负荷为q’F=Q/F,此 q’F值应与试验数据或经验数据的 表面负荷qf相等。但如 q’F>qF时,应通过减小池深H和增大表面积F的办 法来减小 q’F 值。但若q’F<qF时,表明实际的表面负荷满足不了冲刷生物膜 的要求,应适当增加滤料厚度,或采用回流出水的办法来加大表面负荷。

(四)布水系统的计算

最常采用的布水设备是旋转布水器,它的设计计算内容包括:确定工作水头、横管管径、喷水孔的大小和个数及开孔位置。 旋转布水器所需工作水头,就是布水横管始端所需水压。

工作水头H(m)按下式近似计算:

H=h1+h2-h3

H1—废水由横管始端到最外一个喷水小孔间的沿程水头损失,);
H2———废水通过布水小孔的局部水头损失,m;
h3———布永横管中的流速恢复水头,m,亦即废水通过横管时,由于沿程 出流,流速愈来愈小,由此而造成的压力恢复值。

在试验的基础上,得工作水头的计算公式如下:

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式中        q———每条布水横管的废水流量,L/s;
D’———旋转布水器的洒水直径,mm,可近似等于滤池直径;
K———流量模数,L/s,值见下表;
m———每一条布水横管上的小孔数;
d———喷水小孔的直径,mm,一般采用d=10-15mm;
D———布水横管的直径,mm。
由于孔口可能堵塞,实际采用的工作水头应比上式计算值增加 50-100%。

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工作水泵的扬程等于下列几部分之和:吸水井最低水位到布水横管的高 差;吸水管和输水管的水头损失;布水横管的水头损失。


当池子直径很大时,由以上公式推算的出水孔间距在靠近中心处有可能 很大,造成布水不均匀,此时,应适当地减小出水孔直径,并相应地缩小孔距。

布水器的转速n(r/min)按下式计算:

N= 34.78*10^6 / (m*d*d*D’) *q0

式中        q0———布水器设计流量,L/s。



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