日处理8万吨城市生活污水处理厂的初步设计卡鲁塞尔式氧化沟.docx
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日处理8万吨城市生活污水处理厂的初步设计卡鲁塞尔式氧化沟
污水处理厂设计说明书
目录1
第一章设计概况4
1.1设计依据和设计原则4
1.1.1原始依据4
1.1.2设计原则4
1.2设计内容和要求4
1.3设计任务5
1.3.1工程规模5
1.3.2进水水质5
1.3.3出水要求5
第二章工艺流程的确定1
2.1氧化沟工艺的特点1
2.2氧化沟的选择2
2.3工艺流程的确定3
第三章.基本构筑物计算1
3.1格栅1
3.1.1设计说明1
3.1.2设计计算1
3.2提升泵房4
3.3沉砂池5
3.3.1设计说明5
3.3.2设计计算5
3.4氧化沟工艺设计6
3.4.1设计说明6
3.4.2设计计算6
3.5二沉池10
3.5.1设计说明10
3.5.2设计计算10
第四章污水处理厂总体布置15
4.1污水厂厂址选择15
4.1.1污水厂厂址选择应遵循下列各项原则15
4.2污水厂平面布置原则15
4.2.1处理单元构筑物的平面布置15
4.2.2管、渠的平面布置16
423辅助建筑物16
4.3污水厂的高程布置16
4.3.1污水厂高程的布置方法16
第五章.工程造价及成本分析17
5.1工程造价17
5.2成本分析17
5.3劳动定员18
5.4劳动定员和运行费用18
5.5运行费用和成本19
参考文献：
19
第一章设计概况
1.1设计依据和设计原则
1.1.1原始依据
日处理8万吨城市生活污水处理厂初步设计
（1）依据资料：
国家及地方有关环境保护法律法规和技术政策；污水水质水量情况通过分析确定；中华人民共和国《给排水设计规范》1997年版，《给水排水设计手册》
（中国建筑工业出版社，2003.10）和《环境工程手册水污染防治卷》（张自杰主编，高等教育出版社，1996年）；同类污水工程实践经验。
（2）城市概况
地处中亚热带向北亚热带过渡区，年平均气温16-17°C;年降雨量1300-1600毫米,其中40鸠上集中在第二季度；年无霜期239-266天,年平均雾日在16天以下.
1.1.2设计原则
严格遵守国家及地方有关环保法律法规和技术政策；考虑综合给水排水系统，总体设计布局合理；贯彻经济性与可靠性并重的设计原则，在达到给定设计
情况下，合理降低工程造价和运行费用，提高工程效益，同时最大限度地提高系统的可靠性；采用技术先进，运行可靠，操作管理简便的工艺，使先进性和可靠性有机地结合起来；在总体规划指导下，结合实际情况，尽量减少投资和占地；在工程设计中贯彻节能的原则，最大限度地降低污水的处理成本；最大限度地降低二次污染。
1.2设计内容和要求
（1）根据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，处理水质达到国家污水综合排放一级A标
准。
（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，并配相应的单线草图；厂区总平面布置说明；污水厂环境保护方案；污水处理工程建设的技术经济初步分析等。
（3）完成以下初步设计图纸：
污水处理厂总平面布置图；污水、污泥处理系统高程布置图；主要构筑物（格栅，泵房，沉砂池、二沉池）各1张；氧化沟的平面及剖面施工图；工艺流程图1张。
总共图纸5张。
1.3设计任务
1.3.1工程规模
城市污水包括生活污水和工业废水两部分。
根据当地人口数量、工业发展情
况及所产的污水量，工程规模定为80000m3/d
1.3.2进水水质
表1-1进水水质
BOD5
COD
SS
nh4n
碱度
TN
200
300
100
15
180
40
1.3.3出水要求
要求经过处理后，要求出水水质达到96年国家污水综合排放一级A标准
表1-3国家一级A排放标准（mg/L）
BOD5
COD
SS
nh4n
10
50
10
5
第二章工艺流程的确定
2.1氧化沟工艺的特点
按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。
连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。
奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。
连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。
交替工作式氧
化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。
交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。
氧化沟一般呈环形沟渠形式，平面多为椭圆型或圆形，总长为90~600m,池壁多为钢筋混凝土结构，也可按土质情况挖成边坡为1:
1.5以上的斜坡，以100mm素混凝土做护砌而成。
通常用管渠从水面上进水，出水设可调堰。
多采用转刷或曝叶轮曝气，沟深取决于曝气装置，一般为2~6m，水平流速为0.3~0.5m/s，在水流的作用下保持活性污泥处于悬浮状态，整个氧化沟处在内源呼吸阶段，属于延时曝气法。
氧化沟具有以下特点：
a.工艺流程简单，运行管理方便。
氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。
有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。
b.运行稳定，处理效果好。
氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。
c.能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。
这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。
d.污泥量少、性质稳定。
由于氧化沟泥龄长，一般为20〜30d。
污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量较少，污泥不经消化也容易脱水，故污泥处理费用较低。
e.可以除磷脱氮。
可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般〉80%。
但要达到较高的除磷效果则需要采取另
外措施
f.基建投资省、运行费用低。
和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去
除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD和脱氮情况下更省。
同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。
g.处理厂与其他工艺相比，臭味较小。
同时只需要最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性。
h.构造形式和曝气设备多样化，曝气强度可以调节，并具有推流式流态的某些特征。
2.2氧化沟的选择
（1）目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：
帕斯维尔（Pasvee）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrouse）氧化沟、奥贝尔（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。
而三沟式氧化沟是将曝气与沉淀工序于同一构筑物内，是
一个A-O（兼氧-好氧）活性污泥系统，可以完成有机物的降解和硝化、反硝化过程，能取得良好的BOD5去除效果和脱氮除磷效果。
同时该工艺系统依靠三池工作状态的转换，可以免除污泥回流和混合液回流，处理效果稳定且运行费用大大降低。
三沟式氧化沟由于具有出水水质好，处理流程简单，省去而沉池，运行管理方便，基建费用低，占地少等优点，已经得到了广泛的应用。
所以这里我们也将选择三沟式氧化沟作为生物处理工艺。
Carrouse卡鲁塞尔氧化沟：
由图2-1可见，Carrouse氧化沟是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混
合后在沟内做不停的循环运动，污水和回流污泥在第一个曝气区中混合
该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。
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。
该氧化沟表面曝气机单机功率大，其水深可以达到5米以上，使氧化沟占地面积减小，土建费用降低。
同时，具有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能力。
可以停止某些曝气器的运行，或者切换较低的转速，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，节约能量消耗。
图2-1Carrousel2000系统平面结构图
Figure2-1Carrousel2000systemplanarstructure
2.3工艺流程的确定
本工艺先用中格栅去除污水中大颗粒杂物，然后通过提升泵房把水送至沉沙
池中。
采用的是平流式沉砂池，以减少后继处理的污泥负荷。
生物处理采用卡鲁塞尔氧化沟，去除水中的有机物和氨氮。
二沉池采用辐流式沉淀池，除水效果好。
污泥部分回流，而另一部分则通过污泥浓缩池、消化池、污泥脱水然后外运。
图2-2工艺流程
原水
■
格栅
*
提升泵房
■
沉砂
氧化
■
辐流式沉淀池
接触沉淀
池
P-
沟
消毒池
1
11
1
1
A
1
11
1
1
回流污泥
夕卜
污泥
—
污泥
脱水机
消化池
污泥浓缩池
污泥井
粗渣外运
第三章.基本构筑物计算
3.1格栅3.1.1设计说明
格栅的主要作用是将污水中的大块污染物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害.泵前设置粗格栅的作用是保护水泵，而明渠格栅的作用是保证后续处理系统的正常工作.目前普遍的做法是将泵前的格栅均做成明渠栅.
3.1.2设计计算
设计流量：
平均流量：
Qa=80000t/d~80000m3/d=3333.3m3/h=0.926m3/s
27
总变化系数：
©二一^（Qa—平均流量，L/S）
Qa
2.7
926°.11
=1.27
•••设计流量Qmax：
Qmax=KzXQa=1.27X80000=101600nf/d=4233.3m3/h=1.176m3/s
格栅
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井
的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行，一般情况下，分粗细两道格栅。
被截流的物质称为栅渣。
栅渣
的含水率约为70%-80%容重约为750kg/m‘〜960kg/m^。
设计内容
格栅的设计内容包括尺寸计算、水力计算、栅渣量计算及清渣机械的选用等。
在进行格栅计算之前应首先绘出计算草图，然后再按照设计手册进行计算。
一、选型及设计参数
（a）型式：
平面型，倾斜安装机械格栅。
（b）城市排水系统为按管系统，且中途设计泵站，此课程设计为提升泵前格栅间设计。
（c）格栅的栅前流速一般为0.4m/s~0.9m/s。
（d）格栅的过栅流速不宜小于0.6m/s，不宜大于1.0m/s。
（e）栅前渠道宽度和渠道中水深应与入厂污水管规格（据水量计算）相适应。
（f）格栅尺寸B、H参见设备说明书，在此课程设计中可以采用选择中间值方
法。
考虑到本次设计实际情况，采用三粗三中六个格栅，具体设计参数如下：
粗格栅
Qmax=1.176m3/s
栅条宽度s=10.0mm=0.01m栅条间隙宽度d=50.0mm=0.05m
栅前水深h=0.74m栅前渠道流速W=0.85m/s过栅流速V=0.7m/s
格栅安装倾角=60，格栅设有棚顶工作台，其高度高出栅前最高水位
0.5m。
由于处理水量相对较小，故设置二台使用，一台备用。
设计计算：
1、栅条的间隙数n：
Qmax/2sin0.588sin60
n==30个
bhv0.050.540.7
2、栅槽宽度（B）:
令栅条宽度s=0.01m,
B=s（n-1）+bn=0.01（30-1）+0.0530=1.79m
4、通过格栅的水头损失（h1）:
设格栅条断面为锐边矩形断面,故k=3,
k
v2
2g
sink（?
）"
b
v2
2g
sin
0.014
0.72
（）
sin60
3=0.
018m
0.05
29.81
h1ho
2.42
k
BB,
2tg1
1.791
2g20
1.1m
5、栅后槽总高度（H）:
设栅前渠道超高h2=0.3m,H=h+h1+h2=0.74+0.018+0.3=1.06m，
为避免造成栅前涌水，故将栅后槽下降h1作为补偿
6每日栅渣量（W:
86400CUxW
KZ~~1000
864001.1760.01
T271000
3
=0.8Qm/d）
3
0.2m/d
在格栅间隙50mnj青况下，设栅渣量为0.01m3/1000m3污水，有
采用机械清渣
细格栅
Qmax=1.176m3/s
栅条宽度s=10.0mm=0.01m栅条间隙宽度d=15.0mm=0.015m
栅前水深h=0.74m过栅流速V=0.95m/s
格栅安装倾角=60，同样设置二台使用，一台备用。
1、栅条的间隙数（n）:
Qmax/2.sin0.588.sin60
n==72个
bhv0.0150.540.95
2、栅槽宽度（B）:
令栅条宽度S=0.01m
B=S（n-1）+bn=0.01（72-1）+0.01572=1.79m
3、栅槽与出水渠道连接处渐窄部分长度（l2）:
120.5l10.55m
5、通过格栅的水头损失（h1）:
设格栅条断面为锐边矩形断面,故k=3,
2
h1h0k
2g
sink
2
v.
sink
2g
242（0・01/
0.952
sin60
3=0.17m
2.42（）
0.015
29.81
6、栅后槽总高度
（H）:
设栅前渠道超高h2=0.3m,H=h+h1+h2=0.74+0.17+0.3=1.21m，为避免造成栅前涌水，故将栅后槽下降h1作为补偿。
7、每日栅渣量（W:
在格栅间隙15mnj青况下，设栅渣量为0.07（m3/1000m3污水），
0.2m3/d
w86400QaxW864001.1760.07,“3—、
Wmax-=4.05（mT/d）
KZ10001.271000
采用机械清渣。
其他设置：
工作台：
设安全装置和冲洗设备，工作台两侧过道宽度0.5m，由于是机械清渣，工作台正面过道宽度设置为1.8m，选用GH-1000链式旋转格栅除污机8台，超声波水位计3套，螺旋压榨机（①300）3台，螺纹输送机（①300）3台,钢闸门（2.0X1.7m）6扇，手动启闭机（5t）6台。
3.2提升泵房
1、水泵选择
设计最大水量101600riVd，选择用6台潜水排污泵（4用1备），单台流量
污水泵选择5台WQ350-1100-10-55型立式污水泵Q=1000m3/h，输出功率
N=55K，三用一备，水泵自动灌溉，按吸水井水位自动开停机组。
水泵出水采用单管出水方式，单管出水槽设于泵房屋顶。
泵房应选矩形，构筑物设置在高出地下水位0.5m的防水措施。
10005.5
60
91m3
选择WQ300-500-15-45立式污水泵：
口径/mm
流量/m3/h
扬程/m
功率/kw
转速/r/min
效率/%
350
1000
10
55
980
84
集水池选择
容积：
按一台泵的最大流量时6min的出流量设计，则集水池的有效容积为
面积：
V2
取有效水深H=1m则面积F—91/191m2，取集水池宽7m则长
H
为13m,故集水池平面尺寸LB137（mm）
水泵总扬程估算：
污水进入格栅间水面相对地面标高为-2.06m，格栅间的水头损失为0.35m，
曝气沉砂池水面标高为+3.75m,则有h1=3.75-（-2.06-0.35）=6.1m，管线水头损失（吸水管与出水管水头损失）h2为0.9m，自由水头h3=0.8m,故估算：
水泵总扬程为H=h1+h2+h3=6.1+0.9+0.8=7.8m。
3.3沉砂池
331设计说明
曝气式沉砂池是在池的一侧通入空气，使池内水流产生与主流垂直的横向旋流。
同时，还对污水起曝气作用
3.3.2设计计算
（1）池子总有效容积V，m3
V=Qmaxt為0
式中Qmax最大设计流量，m3/s,Qmax=1.18m3/s;
t最大设计流量时的流行时间，min，取t=2min
则：
V=1.18X2>60=198m3
（2）
水流断面积A,m2
（3）池总宽度B,m
式中，h2为设计有效水深,
cA
11.8
B=—
5.9m
h
2
m，取h2
2mo
式中，V1为最大设计流量时的水平流速，m/s，取v1=0.1m/s
（4）每个池子宽度b,m
59
取n=2，则b=—=2.95m,则宽深比：
1.4751,2，符合要求
2
（5）池长L,m
L=60Vt=60X0.1X2=12m
（6）每小时所需空气量q,m3/h
3q=dQmaxxX0.2X1.18=849.6m/h
式中，d为每立方米污水所需空气量，m3，取d=0.2m3/m3污水
（7）沉沙室沉沙斗体积Vo,m3
设沉沙斗为沿池长方向的梯形断面渠道，沉沙斗体积为：
Vo旦色L
2
式中a沉沙斗上顶宽，0.96m;
ai――沉沙斗下底宽，0.5m.
沉沙室坡向沉沙斗的坡度为&0.1:
0.5;沉沙斗侧壁与水平面的夹角=60°;
5.沉砂斗所需容积
设T=2d为清除沉砂的间隔时间
QXT
V10200030210000006.12m
k1000000
X为城市污水沉砂量。
一般用30
6.每个沉砂斗容积（V。
），设没一分格有两个沉砂斗
6.122
V0=3.06m
2
7.沉砂斗各部分尺寸
设斗底宽a1=0.5m,斗壁与水平面的倾角为60°.
斗高h3=0.4m，沉砂斗上口宽：
=2X0.4ctg60°+0.5=0.96m
0.50.9633
V0=0.4123.5m3>2.1m3
2
8.沉池总高度（H）
设超高h1=0.3m
H=h1+h2+h3+h4=0.3+0.05+2+0.4=2.75m
3.4氧化沟工艺设计
3.4.1设计说明
本设计采用卡鲁塞尔氧化沟工艺
3.4.2设计计算
（1）去除BOD
1需要去除的BOD质量浓度
为了保证沉淀池出水BOD浓度Ce<10mg/L.
溶解性p（BOD）=Ce-0.7XCeX1.42X（1-e-0.23X5）其中设BOD速率常0.23d
=10-0.7X10X1.42X（1-e-0.23X5）
=3.21mg/L
则需要去除的BOD质量浓度△S=200mg/l-3.21mg/L=196.79mg/L。
2氧区容积V10
根据入水水质条件及设计工艺流程，暂定以下参数：
污泥产率系数丫=0.48污泥龄化=30d污泥自身氧化率Kd=0.055d-1
MLSS=40000mg/LMLVSS/MLSS=0.7总变化系数&为1.2
好氧区容积：
3
V仁（YX0cX匕XQXAS）/[P[MLVSSX（1+KdX0j]=36663.41〜36664m,其中Q为水量
3好氧区水力停留时间t1=V/Q=9.17h。
（2）脱氮
1日产泥量△=（YXzxQX^S）/（1+KdX8）=3421.92kg/d
2需要去除的氮量△N:
馭生物污泥中氮的质量分数，取12.4%。
△N=p（Nc）-p（Ne）-（△XX^n）/（KzXQ）=20.58mg/L
式中：
p（Nd,p（Ne）进、出水总氮的质量浓度，mg/L;
3碱度平衡：
一般认为，剩余碱度达到100mg/L（以CaCO3计），即可保持PH7.2,生物反应能够正常进行。
每氧化1mgNH3-N需要消耗7.14mg碱度;每氧化1mgBOD5产生0.1mg碱度；每还原1mgNO-3-N产生3.57mg碱度。
剩余碱度SALK1=原水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度+
氧化BOD5产生碱度
=180-7.1420.58+3.57X.58+0.1X0
=126.53（mg/L）
此值可保持PH7.2，硝化和反硝化反应能够正常进行
4脱氮所需要的容积V2
脱氮率qdn（t）qdn（20）1.08”）
T=10°C时，qdn=0.035X.08（T-20）=0.0136kg[NO3-N]/[kg[MLVSS]d];
（VX）dn=（ANXKzXQ）/qdn=145270588.2kg/d
V2=（VX）dn/p[MLVSS^51883m3
5脱氮水力停留时间
t2=V2/Q=12.97h
6污泥负荷：
Ns=QXKzXZ^S/（VXp[MLVSS=0.076[BOD]/[kg[MLSS]d]，-
0.03WNsW0.15满足要求。
V=V1+V2=88547m3
（3）氧化沟总容积V以及停留时间t
V=V1+V2=88547m3
t=V/Q=22.14h
共设氧化沟四座，以下计算为单座氧化沟计算，每座氧化沟最大流量Q=24000
m3/d,每座氧化沟容积V'22137m3
⑷•需氧量
①实际需氧量AOR
AOR=去除BOD5需氧量-剩余污泥中BOD5氧当量+去除NH3-N耗氧量-剩余
污泥中NH3-N的耗氧量-脱氮产氧量
a去除BOD需氧量Di
Di=a'Q^S+b'V'X2.8=0.52X24000X0.19679+0.12X22137X2.8
=9893.97（kg/d）
b.剩余污泥中BOD的需氧量D2（用于生物合成的那部分BOD需氧量）
D2=1.42X（0/4）=1214.78（kg/d）
c.去除NH3-N需氧量D3
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