[化学]曝气生物滤池法处理3000m3d.doc
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1、曝气生物滤池法处理3000m3/d食品加工废水工艺设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘要第一章 绪论41.1课题的提出及研究意义41.1.1课题的提出41.1.2我国水资源现状41.1.3食品加工废水的危害51.1.4 研究的意义71.2生物曝气滤池国内外研究现状81.2.1曝气生物滤池的研究现状81.2.2 填料的研究进展111.3设计中的遇到的问题141.3.1填料相关问题151.3.2负荷设计过程中存在问题161.3.4放空和防堵塞设计161.3.5污泥问题171.3.6反冲洗问题171.3.7其他问题181.3.8结论18第二章 工艺构筑物设计及设备选型18
2、2.1污水处理工艺设计182.1.1调节池182.1.2竖流式沉淀池192.1.3UASB反应器192.1.4BAF曝气生物滤池202.2污泥处理工艺设计202.2.1污泥脱水机房20第三章 设计计算203.1 调节池的设计计算203.1.1调节池的特性203.1.2设计参数213.1.3调节池池体设计213.2竖流式沉淀池223.2.1竖流式沉淀池的特性223.2.2竖流式沉淀池的设计参数223.2.3竖流式沉淀池的池体设计233.3 UASB反应器的设计计算263.3.1 UASB反应器的特性263.3.2 UASB反应器的设计参数263.3.3 UASB反应器的池体设计273.3.4 U
3、ASB反应器进水配水系统设计283.3.5 UASB反应器三相分离器的设计303.3.6 UASB反应器排泥系统设计343.3.7 UASB反应器产气量计算343.3.8 UASB反应器加热系统343.3.9 UASB反应器加碱系统353.3.10UASB反应器活性污泥的培养与驯化353.4 BAF反应器的设计计算363.4.1BAF反应器的特性363.4.2BAF反应器的设计参数373.4.3BAF反应器池体设计373.4.4BAF反应器配水系统393.4.5BAF反应器布气系统设计403.4.6BAF反应器供气系统设计423.4.6BAF反应器反冲洗系统的设计423.4.8BAF反应器滤料
4、层、承托层的设计433.4.9BAF反应器滤池出水系统的设计44第五章 污水处理系统的整体布置455.1总平面布置455.2高程布置465,2,1设计范围465.2.2布置原则465.2.3污水处理构筑物高程计算475.3管道布置47第六章 执行的主要规范和标准481适用范围482规范性引用文件48参考文献:51致 谢53第一章 绪论1.1课题的提出及研究意义1.1.1课题的提出随着中国经济的发展,人们对食品需求在质量跟数量上的增加,中国食品加工企业规模的不断扩大,必然导致食品加工废水排放量的增加。目前 我国污水的处理排放量仅为排放总量的10%左右,大量的污水进入自然水体导致了严重的水环境污染
5、,是已经严重的水资源短缺更加严重。在现有的生物废水处理单元内,绝大多数采用的是单一的活性污泥处理法,其具体工艺由传统的活性污泥法,氧化沟,SBR法,AO,AAO等,单一的活性污泥法对污水中COD.BOD.SS等指标有较高的去除率,终极负荷高,但也有不足,如(1)部分工艺脱氮除磷能力较低;(2)剩余污泥产生量大而且处理费用较高。以上两点制约了视频污水处理设施的正常运行,并且加重了运行费用。BAF曝气生物滤池有较高的处理效率,占地面积小,基建及运行费用低,管理方便抗重击能力强等特点,对食品污水的有机物去除,脱硝除氮,除磷以及在微污染水源的预处理中都有广阔的前景。该方法特别适合我国水处理事业片林的资
6、金不足,技术水平较低的现状,应对其现状和应用前景进行深入的研究,是智能尽快应用与我国的污水处理事业当中。1.1.2我国水资源现状水是人类及其他生物繁衍生存的基本条件,是人们生活中不可替代的重要资源,是生态环境中最活跃、影响最广泛的因素,具有许多其他资源所没有的、独特的性能和多重的使用功能,是工农业生产的重要资源。目前,世界上早已出现了水危机的国家,如埃塞俄比亚。联合国已发出警告:“水将成为一种严重的社会危机”。水资源已成了一个国家、一个地区持续发展的非常稀缺的资源。缺水将越来越成为经济社会发展的严重制约因素。中国水资源现状不容乐观。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米
7、,占全球水资源的6,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位,但人均只有2200立方米,仅为世界平均水平的14、美国的15,在世界上名列121位,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。 扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后,中国现实可利用的淡水资源量则更少,仅为11000亿立方米左右,人均可利用水资源量约为900立方米,并且其分布极不均衡。到20世纪末,全国600多座城市中,已有400多个城市存在供水不足问题,其中比较严重的缺水城市达110个,全国城市缺水总量为60亿立方米。据监测,目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染,且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降
8、低了水体的使用功能,进一步加剧了水资源短缺的矛盾,对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响,而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。 1.1.3食品加工废水的危害随着工业化、城市化的迅速发展,食品加工废水的排放量也相应地增加,废水的性质及组成成分也越来越复杂,废水不经任何处理直接排入天然水体,势必引起水体的严重污染。水体被污染后,有时可以直接察觉到,例如,水的颜色的改变、混浊、散发着难闻的气体,某些生物种群的减少或死亡,另一生物种群的出现和剧增等现象,但有的水体污染是无法直接观察出来的,必须通过某些指标及污染物的直接监测、分析,而获得水质污染程度的判定。水体污染的危害主要表现在
9、以下几方面。(一)含色、臭、味的废水色度高的废水,除影响水体外观外。有些废水排出时无色,但进入水体后与其他溶解物进行反应可生成颜色。水体中含有硫化氢和酚类化合物时会使水质发臭,水生生物受这种有臭味废水的影响,也带有臭味,这不仅使鱼贝类的质量下降,甚至使之无法食用。(二)有机物污染食品工业废水含有大量有机物质,排入水体后,即成为微生物的营养源,使有机物分解而被消化。分解过程中消耗水中大量的溶解氧,一旦水体中氧气补给不足;则将使氧化作用停止。引起有机物的厌氧发酵,分解出甲烷、氢、硫化氢、硫醇及氨等腐臭气体,散发出恶臭,污染环境,毒害水生生物。由于气体上浮,有机质堆积物也被带到水面,不仅使水的表面恶
10、化,而且阻碍空气进入水体,这些含有多种成分的有机物废水,是极复杂的混合污染物,它是水体污染最主要的方面。(三)无机物污染酸、碱和无机盐类,对水体的污染,首先使水体PH值发生变化,破坏其自然缓冲作用、消灭或抑制细菌及微生物的生长,阻碍水体自净作用;同时,会大大增加水中无机盐类和水的硬度,给工业和生活用水带来不利因素;再者用含盐量过高的水灌溉农田时,会引起土壤盐渍化。(四)富营养化污染含植物营养物质的废水进入天然水体,造成水体富营养化,藻类大量繁殖,耗去水中溶解氧,造成水中鱼类窒息而无法生存、水产资源遭到破坏。水中氮化合物的增加,对人畜健康带来很大危害,亚硝酸根与人体内血红蛋白反应,生成高铁血红蛋
11、白,使血红蛋白丧失输氧能力,使人中毒。硝酸盐和亚硝酸盐等是形成亚硝胺的物质,而亚硝胺是致癌物质,在人体消化系统中可诱发食道癌、胃癌等。(五)病原微生物污水生活污水、医院污水、屠宰肉类食品加工等污水,含有各种病菌、病毒、寄生虫等病原微生物,流入天然水体会传播各种疾病,用水灌溉农田时,使受污染地区导致疾病流行。总之,随着经济不断地发展,环境污染问题也必须予以充分重视。从水质状况看,我国由于受到大量工业废水、生活污水及其他含毒废弃物的污染,主要江、河、湖泊、水库等的水质出现了不同程度的下降。据近年来对我国地表水污染所做的调查看,污染正在发展,对人们的使用、渔业、灌溉都造成了很大危害,在调查的53,0
12、00千米的河段中,鱼虾绝迹,成为“死水”的河段有2400千米,水质污染不能用于灌溉的约占23.3%,水质符合饮用水、渔业用水水质标准的只占14%。水质污染进一步缩小了可用水资源,从而加剧了我国水资源不足,造成了巨大的经济损失。因此,控制水体污染,保护水资源,是环境保护工作的重要任务。1.1.4 研究的意义随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高,用水紧张和污水排放的问题已越来越突出。目前,我国城镇大部分的生活污水采用直接排放的方式,没有采取应有的治理措施,加重了对环境的污染。在国家可持续发展的新政策下,环境保护已受到各级政府和全国人民的重视,对污水进行彻底的治理以保护人类赖以生存的环境
13、的重要性越来越大,高效节能的城市污水处理技术与工艺已能为国民经济的发展起到较大的推动作用。建立城镇污水处理厂对改善城镇水环境,保障城镇经济发展起着举足轻重的作用。随着经济的发展,城市化进程的不断加速,人口和经济增长、粗放型发展模式、无组织大面积排施污染物、污水处理率偏低,以及牺牲环境和资源去追求眼前利益等,均是造成水污染日趋严重的原因。大量未经充分处理的污水被用于灌溉,已经使农田受到重金属和合成有机物的污染。据农业部在占国土面积85%的流域内,通过372个代表性区域取样调查,发现全国粮食总量的1/10不符合卫生标准。污水灌溉还造成粮食产量低,污染加大,营养成分下降。长期的污染水灌溉使病原体、致
14、突变、致癌物质通过粮食、蔬菜、水果等食物迁移到人体内,严重危害了人体健康。水污染还对养殖业造成极大的危害,水源污染使原有的水处理工艺受到前所未有的挑战。水是一种易受污染而可以再生的自然资源。随着人口的不断增长和经济发展,加之水污染的日益严重,可利用的水资源数量日益短缺,造成水危机。根据水工业的观点,给水和排水分别是人类向自然界取用和归还可再生资源“水”的两个程序,为了使这个循环能够持续地为人类服务,水在使用后回归自然界前,必须进行废水的再生处理,使水质达到自然界自净能力的承受水平,恢复其作为自然资源的属性。对可持续发展战略的实施有着极为现实的意义。 水资源是不可再生资源,我们不仅要节约用水,保
15、护自然生态环境,坚持可持续发展,并且要处理好废水,不能让废水污染了健康自然绿色的生态环境,把坚持科学发展观应用到实际环境保护中,给人类营造一个健康绿色的生态圈。经济的持续增大、企业规模的不断扩大,水资源的匮乏,必将导致水价格的不断提高,因此,大力发展食品加工废水回用事业,不仅能节约有限的水资源,缓解企业日趋突出的用水紧张矛盾,而且能减少污水的排放。根据我国经济发展和环境保护需求,结合我国环境保护最新研究成果和国际环境保护技术水平和发展趋势,提出一套合理、经济、运转效率高的工艺流程对污水进行处理,以达到标准排放。对于保护环境,减轻环境污染,遏制生态恶化趋势,有着重要的意义。1.2生物曝气滤池国内
16、外研究现状1.2.1曝气生物滤池的研究现状曝气生物滤池简称BAF,是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺,于90年代初得到较大发展,最大规模达几十万吨每天,并发展为可以脱氮除磷。与其他生物挂膜方法不同,曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体,固体过滤和消化过程在同一个单元反应器中完成,经过池体结构改进后增加了厌氧区的曝气生物滤池还可以进行范反硝化以及除磷。曝气生物滤池吃的基本原理在于在一级强化的基础上,以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质,充分发挥生物代谢作用,生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用,物理过滤作用,实现污染物在同一反应器内去
17、除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和过滤器的设计原理,省却了二次沉淀设备,反应器内存在着不同的好样,缺氧区域,可同步实现硝化反硝化,再取出有机物的同时达到脱氮的目的。在欧洲,为了适应新的标准1-2,陆续开发了一系列新的污水处理技术,曝气生物滤池从中脱颖而出。它首先被用作三级处理,后来发展成直接用于二级处理3。自第1套建在靠近巴黎的SOIS-SONS污水处理厂的装置投产运行以来4,目前已在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除 SS 、 COD 、 BOD 、硝化、脱氮、除磷、去除 AOX (有害物质)的作用 ,其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体,节省了后续沉淀池 ( 二沉池 )
18、 ,其容积负荷、水力负荷大,水力停留时间短,所需基建投资少,出水水质好:运行能耗低,运行费用省。BAF 属第三代生物膜反应器,不仅具有生物膜工艺技术的优势,同时也起着有效的空间过滤作用 , 通过使用特殊的滤料和正确的配气设计, BAF 具有以下工艺特点:1、采用气水平行上向流,使得气水进行极好均分,防止了气泡在滤料层中凝结核气堵现象,氧的利用率高,能耗低;2、与下向流过滤相反,上向流过滤维持在整个滤池高度上提供正压条件,可以更好的避免形成沟流或短流,从而避免通过形成沟流来影响过滤工艺而形成的气阱;3、上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件,即使采用高过滤速度和负荷,仍能保证 BAF 工艺的持久稳
19、定性和有效性;4、采用气水平行上向流,使空间过滤能被更好的运用,空气能将固体物质带入滤床深处,在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质,从而延长了反冲洗周期,减少清洗时间和清洗时用的气水量;5、滤料层对气泡的切割作用事使气泡在滤池中的停留时间延长,提高了氧的利用率;6、由于滤池极好的截污能力,使得 BAF 后面不需再设二次沉淀池。我国对该技术的研究上出去起步阶段,对曝气生物滤池处理生活污水,食品加工废水 进行了处理效能及激励方面的探索研究。同时,国内的一些污水处理工程也采用了曝气生物滤池单元。曝气生物滤池最大特点是使用了一种新型粒状填料,污水在垂直方向上通过填料层,粗糙多空的粒状填料具有极大的比表
20、面积,可达到398平方米每立方厘米,它具有优良的过滤作用,因此被称做滤池。填料表面生长着生物膜,池底提供曝气。反反应器属于固定窗的生物膜反应器。污水流过滤床时,污染物首先被过滤和媳妇,进而被氧化。他定期的利用处理水进行反冲洗排除增值的活性污泥。Baf与传统活性污泥和接触氧化法的不同点是:1 BAF粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更好的生长环境,挂膜微生物量大,可达到每升1015克,高浓度的微生物量似的BAF的容积负荷增大,进而减少了池容和占地面积。池容和占地一般为常规二级处理的五分之一到十分之,并使基建投入大大降低。2 粒状填料可使充氧效率大大增加。一般氧利用率可增加百分之十到百分之十五,降低
21、了运转费用。这主要是由于污染物,生物膜和填料之间的接触更理想,在洋气的上升过程中,与着三者发生无数次碰撞,增加了传质效果。3 粒状填料的使用似的BAF曝气生物滤池有良好的过滤和吸附作用,据研究结果显示,BAF比普通生物滤池的过滤效果还好。因此,他省去了二沉池,进一步降低了基建费用。4 BAF的生物生长在粗糙多空的填料表面,属于固定化微生物。固定化微生物是现代生物工程技术,在医药,酿造等行业普遍应用。对于一些特定的污水可接种和驯化特殊菌种增加处理效果。由于微生物流失相对较少,反应器中已与培养南富集的生物菌种。5 BAF对低浓度的有机废水而又很好地处理效果。通常接触氧化法不能挂莫,处理效果很差,担
22、BAF却能保持好的处理效果,出水可达回用水的标准。因此,BAF的填料研究畏惧核心地位曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路,集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢5。滤池工作时,在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料,滤料表面生长着生物膜,滤池内部曝气,污水流经时,利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化;同时,因污水流经时,滤料呈压实状态,利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用,截留污水中的大量悬浮物,且保证脱落的生物膜不会随水漂出;此外,填料及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。
23、运行一定时间后,因水头损失的增加,需对滤池进行反冲洗,以释放截留的悬浮物并更新生物膜,此为反冲洗过程。曝气生物滤池正是通过这样反复的周期性运转来处理污水的。填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。曝气生物滤池发展过程中依次出现过3种不同的形式1、6-7:BIOCARBONE,BIOFOR和BIOSTYR,采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒;BIOFOR采用的是轻质陶粒;BIOSTYR采用的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。石英砂粒由于密度大,比表面积、孔隙率小;当污水流经滤层时阻力很大,生物量少,因此滤池负荷不高、水头损失大。轻质陶粒和聚苯乙烯作填料
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