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曝气生物滤池BAF设计

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学社技术 发表于 2019-9-8 07:49 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
曝气生物滤池BAF设计之池体及池壁
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( K7 A0 ~4 H3 S5 {+ z6 `, Q6 `7 @滤池池体的作用是容纳被处理水量和围挡滤料,并承托滤料和曝气装置的重量。生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种,结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。一般当处理水量较少、池体容积较小并为单座池时,采用圆形钢结构为多;当处理水量和池容较大。选用的池体数量较多并考虑池体共壁时,采用矩形和方形钢筋混凝土结构较经济。滤池的平面尺寸以满足所要求的流态,布水布气均匀,填料安装和维护管理方便,尽量同其他处理无尺寸匹配等为原则。
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滤池的池壁起围挡滤料、减少污水飞溅的作用,应能承受滤料压力。通常用砖、毛石砌筑,也可用混凝土浇制或用预制砌块砌筑。一些滤池的池壁上带有很多孔洞,用以改善滤料内部的通风。一般池壁顶应高出滤料层表面0.5-0.9m,以免因风力干扰而影响废水在滤池表面上的均匀分布。池壁下部通风总面积不应小于滤池表面积的1%。3 [$ Y* _2 I* s5 \. k2tech.cn

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曝气生物滤池BAF设计之滤料
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6 _5 J' w; L8 i滤料是生物膜的载体,又兼有截留悬浮物质的作用,因此它直接影响着生物曝气滤池的效能。国内外通常采用的接触填料形状有蜂窝管状、束状、波纹状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状、规则粒状与不规则粒状等,所用的材质除粒状滤料外,基本上采用玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维尼纶等。由于制作加工和价格原因,国内目前采用的接触填料主要有玻璃钢或塑料蜂窝填料、立体波状填料、软性纤维填料、半软性填料以及不规则粒状滤料(砂、碎石、矿渣、焦炭、无烟煤)等。
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蜂窝管状滤料                        丝网波纹滤料                   立体弹性滤料
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曝气生物滤池对滤料有如下要求:一是表面粗糙。表面粗糙的滤料为微生物提供了理想的生长、繁殖场所。二是密度适中。密度太大不利于反冲洗的进行;密度太小则在反冲洗时容易跑料。三是有一定的强度,耐摩擦。四是无毒、化学性质稳定。五是价格适中。
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玻璃钢或塑料填料表面光滑,生物膜附着力差,易老化,且在实际使用中往往容易产生不同程度填料的堵塞;软性填料中的水流流态不理想,易被微生物膜粘结在一起,产生结球现象,使其有效表面积大为减少,进而在结球的内部产生厌氧现象,影响处理效果。不规则粒状填料水流阻力大,易于引起滤池堵塞。颗粒填料的选择应该本着价格低廉和易于就地取材的原则。目前,应用较多的填料主要是粘土陶粒和页岩陶粒。1 a( y: O' S/ K: G% G0 k4 b7 Z2tech.cn
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粘土陶粒填料                                           页岩陶粒滤料
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陶粒是一种球形的生物载体,具有表面粗糙、密度适中、强度高、耐摩擦等一系列优点,是一种非常理想的生物曝气滤池滤料。其采用粘土(主要成分为偏铝硅酸盐) 为原材料,加入适当化工原料作为膨胀剂,经高温烧制而成。其主要性能参数如下:粒径3mm-6mm;堆积密度0.89g/cm3;1.56g/cm3;比表面积4.11m2/g;内部孔隙率0.09;外部孔隙率0.339。6 ], B) @: l, W: c( W) }2tech.cn
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滤料是生物膜的载体,兼有截留悬浮物质的作用。同时滤料作为曝气生物滤池的核心组成部分,影响着曝气生物滤池的发展。
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! \6 N; C5 x$ J: w+ v5 c; p& r$ D1、预处理
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对于滤池中的生物滤料,在被装入滤池前需对其进行分选、浸洗等预处理,以提高滤料颗粒的均匀性,并去除尘土等杂质。
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2、运行观察与维护; N1 X' Q2 @* m6 D! F& E6 e2tech.cn
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生物滤料在曝气生物滤池中正常运行时,应定期观察生物膜生长和脱膜情况,观察其是否被损害。有很多原因会造成微生物膜生长不均匀,还会表现在微生物膜的颜色、微生物膜脱落的不均匀性上,一旦发现这些问题,应及时调整布水布气的均匀性,并调整曝气强度来予以纠正。
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曝气生物滤池工艺设计之反冲洗系统

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曝气生物滤池反冲洗系统与给水处理中的V形滤池类似,采用气-水联合反冲洗,其目的是去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气-水联合反冲洗通过滤板及固定其上的长柄滤头实现,反冲洗过程一般按以下步骤进行:先降低滤池内的水位并单独气洗,而后采用气-水联合反冲洗,最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间,既要达到使截留物冲洗出滤池,又要避免对滤料过分冲刷,使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。+ T1 b$ u$ X/ I5 F9 h2tech.cn
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曝气生物滤池的反冲洗是通过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数来完成的,一般是由在线监测仪表将监测数据反馈给PLC,并由PLC系统来自动控制和操作。- u0 F# t' c  b2 O' g2tech.cn

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- w/ R! A) ?& b% a  W- K曝气生物滤池的气水反冲洗系统设计
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+ Y* F% N! m# g0 R3 p8 Q- x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0.3~0.5m)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,在承托层中均匀地布置多排穿孔配水管和配气管。
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5 _6 r2 A  R' j. k. \  J  B反冲洗空气量可由下式计算:/ {& E+ n& b$ h& v$ U2tech.cn

& S" K$ H7 O8 g3 D2 UQ气冲= S×q1
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式中:Q气冲———反冲洗用气量;
, a$ h7 h: _3 AS ———需要冲洗的滤池面积,m2;$ _) G) S, F2 t" X* a2tech.cn
q1 ———反冲洗空气强度,一般取10~20 L/(s·m2)。! O9 k3 \5 ^! q# f' t: x2 P6 w) g, o' |2tech.cn

# |9 F3 l" p7 Q; T' `: T1 T3 ]反冲洗用水量可由下式计算:/ O, Y0 a6 H$ B5 G2tech.cn
Q水冲= S ×q2
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式中:Q水冲———反冲洗用水量;
: e& g0 o4 ?5 J- E/ N3 Dq2 ———反冲洗水强度,一般取5.0~10 L/(s·m2);0 C( u7 o/ G; Y  A9 d# M9 d2tech.cn
S ———需要冲洗的滤池面积,m2。
, J/ _& n, D& D" N5 i" P' d  ~" m$ d" S3 U! P2tech.cn
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:
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9 _5 \/ g. A8 }! q, ?9 q; _H = h0 + h1 + h2 + h3 + h4 + h5 * M29 R/ r' d0 {% j9 _0 Z9 q2tech.cn

, ]# F- U. g8 ~; s, W3 n  g( l式中:H ——反冲洗需要的水头,m;5 z6 j5 m3 E* U' w2tech.cn
h0 ——冲洗排水槽顶与反冲洗水池最低水位的高程差,m;2 C* W" S& |. e5 M% {4 X2 {" l2tech.cn
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;: _: y$ I7 V8 k# ]2tech.cn
h2 ——管式大阻力配水系统水头损失,m,h2 =( q2/ 10aμ)2 ×1/ 2 g (a为配水系统开孔比,a = 0.25 %;μ为孔口流量系数,μ= 0168);+ C3 l. ^4 D$ d) F: w/ G2tech.cn
h3 ——承托层水头损失,m,h3 = 0.022 Haq2( Ha为承托层厚度,m);7 U8 [$ h2 v$ ^3 `" T8 E: h" W" m2tech.cn
h4 ——过滤层在冲洗时的水头损失,m,
7 H8 q7 t, L) |h4 =[(ρ1/ρ) - 1] (1- m0) Hb (ρ1为滤料的密度,陶粒滤料ρ1= 1.2 t/ m3;ρ为水的密度,ρ= 1.0 t/ m3;m0=0.55;Hb为滤料膨胀前的空隙率,陶粒m0 = 0.55;Hb为滤料层膨胀前的厚度,m);
8 I* L. `# ~# U: a& }h5——备用水头,一般取1.5~2.0 m。" }3 ?7 G, g" m& B$ d2tech.cn

* j' M# n, J2 {" t* I2 ]) y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。
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曝气生物滤池的反冲洗& I% k; \8 c3 P  B* B) Y2tech.cn
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反冲洗是维持BAF 功能所不可缺少的重要环节。随着悬浮物的截留和生物膜的增长,对曝气生物滤池进行反冲洗是必须的, 以便将老化的生物膜和截留的悬浮物冲洗除去。
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目前,气水联合反冲洗是BAF 普遍采用的反冲洗方式,即:气单独反冲洗-气水联合反冲洗-水反冲洗(清洗)。其中气和水的反冲洗强度的控制极为重要。反冲洗过程中,以使滤料层有轻微的膨胀(一般将膨胀率控制在8%-10%)为原则,实现气水对滤料的良好冲刷作用及滤料间的相互摩擦,并在最短的时间内完成反冲洗过程,并保持生物膜厚度在300-400μm。下表列出了法国OTV 公司的调查资料。为保证BAF 的持续稳定运行,通常一天反冲洗一次,其用水量一般为其处理水量的7%-10%。" P# e* D5 \0 t2tech.cn
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BAF气水反冲比强度
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曝气生物滤池工艺设计之曝气及布气系统

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曝气生物滤池内的布气系统包括正常运行时曝气所需的曝气系统和进行气-水联合反冲洗时的供气系统两部分。8 C- K* v( j- f' I$ j8 W2tech.cn
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曝气生物滤池一般采用鼓风曝气的形式,曝气装置可采用穿孔管。穿孔管属大、中气泡型,氧利用率较低,仅为3%-4%,其优点是不易堵塞,造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲洗曝气公用一套布气管的形式,但由于充氧曝气需氧量比反冲洗时需气量小,因此配气不易均匀。共用同一套布气管虽然能减少投资,但运行时不能同时满足两者的需要,影响曝气生物滤池的稳定运行。但在实践中,这样利少弊多,最好将两者分开,单独设立一套曝气管,以保持正常运行,同时另设立一套反冲洗布气管,以满足反冲洗布气的要求。2 F% W) F3 v4 i' q2tech.cn
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现在国内外曝气生物滤池常用生物滤池专用曝气器作为滤池的空气扩散装置,如德国PHILLIP MOLLER公司的OXAZUR空气扩散器、中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程公司开发的单孔膜滤池专用曝气器。单孔膜滤池专用曝气器按一定间隔安装在空气管道上,空气管道又被固定在承托板上,曝气器一般都设计安装在滤料承托层里,距承托板约0.1m,使空气通过曝气器并流过滤料层时可达到30%以上的氧的利用率,该种曝气器的另一个特点是不容易堵塞,即使堵塞也可以用水进行冲洗。' a0 v! ]. W# o2 Q2tech.cn

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单孔膜滤池专用曝气器
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曝气生物滤池的曝气系统设计
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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下式计算:
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" E" S+ y% U# b$ s3 `5 k: NQ = A ×ΔSBOD + B ×ΔPBOD + 4.57 XN/(0.3 ×0.6 ×24 ×EA)
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式中:Q ———生化反应需供给的空气量,m3/ h;( u9 D! @) Q0 K7 [, M6 K# r2tech.cn
ΔSBOD ———溶解性BOD 去除量,kg/ h;
3 d1 l4 ^9 P2 t( NΔPBOD ———颗粒性BOD 去除量,kg/ h;
4 b3 u7 B( U9 |: ^, _+ ~( I& BA , B ———分别为去除每kg 溶解性BOD、颗粒性BOD 需要的空气量,m3/ kg;' o! S# ~: Y* A: @% O! D2tech.cn
XN ———污水中氨氮去除量,kg/ d;  Z% S* @+ v; Q+ H0 a* G2tech.cn
EA ———氧利用率,一般取20 %;
" D( G3 I, T0 a2 N0.3 ———空气中氧气含量的近似值;, M1 W% n. n( w9 Q. A6 \: R2tech.cn
0.6 ———空气的转化系数。7 `. E& E* v3 O7 U' O/ @2tech.cn

( n, O1 N0 A, E& c3 Y0 _5 k$ ~! ?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。: Z* |' K) c# C5 c9 h( _8 q" P2tech.cn

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4 G, E6 ^$ L3 x8 P4 M- R对于生物滤池处理设施,为了保证其微生物膜的均匀增长,防止污泥堵塞滤料,保证处理效果的均匀,应对滤池均匀布水和布气。由于设计上不可能保证布水和布气的绝对均匀,运行时应利用布水、布气系统的调节装置,调节各池或池内各部分的配水或供气量,保证均匀布水、布气。
; J) [9 u. e; Z. l" t/ b+ J" y
" q1 D  t% f* \1 x, K, W' F由于生物滤池采用滤头布水,所以滤头的堵塞会使污水在滤料层中分配不均,结果滤料层受水量影响发生差异,会导致微生物膜的不均匀生长,进一步又会造成布水布气的不均匀,最后使处理效率降低。为防止布水管和滤头的堵塞,必须提高预处理设施对油脂和悬浮物的去除率,保证通过滤头有足够的水力负荷。+ V' O& f' `, @, ~2 C2tech.cn
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对于布气系统,由于曝气生物滤池采用不易堵塞的单孔膜曝气器,所以在运行中被大量堵塞的几率不大,如有堵塞,则可根据具体情况调节空气阀门,使供气均匀,并可用曝气器冲洗系统进行冲洗。# H& i: P, P; w2tech.cn
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精彩评论4

 楼主| 学社技术 发表于 2019-9-8 07:51 | 显示全部楼层
曝气生物滤池工艺设计之排水系统及设备
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设置在池底上的排水设备的主要作用是:
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( R# y% V3 L/ [7 T  b; Q(1)收集滤床流出的污水与生物膜;: g3 T: a/ I  f3 D  S# N4 {2tech.cn
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(2)支承滤料;
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(3)保证通风。8 A" Y$ w1 I# \7 b1 n+ A6 {2tech.cn

' U3 z3 t! h0 g) u排水系统通常分为两层,即包括滤料下的渗水装置和底板处的集水沟和排水沟。渗水装置的作用是支承滤料,排出滤水,空气也是通过其空隙进入滤池体的。* t0 X& b; O* I+ a8 G+ A2tech.cn
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为了保持滤池的通风,渗水装置的空隙所占面积应不小于滤池面积的5%-8%,它同池底之间的距离应不小于0.3m。滤池底部可用0.01的坡度坡向池底集水沟,废水经集水沟汇流入总排水沟,总排水沟的坡度可采用0.003-0.005,总排水沟及集水沟的过水断面应不大于沟断面积的50%,以保留一定的空气流通空间。  ^$ \. }' A! v0 O2tech.cn

1 @6 _6 }! G, x5 F' ?) f设计排水沟时,最重要的是保证不淤流速(通常采用0.6m/s)。若生物滤池的池面积不大,池底也可不设集水沟,而采用坡度为0.005-0.01的池底将水流汇向池内或四周的总排水沟。2 f9 O$ E% T- E# Q) j4 O" v2tech.cn

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! |! ?7 p  h: b(a)穿孔混凝土板;(b)砖砌渗水板;(c)半圆陶土管; c7 A$ L/ v+ L; x) F# Z2tech.cn
3 W) M1 \& ~. R  b% a- ^9 ~2tech.cn

+ A4 I* Y6 z9 \- t: }
 楼主| 学社技术 发表于 2019-9-8 07:55 | 显示全部楼层
曝气生物滤池工艺设计之布水系统及装置
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曝气生物滤池的布水系统主要包括滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。对于向上流滤池,配水室的作用是使某一段时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀,并通过配水滤头均匀流过滤料层,并且该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外,也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。而对于向下流滤池,该布水系统主要用作滤池的反冲洗布水和收集和净化水用。,: }5 c1 H% b' F2tech.cn

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2 U  B0 l% L; R' O' Q- P配水滤头
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配水室的功能是在滤池正常运行时和滤池反冲洗时使水在整个滤池截面上均匀分布,它由位于滤池下部的缓冲配水区和承托滤板组成。进入滤池的污水首先必须先进入缓冲配水区,在此先进行一定程度的混合后,依靠承托滤板的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布,并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层。
2 Q  O0 e/ F$ l常用的布水装置主要有固定式和旋转式两种。5 s! n, B5 q: s: |2tech.cn
固定式布水装置是由投配池、虹吸装置、布水管道和喷嘴所组成。
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固定式布水装置
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2 V- c9 c, Q3 q! }旋转式布水装置是目前应用较广泛的布水装置,亦称旋转布水器,它主要是由进水固定竖管、可以转动的竖管和布水横管等组成。5 h: H9 a$ s: G6 P6 f7 g; P2tech.cn
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" t" z: M# J* q2 Q! O/ K' Q旋转式布水装置2 {8 ]+ _& _# Q# k2tech.cn
1、进水竖管;2、水银封;配水短管;3、布水横管;4、布水小孔;5、中央旋转柱;6中央旋转柱;7、上部轴承;8、钢丝绳;9、滤料
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 楼主| 学社技术 发表于 2019-9-8 07:57 | 显示全部楼层
曝气生物滤池工艺设计之管道和自控系统
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8 `2 k( Q! n4 K: S3 r曝气生物滤池既要完成有机污染物的降解功能,也要完成对污水中各种颗粒剂胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能,同时还要完成实现滤池本身的反冲洗,这几种方式交替运行。对于小型工业废水处理中,滤池的控制可以简单些,甚至可以采用手动控制;而对于城镇污水处理厂,由于污水处理规模较大,一般有若干组滤池模块拼装而成,而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换,若采用手动控制则工作量较大且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果,所以必须有PLC控制系统来自动完成对滤池的运行控制,需要设计必要的自控系统。8 C) G" B! W0 c2 S: K2tech.cn
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2 V2 T  H0 y7 K; q. H; A- K, H; i2 t7 E4 u, \; J2tech.cn
 楼主| 学社技术 发表于 2019-9-8 07:59 | 显示全部楼层

曝气生物滤池工艺设计之污泥产量

在污水生物处理过程中,污泥产量表示去除单位重量的TBOD所产生的TSS量。污泥产量与进水TSS/TBOD比值有密切关系。进水TSS/TBOD比值越大,污泥产量也就越多。污泥产量可按下式计算:
  ^+ \8 {& s; u8 V3 c, q  X, V2 `/ T# R; l7 ]7 Q2tech.cn
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, V: z3 E9 B$ s( v1 l: `/ @. B式中:Y——污泥产量,kgTSS/kgΔTBOD;- i8 u, }; ~/ c2tech.cn
ΔSBOD——滤池进出水中可溶性BOD浓度之差,mg/L;  s4 }+ r, E8 _. P, i6 e) m2tech.cn
ΔTBOD——滤池进出水中总的BOD浓度之差,mg/L;
* @. }' h2 W; Q# |; [1 rX0——滤池进出水中悬浮物浓度,mg/L。
0 g" [) D2 r( y0 c* m) i7 d$ j9 u, z* F8 Y- {4 G2tech.cn
从式中可以看出,在曝气生物滤池中,进水中被去除的悬浮物有一些不能被降解。有一种观点认为,在曝气池生物滤池中,悬浮物停留时间较短,它们被过滤后只是暂时被停留在滤料层中,不像在活性污泥系统中与活性生物充分混合,而且一些被截留的悬浮物充满了滤料的小孔以及滤料之间的空隙,阻止了氧的传递和水的流动,也限制了悬浮物的降解。
  r2 o0 l  C! S/ Y1 c( m
% M4 {0 X* O: k7 W  A& k, m曝气生物滤池的产泥量除了按上式计算以外,也可以参照下表进行估算。: [; J; D, i" j' Q7 B3 T2tech.cn
BOD负荷【kg/m3·d)】
1.0
1.5
2
2.5
3
3.6
3.9
污泥产量(kg/kg
0.18
0.37
0.45
0.52
0.58
0.70
0.75

% J0 l. W- \  l; X- q
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