氧化沟处理城市污水设计说明.docx
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氧化沟处理城市污水设计说明
氧化沟工艺处理城市污水
专业：
环境工程学号：
**********
学生姓名：
***指导教师：
**
摘要
本次毕业设计的题目为某污水处理厂设计——氧化沟工艺。
主要任务是工艺流程选择及构筑物设计和计算。
其中初步设计要完成设计说明书一份、污水处理厂总平面布置图一张、高程图一张，流程图一张，主要设备图一张，管道布置图一张；单项处理构筑物施工图设计中，主要是完成氧化沟平面图和剖面图。
该污水处理厂工程，总规模达到8万吨/日。
该污水厂的污水处理流程为：
从泵房到沉砂池，进入氧化沟，二沉池，最后出水；污泥的流程为：
从二沉池排出的剩余污泥首先进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后进入消化池，经过消化的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。
出水执行国家污水综合排放标准（GB8978-1996）二级标准。
关键词：
氧化沟工艺；消化池
第一章设计概论
1.1设计依据和设计任务
1.1.1原始依据
1.设计题目:
氧化沟工艺处理城市污水
2.设计基础资料：
原始数据:
Q=80000m3/d
进水水质：
BOD5=200mg/lCOD=500mg/l
SS=200mg/lNH3-N=40mg/l
出水水质：
BOD5<30mg/lCOD<120mg/l
SS<30mg/lNH3-N<1mg/l
1.1.2设计内容和要求
1.根据以上水量水质条件和设计资料，设计二级污水处理厂一座。
建议该污水处理厂生物处理工艺采用氧化沟技术，处理水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准排放要求。
2.完成一套完整的设计计算说明书。
说明书应包括：
污水水量的计算；设计方案对比论证；污水、污泥处理工艺流程确定；污水、污泥处理单元构筑物的详细设计计算；厂区总平面布置说明；污水处理工程建设的技术经济初步分析等。
3.完成初步设计图纸6张：
污水处理厂总平面布置图，污水、污泥处理系统高程布置图；高程图；管线布置图；氧化沟设备图；
4.完成与设计题目有关的英文翻译1篇（不少于2000汉字）。
外文资料的选择在教师指导下进行，要与城市污水氧化沟处理技术紧密联系，严禁抄袭有中文译本的外文资料。
5.按照学校要求完成毕业设计文件。
1.1.3设计目的
伴随着我国城乡经济的快速发展，不可避免的带来了各种各样的环境问题，环境污染，生态破坏。
在“三废”污染问题中，水污染问题成为重中之重。
水是生命之源，而我国又是一个严重缺水的国家，水资源分布不平衡，南多北少，东多西少，人均水资源占有量不到世界的平均水平。
面对我国水资源紧缺的现状，面对我国各大河流、湖泊均不同程度的受到了污染的现状，我国推行了一系列旨在节约用水，保护现有水资源的政策。
大规模建设污水处理厂，从源头治理，无疑是保护河流、湖泊不被污染的最好的办法。
同时，经过污水处理厂处理的污水，其中BOD5、COD等主要污染物指标都得到了大幅下降，排水符合国家规定，不会对生态环境造成污染，经过进一步处理的污水，还可作为中水，可用于灌溉、浇花等市政用水，也可用于洗车、冲厕所，可有效的缓解我国水资源紧缺的现状，也保护了环境。
通过对城市污水处理厂处理工艺的选择、设计，可以培养环境工程专业学生利用所学到的水污染控制理论，系统的掌握污水处理方案比较、优化，各主要构筑物结构设计与参数计算的能力。
1.2进出水水质
处理水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准。
根据排水要求和进水水质，计算去除率如表1-1。
表1-1水质处理效率计算
序号
基本控制项目
二级标准
进水水质
去除率
1
COD
120
500
76.2%
2
BOD5
30
200
85.0%
3
SS
30
200
85.0%
4
NH3-N
1.0
40
97.9％
注：
[1]取温水>12℃的控制指标8,水温≤12℃的控制指标15
第二章工艺流程的确定
2.1城市污水处理的现状和发展
世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力得到提高，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。
污水也是造成环境污染的来源之一。
这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。
中国政府历来重视环保治理工作，敬爱的周恩来总理曾提出了“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”32字方针，历届政府提出根治海河、三河三湖的治理的要求。
由于各界政府的高度重视，我国的污水处理事业得到了长足的发展，但是我们要清醒的看到，我国工农业生产发展的步伐很快，特别是改革开放的20年乡镇企业的诞生使我国的企业结构发生了变化，有些企业在追求经济效益时忽视了社会、环境效益，若长此下去将带来环境受到严重污染的后患。
为此当今环境污染的治理不能停留在各级政府的重视，而要深化到全民族每位公民环保意识的提高。
我们不仅要达到经济发展了，生活水平提高了，还要做到经济与环境保护协调发展，生活的质量不断提高。
为此我们要唤起民众为21世纪可持续发展目标的实现，为人类健康的生存，为子孙后代留下优质的环境而努力完成自己的责任。
2.1.1目前存在的问题
1.污水处理厂建设资金的短缺
2.污水处理厂运行经费不能到位
3.进口设备的维修及设备备件的开发
4.污水处理工艺选择有一阵风的现象，不结合本地区的实际情况选热门艺
5.污水处理后的再生水得不到充分的利用
6.污泥没有真正达到无害化，没有最终处置的途径
7.污水处理厂没有除臭装置
2.1.2今后的发展趋势
1.经济发展与污水处理事业协调发展
2.扶植国内环保产业（污水处理行业）的发展
3.多方筹资加速污水处理厂的建设，以最短的时间控制、治理已造成污染的水环境
4.改变污水处理行业的运营机制，由事业型向企业经营型转变
5.加强污水处理工艺选择机制，为各地区污水处理厂建设的工艺审查把关
6.政府应给予污水处理行业优惠的政策
7.再生水回用
8.加大宣传力度，提高全民水的忧患意识
2.2污水处理中生物方法的比较
2.2.1SBR工艺和氧化沟工艺的比较
如前所述，SBR工艺和氧化沟工艺都比较适合于中小型污水厂，如果设计管理的好，都可以取得比较好的除磷脱氮效果。
但是这两种工艺又各有优缺点，分别适用于不同的情况。
a）SBR工艺由于采用合建式，不需要设置二沉地，同时由于采用微孔曝气，可以采用的水深一般为4～6m，比一般氧化沟的水深（3～4m）要深，因此在同样的负荷条件下，SBR工艺的占地面积小，如果污水处理厂所在地的征地费用比较高，对SBR工艺有利。
b）SBR工艺中一个周期的沉淀时间是由活性污泥界面的沉速、MLSS浓度、水温等因素确定的，浑水时间是由滗水器的长度、上清液的滗除速率等因素决定的，对于一个固定的反应系统，沉淀时间和滗水时间的和基本上是固定的，一般都不应小于2小时，因此，每个周期的时间短，反应时间所占的比例就低，反应池的体积利用系数降低。
对于对污泥稳定要求不高的污水厂，选择SBR工艺不利。
（合建式氧化沟工艺也有这个缺点）。
c）SBR工艺和交替式氧化沟需要频繁地开停进水阀门，曝气设备，滗水器等，因此，对自控设备的要求比较高，目前，某些国产设备的质量尚不过关，如果考虑进口，自控系统所占的投资比例将增加，而且将增大维修费用。
d）在寒冷的气候条件下，因为表面爆气器会造成表面冷却或者结冰，降低污水的温度，而污水的温度降低，对生化反应尤其是硝化反应的影响较大，所以，在寒冷地区，采用氧化沟工艺，需要采取一些特殊措施，如将氧化沟加盖，而这些措施都使氧化沟工艺在和其它工艺竞争中，处于不利的地位。
e）在一些水量非常小的小城镇，夜间几乎没有污水产生，这时候SBR工艺和交替式氧化沟工艺有优越性，曝气设备可以白天运转，夜间停止运行。
2.2.3氧化沟的选择
1.选择
目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：
帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。
这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。
在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。
而卡鲁塞尔氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分开自成体系，但彼此又有联系。
该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性，把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗。
Carrousel氧化沟由于具有良好的出磷脱氮能力、抗冲击负荷能力和运行管理方便等优点，已经得到了广泛的应用。
所以这里我们也将选择卡鲁塞尔氧化沟作为生物处理工艺。
2.比较
Orbal氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别形成厌氧、缺氧、和好氧三个区域，采用转碟曝气。
由于从内沟（好氧区）到中沟（缺氧区）之间没有回流设施，所以总的脱氮效率较差。
在厌氧区采用表面搅拌设备，不可避免的带入相当数量的溶解氧，使得除磷效率较差。
三沟式氧化沟属于交替运行式氧化沟，由丹麦Kruger公司创建。
由三条同容积的沟槽串联组成，两侧的池子交替作为曝气池和沉淀池，中间的池子一直作为曝气池。
原污水交替地进入两侧的池子，处理出水则相应地从作为沉淀池的池中流出，这样提高了曝气转刷的利用率（达59%左右），另外也有利于生物脱氮。
。
3.Carrousel氧化沟的结构：
由图2-1可见，Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。
因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。
氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.5～4.5ｍ，宽深比为2:
1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。
氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。
图2-1Carrousel氧化沟平面结构图
4.Carrousel氧化沟处理污水的原理
最初的普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。
表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2～3mg/L。
在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。
在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速>0.3m/s）。
微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。
经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。
该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。
由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去除BOD，但除磷脱氮的能力有限。
2.3工艺流程的确定
2.3.1工艺流程如图2-2
图2-2氧化沟处理工艺流程图
2.3.2污水处理部分
1.格栅
本污水处理厂设置粗、细两道格栅。
格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。
按栅条的种类可分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和活动栅条式格栅。
由于直棒式格栅运行可靠，布局简洁，易于安装维护，本工艺选用直棒式格栅。
格栅与水泵房的设置方式。
2.沉砂池
沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。
平流式沉砂池是常用的形式，污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留物及颗粒效果较好的优点。
竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池内，无机物颗粒藉重力沉于池底，处理效果一般较差。
曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。
曝气沉砂池的优点是，通过调节曝气量，可以控制污水旋流的速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小
权衡比较之后，考虑到拟建污水处理厂的水质特点，从实际处理效率和经济运行成本出发，决定采用平流式沉沙池。
3.氧化沟
主要比较已经在前面叙述，采用Carrousel氧化沟。
4.沉淀池
a）平流式沉淀池
由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成；
流入装置由配水槽、挡流板组成，流出装置由流出槽与挡板组成，缓冲层的作用时避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷，污泥区起贮存、浓缩和排泥作用，排泥方式有静水压力法、机械排泥法。
b）辐流式沉淀池
池型呈圆形或正方形，直径（或边长）6-60m，池周水深1.5-3.0m，用机械排泥，池底坡度不宜小于0.05。
可用作初沉池或二沉池。
c）竖流沉式淀池
池型可用圆形或正方形。
为了池内水流分布均匀，池径不宜太大，一般采用4-7m。
沉淀区呈柱形，污泥斗呈截头倒锥体。
辐流沉淀池工艺成熟，适合范围广，故采用之。
2.3.2污泥处理部分
1.污泥的处理要求
污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理要求如下：
减少有机物，使污泥稳定化
减少污泥体积，降低污泥后续处置费用
减少污泥中有毒物质
2.常用污泥处理的工艺流程：
城市污水处理厂所产生的污泥约为处理的水的体积的0.5%-1.0%左右。
这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境造成新的污染。
在几种常用的工艺中，b法仅对污泥做脱水处理，方法过于简单，不能起到污泥稳定的作用，其中的微生物也不能杀灭。
C法则设备投资和运行费用过于昂贵，目前仅用于工业污泥和垃圾的处理。
D法直接作用于农田，对重金属的含量要求十分严格，该污水处理厂同时处理生活污水和工业废水，其中工业废水中将不可避免的含有较多量的重金属。
因此，经过几种工艺的比较，我们选用a法，污泥首先进入浓缩池，然后进入消化池，去除其中的大部分挥发性固体，然后经由带式压滤机脱水，最后运出厂外集中处置。
其中污泥浓缩，脱水有两种方式选择，污泥含水率均能达到80%，方案如下：
（1）方案一:
污泥机械浓缩、机械脱水
（2）方案二:
污泥重力浓缩、机械脱水
项目
方案一
方案二
主要构筑物
①污泥贮泥池②浓缩、脱水机房
①污泥浓缩池②脱水机房
主要设备
①浓缩池刮泥机
①浓缩池刮泥机②脱水机
占地面积
小
大
絮凝剂总用量
3.0-4.0kg/ＴDs
≤4.0kg/TDS
对环境的影响
小
大
总土建费用
小
大
总设备费用
一般
稍大
表2-1两种污泥浓缩方法比较
由表2-1可见方案一优于方案二，因此本工程污泥处理工艺选用污泥机械浓缩，机械脱水。
2.4物料衡算
表2-2物料衡算表（单位：
mg/l）
BOD5
COD
进水
出水
去除率
进水
出水
去除率
粗格栅
—
—
—
—
—
—
细格栅
—
—
—
—
—
—
平流式沉沙池
200
190
5%
500
490
2%
卡式氧化沟
190
20
89%
490
110
77.8%
二沉池
20
19
5%
110
107
2.7%
NH3-N
SS
进水
出水
去除率
进水
出水
去除率
粗格栅
—
—
—
200
190
5%
细格栅
—
—
—
190
175
7.8%
平流式沉沙池
40
39
0.25%
175
80
54%
卡式l氧化沟
39
0.8
97%
80
25
68%
二沉池
0.8
0.76
5%
25
24
4%
第三章污水处理系统设计计算
3.1粗格栅
设计说明：
栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。
如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。
此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。
如前面所述，选用平面矩形格栅（三座）
计算草图3-1
图3-1格栅示意图
3.1.1格栅的间隙数量n
取过栅流速0.9m/s, 格栅倾角α=60°,，栅条间距b=30 mm ,栅前水深0.6m
取n=17
式中:
Qmax－最大设计流量,m3/s
a-格栅倾角
b-栅条间隙.m
h-栅前水深,m
v-污水流经格栅的速度,m/s
3.1.2格栅的建筑宽度B
设计采用圆钢为栅条，即s =0.01m
3.1.3过栅水头损失
栅条断面形状为圆形
式中:
ξ-阻力系数，其值与栅条断面形状有关，圆形取1.79
k-格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3
3.1.4栅后槽的总高度
式中:
h2-栅前渠道超高，取0.3米
3.1.5格栅的总建筑长度
式中:
L1—进水渐宽部位长度，m
b1—进水渠渠宽，取0.8米；
a1—进水渠渐宽部分展开角，20°
L2—出水渠道渐窄部位长度，L2= 0.5L1=0.61m
3.1.5每日栅渣量的计算
工程格栅间隙为30mm，取W1=0.02m3/103m3
式中：
KZ—生活污水流量总变化系数，取1.5
因为每日栅渣量＞0.2ｍ3／ｄ，宜采用机械清渣
3.1.6 清渣设备
亚太环保公司的FH型旋转式格栅除污机，2台，N=1.5KW。
3.1.7 构筑物大小
7.53m（长）×0.66m（宽）×1.09m（高）
3.2 泵站
设计流量Qmax=0.926m3/s，考虑到经济实用性，拟采用螺旋泵作为污水提升装置．为了避免设备24小时运转，决定共配备6台螺旋泵，四用二备，在平时6台水泵替换使用，可有效延长设备使用寿命，同时，在某台水泵出现故障时，可启用备用水泵，实现污水处理厂的不间断持续运转．
每台泵的设计水量为：
Q＝0.926/4＝833m3/ｈ
集水池容积采用相当于一台泵的15min流量，
即：
3.3细格栅
拟建2座
3.3.1设计参数
设计流量Qmax=0.926m3/s，栅前水深1.0m，过栅流速v=0.9m/s
栅条间隙b=10mm，栅前长度L1=1.0m，栅后长度L2=1.0m
格栅倾角a=60°，栅条宽度S=10mm，栅前渠超高h2=0.5m
3.3.2设计计算
图3-1细格栅计算示意图
3.3.2.1栅条的间隙数n
取n=48个
3.3.2.2格栅的建筑宽度b
取s =0.01m
3.3.2.3通过栅头的水头损失
设格栅断面为锐边矩形断面
3.3.2.4栅后槽总高度
3.3.2.5栅前渠道深
3.3.2.6栅槽总长度：
3.3.2.7每日栅渣量
式中，W1为栅渣量，对于城市污水，栅条间距b=10mm时，W1=0.02m3/103m3
拦截污物量大于0.2m3/d时，宜采用机械清栅。
3.3.3清渣设备
1.JT-10型格栅除污机2台，电机功率2.2kw
2.SY型栅渣压榨机,功率1.5kw
3.4沉砂池
3.4.1设计数据
（1）最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s
（2）最大流量时停留时间不小于30s，一般采用30～60s
（3）有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25～1m，每格宽度不宜小于0.6m
（4）进水头部应采取效能和整流措施
（5）池底坡度一般为0.01～0.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状
3.4.2具体计算
设计2个沉砂池平行处理
3.4.2.1沉沙池长度
取v=0.25m/s，t=30s，L=vt=0.25×30=7.5m
3.4.2.2水流断面
3.4.2.3池总宽度b
设n=2，b=0.8m，B=nb=2×0.8=1.6m
3.4.2.4有效水深
3.4.2.5沉砂室所需容积
式中：
X-城市污水的沉沙量，一般采用30m/106m3（污水）
T-排水时间间隔，d
KZ-生活污水流量的总变化系数
3.4.2.6每个沉砂斗容积
设每一分格有两个沉砂斗
3.4.2.7沉砂斗各部分尺寸
设斗底宽a1=0.6m，斗壁与水平面的倾角为55°，斗高
沉砂斗上口宽：
沉砂斗容积：
沉砂室高度：
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂
池总高度：
设超高h1=0.4m
核算最小流速
：
式中：
qvmin—设计最小流量，m3/s
n1—最小流量时工作的沉沙池数目，取n1=1
Amin—最小流量时沉沙池中的水流断面面积，m2
3.4.3草图
图3-2沉沙池草图
3.4.4沙水分离装置
LSF型螺旋砂水分离器（2套），N=0.37kw
3.4.5构筑物大小
7.5（长）×1.6（宽）×1.62（高）m
3.5氧化沟
Carrousel氧化沟的设计可用延时曝气池的设计方法进行,即从污泥产量WV=0出发,导出曝气池体积,然后按氧化沟工艺条件布置成环状混合式或carrousel式。
氧化沟中循环流速为0.3～0.6m/s，有效深度1～5m。
该污水处理厂日处理水量80000m3，共设计四组氧化沟，每组氧化沟日处理水量为10000m3,进水BOD5浓度为200mg/l,出水BOD5浓度要求小于30mg/l,根据他人经验性数据,我们假定氧化沟中挥发固体浓度X=4000mg/（l·VSS）,二沉池底挥发固体浓度Xr=12370mg/（l·VSS）,产率系数y=0.4,微生物自身衰减系数Kd=0.1d-1,反应速度常数K=0.1L（mg/d）。
3.5.1氧化沟所需容积V（WV＝0）
3.5.2曝气时间Tb
3.5.3回流比R
3.5.4需氧量G
在延时曝气氧化沟中，由微生物去除的全部底物都作为能源被氧化而WV＝0，故系统中每天需氧量为：
折合最终生化需氧量为LT
去除单位质量BOD5的需氧量为
Lτ/G
3.5.5复合污泥负荷N
3.5.6氧化沟主要尺寸
已知氧化沟的容积为3400m3，取水深H＝4.0，沟宽为B＝4m，则氧化沟的长度为：
3.5.7氧化沟草图
图3-3氧化沟草图
3.6二沉池的设计和计算
3.6.1池表面积
式中:
A-池表面积,m2
Q-最大时污水量,m3/h
q-水力表面负荷,m3/（m3·h）,一般为0.5～1.5m3/（m3·h）
拟设计2
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