氧化沟工艺设计计算说明书.doc
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华北理工大学轻工学院
QingGongCollegeNorthChinaUniversityofScienceandTechnology
毕业设计说明书
设计题目：
20万m3/d生活污水氧化沟处理工艺设计
学生姓名：
邱光兆
学号：
201224040113
专业班级：
12环境工程1班
学部：
材料化工部
指导教师：
李娟娟
2016年5月15日
摘要
本次毕业设计的题目为某污水处理厂设计——氧化沟工艺。
主要任务是工艺流程选择及构筑物设计和计算。
本污水处理厂主体处理系统分为两个部分污水处理系统和污泥处理系统，污水处理系统包括：
格栅、污水提升泵站、曝气沉砂池、鼓风机房、配水井、氧化沟、接触消毒池与加氯间。
污泥处理系统包括：
污泥浓缩池、污泥脱水机房。
污水处理工艺流程为污水先到粗格栅，通过污水提升泵到细格栅，再到曝气沉砂池通过配水井到三槽式氧化沟，通过接触消毒池后出水。
污泥处理工艺流程为：
氧化沟中的污泥到达浓缩池经脱水机房，最后泥外运。
设计进水水质为：
BOD5=260mg/L，COD=400mg/L，SS=380mg/L，TN=50mg/L，TP=8mg/L；设计出水水质为：
BOD5≤30mg/L，COD≤100mg/L，SS≤30mg/L，TN≤25mg/L，TP≤3.0mg/L，即污水处理厂出水水质要求达到国家《污水综合排放标准（GB8978-2002）》中二级标准。
关键词：
三槽式氧化沟；生活污水；污泥处理
I
Abstract
Thegraduationdesigntopicforasewagetreatmentplantdesign-oxidationditchprocess.Maintaskistoprocessselectionandstructuredesignandcalculation.Thissewagetreatmentplantmainprocessingsystemisdividedintotwopartsofthesewagetreatmentsystemandsludgetreatmentsystem,sewagetreatmentsysteminclude:
grille,sewagepumpingstation,aeratedgritchamber,blowerroom,matchwell,oxidationditch,thecontactbetweenchlorinedisinfectionpool.Sludgetreatmentsystemsinclude:
thesludgethickenerandsludgedewateringmachineroom.Wastewatertreatmentprocessforwastewatertocoarsegrid,firstbysewageliftpumptofinescreen,andthentoaeratedgritchamberthroughtheWellstothreeslottypeoxidationditch,throughcontactdisinfectionafterthepoolwater.Inthesludgetreatmentprocessis:
theoxidationditcharrivesludgethickenerdewateringmachineroom,finallysinotransmud.Designthewaterqualityis:
theBOD=260mg/L,COD=400mg/L,SS=380mg/L,TN=50mg/L,TP=8mg/L;Designfordischargingwater,BOD30mg/L,orlessCODacuitieswere100mg/L,SS30mg/L,orlessTNacuitieswere25mg/L,TP3.0mg/Lorless,thesewagetreatmentplanteffluentwaterqualityrequirementsmeetthenational"integratedwastewaterdischargestandard（GB8978-2002）"inthesecondarystandard.
Keywords:
threeslotoxidationditch;Wastewater;Sludgetreatment.
II
目录
摘要 I
Abstract II
引言 1
1概述 2
1.1设计任务和依据 2
1.2设计要求 2
1.3设计参数 3
2生活污水处理工艺比较与确定 4
2.1传统活性污泥法 4
2.2SBR工艺 4
2.3氧化沟 6
2.4工艺的确定 10
3设计计算 10
3.1格栅 10
3.2污水泵房 15
3.3沉砂池 17
3.4配水井设计计算 21
3.5三槽式氧化沟 22
3.6消毒设施 28
3.7污泥处理系统 29
4污水厂平面布置 33
4.1平面布置原则 33
4.2平面布置 33
5污水高程布置 34
5.1高程布置任务 34
5.2高程布置考虑事项 34
5.3构筑物间的确定 34
5.4高程布置设计计算 34
6系统与仪表 37
6.1变配电系统 37
6.2仪表的设计 37
7工程概预算及运行管理 38
7.1生产组织 38
7.2人员编制 38
7.3安全生产和劳动保护 38
7.4工程概算 39
7.5安全措施 39
7.6污水厂运行管理 40
7.7污水厂运行中注意事项 40
参考文献 41
华北理工大学轻工学院毕业设计书
引言
生命起源于水环境，水是所有生物生存不可缺少的重要因素，亦是人类发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。
据21世纪城市水资源国际学术研讨会透露联合国已经把我国列为世界上13个最缺水的国家之一，目前我国人均用水量是世界人均用水量的30%左右，淡水资源人均不超过2545立方米，不到世界人均值的1/4，严重制约着我国社会主义市场经济的发展。
中国经济的高速发展，我们为之付出的是环境污染的代价。
为保护环境，解决城市污水的排放对水体的污染，为了保护自然环境和自然生态系统，为了保证人民的身体健康，就必须要建立有效的污水处理设施，来解决这一问题。
综合废水处理工程是一项保护环境、治理污染、促进健康、造福社会的公益事业。
这不仅仅是对现存的污染状况予以有效的治理，而且对将来工、农业的发展以及人民群众健康水平的提高都有极为重要的意义。
因此，城市排水问题的合理解决必将带来重大的社会效益。
本设计就是基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到城镇污水处理厂污染物排放标准为要求，对系统进行全面设计。
1概述
1.1设计任务和依据
1.1.1设计题目
20万m3/d生活污水氧化沟处理工艺设计。
1.1.2设计任务
本设计方案是对某地生活污水的处理工艺，处理能力为200000m3/d，内容包括处理工艺的确定、各构筑物的设计计算、设备选型、平面布置、高程计算。
完成总平面布置图、主要构筑物的平面图和剖面图。
1.1.3设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》（2014）
（2）《污水综合排放标准》（GB8978－2002）
（3）《生活杂用水水质标准》（CJ25.1—89）
（4）《给水排水设计手册1-10》
（5）《水污染防治法》
1.2设计要求
（1）通过调查研究并收集相关资料经过技术与经济分析，做到技术可行、经济合理。
必须考虑安全运行的条件，确保污水厂处理后达到排放要求。
同时注意污水处理厂内的环境卫生，尽量美观。
设计原则还包括：
基础数据可靠；厂址选择合理；工艺先进实用；避免二次污染；运行管理方便。
选择合理的设计方案。
（2）完成一套完整的设计计算说明书。
说明书应包括：
污水处理工程设计的主要原始资料；污水水量的计算、污泥处理程度计算；污水泵站设计；污水污泥处理单元构筑物的详细设计计算；设计方案对比论证；厂区总平面布置说明等。
设计说明书要求内容完整，计算正确文理通顺。
（3）毕业设计图纸应准确的表达设计意图，图面力求布置合理、正确清晰，符合工程制图要求。
1.3设计参数
某地生活污水200000m3/d，其总变化系数为1.4，排水采用分流制。
表1-1设计要求
项目
进水水质（mg/L）
出水水质（mg/L）
BOD5
COD
SS
TN
TP
260
400
380
50
8
30
100
30
25
3
2生活污水处理工艺比较与确定
2.1传统活性污泥法
这是活性污泥法最早的形式,并一直沿用至今。
传统活性污泥法是污水处理中应用最早且最广泛工艺方法，相对于其它污水处理方法，其工艺成熟，管理运行经验丰富。
在污水处理过程中好氧微生物降解污染物需要大量的溶解氧，因此传统活性污泥法处理污水时曝气时间较长，污泥产生量大，对污染物的吸附量大，BOD5去除率可高达80～95%，出水水质稳定[1]。
但由于污水中大量存在的溶解氧，导致污水中氮磷的处理程度不高。
2.1.1工艺流程图
图2-1传统活性污泥法工艺流程图
2.1.1.1传统活性污泥法的特点
①曝气池内污水浓度从池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，污水降解反应的推动力较大，效率较高，对污水处理的方式较灵活。
②对悬浮物和BOD5的去除率较高。
③运行较稳定。
④推流式曝气池沿池长均匀供氧，会出现池首供氧过剩，池尾供氧不足，会增加动力费用[2]。
2.2SBR工艺
序批（间歇）式活性污泥法（SequencingBatchReactor，SBR）是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统，滗水器是该法的一项关键设备。
按运行次序分为进水、反应、沉淀、排水和闲置五阶段。
进水期用来接纳污水；反应期是在没有进水的情况下，通过曝气使微生物降解有机物，并使氨氮进行硝化；沉淀期是让污泥与水进行分离；排放期用来排放水和活性污泥；闲置期是处于进水等待状态。
尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合[3]。
目前在国内有广泛的应用。
2.2.1工艺流程图
干泥外运
进水
出水
格栅
沉砂池
SBR反应池
消毒接触池
浓缩池
硝化池
污泥脱水
图2-2SBR工艺流程图
2.2.2SBR工艺优点
（1）运行灵活。
可根据水量水质的变化调整各时段的时间，或根据需要调整或增减处理工序，以保证出水水质符合要求[4]。
（2）反应阶段在时间上属于理想的推流状态，生化反应推动力大、效率高且稳定。
（3）在某一时刻，SBR反应器内各处水质均匀，具有完全混合的水力特征，因而具有较好的抗冲击负荷能力。
（4）在处理周期开始和结束时，反应器内水质和污泥负荷由高到低变化，溶解氧则由低到高变化。
就此而言，SBR工艺在时间上具有推流反应器特征，因而不易发生污泥膨胀。
（5）工艺流程简单、造价低，主题设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积小。
（6）在沉淀阶段，反应器内无水流的干扰属于理想静态沉淀，无异重流或短流现象，污泥也不会被冲走，所以泥水分离效果好，出水悬浮物相对少，污泥浓缩得也好，也可以缩短沉淀时间[5]。
2.2.3SBR工艺缺点
（1）因为运行灵活，运行管理成为处理效果的决定因素。
这要求管理人员具有较高的素质，不仅要有扎实的理论基础，还应有丰富的实践经验。
（2）排水时间短（间歇排水时），并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（出水器），且对排水器的要求很高。
（3）后处理设备要求大。
如：
消毒设备很大，接触池容积也很大。
排水设施如排水管道也很大[6]。
2.3氧化沟
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。
2.3.1卡鲁塞尔氧化沟
卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。
它的研制目的是为满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深较浅，混合效果差等缺陷。
至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟系统正在运行，实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。
图2-3Carrousel氧化沟平面结构图
2.3.1.1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。
2.3.1.2特点
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。
2.3.2三槽式氧化沟
三槽氧化沟以3条相互联系的氧化沟作为一个整体，每条沟都装有用于曝气和推动循环的转刷。
在三沟式氧化沟运行时，污水有进水配水井进行3条沟的进水配水切换，进水在氧化沟内，根据已设定的程序进行工艺反应。
污水经生化处理后流入作为沉淀区的另一侧沟体内，泥水分离后由出水堰流出，沉淀沟进水作曝气沟使用，原曝气侧沟作沉淀沟，根据运行模式交替进行，它的循环运行方式非常适合于脱氮。
在实际运行中，可通过调整运行方式和曝气量在氧化沟内形成好氧段完成硝化反应和缺氧段完成反硝化反应。
曝气沉淀均在沟内交替运行，因而既无二沉池，也无需污泥回流系统。
在三个沟当中，中沟一直作为曝气区使用，提高了转刷的利用率[7]。
2.3.2.1原理
该工艺具有出水水质好、运行管理方便等优点。
但是由于工艺本身所有的独对性，使其在自动控制程度上采用单纯的时间顺序控制，从而无法很好获得最优反应效果并实现减少系统能耗的目的。
图2-4三槽式氧化沟
2.3.2.2特点
三槽氧化沟特点：
①处理效果稳定，出水水质好，并且具有较强的脱氮功能，有一定的抗冲击负荷能力。
②工程费用相当于或低于其他污水生物处理技术。
③污水处理厂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。
④管理简化，运行简单。
⑤剩余污泥较少，污泥不经消化也容易脱水，污泥处理费用较低。
⑥与其他工艺相比，臭味较小。
⑦曝气强度可以调节。
2.3.3奥尔伯（Orbal）氧化沟
起源于南非发展于美国的Orbal氧化沟是具有除磷脱氮功能的新工艺之一，因其在技术和经济上具有独特的优势，在国外得到广泛的采用。
我国在20世纪80年代就引进了这项技术，但真正被广泛使用是在近几年。
近年来，随着北京大兴污水处理厂、山东莱西污水处理厂、温州市污水处理厂、廊坊市东方污水处理厂和无锡市城北污水处理厂等的建成运行，充分显现了该工艺良好的技术性能和工艺优越性。
污泥回流泵
曝气转碟
外沟
中沟
内沟
二沉池
中心岛
图2-5奥尔伯（Orbal）氧化沟
2.3.3.1原理
氮硝化在生物絮体外进行，污水中的有机氮、蛋白氮等在好氧条件下首先被氨化菌转化为氨氮，然后在硝化菌的作用下变成硝酸盐氮。
在较高浓度梯度的NO3-N可渗入絮体内部，而在外沟道和中沟道中溶解氧含量又不高，一般控制在0～1mg/L左右，因此低溶解氧难渗入絮体内，就在微生物絮体中形成了缺氧环境，使絮体内部在反硝化菌的作用下，发生反硝化作用，使硝酸盐氮还原成氮气从污水中逸出。
污水在外沟道流动（水平流速约为0.5m/s）150～250圈后才能进入中间沟道，经过这种有氧、无氧区的交换次数达500～1000次（次数多少取决于沟道上设置了多少道盘），从而完成了有氧、无氧的快速交换，较大程度地发生“同时硝化反硝化”，脱除氨氮。
2.3.3.2特点
从外到内，第一渠的容积为总容积的50﹪-55﹪；第二渠为30﹪-35﹪；第三渠为15﹪-20﹪。
运行时，应保持第一、第二、第三渠的溶解氧分别为0mg/L、1mg/L、2mg/L。
第一渠中可同时进行硝化和反硝化，其中硝化的程度取决于供氧量。
由于第一条渠道中氧的吸收率通常很高，一次可在该段反应池中提供90﹪的供氧量，仍可把溶解氧的含量保持在10mg/L的水平上。
在以后的几条渠道中，氧的吸收率比较低，因此，尽管反应池中的供养量较低，溶解氧的含量却可以保持较高的水平。
2.4工艺的确定
本项目处理的污水主要以有机污染物为主，BOD5/COD=0.52，可生化性较好，重金属及其它难降解的有毒有害污染物不超标。
，三槽式氧化沟能有脱氮除磷效果，根据处理规模，进水水质，出水要求，本设计选择三槽式氧化沟。
3设计计算
3.1格栅
3.1.1设计说明
格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成，在污水处理系统（包括水泵）前，均须设置格栅，安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部，用以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
截留污物的清除方法有两种，即人工清除和机械清除。
大型污水处理厂截污量大，为减轻劳动强度，一般应用机械清除截留物。
格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅条间隙可分为粗格栅（50~100mm），中格栅（10~40mm），细格栅（3~10mm）三种。
栅条的断面形状有圆形、锐边矩形、迎水面为半圆形的矩形、迎水面背水面均为半圆的矩形几种。
而其中具有强度高，阻力损失小的优点[8]。
本设计采用两道中格栅、两道细格栅，迎水面为半圆形的矩形的栅条,选用机械清渣。
3.1.2设计原则（图）
图3-1格栅结构示意图
3.1.3设计参数
（1）原水水量：
Q=2.31m3/s；
（2）取流量总变化系数为：
Kz=1.4；
（3）设计流量：
Qmax=KzQ=1.4×2.313.23m3/s；
（4）设过栅流速：
=0.8m/s；
（5）格栅安装倾角：
3.1.4中格栅（2道）设计计算
（1）进水渠道宽度计算
根据最优水利断面公式：
代入得：
则栅前水深：
（2）格栅间隙数
式中：
Qmax——最大废水设计流量m3/s；
α——格栅安装倾角~取；
h——栅前水深m；
b——栅条间隙宽度，取20mm；
——过栅流速m/s。
则。
验算平均水量流速=0.80m/s，符合（0.65~1.0）。
（3）栅槽宽度
式中：
S——栅条宽度，取0.015m；
B——栅槽宽度，m。
代入得：
（4）进水渠道渐宽部分的长度计算
式中——渐宽部分的展开角，一般采用。
代入得：
（5）进水渠道渐窄部分的长度计算
（6）通过格栅的水头损失
式中：
——水头损失，；
——格栅条的阻力系数，查表得知；
——格栅污物堵塞时的水头损失增大系数，一般取。
则
（7）栅后槽总高度
式中：
——超高，取0.3m。
（8）栅槽总长度
（9）每日栅渣量
>0.2m3/d
式中：
w1取。
应采用机械除渣或无轴传送栅渣，采用机械栅渣打包机降栅渣打包，汽车运走。
3.1.5细格栅（2道）设计计算
（1）进水渠道宽度计算
根据最优水利断面公式：
代入得：
则栅前水深：
（2）格栅间隙数
式中：
Qmax——最大废水设计流量，m3/s；
α——格栅安装倾角~，取；
h——栅前水深m；
b——栅条间隙宽度，取20mm；
——过栅流速，1m/s。
则
（3）栅槽宽度
式中：
S——栅条宽度，取0.01m
B——栅槽宽度，m。
（4）进水渠道渐宽部分的长度计算
式中：
——渐宽部分的展开角，一般采用。
则：
（5）进水渠道渐窄部分的长度计算
（6）通过格栅的水头损失
式中：
——水头损失，；
——格栅条的阻力系数，查表得知；
——格栅污物堵塞时的水头损失增大系数，一般取。
则
（7）栅后槽总高度
式中：
——超高，取0.3m。
（8）栅槽总长度
（9）每日栅渣量
>0.2m3
式中：
w1取。
应采用机械除渣或无轴传送栅渣，采用机械栅渣打包机降栅渣打包，汽车运走。
选用NC—400型机械格栅两台。
设备宽度400mm，有效栅宽250mm，有效栅隙30mm，运动速度3m/min,水流速度≤1m/s，安装角度，电机功率0.25kw，支座长度960mm，格栅槽深度500mm，格栅地面高度360mm。
生产厂：
上海南方环保设备有限公司、上海
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