食品废水处理设计方案（2）

主要设备：斜管、吸泥管。

2.7导流曝气生物过滤系统

系统主要功能：导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、聚磷排泥法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准。

2.7.1、内锥即下向流对流接触氧化区设计：

主要功能：在内锥即下向流对流接触氧化区内装有粒径较小的滤料，滤料下设有水管和空气管。经格栅、调节池、水解酸化池、导流快速沉降分离池预处理后的污水，自上而下进入内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区，通过滤料空隙间曲折下行，而空气是自下而上行，也在滤料空隙间曲折上升，在对流接触氧化池中，与污水及滤料上附着的生物膜充分接触，在好氧的条件下发生气、液、固三相反应。由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。污染物被吸附，截留在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质将其同化，代谢降解，在碳氧化与硝化合并处理时，靠近内锥上口及进水口的滤层段内有机污染物浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）、BOD₅和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐低，在内锥下部自养型细菌如硝化菌占优势，氨氮被硝化。在生物膜内部以及部分滤料间的空隙，蓄积着大量的活性污泥中存在着微生物，因此在内锥可发生碳污染的去除，同时有硝化和反硝化的功能。粒状滤料及生物膜除了吸附截留等作用外，兼有过滤作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料间隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除。继而使污水进入导流曝气生物过滤法污水处理池中的第一个区域内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区内，较彻底的实现了污水的第一级处理。

设计参数：Q＝600m³／86400s＝0.007m³／s

设计BOD₅容积负荷2.0kg／m³·d，设计前段处理BOD₅去除20%，

即进水BOD₅＝308.1－308.1×0.2＝246.18mg／L；

设计该部分去除率为75%，即出水BOD₅＝246.48－246.48×0.75＝61.62mg／L；

W填料＝Q(So-Se)／2.0kg／m³·d＝600×(246.48－61.62)／2＝55.46m³；

设计填料高度为2m，则A₁＝55.46／2＝27.73m²；

2.7.2、外锥即上向流曝气生物过滤区设计：

主要功能：在外锥即上向流对流接触氧化区内也装有粒径较小的滤料，滤料下也设有空气管和水管。经导流沉降无泵污泥回流区沉淀分离后的相对清水，在导流板的作用下进入外锥。经过缓冲区后进入滤层，与空气一道自下而上，通过滤料空隙间曲折上升，与污水及滤料表面附着的生物膜充分接触，在好氧条件下发生气、液、固三相反应，由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。污染物被吸附、拦截在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。在碳氧化与硝化合并处理时，靠近外锥下部进水口的滤层段内有机污染浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）BOD₅和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐降低。在外锥的上部的自养型细菌，如硝化菌占优势，氨氮被硝化。在生物膜内部以及部分填料间的空隙，蓄积的大量活性污泥中存在着兼性微生物。因此，在外锥中可发生碳污染物的去除，同时有硝化和反硝化的功能。粒状滤料及生物膜除了吸附拦截等作用外，兼有过滤的作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料缝隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除，继而使污水在导流曝气生物过滤法的第三个区域外锥即上向流曝气生物过滤区内，较彻底实现了污水的第三级处理。

设计参数：Q＝600m³／86400s＝0.007m³／s

设计BOD₅容积负荷1.0kg／m³·d；即进水BOD₅=61.62mg／L；

设计该部分去除率为68%，即出水BOD₅=61.62－61.62×0.68=19. 72mg／L；

W填料=Q(So-Se)／1.0kg／m³·d=600(61.62-19.72)／1.0=25.57m³；

设计填料高度为2m，则A₂=13.82／2=6.91m²。

2.7.3、导流沉降无泵污泥回流区设计：

导流沉降无泵污泥回流区有三大作用：①把自上而下，通过内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区处理后的污水，在重力作用下导入沉降无泵污泥回流区，通过导流板的作用，并借助流体下行的重力，使重于水的污泥顺势下沉于锥底。②借助于上部的水压作用，压入锥底排泥管，排至污泥槽，流至污泥干化池。污泥流至干化池后，上清液和污泥在干化过程中外排的废液，都通过回流槽，回流到污水处理池前端，进入厌氧池或水解酸化池反硝化处理，干化污泥外运处理。③将导流沉降无泵污泥回流区分离出来的水，通过导流板的作用，导入外锥即上向流曝气生物过滤区继续处理。

设计参数：Q＝600m³／86400s＝0.007m³／s

竖沉区设计参数：设计表面水力负荷：4m³／m²·h；则A´₁＝25／4＝6.25m²；

斜沉区设计参数：设计表面水力负荷：8m³／m²·h；则A´₂＝25／8＝3.13m²；

A´=A´₁＋A´₂＝6.25＋3.13＝9.38m²；

沉降分离停留时间：t₁＝2.56m／8m³／m²·h＝19.2min（2.56代表池深1＋0.7＋0.86）

t₂＝2.56m／4m³／m²·h＝38.4min

    总停留时间：t=19.2＋38.4=57.6min

设计平面尺寸：L×B＝4.5×4.5m（满足竖沉区和斜沉区几何构造要求）；

设计高度：2.5m；

底部四周45°锥底，锥底高度：0.5m；

组合尺寸：L×B×H＝4.5×4.5×3m

导流沉降无泵污泥回流区与上部的内锥下向流对流接触氧化区和外锥上向流曝气生物过滤区系上下结构，因此为构造的需要，设计尺寸调整为4.5×4.5×3m。

设计容积：60.75m³

2.7.4、导流曝气生物过滤法污水处理池池体设计

A=A₁+A₂=27.73+12.57=40.3m²，设计40.5m²，2座，单池尺寸：L×B=4.5×4.5m

滤池顶部水深0.5m，滤料2m，缓冲层0.5m，导流沉降无泵污泥外排回流区（二区）高3m，超高0.3m，池总高6.3m；

设计单池尺寸：L×B×H＝4.5×4.5×6.3m；

设计单池容积：127.6m³；

导流曝气生物滤池的总容积：127.6×2=255.2m³；

结构方式：地下式钢筋混凝土结构。

2.7.5、需氧量设计计算

①内锥即下向流对流接触氧化区需氧量计算：O₂=a’Q(So-Se)＋b’XvV

a’活性污泥微生物每降解1kgBOD₅所需氧量，以kg计。

b’每kg污泥自身氧化的需氧量，以kg计。

Xv，单位曝气池容积MLVSS量，以kg／m³计。

a’=0.9；Q=600m³／d，So＝246.48mg/L，Se=61.62mg／L, b’=0.42mg／m²·h=10.08mg／m²·d；填料体积：55.46m³，比表面积：200m²／m³；V=55.46×200=11092m²；

生物膜每日内源口吸需氧量：11092×10.08=111807mg／d=0.1121kg／d；

需氧量O₂=0.9×600×(246.48－61.62) ／1000＋0.112

=99.94kg／d；

实际供氧量：R=O₂×（1.33∽1.61）=99.94×1.47=146.91kg／d；

所需空气量：G=R×100／(0.3×Ea)；

Ea：氧利用率采用微孔曝气头，取30%，

则G=274.65／（0.3×0.3）=1632.4m³／d；

气水比：2.72∶1；曝气头单位服务面积：0.75m²／个；则共需曝气头54个。

②外锥即上向流曝气生物过滤区需氧量的计算

降解BOD₅实际需氧量：OR=0.82×(△BOD₅／BOD₅)＋0.32×(Xo／BOD₅)

△BOD₅：外锥即上向流曝气生物过滤区单位时间内去除可溶性BOD₅mg／L；

BOD₅：外锥即上向流曝气生物过滤区内单位时间进入BOD₅mg／L；

Xo：外锥即上向流曝气生物过滤区单位时间内进入SSmg／L；

经厌氧池处理SS去除率85%，即曝气生物过滤区单位时间内进入SS（mg/L）量为Xo=344.5-344.5×85%=51.7mg/L。

设K₂₀=0.3，θ=1.035V_SS／SS=0.7，进水溶解性BOD₅/进水BOD₅=0.5；

冬季10℃的反应常数：K₁₀=K₂₀θ^t-20=0.3×1.035^10-20=0.21；

出水SS的BOD₅量：S_SS=V_SS／SS×Xe×1.42×(1－e^－k·5)

                    =0.7×20×1.42×(1-e^-0.21×5)=12.9mg／L；

出水溶解性BOD₅的量：Se=20－12.9=7.1mg／L；

去除溶解性BOD₅的量：△BOD₅=0.5×61.62－7.1=23.71mg／L；

夏季28℃的生化反应常数：K₂₈=K₂₀Ө^t－20=0.3×1.035^28－20=0.40

出水SS的BOD₅量：S_SS=V_SS／SS×Xe×1.42×(1－e^－k·5)

                    =0.7×20×1.42×(1-e^-0.4×5)=17.2mg／L；

出水溶解性BOD₅的量：Se=20－17.2=2.8mg／L；

去除溶解性BOD₅的量：△BOD₅=0.5×61.62－2.8=28.01mg／L；

实际需氧量：冬季单位需氧量：

OR=0.82×（0.02371／0.06162）＋0.32×(0.0517／0.06162)

=0.316＋0.268=0.584kgO₂／kgBOD₅；

实际需氧量AOR=1.4×OR×Se×Q=1.4×0.584×0.06162×600

=30.23kgO₂／d=1.26kgO₂／h

夏季单位需氧量：OR=0.82×(0.02801／0.06162)＋0.32×(0.0517／0.06162)

              =0.373＋0.268=0.641kgO₂／kgBOD₅；

实际需氧量：AOR=1.4×OR×Se×Q=1.4×0.641×0.06162×600

               =33.18／d=1.38kgO₂／h

标准需氧量换算：SOR=AOR×Cs／［a(βрCsm-Co)×1.024^T-20］

SOR：标准需氧量kgO₂／h

Cs：标准条件下，清水中饱和溶解氧9.2mg／L

a：混合液中氧转移系数(KLa)与清水中Kla之比，一般0.8-0.85

β：混合液饱和溶解氧与清水饱和溶解氧之比，一般0.9-0.87

P：大气压修正系数

Csm：曝气装置在水下深度至水面平均溶解氧mg／L

Co：混合液剩余溶解氧值mg／L

T：混合液温度

Csm=Ct(Ot／42＋Pb／2.026×10⁵)

Ct：t温度时，清水饱和溶解氧mg／L

Ot：滤池中溢出气体含氧量

Pb：曝气装置处绝对压力

Ot=21(1-Ea)×100／［79+21×(1- Ea)］

混合液中剩余溶解氧Co：3mg／L；a：0.8，β：0.9，p=1.0；

Pb=1×10⁵＋9.8×10³×h_H20=1.44×10⁵

Ot=21×(1-0.3)×100／［79＋21×(1-0.3)］=15%

冬季：Csm=Ct(Ot／42＋Pb／2.026×10⁵)

=11.3×(15／42＋1.44×10⁵／2.026×10⁵)=11.86mg／L

SOR=AOR×Cs／［a(βрCsm-Co)×1.024^T-20］

=1.26×9.2／[0.8×(0.9×1.0×11.86-3.0)×1.024^10-20]

    =2.4kgO²／h

夏季：Csm=Ct(ot／42＋Pb／2.026＋10⁵)

=7.9×(15／42＋1.44×10⁵／2.026×10⁵)=8.45mg／L

SOR=1.38×9.2／[0.8×(0.9×1.0×8.45-3.0)×1.024^28-20]

         =2.85kgO²／h

需氧量选最大值2.85kgO²／h，

Gs=SOR／0.3×Ea=2.85／0.09=31.7m³／h

③硝化需氧量

AOR=4.57×Q×(No-Ne)／1000=4.57×(60－5)×600／1000

    =150.81kgO₂／d=6.28kgO₂／h

④总需氧量：2.85＋3.28=9.13kgO₂／h

Gs=9.13／0.3×Ea=101.44／h=2435m³／d

气水比：4.06∶1

⑤导流曝气生物过滤池总需氧量：1632.4＋2435=4067.4m³／d=169.48m³／h2.83m³／min

6)、鼓风机压力：曝气头安在滤池填料下0.5m处

鼓风机压力：50kpa。

7)、设备选型

设计鼓风机两台，两台交替使用，实际只运行一台，型号HC-80IS，风量Q=3.25m³／min，风压50Kpa，电机功率5.5Kw。

风机选用著名的日本独资企业江苏百事德HC-60IS型低噪音回转式风机，风量Q=3.25m³／min，风压50Kpa，电机功率5.5Kw，进出口配消音器和减震装置。该风机技术采用日本最大的回转式风机制造商TOHIN整机技术和部件生产，是目前国内噪音最低的节能性高效风机，该风机在汽缸和叶轮制作中采用独特的加工工艺和优质材料，不仅极大地降低风机噪音（风机运转时噪音低于50分贝），而且大大提高了风机的工作性能和耐久性。该风机还具有体积小、风量大、耗电省、运转平稳、抗负荷变化和风量稳定的特点，尤其适用于污水处理生物曝气池中负荷变化大的场合。该设备由于低转速（500r.p.m）运行，设备磨损小，使用寿命长，故障率极低。

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