毕业设计氧化沟工艺卡尔赛氧化沟.docx
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毕业设计氧化沟工艺卡尔赛氧化沟
摘要
本设计为15万吨/日某城市污水处理厂初步设计，采用氧化沟工艺。
主要任务是该污水处理厂处理工艺各个构筑物的初步设计及处理构筑物施工图绘制。
本工艺是活性污泥法的一种变形，是延时曝气法的一种特殊形式。
其工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便，处理效果好，出水水质稳定，基建投资省，占地面积少，运行费用低，污泥少，污泥性质稳定，具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力。
本设计分别从工艺的特征原理、主要构筑物的设计计算以及相关设备的选型，另外还对平面及高程布置进行了全面规划，还有经济核算和环境影响评价等几方面着手，认真完成设计各项要求。
关键字卡罗塞氧化沟污水厂设计污水处理平面及高程布置
Abstract
Thisdesignispreliminarydesignedforthe100,000tonperdayofacitysewagetreatmentplant,adoptoxidationditchcraft.Themaintaskisthepreliminarydesignoftheeachstructureusedinprocessflowofthesewagetreatmentplant,anddrewtheworkingdrawingofthemainstructures.
Thiscraftisadeformationoftheactivatedsludgecraft,isaspecialformofthedeferredaerationcraft.Theprocessflowofthecraftissimple,ithaslessstructures,itiseasytooperateandmanage,treatmentefficiencyisgood,surfacewaterqualityisstabilized,anditsconstructionfundandoperatingtheexpensesprovince,thesludgeisfewandstabilized,andithastheabilityofbearingthepoundingloadofthewaterandwaterquality.
Thisdesignisdesignedfromthecharacteristicprincipleofthecraft,mainstructuresseparatelyandrelevantequipmentselectingtype,andwaterlevelandelevationassignmentinaddition,andsettedaboutfrombusinessaccountingandsuchseveralrespectsasenvironmentalevaluation,etc.thispaperisfinishedtomeeteverydemanddesignedconscientiously.
Keywords:
CarrouseloxidationditchWastewatertreatmentplantdesignSewagedisposalWaterlevelandelevationassignment
第一章设计依据和设计任务
1.1原始依据
1、污水水量、水质
（1）设计规模：
处理量15万吨/日，总变化系数Kz＝1.37
（2）进水水质：
BOD5=210mg/L，COD=405mg/L，SS=250mg/L，NH3-N=50mg/L
2、污水处理要求
设计出水处理后出水水质满足以下要求；
BOD5≤20mg/L，COD≤60mg/L，SS≤20mg/L，NH3-N≤15mg/L
3、气象资料
气温：
年平均13℃，夏季平均28℃，冬季平均－6℃。
全年主导风向：
东南；年平均降雨量630mm；冰冻期60d，冻土层厚0.9m。
4、排水接纳河流资料
河流最小流量1m3/s，最小流速0.3m3/s；流最大流量9m3/s，最大流速1.1m3/s。
河流平均流量3m3/s，平均流速0.5m3/s；河流最高水位13.5m，正常水位12.8m，最低水位12.1m。
河底高程11.50m；地下水深度-4m；土壤冰冻深度49cm。
5、工程地质资料
土壤承载力13.8T/m2。
设计地震烈度7度。
6、污水处理厂进水干管数据
管内底标高10.40m，管径1000mm，充满度0.6。
7、厂址及场地现状
该污水处理厂占地4.13公顷，地势西北高，东南低。
1.2设计任务
根据所给的其它原始资料，设计污水处理厂，具体内容包括：
1、确定污水处理厂的工艺流程。
2、选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸（附必要的草图）。
3、按照标准，画出污水厂的工艺平面布置图，内容包括表示出处理厂的范围，全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性。
4、污水处理厂污水和污泥高程图布置。
5、污水和污泥处理工艺设计，含部分单体构筑物的计算草图。
6、按照标准，画出污水处理厂主要构筑物剖面图3张。
7、污水处理厂的工程概算。
8、编写设计计算说明书。
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。
[11]
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。
1.4进出水水质
表1.1水质处理效率计算
基本控制项目
二级标准（mg/L）
进水水质（mg/L）
去除率（%）
COD
60
450
86.7
BOD5
20
210
90.4
SS
20
250
92.0
NH3-N
15
50
70.0
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。
1.5设计依据
（1）中华人民共和国国家标准，地表水环境质量标准（GB3838-2002）
（2）中华人民共和国国家标准，城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）
（3）中华人民共和国国家标准，污水综合排放标准（GB8978-1996）
（4）中华人民共和国城镇建设行业标准，污水排入城市下水道水质标准（CJ3082-1999）
（5）中华人民共和国城镇建设行业标准，城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准（CJJ31-89）
（6）中华人民共和国城镇建设行业标准，城市污水处理厂污水污泥排放标准（CJ3025-93）
（7）中华人民共和国国家标准，给水排水制图标准（GB/T50106-2001）
（8）中华人民共和国国家标准，给水排水设计基本术语标准（GBJ125-89）
（9）中华人民共和国国家标准,室外排水设计规范（GBJ14-87，1997年版）
（10）中国工程建设标准化协会标准，氧化沟设计规程CECS112:
2000
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。
[12]
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[13]
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。
[14]
2.2.2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。
[15]
2.比较
Orbal氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别成厌氧、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，不可避免形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。
[16]
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。
[17]
2.3工艺流程的确定
图2.2氧化沟处理工艺流程图
2.3.1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。
图2.3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
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。
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。
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。
[18]
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：
（1）减少有机物，使污泥稳定化
（2）减少污泥体积，降低污泥后续处置费用
（3）减少污泥中有毒物质
图2.4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。
[19]
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[20]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（六座）。
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=20mm ,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，即取栅条宽度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0.3m。
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0.35m；
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=0.11m。
3.1.6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1.45。
因为每日栅渣量＞0.2m3/d，宜采用机械清渣。
3.1.7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。
3.1.8构筑物大小
4.29m（长）×0.5m（宽）×1.09m（高）
3.2泵站
设计流量Qmax=1.736m3/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。
[21]
每台泵的设计水量为：
Q＝1.736/4＝0.434m3/s=1562.5m3/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3座。
3.3.1设计参数
设计流量Qmax=1.736m3/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3.2细格栅计算示意图
（1）栅条的间隙数n
取n=60个
（2）格栅的建筑宽度b
取s=0.01m
b
（3）通过栅头的水头损失
设格栅断面为锐边矩形断面
（4）栅后槽总高度
（5）栅前渠道深
（6）栅槽总长度：
（7）每日栅渣量
根据资料取
=1.37
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
升级会员 