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设计计算举例〖例〗广东新会污水处理厂工程，日处理市政污水Q=40000m3/d，采用：预处理→水解酸化→C/N曝气生物滤池→N曝气生物滤池→消毒排放工艺流程，两级滤池进出水水质要求分别见表1和表2。试进行BAF池的计算。表1C/N池水质表表2N池水质表项目COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质200127.58030出水水质6031.882424去除率70%75%70%20%项目COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质6031.882424出水水质3012.75129.6去除率50%60%50%60%1．C/N曝气生物滤池的计算C/N曝气生物滤池将水解（酸化）池出水中的碳化有机物进行好氧生物降解，并将TKN转化为氨氮并进行氨氮的部分硝化。包括缓冲配水室、曝气系统、承托层和滤料层、出水系统、反冲洗系统等的计算。（1）C/N曝气生物滤池池体的设计在本工程中，处理对象为城市生活污水，曝气生物滤池的作用包括对污水中有机物的去除和对污水中的营养物质如氨氮的去除。C/N曝气生物滤池主要用于去除污水中的有机污染物并进行部分硝化脱氮，其池体的设计计算分按有机负荷法计算与按有机物降解动力学公式计算两种方法,由于按有机负荷法计算方法比较成熟，所以本工程滤池池体按有机负荷法计算。按有机负荷法计算的设计参数主要是BOD有机负荷、COD有机负荷和水力负荷。设计时应根据BOD有机负荷进行计算，并用COD有机负荷和水力负荷进行校核。在曝气生物滤池的计算中，BOD有机负荷是单位容积的滤料上的微生物在单位时间内所能处理的有机物数量。BOD有机负荷的确定与被处理水的可生化性以及被处理水中的污染物质有关，也与处理出水的水质要求有关。对于可生化性较好的工业废水，因一般不考虑脱氮问题，曝气生物滤池的作用主要用于去除有机物，所以曝气生物滤池的BOD有机负荷一般在3～6kgBOD/m3滤料·d，COD有机负荷一般在6～10kgCOD/m3滤料·d，空塔水力负荷一般在3～5m3/(m2·h)。而对于城市生活污水，考虑到硝化脱氮对有机负荷的要求，其BOD有机负荷一般控制在1～3kgBOD/m3滤料·d范围内，当BOD有机负荷超过3kgBOD/m3滤料·d时，其同步硝化作用受到抑制，当BOD有机负荷超过4kgBOD/m3滤料·d时，其同步硝化作用受到明显抑制，所以对需要进行除碳和同步硝化的C/N曝气生物滤池进行计算时，其BOD有机负荷的选取一般小于3kgBOD/m3滤料·d，而其COD有机负荷一般控制在6kgCOD/m3滤料·d以下，空塔水力负荷一般为1.5～3.5m3/(m2·h)之间。在本工程中，经水解（酸化）池每天进入C/N滤池的污水量Q=40000m3/d，在C/N曝气生物滤池中，每天所要求去除的BOD5的重量为：ΔWBOD=（Q·ΔCBOD）/1000式中：ΔWBOD—在曝气生物滤池中每天需去除的BOD重量，单位kg/d；Q—每天进入曝气生物滤池的废水量，单位m3/d；ΔCBOD—进出曝气生物滤池的BOD浓度差，单位mg/l；代入数据后，则：ΔWBOD=（Q·ΔCBOD）÷1000=〔40000×（127.5-31.88）〕÷1000=3824.（kg/d）取BOD有机负荷qBOD=1.8kgBOD/m3滤料·d，则所需滤料体积计算如下：V滤料=ΔWBOD÷qBOD=3824.8÷1.8=2124.9(m3)采用COD有机负荷进行校核：当滤料体积为2124.9m3时，每天经C/N曝气生物滤池去除的COD的重量为：ΔWCOD=（Q·ΔCCOD）/1000式中：ΔWCOD—在曝气生物滤池中每天需去除的COD重量，单位kg/d；Q—每天进入曝气生物滤池的废水量，单位m3/d；ΔCCOD—进出曝气生物滤池的COD浓度差，单位mg/l；代入数据后，则：ΔWCOD=（Q·ΔCCOD）÷1000=〔40000×（200-60）〕÷1000=5600（kg/d）实际上，C/N曝气生物滤池内的COD有机负荷为：qCOD=ΔWCOD÷V滤料=5600÷2124.9=2.64kgCOD/m3滤料·d所以，C/N曝气生物滤池内的实际COD有机负荷小于6kgBOD/m3滤料·d，满足要求。一般来说，曝气生物滤池内的滤料层高度H滤料在2.5～4.5m之间。在水力负荷一定的条件下，滤料层高则污水与微生物的接触时间长，出水效果好，但相对所需鼓风机的压头也较高，能耗相对也大；滤料层低则污水与微生物的接触时间短，出水效果相对差些，但所需鼓风机的压头也低些，能耗相对也小些。根据国内外已建成运行的曝气生物滤池实际情况，本工程取滤料层高度H滤料=3.7m，则曝气生物滤池的截面积S截面计算如下：S截面=V滤料÷H滤料=2124.9÷3.7=574.3m2考虑到单座滤池面积过大将会增加反冲洗时的供水、供气量，同时不利于布水、布气的均匀，所以本设计中将C/N曝气生物滤池分为8格，则每格截面积为574.3÷8=71.8m2。本设计每格截面按正方形布置，则每格尺寸应为8.47x8.47m，实际取8.5x8.5m。当滤池总截面积为574.3m2时，空塔水力负荷复核如下：实际q水力=Q÷S截面=40000÷574.3÷24=2.9m3/m2·h,满足要求。为考虑进入滤池的废水均匀流过滤料层，在滤料承托层下部设计有缓冲配水室，其高度H配水一般为1.2～1.5m，考虑到滤头和配水室内布水、布气管的安装方便，以及便于配水室的清洗，本工程取H配水=1.5m，并在配水室池壁考虑设置检修人孔；另外，考虑到滤池反冲洗时滤料的膨胀，在滤料层上部保证有0.8～1.0m的清水区，本工程取清水区高度H配水=1.0m；滤池的超高取H超高=0.5m,承托层高H承托=0.3m，则滤池的总高为：H=H滤料+H配水+H清水+H超高+H承托=3.7+1.5+1+0.5+0.3=7m污水在曝气生物滤池滤料层高度中的空塔停留时间t=3.7÷2.9=1.28hr，而根据运行经验，滤池在装满滤料后废水在滤料层中的实际停留时间约为空塔停留时间的1/2左右，即0.64hr。（2）曝气生物滤池配水系统曝气生物滤池的配水系统一般采用小阻力形式。对于小型工业废水处理用曝气生物滤池一般采用小阻力配水形式中的格栅式、平板孔式，而对于城市污水处理厂则采用小阻力配水形式中的滤头配水形式，考虑到曝气生物滤池采用气水联合反冲洗，所以滤头采用长柄滤头，长柄滤头在正常运行时起均匀布水作用，在反冲洗时起布水、布气作用。曝气生物滤池所选用的长柄滤头为滤水帽、滤水管一体成型，每个滤头共有滤缝20条，每条滤缝L×B=8mm×2mm±0.05mm，滤缝总面积为3.2cm2/个。每平方米布置36个滤头，开孔比β=1.152%，流量系数α=0.8，每格滤池的水力负荷μB=0.8l/m2·s则每格滤池中水通过配水系统的水头损失为：h1=〔(μB/αβ)2÷2g〕×10-6=3.85×10-4m在本工程设计中，每格滤池每平方米布置长柄滤头36个，每个间距为150mm。（3）布气系统在曝气生物滤池设计中，布气系统包括在滤池正常工作时的曝气系统和滤池反冲洗时的布气系统。①曝气系统曝气生物滤池的曝气系统早期采用的主要是穿孔管曝气，但由于穿孔管曝气氧的利用率低，同时在滤池中较易堵塞。本工程设计中采用了生物滤池专用单孔膜空气扩散器，该扩散器是针对曝气生物滤池的特点专门研制的，具有空气扩散效果好、氧的利用率高、在滤料中不易堵塞的特点。C/N曝气生物滤池的供氧量包括去除污水中BOD的需氧量和氨氮部分硝化的需氧量两部分。C/N曝气生物滤池去除污水中单位重量BOD的需氧量为：△R0=0.82×△SBOD/TBOD+0.32×S0/TBOD=0.82×〔（127.5-31.88）÷127.5〕+0.32×(80÷127.5)=0.816kg即去除1kgBOD需要提供0.816kgO2，则C/N曝气生物滤池每天去除BOD需提供的总氧量为：R0=Q×△SBOD×△R0=〔40000×（127.5-31.88）÷1000〕×0.816=3121.04kg在C/N曝气生物滤池中TKN将转化成氨氮，使得污水中实际的氨氮浓度升高。根据试验结果，在C/N曝气生物滤池处理生活污水时，滤池污水中的实际氨氮量约为45mg/l，出水要求氨氮量为24mg/l，则氨氮部分硝化每天的需氧量为：RN=Q×4.57N0=40000×4.57×(45-24)=3838.8kg则去除污水中BOD的需氧量和氨氮部分硝化的需氧量（标态）合计为：ΣR=R0+RN=3121.04+3838.8=6959.84kg当滤池氧的利用率为EA=30%时，从滤池中逸出气体中含氧量的百分率Qt为：21×（1-EA）21×（1-0.3）Qt===15.7%79+21×（1-EA）79+21×（1-0.3）当滤池水面压力P=1.013×105Pa，曝气器安装在滤池水面下H=4.85m深度时，曝气器处的绝对压力为：Pb=P+9.8×103×H=1.013×105+9.8×103×4.85=1.488×105Pa则当水温为25℃时，清水中的饱和溶解氧浓度为Cs=8.4mg/l，则25℃时滤池内混合液溶解氧饱和浓度的平均值Csm(25)为：QtPb15.71.488Csm(25)=Cs×（+）=8.4×（+）=9.31(mg/l)422.026×105422.026当水温为25℃时,C/N曝气生物滤池实际需氧量R为：R0Csm(25)R=α×1.024T-20〔βρCs(25)-Cl〕对于城市生活污水，α=0.8，β=0.9，ρ=1，而且假定滤池出水溶解氧浓度为3mg/l，代入公式后：ΣRCsm(25)6959.84×9.31R===15788.53(kg/d)α×1.024T-20〔βρCs(25)-Cl〕0.8×1.02425-20(0.9×1×8.4-3)C/N曝气生物滤池总供气量为：R15788.53ΣGs=×100=×100=175428.07m3/d=7309.5m3/h=121.83m3/min0.3EA0.3×30每个单孔膜滤池专用曝气器供气量为0.2～0.3m3/个·h，取曝气器供气量为0.25m3/个·h，则C/N曝气生物滤池需曝气器数量为n=ΣGs×60÷0.25=121.83×60÷0.25=29240个，为安装方便，实际选用曝气器28322个，曝气器的布置间距为125mm。②反冲洗布气系统C/N曝气生物滤池的反冲洗采用气水联合反冲洗，反冲洗过程通过EPT-1型长柄滤头完成，其反冲洗布气系统可参照《给水排水设计手册》给水快滤池的设计。（4）滤料层、承托层本次设计的曝气生物滤池中选用了球形陶粒作为滤料。在设计中，由于进入C/N曝气生物滤池的污水为水解酸化池出水，其中含有一定量的悬浮物，C/N曝气生物滤池的作用除去除污水中的有机物和部分氨氮硝化外，还需对悬浮物进行截留，所以选用了直径∮4mm～∮6mm的球形陶粒滤料，按一定的级配填装。由于陶粒粒径较小，为防止滤头堵塞而不能直接填装在承托滤板上，所以在陶粒层下部宜设置有承托层。承托层选用鹅卵石，并按一定的级配布置，总高度为0.30m，其级配见表9：表9卵石承托层级配自上而下卵石直径卵石层高度4—8mm100mm8—16mm100mm16—32mm100mm（5）滤池出水系统C/N曝气生物滤池出水系统采用单侧出水，并在出水口设计为60。斜坡和设置栅形稳流板，以降低出水口处的水流流速，在反冲洗时有可能被带至出水口处的陶粒与稳流板碰撞，导致流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。由于采用单侧出水,所以正常运行时的出水槽与反冲洗排水槽在同一侧，其结构示意图见图20：正常出水槽正常出水管滤池正常运行时出水示意图反冲洗排水管出水反冲洗排水槽滤池反冲洗时排水示意图反冲洗排水管反冲洗排水正常出水管反冲洗排水槽正常出水槽图7-8正常运行和反冲洗时排水示意图2．N曝气生物滤池（硝化滤池）N曝气生物滤池主要用于对污水中的氨氮进行硝化脱氮。虽然N曝气生物