水污染课程设计氧化沟)Word格式文档下载.doc
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为找到一个既在技术上可行又在经济合理的方法，本文采用Carrousel氧化沟活性污泥法，它既可以有效降低污水的COD、BOD，又可以有效去除总N。
文章主要从工艺方案的比选、工艺流程的确定、各构筑物尺寸的设计计算、污泥的消化处置以及本工艺的技术经济指标等诸多方面进行设计和计算。
2.设计总则
2.2设计原则
（1）处理工艺符合最佳适用技术（即技术上可行，经济上合理）和清洁生产的基本要求。
（2）建设项目符合国家和地方的环境法律法规的有关规定。
（3）各处理单元构筑物的平面布置应根据各构筑物的功能要求和水力要求.
（4）辅助建筑物的面积或规模应符合有关规定。
（5）设备选型和价格经济合理。
（6）设计中尽量选用低噪声的动力设备，产生臭气或者噪声的设备或构筑物应加盖处理，防止二次污染。
2.2设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》
（2）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
（3）《中华人民共和国水污染防治法》
（4）《水处理工程师手册》
（5）《污水处理厂工艺设计手册》
（6）《建设项目环境保护环境管理条例》
（7）《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（GJ31-89）
（8）《城市污水处理及防治技术政策》建城[2000]124号
（9）《城市污水处理工程项目建设标准》建城[2001]77号
3.工艺简介
3.1污水排放执行标准
根据当地环保部门的要求，该企业污水排放要求达到GB8978-1996《污水综合排放标准》一级标准方可排放，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
进水水质
一级标准
去除率
1
BOD5
320
20
93.7%
2
SS
295
93.2%
3
TN
31
15
51.6％
4
TP
4.9
0.5
89.8%
3.2工艺选择与比较
3.2.1污水处理工艺比较
根据污水处理方式的影响因素，采用列表比较法。
具体比较项目和工艺见表2
表2污水处理工艺方式比较
项目
标准活性
污泥法
生物
转盘法
氧化
沟法
延时
曝气法
接触
SBR法
BOD去除率
△
×
◎
抗负荷
变化能力
○
污泥膨胀
的控制
污泥回流设备
5
污泥量
6
气温、水温
的影响
7
日常操作难易
8
设备的可靠性
9
噪声
卫生
美观
10
设施面积
11
能耗
12
脱氮运行
13
工程应用实绩
适用性
Q<
1000m3/d
5000m3/d
10000m3/d
Q>
14
维护管理费
建设费
16
综合评价
注：
◎为优良○为良好△为一般×
为差
由上表可以很明显的看出氧化沟工艺在处理较大水量的城市生活污水时，与其他几个工艺相比，无论从处理能力还是经济指标的综合性能看，都具有较大的优势，所以采用氧化沟工艺是经济可行的。
3.2.2氧化沟工艺简介
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。
氧化沟（OxidationDitch）污水处理的整个过程如进水、曝气、沉淀、污泥稳定和出水等全部集中在氧化沟内完成，最早的氧化沟不需另设初次沉淀池、二次沉淀池和污泥回流设备。
后来处理规模和范围逐渐扩大，它通常采用延时曝气，连续进出水，所产生的微生物污泥在污水曝气净化的同时得到稳定，不需设置初沉池和污泥消化池，处理设施大大简化。
不仅各国环境保护机构非常重视，而且世界卫生组织（WH0）也非常重视。
在美国已建成的污水处理厂有几百座，欧洲已有上千座。
在我国，氧化沟技术的研究和工程实践始于上一世纪70年代，氧化沟工艺以其经济简便的突出优势已成为中小型城市污水厂的首选工艺。
3.2.3几种氧化沟的选择
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。
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。
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。
3.3Carrousel氧化沟介绍
3.3.1Carrousel氧化沟的结构
由图3-1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3-1Carrousel氧化沟平面结构图
3.3.2Carrousel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。
3.4工艺流程布置
由上面的工艺方式比较，可以采用氧化沟工艺，本例采用卡鲁塞尔式（Carrousel）氧化沟，曝气方式采用转碟延时曝气。
因为氧化沟工艺的循环水量是设计水量的30~60倍，所以此工艺可以不设初次沉淀池。
由于氧化沟工艺所产生的污泥含有的挥发性物质浓度较大，必须进行稳定化处理，让挥发性物质降低到40%以下即可认为污泥已经达到稳定状态。
本例采用厌氧消化方式进行污泥的稳定化处理。
氧化沟工艺流程图见下图2：
污水
粗格栅
提升泵房
细格栅
沉砂池
Carrousel氧化沟
二沉池
接触池
排水
浓缩池
贮泥池
脱水
图3-2工艺流程图
4.主要构筑物设计计算书
4.1设计最大流量
平均流量：
设计最大流量：
4.2粗格栅
格栅设在处理构筑物之前，用于拦截水中较大的悬浮物和漂浮物，保证后续处理设施的正常运行。
4.2.1设计参数
栅条宽度S＝10.0mm栅条间隙宽度b=50.0mm栅前部分长度0.5m；
过栅流速=0.9m/s栅前渠道流速u=0.6m/s栅前倾角=60°
4.2.2设计计算
（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得栅前槽宽，则栅前水深
（2）栅条的间隙数n个，
格栅建筑宽度B:
取B=1.2m
（3）由上可知进水渠道宽度B1＝1.0m其渐宽部分展开角度α1＝20°
进水渠渐宽部分长度
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部份长度（l2）：
（4）通过格栅的水头损失（h1）：
格栅条断面形状为锐边矩形,故，k=3,则：
栅后槽总高度（h总）：
设栅前渠道超高h2=0.3m，
（5）栅槽总长度（L）:
（6）每日栅渣量W：
设每日栅渣量为0.03m3/1000m3，取KZ＝1.39
宜采用机械清渣
4.3细格栅
4.3.1设计参数
设计流量Qmax=0.482m3/s，过栅流速v=0.8m/s
栅条间隙宽度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
4.3.2设计计算
（2）栅条的间隙数n个，=94（个）
格栅建筑宽度取B=1.9m
（3）由上可知进水渠道宽度B1＝1.1m其渐宽部分展开角度α1＝20°
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部份长度：
设每日栅渣量为0.1m3/1000m3，取KZ＝1.39
所以宜采用机械格栅清渣
4.4沉砂池
污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。
污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。
最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。
沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。
其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带起立。
沉砂池主要有平流沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池等。
本次设计选择平流沉砂池
4.4.1设计参数
设计流量，设计水力停留时间
水平流速
4.4.2设计计算
（1）、长度：
（2）、水流断面面积：
（3）、池总宽度：
有效水深
（4）、沉砂斗容积：
T＝2d，X＝30m3/106m3
（5）、每个沉砂斗的容积（V0）
设每一分格有2格沉砂斗，则
（6）、沉砂斗各部分尺寸：
设贮砂斗底宽b1＝0.5m；
斗壁与水平面的倾角60°
，贮砂斗高h’3＝0.4m
（7）、贮砂斗容积：
（V1）
（8）、沉砂室高度：
（h3）
设采用重力排砂，池底坡度i＝6％，坡向砂斗，则
（9）、池总高度：
（10）、核算最小流速（符合要求）
4.5氧化沟
氧化沟，又被称为循环式曝气池，属于活性污泥法的一种。
见图4-1氧化沟计算示意图。
本次设计采用Carrousel型氧化沟，共两组。
每组设计如下：
图4-1
4.5.1设计参数
设计流量Q=30000m3/d设计进水水质BOD5浓度S0=320mg/L；
COD=360mg/L；
SS浓度X0=295mg/L（考虑到格栅以及曝气沉砂池对SS的去除率为25%）；
NH3-N=31mg/L；
碱度SALK=280mg/L；
最低水温T=14℃；
最高水温T=25℃。
设计出水水质BOD5浓度Se=20mg/L；
COD=80mg/L；
SS浓度Xe=20mg/L；
NH3-N=15mg/L
污泥产率系数Y=0.55;
污泥浓度（MLSS）X=4000mg/L;
挥发性污泥浓度（MLVSS）XV=2800mg/L;
污泥θc=30d;
内源代谢系数Kd=0.055.
4.5.2设计计算
（1）去除BOD
①、氧化沟出水溶解性BOD浓度S。
为了保证沉淀池出水BOD浓度Se≤20mg/L,必须控制所含溶解性BOD浓度S2，因为沉淀池出水中的VSS也是构成BOD浓度的一个组成部分。
S=Se-S1
S1为沉淀池出水中的VSS所构成的BOD浓度。
S1=1.39（VSS/TSS）×
TSS×
（1-e）
=1.39×
0.7×
20×
=13.30（mg/L）
S=20-13.30=6.70（mg/L）
②、好氧区容积V1。
好氧区容积计算采用动力学计算方法。
V1=
=
=20901m3
③、好氧区水力停留时间：
t1===16.72h
④、剩余污泥量X
X=
=30000（0.32-0.00670）+
30000（0.295-0.175）-300000.02
=1950.7+3600-600
=4950.7（kg/d）
去除每1kgBOD5所产生的干污泥量：
===0.55（kgDS/kgBOD5）。
（2）、脱氮
①、需氧化的氨氮量N1。
氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮量为：
N0==8.07（mg/L）
需要氧化的氨氮量N1=进水TKN-出水NH3-N-生物合成所需要的氨N。
N1=31-15-8.07=7.93（mg/L）
②、脱氮量Nr=进水TKN-出水TN-生物合成所需要N0
Nr=31-20-8.07=2.93（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PH≥7.2，生物反应能够正常进行。
每氧化1mg氨氮需要消耗7.14mg碱度；
每氧化1mgBOD5产生0.1mg碱度；
每还原1mg硝酸盐氮产生3.57mg碱度。
剩余碱度SALK=原水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度+氧化BOD5产生碱度
=280-7.14×
7.93+0.1×
（320-6.70）+3.57×
2.93
=280-56.62+31.33+10.46
=265.17mg/L
④、脱氮所需要的容积V2
脱硝率qdn（t）=qdn（20）×
1.08（T-20）
14℃时qdn=0.035×
1.08（14-20）=0.022kg
脱氮所需要的容积:
V2===1427m3
⑤、脱氮水力停留时间：
===1.14h
（3）氧化沟总体积V及停留时间t:
V=V1+V2=20901+1427=22328m3
t=17.86h
校核污泥负荷=0.15
（4）需氧量
①实际需氧量AOR：
AOR=D1-D2-D3+D4-D5
a.去除BOD5需氧量D1：
=7566.84（kg/d）（其中=0.52，=0.12）
b.剩余污泥中BOD5需氧量D2：
c.去除NH3-N的需氧量D3：
每1kgNH3-N硝化需要消耗4.6kgO2。
d.剩余污泥中NH3-N耗氧量D4：
D4=4.6×
污泥含氮率×
氧化沟剩余污泥ΔX1
=4.6×
0.124×
1952.5
=1113.71（kg/d）
e.脱氮产氧量D5：
每还原1kgN2产生2.86kgO2
D5=2.86×
脱氮量==251.39（kg/d）
AOR=D1-D2+D3-D4-D5=7566.84-2716.98+4140-1113.71-251.39=7624.76
（kg/d）
考虑安全系数1.4，则AOR=7624.76×
1.4=10674.66（kg/d）
去除每1kgBOD5
需氧量=
=1.14（kgO2/kgBOD5）
②标准状态下需氧量
（CS（20）20℃时氧的饱和度，取9.17mg/L；
T=25℃；
CS（T）25℃时氧的饱和度，取8.38mg/L；
C溶解氧浓度，取2mg/L；
α=0.85；
β=0.95；
ρ=0.909）
去除每1kgBOD5需=
（5）氧化沟平面尺寸的确定
设池数为两个，则每个池子的容积V0为：
V0=V/2=0.5×
22328=11164（m3）
设池宽w=13m，池深h=4.5m，超高h1=0.5m（采用曝气转碟曝气），则池长为
所以氧化沟的工艺尺寸为：
132m（长）×
52m（宽）×
5m（高）×
2（池数）
（6）进水管和出水管：
污泥回流比R=50%，进出水管的流量为：
Q1==22500m3/d=0.260m3/s，管道流速为1.0m/s。
则管道过水断面：
A===0.260m2
管径d==0.576m,取管径600mm。
校核管道流速：
v==0.92m/s
（7）出水堰及出水竖井初步估算,因此按薄壁堰来计算。
①出水堰（H为堰上水头高，取0.2）
则
为了便于设备的选型，堰宽b取2m，校核堰上水头H
②出水竖井。
考虑可调堰安装要求，堰两边各留0.3m的操作距离。
出水竖井长
出水竖井宽（满足安装要求）；
则出水竖井平面尺寸为
氧化沟出水孔尺寸为
（8）曝气设备的选择：
单座氧化沟需氧量：
（kgO2/d）=407.05（kgO2/h）
每座氧化沟设两台卡鲁赛尔专用表面曝气机。
充氧能力为2.1kgO2/（kW•h），
则所需电机功率，取N=97Kw
设两台倒伞形表面曝气机，参数如下：
叶轮直径：
4000mm；
叶轮转速：
28R/min；
浸没深度：
1m；
电机功率：
97KW；
充氧量：
≥2.1kgO2/（kW·
h）。
4.6二沉池
池为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。
二沉为中心进水，周边出水，幅流式沉淀池，共2座。
其计算简图如下图4-2
4.6.1设计参数
Qmax=1735.2m3/h=0.482m3/s；
氧化沟中悬浮固体浓度X=4000mg/L；
二沉池底流生物固体浓度Xr=10000mg/L；
污泥回流比R=50%。
4.6.2设计计算
（1）沉淀部分水面面积F根据生物处理段的特性，选取二沉池表面负荷q=0.9m/（m2·
h）,设两座二次沉淀池.
（m2）
（2）池子的直径（m），取=35m。
（3）校核固体负荷
=132.6[kg/（m·
d）]（符合要求）
（4）沉淀部分的有效水深h2设沉淀时间为2.5h。
0.9×
2.5=2.25（m）
（5）污泥区的容积V设计采用周边传动的刮吸泥机排泥，污泥区容积按2h贮泥时间确定。
=2142.9（m3）
每个沉淀池污泥区的容积（m3）
（6）污泥区高度h4
①污泥斗高度。
设池底的径向坡度为0.05，污泥斗底部直径=1.5m，上部直径=3.0m，倾角为60°
，则：
=60°
=60°
=1.3（m）
=5.36（m3）
②圆锥体高度＝＝＝0.8（m）
==280.44（m3）
③竖直段污泥部分的高度===0.82（m）
污泥区的高度=1.3+0.8+0.82=2.92（m）
（7）沉淀池的总高度H设超高=0.3m，缓冲层高度=0.5m。
则==0.3+2.25+0.5+2.92=5.97m取=6.0m
图4-2
4.7接触池
4.7.1设计参数
水力停留时间：
t=30min
平均水深：
=2.4m。
隔板间隔：
b=1.5m。
池底坡度：
3%
排泥管直径：
DN=200mm。
4.7.2设计计算
（1）接触池容积：
1735.2×
0.5=867.6m3
（2）水流速度：
m/s
（3）表面积：
m2
（4）廊道总宽度：
隔板数采用10个，则廊道总宽度为：
B=11×
b=11×
1.5=16.5m。
接触池长度：
=44.8m取45m。
（5）水头损失，取0.4m。
5.污泥处理系统设计计算
5.1污泥浓缩池
采用辐流式浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用重力排泥。
设计为两座。
5.1.1设计参
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