卡鲁塞尔氧化沟法处理某城市生活污水.docx
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卡鲁塞尔氧化沟法处理某城市生活污水
大学
环境工程课程设计书
设计题目：
氧化沟法处理某城市
生活污水工程设计（5万t/d）
姓名：
学院：
学号：
指导老师:
设计日期:
3
第1章绪论第2章总体设计
……5
2.1设计方案的选择与确定2.2工艺流程说明
……9
第3章工艺流程的计算
3.1污水处理部分
10
3.1.1格栅
15
3.1.2污水提升泵房
16
3.1.3沉砂池
19
3.1.4卡罗塞尔氧化沟
24
3.1.5集配水井
25
3.1.6二沉池
30
3.1.7接触消毒池
31
3.2污泥处理部分3.2.1浓缩池
35
3.2.2污泥泵房
35
3.2.3脱水机房
37第4章主要设备选型及经济核算
37
4.1主要设备选型列表
37
4.2经济核算
40第5章污水处理厂的总体布置
405.1平面布置设计
5.2X艺流程高程布置
参考资料附图一：
污水处理厂平面设计图
附图二：
污水处理厂高程布置图
第1章绪论
1.1基础资料：
城市基本情况、气象资料、水文地质资料
原始资料：
设计一座处理水量为50000m7d的城市污水处理厂。
厂址：
厂区地形平坦，地面标高8.Om：
地下水位2.0m；地基承载力15吨/m;,；入厂口管底标高7.0m,管径d二550mm。
受纳水体位于厂区南侧。
气象及工程地质：
常年平均气温13°C；主导风向：
夏季东南风，冬季西北风；厂址周围工程地质良好，适合于修建城市污水处理厂。
1.2污水水质、水量及变化特点
城市污水按来源可分为生活污水、工业废水和径流污水。
生活污水主要来自家庭、机关、商业和城市公用设施。
其中主要是粪便和洗涤污水，集中排入城市下水道管网系统，输送至污水处理厂进行处理后排放。
其水量水质明显具有昼夜周期性和季节周期变化的特点。
工业废水在城市污水中的比重，因城市工业生产规模和水平而不同，可从百分之几到百分之几十。
其中往往含有腐蚀性、有毒、有害、难以生物降解的污染物。
因此，工业废水必须进行处理，达到一定标准后方能排入生活污水系统。
生活污水和工业废水的水量以及两者的比例决定着城市污水处理的方法、技术和处理程度。
城市径流污水是雨雪淋洗城市大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾而形成的。
这种污水具有季节变化和成分复杂的特点，在降雨初期所含污染物甚至会高出生活污水多倍。
城市污水中90%以上是水，其余是固体物质。
水中普遍含有以下各种污染物：
悬浮物：
一般为200〜500亳克/升，有时候可超过1000亳克/升。
其中无机和胶体颗粒容易吸附有机毒物、重金属、农药、病原菌等，形成危害大的复合污染物。
悬浮物可经过混凝、沉淀、过滤等方法与水分离，形成污泥而去除。
病原体：
包括病菌、寄生虫、病毒三类。
常见的病菌是肠道传染病菌，每升污水可达几百万个，可传播霍乱、伤寒、肠胃炎、婴儿腹泻、痢疾等疾病。
需氧有机物：
包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等。
植物营养素：
生活污水、食品工业废水、城市地面径流污水中都含有植物的营养物质一一氮和磷。
来自洗涤剂的磷占生活污水中磷含量的30〜75%,占地面径流污水中磷含量的17%左右。
氮素的主要来源是食品、化肥、焦化等工业的废水，以及城市地面径流和粪便。
硝酸盐、亚硝酸盐、铁盐、磷酸盐和一些有机磷化合物都是植物营养素，能造成地面水体富营养化、海水赤潮和地下肥水。
硝酸盐含量过高的饮水有一定的毒性，能在肠胃中还原成亚硝酸盐而引起肠原性青紫症。
亚硝酸盐在人体内与仲胺合成亚硝胺类物质可能有致畸作用、致癌作用。
城市污水中除含以上四类普遍存在的污染物外，随污染源的不同还可能含有多种无机污染物和有机污染物，如氟、珅、重金属、酚、氣、有机氯农药、多氯联苯、多环芳姪等。
如果城市污水不经处理就排入地面水体，会使河流、湖泊受到污染。
A
1.3处理后的出水水质目标
本设计书所设计的某城市污水废水情况为，
流量50000m7d,COD“二300〜350mg/L,B0D$=200mg/LtSS=200〜300mg/L,pH6〜9,Nor,（有机氮）=10〜20mg/L,NHa-N=20〜30mg/L,TN=30〜40mg/L,TP=3〜4mg/LoB0D5/CODer：
0.57〜0.67>0.3,属于易生化废水。
处理要求为出水水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的二级标准。
表1-3进出水水质状况及要求对比
1.4有关设计依据：
相关设计规范
项目
CODcr（ing/L）
BOD5
（mg/L）
ss
（mg/L）
7H3-
N（mg/L）
Norg有机氮（mg/L）
T\
（mg/L）
Tl1
（mg/L）
pH值
实际进水水质
300
〜350
200
200
〜300
20〜
30
10〜20
30〜
40
3〜4
6.0
〜9.0
设计出
水水质
w
100
£30
W30
W25
W3
6.0
〜9.0
国家排
放标准
100
30
30
25
6.0
〜9.0
《城市排水工程规划规范》
GB50318-2000
《污水综合排放标准》
GB8978-1996
《城镇污水处理厂污染物排放标准》
GB18918-2002
《城镇污水处理工程项目建设标准》
2001年修订版
《城镇污水处理厂附属建筑和设备设计标准》
CJJ31-89
《城镇污水处理厂运行.维护及其安全技术规程》
CJJ60-94
《室外排水设计规范》
GB50014-2006
《给水排水设计手册》第一、五、十、十一册等
《城市污水处理厂处理设施设计计算》，化工出版社崔玉川等编，2004
第2章总体设计
2.1设计方案的选择与确定
2.1.1我国污水处理水平、现状与发展状况
我国污水处理产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国污水处理的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。
改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了污水处理的需求。
进入二十世纪九十年代后，我国污水处理产业进入快速发展期，污水处理需求的增速远高于全球水平。
1990年以来，全球污水处理表观消费量以年均6%的速度增长，而九十年代的十年间，我国污水处理表观消费量年均增长率达到17.73%,是世界年均增长率的2.9倍。
进入二十一世纪，我.国污水处理产业高速增长。
2000年一2004年，我国污水处理消费量从188万吨增长到447万吨，增加了2.3倍，年平均増长率在27%以上。
其中，2001年，我国污水处理表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一污水处理消费大国。
同时，污水处理进口也大幅度增加。
1998年，我国污水处理进口100万吨，由此成为世界上最大的污水处理进口国。
2004年与1998年比，污水处理进口增长幅度年均达到27.14%。
预计2005年，中国污水处理表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。
伴随着污水处理市场的快速发展，我国污水处理产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。
我国污水处理产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在82.6%,占国內市场需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%o而同期，世界污水处理产量则仅以6%左右的速度增长。
从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列污水处理生产线，污水处理工艺技术装备达到国际先进水平，污水处理生产初具规模。
污水处理品种结构也发生了积极的变化，污水处理产品质量迅速提髙。
特别是国内污水处理冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量，自给率达到66%；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自绐率达到70%以上。
从2004年底到2005年底，国内冷轧污水处理产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。
到2007年，我国将成为污水处理的净出口国。
从总体上看，我国污水处理正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，污水处理需求将逐步实现自给。
2.1.2氧化沟的选择
本课题拟采用Carrousel2000氧化沟工艺
Carrousel負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/Lo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負，直到D0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处BOD,但除磷脱氮的能力有限。
为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氣区和绝氧区（又称前反硝化区）。
全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝筑条件。
同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA,聚磷菌获得VFA将其同化成PHB,所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。
厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无分子筑，也无化合物氧（硝酸根），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚礎菌能充分释磷。
绝氧区后接普通CarrouselM化沟系统，进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。
最后，混合液在氧化沟富筑区排出，在富氧环境下聚礎菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随
剩余污泥排出系统。
这样，在Carrousel2000系统内，较好的同时完成了去除BOD.COD和脱氮除磷。
综合采用该工艺的昆明第一污水厂、长沙市第二污水净化中心及潔河市污水处理厂的运行效果可见：
经过Carrousel2000系统处理后，BOD.COD、SS的去除率均达到了90$以上，TN的去除率达到了80%,TP的去除率也达到了90%o
图2~1Carrousel氧化沟工艺平面结构
2.1.3工艺流程的确定
o
滤沉渣外
•V''tr
外排＜
接触消毒池
图2-1-3工艺流程图
工艺流程分析：
原水进入粗细格栅，截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物防止堵塞和缠绕塞水泵和沉淀池的排泥管等处理设施。
再由提升泵站将废水提升到一定高度，送至细格柵去除较小的悬浮物和漂浮物。
污水从细格栅经过后，进而流入平流式沉砂池，去除和处理污水中的无机顆粒以免其磨损设备和管道。
然后流到配水井，以优化配置污水的辙送，减少流量变化给处理系统带来冲击。
经过配水井后流入氧化沟，去除污水中的BOD和COD、氮、磷等污染物，由于污水在管道和设施中的水力损失，需再设一个综合泵房提升污水，再经过二次沉淀池实现污水的固液分离和污泥浓缩两方面要求，经过接触消毒池灭杀污水中的病原徴生物，最后通过污泥浓缩池和污泥脱水机房实现污泥脱水浓缩并外放填埋。
2.2工艺流程说明
1.組格栅
粗格栅被安置在提升泵前的沟渠內，当废水流过时，废水中的粗大固体杂质被分离去除。
粗格栅去除的固体杂质人工收集在固体杂质收集箱内。
2•提升泵
由于废水进厂前液位比较低，为方便后续处理，设置一次提升，因此后续处理单元的出水均为重力自流。
3.细格栅
设计在调节池前，进一步除去废水中的较小的悬浮物质，使得后续的工艺能正常运行。
4.沉砂池
沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm,密度大于2.65t/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。
5.氧化沟
采用的Carrousel氧化沟，为本课題主体部分，用于处理污水中的B0D和COD、氮、磷等主要污染物。
6•二次沉淀池
二次沉淀池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使水澄清和进行污泥浓缩，这里采用平流式二次沉淀池。
7•接触消毒池
杀死处理后污水中的病原性微生物。
&污泥浓缩池
为了后续的污泥处理机械脱水，减少机核脱水中的污泥的混凝剂的用量以及机械脱水设备的容量，需对污泥进行浓缩处理以降低污泥含水率。
因而设立重力浓缩池。
由于本设计污泥呈量较少，因此采用间歇式重力浓缩池。
工作时，污泥充满全池，经靜置沉降，浓缩压密，池内将分为上清液、沉降区和污泥层，定期从侧面分层排出上清液并输送到调节池与进水混合。
浓缩后的污泥从底部泥斗排出。
浓缩池设计一般不少于两个，一个工作，另一个进入污泥，两池交替使用。
运行时，应先排除污泥池的上清液，腾出池容，再投入待浓缩的污泥，为此应在浓缩深度方向上的不同高度上设置上清液排出管。
9.脱水机房
通过重力浓缩池浓缩后的污泥含水率仍然很高，因此设计脱水车间将污泥的含水率降到80%以下。
污泥脱水采用机械离心脱水，为了提高污泥脱水率还需要对污泥进行加药。
在离心脱水机旁设置加药机，加药机分三个部分，一个是搅拌混合区，一个是静置区，一个是使用区。
采用的絮凝剂是聚丙烯酰胺。
经过离心脱水的污泥就可以外运。
设备：
离心式脱水机、加药机。
10•附属设施设备
1）中控室
中控室设置多窗口监视屛幕，用于监控各个车间及处理设施的运行情况，并作命令调控。
中控室可与检验科、办公室、食堂等合建一栋楼。
2）检验科
用于对每天的进、出水进行检测，根据结果适时调整处理的强度和处理量。
3）鼓风机房
对氧化沟提供空气曝气。
鼓风机房与处理厂总的高低压配电系统合建。
4）加氯车间
为消毒池加氯的调整控制服务。
第3章工艺流程的计算
3.1污水处理部分
3.1.1格栅的设计
格栅设计原则
本设计拟采用中细两种格栅
（1）中格栅间隙一般采用10—40mm,细格柵釆用3—10mm：
（2）格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用；
（3）过栅流速一般采用0.6—1.Om/s；
（4）格栅倾角一般采用45°—75°；
（5）通过格栅的水头损失一般采用0.08-0.15m；
（6）格柵间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m,工作台有安全和冲洗设施；
（7）格栅间工作台两侧过道宽度应不小于0.7m,工作台正面过道宽度：
a人工清除：
应不小于1.加；b机核清除：
应不小于1.5m；
（8）机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施；
（9）设计格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通道；
（10）设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、柵渣的日常清除。
中格栅的设计
1.中格柵设计参数
（1）
栅前水深:
h=0.8m
（2）
过栅流速:
v=0.8m/s
（3）
格栅间隙：
b中=20mm
（4）
柵条宽度:
s-10mm
（5）
格栅安装倾角：
a=60。
2.中格栅的设计计算
（1）栅条间隙数:
式中：
n中一中格栅间隙数;
表3-1-1生活污水流量总变化系数
平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
$1000
Kz
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
日平均流量Qd=50000m3/d=0.579m3/d=579L/s
根据表二，由内差法
解得Kz=1.384
最大设计流SQu=Qd500001.384=69200m3/d=0.801m3/s；
Q“一最大设计流量，取0.801m3/s；；
b中一栅条间隙，取20mm,即0.02m；
h—栅前水深.取0.8m；
V—过栅流速，取0.8m/s；
a—格栅倾角，取60°；
m—设计使用的格栅数量，本设计使用2道中格栅；
则每道格柵中，，设计取30个
（2）姗槽宽度
式中：
B—柵槽宽度，m；
S—格条宽度，取0.01m。
每道格姗的
（3）中格栅的姗前进水渠道渐宽部分长度Lt
若取进水渠宽B1=O.5m,渐宽部分展开角=20°,则此进水渠道内的流速为
（4）中格栅与提升泵房连接处渐窄部分长度L2
（5）中格栅的过山水头损失
式中：
—中格栅水头损失，m；
B—系数，当栅条断面为矩形时候为2.42；
k—系数，一般取3。
（6）栅后槽总高度
设栅前超高h2=0.3m,有H=h+h中+h2=0.8+0.075+0.3=1.175m
（7）柵槽总长度
式中：
L—栅槽总长度,m；
・一中格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度，m；
匚一中格栅与提升泵房连接处渐窄部分长度，mo
（8）每日栅渣量
式中：
W—每日栅渣量，m3/d；
W—栅渣量nP/10W污水，一般为0.1-0.7m3/10卅中格柵取0.07m3/10m\故采用机械清渣。
构筑物尺寸：
4.00m（长）X0.8m（宽）XI.2m（高）
细格栅的设计
1.细格栅设计参数
（1）栅前水深:
h=0.8m
（2）过栅流速：
v=0.8m/s
（3）格栅间隙：
b中二10mm
（4）W条宽度：
s二5mm
（5）格栅安装倾角：
a=70°
2.细格栅的设计计算
（1）栅条间隙数
式中：
n忆一细格栅间隙数；
Q“一最大设计流量，取0.801m3/s;；
B®—柵条间隙，取10mm,即0.01m；
h—栅前水深.取0.8m；
v_过栅流速,取1.Om/s：
a—格栅倾角，取70°;
m—设计使用的格栅数量，本设计使用2道细格柵;
则每道格栅中，，设计取49个
（2）栅槽宽度
式中：
B-栅槽宽度，m；
S—格条宽度，取0.005m。
每道格栅的宽度
（3）细格栅的姗前进水渠道渐宽部分长度Lt
则此进水渠道内的流速为
若取进水渠宽B1二0・5叭渐宽部分展开角0=20。
（4）细格柵与提升泵房连接处渐窄部分长度L2
（5）细格栅的过山水头损失
式中:
—细格姗水头损失，m；
B—系数，当栅条断面为矩形时候为2.42；
k—系数，一般取3。
（9）柵后槽总高度
设栅前超高h2=0.3m,有
H=h+h申+h2=0.8+0.128+0.3=1.228m
（10）栅槽总长度
式中：
L—栅槽总长度，m；
细格栅的柵前进水渠道渐宽部分长度，m；
（11）每日栅渣量
式中：
w—每日栅渣量,m3/d；
Wo—W渣量in?
/10m3污水,一般为0.1-0.7m3/lOm,细格栅取0.加?
/io；m'0
故采用机械清渣。
构筑物尺寸：
2.38m（长）X0.8m（宽）X1.3m（高）
3.1.2污水提升泵房的设计
1•选泵（置6台泵，4用2备）
每台泵的设计水量为:
Q=/4=0.801/4=200L/s=0.2m3/s=720m3/h
表3-1-2提升泵型号参数
型号
扬程/m
流量/（m3/h）
功率/kw
350QZ-50
9.0
1177
80
2.集水池
泵站集水池容积一般按不小于最大一台泵5分钟的出水量计算，有效水深取2.5mo
本设计采用一台泵10分钟的出水疑,
构筑物尺寸：
10.0m（长）X6.0m（宽）X9.3m（高）
3.1.3沉砂池
本设计拟釆用平流式沉砂池
图3-1-3平流式沉砂池
1.设计参数
（1）最大设计流速为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,—般采用30-60s；
（3）有效水深应不大于1.2m,—般采用0.25-1.0m,每个宽度不宜小于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。
2•设计计算
（1）设计2个沉砂池平行处理，每个沉砂池的设计流量为
（2）沉砂池长度
取v=0.25m/s,t=30s
L=vt=O.25X30=7.5m
（3）流水断面
（4）池总宽度B
设n=2tb=0.8m
B=nb-2X0.8=1.6m
（5）有效水深
（6）沉砂室所需容积
式中：
X-城市污水的沉沙量，一般采用30m/10"m3（污水）；
T-排水时间间隔，d；
K厂生活污水流量总变化系数。
（7）每个沉砂斗容积
设每一分格有两个沉砂斗
（8）沉砂斗各部分尺寸
设斗底宽a产0・6m,斗壁与水平面的倾角为55°,斗高h；=0.35m
沉砂斗上口宽：
沉砂斗容积：
沉砂室高度:
釆用重力排砂，设池底坡度0.06,坡向砂斗
（9）池总高度：
设超高hi=0.4m
H=hi+h2+h3=0.4+1.0+0.51=1.91m
（10）砂水分离装置
采用LSF型螺旋砂水分离器,N=0.37kw
（12）构筑物大小
7.5（长）XI.6（宽）XI.92（高）m
3.1.4卡罗塞尔氧化沟
设计依据与要求
由于本设计是按照城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的二级标准，对总氮的控制没有要求，所以本设计不设置脱氮的反硝化区。
本课題拟采用Carrousel氧化沟工艺
1.设计参数如下：
a.污泥负荷：
0.05-0.15kgBOD/（kgMLVSS•d）
b.水力停留时间：
HRT二6-30h
C.未达到污泥的好負化稳定，污泥龄SRT=25d
d.设计流量采用平均流量:
Q=5.OX10m3/d二2083.33冷/h=578.70L/s
e.设计最低水温:
10cC
f.设计最高水温：
25r
2.设计计算
（1）产泥系数:
Y=
（2）污泥浓度：
本设计污泥浓度:
X=4.5MSLL/L,污泥回流比取75%,
故回流污泥浓度XR=10.5g/L
（3）卡罗塞尔氧化沟容积的计算
（4）校核水力停留时间和污泥负荷水力停留时间
污泥负荷取
（5）氧化沟沟型计算
图3-1-4两座氧化沟草图
设氧化沟宽度B=&00/7/＞取氧化沟水深h}=5.00/n，超高h2=0.60am，间分隔墙厚度
为b=0.25m,氧化沟总高H为
H=片+h2=5.00+0.60=5.60/n
氧化沟道的总面积为:
弯道部分面积:
小弯道面积为:
大弯道面积为:
弯道部分总面积:
单座氧化沟直线段部分面积:
单沟道直线段
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