某城镇生活污水处理工程设计方案氧化沟工艺设计.docx
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某城镇生活污水处理工程设计方案氧化沟工艺设计
某城镇生活污水处理工程设计
摘要：
XX市XX镇生活污水处理厂设计处理规模12000m3/d，采用氧化沟工艺作为废水脱氮除磷阶段核心处理工艺，该工艺流程简单、构筑物少、处理效率高、投资省。
经处理后出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标，总投资约1600万元。
关键词：
生活废水；氧化沟工艺;
前言
XX镇位于四川XX市境内中部平原地区。
东邻XX镇、XX乡,南接XX乡、XX镇,西连XX镇，北靠XX镇。
1985年并乡入镇,仍名XX镇。
幅员面积50。
7平方公里,耕地面积3975亩。
XX镇历来是XX市商贸重镇，享有"大蒜之乡"、”川剧之乡"和"兰花之乡”的美誉。
1992年被XX市列为优先发展经济"一条线"乡镇，1995年被列为成都市小城镇建设试点镇，同时被评为四川省文化先进乡镇,并首批被命名为成都市特色文化之乡，连续4年被列为国家级农业综合开发区。
隆丰镇基础设施完备，初步形成了工业、农业和第三产业综合发展的格局，已由农业经济向城乡型经济发展.
基于新农村建设的要求,基础配套设施的完善，新建污水处理站是必须的也是必备的。
为改善该城镇及下游地区的环境质量，保障人民身体健康，建立污水处理厂是完全必要的,也是十分迫切的；该污水处理站将收集该镇八成以上的生活污水，处理后出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标，满足排水和环保的要求［1].同时与农民居住区环境的改善和新农村建设的总体思路完全吻合。
1.1设计任务及依据
1.1.1设计任务
12000m3/d乡镇生活污水站初步设计。
1。
1。
2设计依据及原则
1。
1。
2.1设计依据
《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025—93）
《中华人民共和国环境保护法》；
《建设项目环境保护设计规定》；
《彭州市建设项目环境管理》；
《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的一级标准；
《污水综合排排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准；
《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）；
1。
1。
2.2设计原则
（1）选用运行安全可靠、经济合理的工艺流程.
（2）采用先进的技术和设备，合理利用资金，提高污水处理站的自动化程度和管理水平。
（3）根据基础设施统一规划、分步实施的方针，在方案设计中充分考虑远、近期结合,为发展留有余地。
（4）污水处理厂的位置,应符合城市规划要求，位于城市下游，与周边有一定的卫生防护带,靠近受纳水体，少占农田。
（5）严格执行国家和地方现行有关标准、规范和规定.
1。
1。
3设计范围
本方案设计范围为：
通过对类似生活污水水质情况的综合分析，提出可行性方案，最终推荐最优方案；内容主要包括污水处理工艺流程、设备选型、污水构筑物及附属工程等进行综合规划设计.
1.2设计水量及水质
1。
2。
1设计人口
根据统计，隆丰镇2005年人口共43000人，结合当地70/00的人口年增长速度，以等比数列推算法［2］预计到2020年人口总数达48000人左右。
1.2。
2设计水量
根据居民生活污水定额［2］145L/（人·d），设计水量平均总流量为6525m3/d,平均时流量272m3/h,即75L/s。
所以时变化系数Kz=1.7，小时最大流量Qmax=12000m3/d。
1。
2.3设计水质
根据本地城镇污水的原始资料，和该污水处理厂出水直接排放到河流内,而该河流是饮用水源保护区，所以，处理出水应该达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标.
表1设计水质
BOD5
CODcr
SS
T—N
NH3-N
TP
水温
pH
进水水质（mg/L）
200
350
300
40
30
8
高25℃
低12℃
6～9
出水水质（mg/L）
20
60
20
20
15
1
处理程度（%）
90
82。
8
93。
3
50
50
87
2处理工艺方案选择
2.1工艺方案选择原则
作为乡镇基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，乡镇污水处理厂工程的建设和运行意义重大.由于乡镇污水处理厂的建设和运行不但耗资较大,而且受多种因素的制约和影响，其中处理工艺方案的优化选择对确保处理厂的运行性能和降低费用最为关键,因此有必要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发,结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求,选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式[3］。
在污水处理厂工艺方案确定中,将遵循以下原则：
（1）技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定的排放要求。
（2）基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的效益。
（3）运行管理方便，运转灵活,并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处埋构筑物的处理能力。
（4）选定工艺的技术及设备先进、可靠.
（5）便于实现工艺过程的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
本工程要求的污水处理程度较高，对污水处理工艺选择应十分慎重。
本方案设计的污水处理工艺选择针对该城镇污水量和污水水质以及经济条件考虑适应力强、调节灵活、低能耗、低投入、少占地和操作管理方便的成熟先进工艺［4]。
下面将对各种工艺的特点进行论述,以便选择切实可行的方案.
2.2污水处理工艺流程的确定
2.2。
1厂址及地形资料
XX镇污水处理站选址应综合考虑管网布置和现有人口分布特点，将其分别布置在龟背型场镇的两边。
2。
2.2气象及水文资料
2.2。
2.1水文地质资料
该地区地处成都平原。
地形复杂,有低山、丘陵和平原,多条河流直贯其中，地势北高南低。
2。
2.2。
2气象资料
（1）风向及风速：
常风向为北风，最大风速1.2m/s;
（2）气温：
月平均最高气温37.3℃，最低气温—2。
7℃
2。
2。
3可行性方案的确定
本项目污水处理的特点为：
污水以有机污染为主，BOD/COD=0.5，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒物一般不超标；
污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值比国内一般城市污水高；
针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点,以采用生化处理最为经济.
生活污水的生物处理技术是以污水中含有的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物降解,它是生活污水处理的主要手段，是水资源可持续发展的重要保证［5］。
根据国内外已运行的大、中型污水处理厂的调查,要达到确定的治理目标，可采用:
普通活性污泥法、氧化沟法、A/O工艺法、AB法、SBR法等等。
a.普通活性污泥法方案
普通活性污泥法，也称传统活性污泥法,推广年限长，具有成熟的设计及运行经验，处理效果可靠.自20世纪70年代以来，随着污水处理技术的发展，本方法在艺及设备等方面又有了很大改进.在工艺方面，通过增加工艺构筑物可以成为“A/O”或“A2/O"工艺，从面实现脱N和除P。
在设备方面，开发了各种微孔曝气池,使氧转移效率提高到20％以上,从面节省了运行费用。
国内已运行的大中型污水处理厂，如西安邓家村（12万m3/d）、天津纪庄子（26万m3/d）、北京高碑店（50万m3/d）、成都三瓦窑（20万m3/d）
普通活性污泥法如设计合理、运行管理得当，出水BOD5可达10～20mg/L。
它的缺点是工艺路线长，工艺构筑物及设备多而复杂，运行管理管理困难，基建投资及运行费均较高。
国内已建的此类污水处理厂，单方基建投资一般为1000～1300元/（m3/d），运行费为0。
2～0。
4元/（m3/d）或更高。
b.氧化沟方案
氧化沟污水处理技术，是20世纪50年代由荷兰人首创。
60年代以来，这项技术在欧洲、北美、南非、澳大利亚等国已被广泛采用,工艺及构造有了很大的发展和进步.随着对该技术缺点（占地面积大）的克服和对其优点（基建投资及运行费用相对较低，运行效果高且稳定,维护管理简单等）的逐步深入认识,目前已成为普遍采用的一项污水处理技术。
目前常用的几种商业性氧化沟有荷兰DHV公司60年代开发的Carrousel氧化沟，美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟,丹麦Kruger公司发明的DE氧化沟等。
在我国,氧化沟工艺是使用较多的工艺[4］。
氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备的情况下，氧化沟内不仅可完成碳源的氧化，还可实现硝化和脱硝,成为A/O工艺；氧化沟前增加厌氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷.由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧消化。
氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的革新的活性污泥法工艺，与传统活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点.
工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便。
一般情况下，氧化沟工艺可比传统活性污泥法少建初沉池和污泥厌氧消化系统，基建投资少。
另外，由于不采用鼓风曝气的空气扩散器，不建厌氧消化系统,运行管理要方便。
处理效果稳定，出水水质好。
实际运行效果表明，氧化沟在去除BOD5和SS方面均可取得比传统活性污泥法更高质量的出水,运行也更稳定可靠。
同时，在不增加曝气池容积时，能方便地实现硝化和一定的反硝化处理，且只要适当扩大曝气池容积，能更方便地实现完全脱氮的深度处理。
基建投资省，运行费用低。
实际运行证明,由于氧化沟工艺省去初沉池和污泥厌氧消化系统，且比较容易实现硝化和反硝化,当处理要求脱氮时，氧化沟工艺在基建投资方面比传统活性污泥法节省很多（当只需去除BOD5时，可能节省不多）。
同样，当仅要求去除BOD5时,对于大规模污水厂采用氧化沟工艺运行费用比传统活性污泥法略低或相当,而要求去除BOD5且去除NH3—N时，氧化沟工艺运行费用就比传统活性污泥法节省较多。
污泥量少，污泥性质稳定.由于氧化沟所采用的污泥龄一般长达20～30d，污泥在沟内得到了好氧稳定，污泥生成量就少，因此使污泥后处理大大简化,节省处理厂运行费用，且便于管理。
具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力.水流在氧化沟中流速为0.3～0。
4m/s，氧化沟的总长为L，则水流完成一个循环所需时间t=L/S,当L=90~600m时，t=5～20min。
由于废水在氧化沟中设计水力停留时间T为10～24h，因此可计算出废水在整个停留时间内要完成的循环次数为30~280次不等。
可见原污水一进入氧化沟,就会被几十倍甚至上百倍的循环量所稀释，因此具有一定承受冲击负荷的能力。
占地面积少.由于氧化沟工艺所采用的污泥负荷较小、水力停留时间较长，使氧化沟容积会大于传统活性污泥法曝气池容积，占地面积可能会大些，但因为省去了初沉池和污泥厌氧消化池，占地面积总的来说会少于传统活性污泥法。
c。
A/O和A2/O法
A/O工艺自被开发以来,就因为其特有的经济技术优势和环境效益，愈来愈受到人们的广泛重视。
通常称为A/O工艺的实际上可分为两类，一类是厌氧/好氧工艺,另一类是缺氧/好氧工艺。
厌氧状态和缺氧状态之间存在着根本的差别：
在厌氧状态下既有无分子态氧，也没有化合态氧，而在缺氧状态下则存在微量的分子态氧（DO浓度〈0.5mg/L），同时还存在化合态的氧,如硝酸盐．。
A2/O法的特点有:
A2/O法在去除有机碳污染物的同时,还能去除污水中的氮磷，与传统活性污泥法二级处理后再进行深度处理相比，不仅投资少、运行费用低，而且没有大量的化学污泥，具有良好的环境效益。
②A2/O法厌氧、缺氧、好氧交替进行，有利于抑制丝状菌的膨胀,改善污泥沉降性能.
③A2/O法工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同样功能的工艺，节省基建投资.
④A2/O法缺点是受泥龄、回流污泥中溶解氧和硝酸盐氮的限制,不可能同时取得脱氮和除磷都好的双重效果。
d.A-B法工艺
AB工艺是一种生物吸附―降解两段活性污泥工艺，A段负荷高，曝气时间短，0。
5h左右，污泥负荷高2~6kgBOD5/（kgMLSS·d），B段污泥负荷较低，为0.15～0。
30kgBOD5/（kgMLSS·d）,该段工艺有机物、氮和磷都有一定的去除率，适用于处理浓度较高，水质水量较大的污水，通常要求进水BOD5≥250mg/L,AB工艺才有明显优势［4]。
AB工艺的优点:
具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。
①对有机底物去除效率高。
②系统运行稳定。
主要表现在:
出水水质波动小,有极强的耐冲击负荷能力,有良好的污泥沉降性能。
③有较好的脱氮除磷效果。
④节能。
运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源.经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%～25％。
AB工艺的缺点
①A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气,影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作,使A段曝气池运行于厌氧工况下,导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体.
②当对除磷脱氮要求很高时,A段不宜按AB法的原来去处有机物的分配比去除BOD55％～60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低,不能有效的脱氮.
③污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80％左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。
e.SBR工艺
SBR实际上是最早出现的活性污泥法，早期局限于实验研究阶段,但近十年来，由于自动控制、生物选择器、机械制造方面的技术突破才使得这一工艺真正应用于生产实践,目前该工艺的应用正在我国逐步兴起[5].
它是一个完整的操作过程，包括进水、反应、沉淀、排水排泥和闲置5个阶段。
SBR工艺有以下特点：
①生物反应和沉淀池在一个构筑物内完成，节省占地,土建造价低。
②具有完全混合式和推流式曝气池的优势，承受水量,水质冲击负荷能力强。
③污泥沉降性能好，不易发生污泥膨胀.
④对有机物和氮的去除效果好。
但传统的SBR工艺除磷的效果不理想，主要表现在：
对脱氮除磷处理要求而言，传统SBR工艺的基本运行方式虽充分考虑了进水基质浓度及有毒有害物质对处理效果的影响而采取了灵活的进水方式，但由于这种考虑与脱氮或除磷所需要的环境条件相背，因而在实际运行中往往削弱脱氮除磷效果.就除磷而言，采用非限量或半限量曝气进水方式，将影响磷的释放;对脱氮而言，则将影响硝化态氮的反硝化作用而影响脱氮效果。
表2生物处理方案技术经济比较
方
案
技术
指标
经济指标
运行情况
备
注
BOD5去
除率％
基建
费
能
耗
占
地
运行
稳定
管理
情况
适应负荷波动
A/O
85～95
>100
>100
〉100
一般
一般
一般
需脱氮除磷的污水处理厂
氧化沟
90～95
〈100
>100
>100
稳定
简便
适应
适用于中小型污水厂，需要脱氮除磷地区
AB法
85~95
〈100
〈100
约100
一般
简便
适应
适应可分期建设达到不同的要求
SBR法
90~99
〈100
100
<100
稳定
简便
适应
适用于中、小型污水处理厂
注:
*将传统活性污泥法100作为相对经济指标基准。
从上面的对比中我们可以得到如下结论：
根据综合分析，为使该废水达到排放标准则应考虑使用具有脱氮除磷功能的生物处理工艺.
由以上内容知,处理工艺上优先选择A/O法和氧化沟法，两种工艺都能达到预期的处理效果，且都为成熟工艺，但经分析比较，氧化沟法工艺方案在以下方面具有明显优势.
氧化沟法方案在达到与传统活性污泥法同样的去除BOD5效果时，还能有更充分的硝化和一定的反硝化效果;
氧化沟法管理较简单，适合该污水处理管理技术水平现状；
③氧化沟法相对A/O法具有更强的适应符合波动能力[6]。
综合以上对比分析,本工程以氧化沟法污水处理厂工艺方案作为推荐方案，如图1所示。
图1氧化沟法污水处理厂工艺流程
3污水处理工艺设计计算
3。
1污水处理系统
3。
1。
1格栅
格栅主要是为了拦截废水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺利进行。
主要是对水泵起保护作用，拟采用中格栅，格栅栅条选用圆钢，栅条宽度S=0。
01m，间隙拟定为0.02m[2］。
设计参数：
栅条间隙e=20.00mm，栅前水深h=0。
4m,过栅流速υ=0.9m/s,安装倾角δ=60°,φ10圆钢为栅条阻力系数=1。
79。
图2格栅示意图
①栅条间隙数n
式中：
n——栅条间隙数，个;
Qmax-—最大设计流量，Qmax=0。
129m3/s；
a——格栅倾角，取60；
b——栅条间隙,m,取0.02m；
h——栅前水深，m，取0。
4m；
v——过栅流速，m/s,取0。
9m/s；
则:
=16.67条取17条
②栅槽宽度B
B=S（n—1）+bn
式中:
S——栅条宽度,m,取0。
01m.
则：
B=S（n—1）+bn=0。
01×（17-1）+0.02×17=0.5m
③通过格栅的水头损失h1=h0k
式中：
h1-—设计水头损失，m；
h0——计算水头损失,m；
G—-重力加速度，m/s2,取g=9.8m/s2;
K——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用=3；
-—阻力系数，其值与栅条断面形状有关；
—-形状系数,取=1。
79（由于选用断面为锐边矩形的栅条）。
则：
==0。
03m
h1=h0k=0.03×3=0。
09m
④栅后槽总高度H
H=h+h1+h2
式中：
h2—-栅前渠道超高，取=0.3m.
则:
H=h+h1+h2=0。
4+0。
09+0.3=0。
79。
⑤栅槽总长度L
式中：
——进水渠道渐宽部分的长度，m；
B1——进水渠宽，m，取B1=0.35m；
a1——进水渠道渐宽部分的展开角度，取a1=20；
--栅槽与进水渠道连接处的渐窄部分长度，m；
H1—-栅前渠道深，m.
则：
0。
22m
=0。
11m
H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m
L=l1+l2+0。
5+1。
0+=0。
22+0。
11+0。
5+1.0+=2。
23m
⑥每日栅渣量W
式中：
W1——栅渣量，m3/（103m3）污水，取W1=0.07m3/（103m3）污水。
则：
W==0。
45m3/d>0.2m3/d，宜采用机械清渣
3.1.2污水提升泵池
设计计算
①设计流量:
Q=301L/s，泵房工程结构按远期流量设计
②泵房设计计算
采用氧化沟工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。
污水经提升后入平流沉砂池，然后自流通过厌氧池、氧化沟、二沉池及接触池,最后由出水管道排入关渠堰.
根据最大流量设计，选用4台150QW-180-6-5.5潜污泵（3用1备）[7],Q＝180m3/h，H=6m；采用高、中、低水位分别启动水泵,通过液位计来实现自动控制；出水管上设置管式流量计,对出水流量进行监测和控制.
污水提升泵池尺寸:
1000mm×900mm×1500mm
数量:
1座
材质：
钢筋混凝土
构造：
全地埋
3。
1.3平流式沉砂池
①设计说明污水经提升泵提升后进入平流沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组分为两格［4］。
每格宽度B1=0。
65m
沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直接卸入自卸汽车外运。
设计流量为Qmax=464m3/h=0。
129m3/s，设计水力停留时间t=30s，水平最大流速υ=0.25m/s，城市污水沉砂量X=30m3/（106m3），清除沉砂的间隔时间T=2d。
每格池平面面积为A=m2
②沉砂池水流部分的长度（L）
式中：
L--沉砂池水流部分的长度,L；
V-—曝气沉砂池有效容积，m3；
t--设计水力停留时间t=40s
则：
m
③池宽度B
B=n×B1=2×0。
65=1。
3m
式中:
B——沉砂池总宽度；
B1—-单个沉砂池宽度；
n——沉砂池个数.
则：
B=n×B1=2×0。
65=1。
3m
④有效水深h2
h2=
式中:
h2——有效水深；
A——池平面面积；
B——沉砂池总宽。
则：
h2=m
⑤沉砂斗所需容积（V）
V=
式中:
V——沉砂斗所需容积；
Qmax——最大设计流量，Qmax=0。
129m3/s;
X——城市污水沉砂量，m3/（106m3）；
T--清除沉砂的间隔时间，d。
--水流量变化系数，取1.7。
则：
V=
⑥池总高度（H）
H=h1+h2+h3
式中：
h1——沉砂池超高，取0.3m;
h2——有效深度，h2=0。
4m；
h3-—沉砂室高度,取0。
5m
则:
H=h1+h2+h3=0。
3+0.4+0。
5=1.2m
3.1.4厌氧池
a。
设计参数
设计流量：
最大日平均时流量为Qmax=129L/s
水力停留时间：
T=2.5h
污泥浓度:
X=3000mg/L
污泥回流液浓度：
Xr=10000mg/L
考虑到厌氧池与氧化沟为一个处理单元，总的水力停留时间超过15h,所以设计水量按最大日平均时考虑［8］。
b.设计计算
①厌氧池容积：
V=Q1′T=129×10—3×2。
5×3600=1161m3
②厌氧池尺寸：
水深取为h=4。
0m.
则厌氧池面积:
A=
厌氧池直径:
D=m（取D=20m）
考虑0。
3m的超高，故池总高为H=h+0。
3=4+0。
3=4.3m.
③污泥回流量计算:
回流比计算
R=
污泥回流量
QR=0。
43×129=55。
47L/s=4792m3/d
3。
1.5氧化沟
3.1。
5。
1设计参数（进水水质如表1所示）
进水BOD5=200mg/L出水BOD5=20mg/L
进水NH3-N=30mg/L出水NH3-N=15mg/L
污泥负荷Ns=0.14KgBOD5/（KgVSS·d）
污泥浓度MLVSS=5000mg/L
污泥f=0.6，MLSS=3000mg/L。
拟用卡罗塞（Carrousel）氧化沟，去除BOD5与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3—N低于排放标准。
氧化沟按设计分2座，按最大日平均时流量设计Qmax=11092m3/d=129m3/s，每座氧化沟设计流量为
Q1＝=65L/s.
总污泥龄:
20d
MLSS=3600mg/L，MLVSS/MLSS=0。
75则MLSS=2700
曝气池:
DO＝2mg/L
NOD=4.6mgO2/mgNH3-N氧化，可利用氧2。
6mgO2/NO3—N还原
α＝0。
9β＝0。
98
其他参数：
a=0.6kgVSS/kgBOD5b=0.07d-1
脱氮速率：
qdn=
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