8万吨每日城市污水氧化沟工艺处理毕业设计.docx
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8万吨每日城市污水氧化沟工艺处理毕业设计
本科毕业设计（论文）
8万吨/日城市污水处理厂氧化沟工艺设计
燕山大学
2014年6月
本科毕业设计（论文）
8万吨/日城市污水处理厂氧化沟工艺设计
学院：
燕山大学里仁学院
专业：
环境工程
学生姓名：
学号：
1016100310XX
指导教师：
张晓春
答辩日期：
燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院：
燕山大学里仁学院系级教学单位：
建筑与环境化学工程系
学
号
1016100310
学生
姓名
专业
班级
环境工程10级X班
题
目
题目名称
8万吨/日城市污水处理厂氧化沟工艺设计
题目性质
理工类-工程设计
题目类型
毕业设计
题目来源
自选题目
主
要
内
容
1.确定污水的水质水量，及排放标准；
2.确定污水处理的工艺流程；
3.计算污水处理工艺参数，确定各个处理构筑物的设计参数；
4.通过计算选择泵、风机等设备；
5.画出处理系统的平面布置图、高程图。
6.画出1个构筑物图
基
本
要
求
1.查阅文献，提出设计方案；
2.设计计算说明书2万字；
3.相关翻译（英译汉）3000字；
4.图纸折合A0图1.5张。
参
考
资
料
1.《环境保护设备选用手册》（水处理设备），化学工业出版社，2002
2.《三废处理工程技术手册：
废水卷》主编：
聂永丰，化学工业出版社，2000
3.《污水处理新工艺与设计计算实例》，主编：
孙力平，科学出版社，2001
4.《环境工程设计手册》主编：
魏先勋，湖南科学技术出版社，2002
周次
1—4周
5—8周
9—12周
13—14周
15—17周
应
完
成
的
内
容
实地调研、查阅相关资料，撰写文献综述、开题报告
确定主要工艺参数，计算工艺参数以及设备选型
完成计算，画高程图、平面图、构筑物图
完成设计图、撰写论文、外文翻译
论文图纸审查、整理、打印，准备答辩，毕业答辩
指导教师：
张晓春
职称：
副教授2014年3月2日
系级教学单位审批：
年月日
摘要
本次毕业设计的题目为8万吨/日城市污水处理厂氧化沟工艺设计。
主要任务是工艺流程选择及构筑物设计和计算。
原污水中各种指标为：
BOD浓度为200mg/L，COD浓度为500mg/L，SS浓度为200mg/L，NH3-N浓度为40mg/L，出水执行国家污水综合排放标准（GB18918-2012）一级A标准，出水指标为：
BOD≤10mg/L，COD≤50mg/L,SS≤10mg/L,NH3-N≤5mg/L。
本次设计拟采用卡鲁塞尔氧化沟工艺，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，然后进入消毒池，经过消毒的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。
关键词：
卡鲁塞尔氧化沟；城市污水处理，工艺设计
Abstract
ThetopicofthisdesignisthedesignofsewagetreatmentplantinoneCityusingtheoxidationditchcraft.Themaintaskistheselectionsofprocessflowandthedesignsandcalculationconstructionsusedinprocessflow.Theinfluentquality：
COD=500mg/L,BOD=200mg/L,SS=200mg/L,NH3-N=40mg/L.Theeffluentquality:
COD≤50mg/L,BOD≤10mg/L,SS≤10mg/L,NH3-N≤5mg/L。
Thewastewatertreatmentplantsewagetreatmentprocess:
fromthepumpingstationtoGritChamber,enteroxidationditch,twosedimentationtank,thefinaleffluent;SludgeProcess:
twofromthesettlingtankdischargeofthefirsttoreachtheremainingsludgethickeningtank,sludgethickening,andthenenterDigester,Afterdigestionofsludgesenttothebeltfilterpresses,andfurtherdehydration,transportedtothelandfill.
Keywords:
CarrouselOxidationDith；Sewagetreatment;Technologicaldesign
3.6.1二沉池设计说明23
3.6.2二沉池设计计算24
第1章绪论
1.1课题背景
随着我们居住的城市规模的扩大，人口的递增，人民生活水平的提高和工业生产的持续发展, 城市水污染物排放量不断增长, 造成水环境的严重污染。
中国七大水系中目前很大部分河段污染严重，86%的城市河段普遍超标，全国7亿多的水中大肠杆菌超标，1.6亿人饮用有机污染严重的水，3500万人饮用硝酸盐超标的水。
据我国近几年的实测资料显示，我国的生活污水中的BOD5和SS值有显著地升高，BOD5的值为25-35g/（人·d）,而SS值为35-55g/（人·d）。
并含有一定的N、P等无机盐，这些物质本身并无毒，但可能导致水体富营养化。
大量未经处理的生活污水直接排入周围河流，致使城市周围环境污染十分严重，不但直接污染了市区的地下饮用水，而且对河流下游地区的农业生产和人民生活造成了危害，人类和生物赖以生存的生态环境受到了日益严重的威胁。
因此对城市污水进行有效的处理才能满足发展生产和生活的需要。
我国的污水处理事业发展很迅速，国外污水处理的新技术，新工艺，新设备等都被我国引进，其中氧化沟工艺应用较为广泛，氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。
1.2国内外研究现状
我国城市污水处理事业开始于1921年。
上海首先建立了北区氧化沟工艺污水处理厂，1926年又建了西区和东区污水厂，并且也采用氧化沟工艺，总处理能力为4万吨/日。
近几年来随着经济的发展，水污染控制所面临的问题也愈加严重，目前不仅大、中、小城市建设氧化沟工艺的污水厂，还有些郊区县也建设了，如上海市嘉定县的污水厂已投人运行十几年了，上海市青浦徐径镇、重庆市渝北区、河南省汝州市、浙江省多个县郊等几十个污水处理厂工程正在兴建中。
据2000年统计，全国城镇的污水处理率达到25%，2010年将达到50%。
然而，同先进国家相比，我国城市污水处理事业从数量、规模、普及率以及机械化、自动化程度上，还都存在着较大的差距。
按照《城市污水污染控制技术政策》要求，城区人口达50万以上的城市，必须建立污水处理设施;在重点流域和水资源保护区，城区人口在50万以下的中小城市及村镇，应依据当地水污染控制要求，建设污水处理设施，而氧化沟工艺也成了我国污水处理的重要手段之一。
氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式（Passveer）简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/（kW·h）。
奥式（Orbal）简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO（如外环为0，中环为1，内环为2），有利于脱氮除磷。
采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。
若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。
卡式（Carrousel）简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。
三沟式氧化沟（T型氧化沟），此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。
T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。
不设厌氧池，不具备除磷功能。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。
建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率（提高20%）和动力效率［达2.5～3.0kgO2/（kW·h）］。
1.3发展趋势
氧化沟技术发展的优势在于氧化沟的环流，由于这种环流，是造成氧化沟长久不衰的内在原因，外在原因则是其具有多功能性、污泥稳定、出水水质好和易于管理。
氧化沟有别于其它活性污泥的主要特征是环形池型，或者说只要保持沟渠首尾相接，水流循环流动，选用的特定设计参数、沟型和运行方式，就会给运行者和设计者带来极大方便，其灵活性和适应性也非常强，并且未来在氧化沟的占地面积，投资，耗能，和提高微生物活性，效率等方面应该有一些完善和突破。
第2章计算说明
2.1设计水量和水质
1.设计水量
本次设计是根据某城市的供水现状和城市总体规划，拟定的设计水量为80000吨/日。
2.进水水质
生活污水来自城市居民和公共建筑，主要污染物为BOD、COD、SS、NH3-N、磷等，本次设计根据某城市的污水水质监测，确定水质相关参数为：
BOD5=200mg/LCOD=500mg/L
SS=200mg/LNH3-N=40mg/L
TP=5mg/LTN=40mg/L
3.出水水质
出水指标执行国家污水综合排放标准（GB8978-1996）一级A标准：
BOD≤10㎎/LSS≤10㎎/L
CODcr≤50㎎/LNH3-N≤5mg/L,
TP≤0.5mg/LTN≤15mg/L
2.2工艺的选择
为了是污水处理厂达到预期的标准，在工艺的选择和技术上需要具备以下的条件：
1.所选的生化处理工艺必须到达较高的氧转移率，曝气动力效率高，节省动力消耗，为了防止并减少泡沫的产生，必须保证生化处理单元具有较大的污泥浓度，即混合悬浮固体浓度应尽量高；
2.所选的好养处理工艺必须具有较大的生化反应推动力，即底物浓度梯度大，所以选择的工艺对难以生物降解的污染物质有较强的分解氧化能力；
3.对进水的水质、水量由巨大的稀释能力，不会因为水质水量的急剧变化导致系统瘫痪、停运、失去运作能力；
4.适当的选择较低的有机负荷，低负荷对可降解有机物分解彻底，可以达到较高的处理浓度。
确保排放水质，便于污水资源化回收利用，并且污泥龄厂，生物污泥混合生成量少，污泥处置费用低；
5.在冬季生化反应效果差和其他不利条件下，采用化学絮凝剂可以控制沉淀池出水悬浮物和有机物浓度。
综上所述，本次设计决定采用卡鲁塞尔氧化沟处理工艺。
工艺流程图如下：
图1工艺流程图
2.3卡鲁塞尔氧化沟工艺的特点
（1）在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；
（2）污泥稳定，不需消化池可直接干化；（3）工艺极为稳定可靠；（4）工艺控制极其简单；（5）系统性能显示，BOD降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；（6）Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；（7）Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。
2.4本章小结
本章依据城市相关的原始数据，以及设计要求，确定采用卡鲁塞尔氧化沟工艺，并根据相关水质要求，地理环境和社会环境，合理安排工艺流程。
第3章基础构筑物的计算
3.1粗格栅
3.1.1设计说明
在本工艺中格栅是用来阻挡污水中大体积的悬浮污染物，以确保后面的工艺流程能正常的进行，降低设备的损坏率。
粗格栅是用来保护进水泵房的，细格栅的作用是保护后面的构筑物。
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。
3.1.2设计计算
日平均污水量：
80000m3/d，生活污水流量总变化系数Kz取1.5，Qmax=80000m3/d×1.5=120000m3/d=5000m3/h=1.39m3/s。
设计参数：
过栅流速:
V=0.9m/s
格栅倾角:
α=60°
栅条间隙宽度:
b=30mm
栅前渠道水深:
h=0.6m
栅前渠道流速:
V前=0.6m/s
栅条宽度:
s=10mm
拟建3座平面矩形格栅
计算如下：
图3-1格栅计算草图
（1）过栅流量Q1：
Q1=Qmax÷3=1.39m3/s÷3=0.46m3/s（3-1）
（2）栅条间隙数n：
n=
=
=26.42（3-2）
取n=27个。
（3）栅槽宽度B：
B=s（n－1）+bn（3-3）
=0.01×（27－1）+0.03×27
=1.07m
（4）进水渠道渐宽部分的长度L1：
设进水渠宽B1=1.0m，渐宽部分展开角α1=20°
L1=
=
≈0.96m（3-4）
（5）栅槽与出水部分连接处的渐窄部分的长度L2：
L2=
=0.96÷2=0.48m（3-5）
（6）通过格栅的水头损失h1：
h1=h0K=Kβ（
）4/3×
sinα（3-6）
=3×2.42×（
）4/3×（
）sin60°
=0.06m
式中：
设栅条断面为锐边矩形断面，
h1为设计水头损失，m
h0为计算水头损失，m
β=2.42，
g为重力加速度，m/s2
k为系数，格栅受污染物堵塞是水头损失增大倍数，一般采用3。
（7）栅槽总高度H：
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=0.6+0.06+0.3=0.96m（3-7）
H1=h+h2=0.6+0.3=0.9m
（8）栅槽总长度L:
L=L1+L2+1.0+0.5+
（3-9）
=0.96+0.48+1.0+0.5+
=3.45m
（9）每日栅渣量W:
格栅间隙在16～25mm时，栅渣量w1=0.1～0.05m3/1000m3.污水，格栅间隙在30～50mm时,栅渣量w1=0.03～0.01m3/1000m3.污水，本工艺格栅间隙为30mm，w1取0.02m3/1000m3.污水。
W=
（3-10）
=
=1.6m3/d＞0.2m3/d
因此采用机械清渣。
（10）清渣设备
选择亚太环保公司的FH型旋转式格栅除污机，2台，N=1.5KW。
3.2提升泵房
设计水量为80000m3/d，考虑到经济效应和实用性，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，准备共配备6台提升泵，四用二备，在平时工作中需6台水泵替换使用，这样可以有效延长设备使用寿命，并且在某台水泵出现故障的时候，可以启用备用水泵，从而实现污水处理厂的不间断持续运转。
单台泵的设计水量为：
Q单=
（3-11）
=
=0.35m3/s
=1251m3/h
取污水提升前水位为-2.5m，细格栅与水平基准面相差5.4m，所以污水总提升扬程为7.9m。
可选用LX350-300-12型泵，该泵提升流量为1400m3/h，扬程为12m。
转速为980rad/min，效率为72%，电机功率为75KW。
3.3细格栅
设计参数：
设计流量Qmax=1.39m3/s
栅前水深h=1.0m
过栅流速v=0.9m/s
栅条间隙b=10mm
格栅倾角a=60°
栅条宽度S=10mm
拟建2座
设计计算：
（1）栅条间隙数n：
过栅流量Q1=Qmax/2=1.39÷2=0.695m3/s
n=
（3-12）
=
=71.86
取n=72个。
（2）栅槽宽度B：
B=s（n-1）+bn（3-13）
=0.01×（72-1）+0.01×72
=1.43m
（3）进水渠道渐宽部分的长度L1:
设进水渠宽B1=1.0m，其渐宽部分的展开角度为α1=20°。
L1=
=0.59m（3-14）
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分的长度L2：
L2=
=0.59÷2=0.295m（3-15）
（5）通过格栅的水头损失h1：
设格栅的断面为锐边矩形度断面
h1=h0K=Kβ（
）4/3×
sinα（3-16）
=3×2.42×1×0.92÷（2×9.8）sin60
=0.35m
式中：
设栅条断面为锐边矩形断面
h1为设计水头损失，m
h0为计算水头损失，m
β=2.42，
g为重力加速度，m/s2
k为系数，格栅受污染物堵塞是水头损失增大倍数，一般采用3。
（6）栅后槽总高度H:
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=1.0+0.35+0.3=1.65m（3-17）
H1=h+h2=1.0+0.3=1.3m
（7）栅槽总长度L:
L=L1+L2+1.0+0.5+
（3-18）
=0.59+0.295+1.0+0.5+
=3.14m
（8）每日栅渣量W
格栅间隙为10mm，取栅渣量w1=0.02m3/1000m3.污水。
W=
（3-19）
=
=1.6m3/d＞0.2m3/d
采用机械出渣，清渣设备可选择如下：
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曝气沉砂池
沉砂池一般分为平流式、竖流式、环流式（离心式）和曝气式。
由于曝气沉砂池和环流式沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，曝气沉砂池还可以克服普通平流式沉砂池的缺点：
在其截流的沉砂中夹杂着一些有机物，对被有机物包裹的砂粒，截流效果也不高，沉砂易于腐化发臭，难于处置，所以本次设计选用曝气式沉砂池。
设计计算：
（1）池子的有效容积V：
V=Qmax·t·60（3-20）
=1.39·3·60
=250.2m3
式中：
Qmax为最大设计流量，m3/s,Qmax=1.39m3/s,
t为最大设计流量时的停留时间（min），t一般在1～3中取，
本次设计取t=3min
（2）水流断面A:
A=
=1.39÷0.1=13.9m2（3-21）
式中：
A为水流断面面积，（m2）
v1为最大设计流量时的水平流速，（m/s），一般在0.06～0.12m/s中取，本设计取0.1m/s
（3）沉砂池总宽度B:
B=
（3-22）
式中：
B为沉砂池总宽度，（m）
h2为设计有效水深，（m），一般取2～3m，
本设计中取h2=2.3m
B=
≈6m（3-23）
（4）每格池子的宽度b:
沉砂池分两格，即n=2
b=B/n（3-24）
=6÷2
=3m
（5）池长L：
L=
（3-25）
=250.2/13.9
=18m
式中：
L为沉砂池长度，（m）
V为沉砂池有效容积，（m3）
A为水流断面面积，（m2）
平面尺寸B×L=6×18=108m2
（6）每小时所需空气量q:
q=d·Qmax·3600（3-26）
式中：
q为每小时所需空气量，（m3/h）
d为每立方米污水所需空气量，（m3空气/m3污水），一般采用0.1～0.2m3/m3污水。
本次设计中取d=0.2m3/m3污水
q=0.2×1.39×3600=1000.8m3（3-27）
（7）沉砂室沉砂斗体积V0:
V0=
（3-28）
式中：
X为城市污水沉沙量（m3/106m3污水），一般取X=30m3/106m3污水。
T为进出沉砂的间隔时间（d），一般取1～2d。
kz为城市生活污水总变化系数，一般取1.5
V0=
=4.8m3（3-29）
每个沉砂斗的容积V1：
设每一个分格有2个沉砂斗，一共4个沉砂斗。
V1=4.8÷4=1.2m3（3-30）
（8）沉砂斗上口宽度a:
a=
+a1（3-31）
式中：
a为沉砂斗伤口宽度，（m）
h3’为沉砂斗高度,（m）,本设计取1.2m
α为沉砂斗壁与水平面的倾角（°）,一般采用圆形沉砂池,α=55°
a1为沉砂斗底部的宽度（m）,一般采用0.4～0.5m,本设计中取0.5m
a=
+0.5（3-32）
=2.18m
（9）沉砂斗有效容积V0`:
v0`=
（a2+aa1+a12）（3-33）
=1.2÷3×（2.182+2.18×0.5+0.52）
=2.4m3
（10）沉砂室的高度h3:
本次设计采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。
沉砂室由两部分组成：
一部分为沉砂斗，另一部分为沉沙池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为[2（L2+a）+0.2]
L2=（L-2a-0.2）/2（3-34）
=（18-2×2.18-0.2）/2
=6.72m
式中：
0.2m为两沉砂斗壁厚。
h3=h3`+0.06×L2（3-35）
=1.2+0.06×6.72
=1.60m
（11）沉砂池总高度H：
H=h1+h2+h3（3-36）
式中：
h1为沉砂池超高（m），一般取0.3m
H=0.3+1.6+2.3=4.2m（3-37）
3.5氧化沟
采用卡鲁塞尔氧化沟，去除BOD5和CODcr之外，还具备一定的硝化和脱氮除磷的作用，从而使水中的NH3-N达到排放要求。
3.5.1设计参数
设计水量：
Q=80000m3/d，碱度=280mg/L（以CaCo3计），BOD=200mg/L，氨氮=40mg/L，SS=200mg/L，TP=5mg/L。
设计最低温度为10℃，最高温度为25℃，污泥可以达到稳定状态，为确保污泥处于稳定，采用的最小污泥龄为30d。
选取MLSS=4500mg/L，并且设定其75%是可挥发性的。
即MLVSS/MLSS=0.75。
好氧沟段的溶解氧：
1.5mg/L（平均）；
硝化所需氧：
4.6mgO2/mgNH4-N；
反硝化可得到氧：
2.6mgO2/mgNO3-N；
污泥产率系数：
Y=0.5.mgVSS/mgBOD5
衰减系数：
Kd=0.05d-1；
20℃时：
NO3-N去除速率（qdn）20=0.030kgNO3-N/（kgMLVSS/d）；
k=0.23d-1；
Ko=1.3mg/L。
剩余碱度：
100mg/L（保持PH=7.2时）；
所需碱度：
7.14mg碱度/mgNH4-N氧化；
产出碱度：
3.
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