环境工程毕业设计（论文）华北地区M市污水处理厂设计

华北地区 M 市污水处理厂 设计系 别环境科学与工程系专 业环境工程学 号姓 名指导老师 2011 年 06 月 15 日 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 I 页华北地区 M 城市污水处理厂设计摘 要随着经济的不断发展，城市规模的扩大，水环境污染的问题日渐突出。水环境的污染影响人类的身体健康，制约了经济建设的进一步发展。因此近年来我国兴建了大量的污水处理厂，对于消除水体污染，改善环境起到了积极作用。M 市污水处理厂设计污水日处理能力为，属于中小型污水处理厂。污水330000m主要来源为生活污水和工业废水，主要污染物质为 NH3-N、BOD、COD，适宜采用生化处理方法。经过方案比较，确定采用三槽式氧化沟工艺。进水CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 值分别为 411、224、205、26、42、7.7。NH3-N、BOD、COD 的去除率分别达到 80.54%、91.07%、80.54%，污水处理厂处理后的出水达到污水综合排放标准 （GB18918-2002）中的一级 B 标准。本设计采用三沟式氧化沟法处理城市污水，其特点是工艺流程简单，构筑物少；处理效果稳定，出水水质好；污泥产生量少，污泥的性质稳定。设计中对污水处理工艺和污泥处理方案进行了选择论证；对污水、污泥处理构筑物进行了工艺设计计算；对废水处理厂进行了平面、高程布置，并绘制了平面布置图、高程图。经技术经济分析，此设计方案投资总额为 2619.53 万元，废水处理成本为 0.53 元/ m3。关键词：关键词：城市污水；污水处理；氧化沟法 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 II 页North China Urban Sewage Treatment Plant MAuthor：Xuan WenshanTutor：Yang YixinAbstractWith the economy development and expanding of cities, the problem of water pollution increased obviously. The pollution of water environment affects the human health and hampers the further development of economic construction. So in recent years our country constructs a large number of sewage treatment plants. It has played a positive role for eliminating the water pollution and improving the environment. The designed daily freatment of the city sewage treatment plant designed in M City is 30,000 m3,which belongs to big-sized sewage treatment plant. The main polluting is the NH3-N, BOD, COD. It is suitable to use the biochemistry processing method. After the comparison of the plan, the Three Type Oxidation Ditch craft was chosen as the process. The value of inlet parameters such as CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP are 411mg/L, 224mg/L, 205mg/L,26mg/L, 42mg/L and 7.7mg/L respectively. The elimination rate of the NH3-N, BOD, COD respectively achieved 42.31%, 90.07%, 80.54%. The outlet water of the treatment meets the level one of B of the National Sewage Discharge Standard (GB18918-2002).This design uses three oxidation ditch to treat urban sewage. The characters are follouing：simple process,less structures; stable effect, good water quality; less sludge, stable sludge. In the design,we demonstrate the wastewater treatment technology and sludge treatment ant selectively; made a technology design of sludge treatment structures; layout the plane and elevation of the wastewater treatment plant; draw the layout map, elevation map.This project total investment is about 261,953,00Yuan, and processing unit cost is about 0.53 Yuan per cube meter.Key words: Municipal wastewater; Sewage treatment; Oxidation ditch 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 III 页目 录1 绪论 -11.1 概述-11.1.1 设计目的和意义-11.1.2 设计内容-11.2 设计原始资料-21.2.1 自然资料-21.2.2 气象资料-21.2.3 排水资料-31.2.4 受纳水体资料-41.3 设计水量-41.4 设计水质-71.4.1 生活污水水质-71.4.2 工企业污水水质-71.4.3 设计进水水质-81.4.4 设计出水水质-91.5 污染物处理程度 -101.6 污水厂设计原则及依据 -111.6.1 设计原则 -111.6.2 执行的规范和标准 -112 城市污水处理厂方案确定-122.1 方案选择原则 -122.2 工艺方案选择 -122.2.1 氧化沟法与 AAO 法比较 -132.2.2 氧化沟系统的比选 -162.2.3 三沟式氧化沟 -182.3 工艺流程的确定 -213 污水处理系统设计计算-223.1 进水闸井的设计 -223.1.1 污水厂进水管 -223.1.2 进水闸井工艺设计 -223.2 中格栅 -233.2.1 设计概述 -23 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 IV 页3.2.2 设计计算 -243.3 污水提升泵房及集水井 -263.4 泵后细格栅 -293.5 沉砂池设计 -313.5.1 设计概述 -313.5.2 设计规定 -333.5.3 设计计算 -333.6 配水井 -353.7 三沟式氧化沟 -363.8 接触池 -453.8.1 设计概述 -453.8.2 设计计算 -463.9 巴氏计量槽 -484 污泥处理系统设计计算-514.1 污泥输送方式 -514.2 污泥管道输送 -514.3 污泥泵房 -524.4 污泥浓缩池 -534.5 贮泥池 -564.6 污泥脱水间 -565 污水厂总体布置-585.1 污水处理厂布置 -585.1.1 厂址选择 -585.1.2 平面布置 -585.2 高程布置及计算 -596 工程概预算-636.1 污水厂项目总投资 -636.1.1 第一部分费用 -636.1.2 第二部分费用 -646.1.3 第三部分费用 -646.1.4 项目总投资 -656.2 污水厂处理成本估算 -656.2.1 药剂费 -656.2.2 动力费（电费） -65 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 V 页6.2.3 工资福利费 -666.2.4 折旧费 -666.2.5 摊销费 -666.2.6 大修理基金提成率 -666.2.7 检修维护费 -676.2.8 利息支出 -676.2.9 其他费用 -676.2.10 工程项目年总成本-676.2.11 项目年经营成本-676.3 污水厂综合成本 -67结 论-68致 谢-69参考文献-70附 录-71附录一 英文文献中文翻译-71附录二 英文文献原文 -77 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 概述 随着城市工业生产的发展，城市人口的递增，城市规模的扩大，工业废水和生活污水排出量日益增多。大量未经处理的污水直接排入周围河流，致使城市周围环境污染十分严重，不但直接污染了市区的地下饮用水，而且对河流和人民生活造成了危害。人类和生物赖以生存的生态环境受到了日益严重的威胁。同时，水生态系统体现了人与水的和谐共存与协调发展，是城市生态系统的主要组成部分和关键因素，与一个城市的可持续发展密切相关。因而，城市污水治理已成为当前迫切需要解决的问题之一。为保护环境，实现社会、经济的可持续性发展，应尽可能的减少污染物的排放量，故需对城市污水及工业废水进行综合处理，使排入河流的污水水质达到设计要求并符合国家规定的标准。1.1.1 设计目的和意义 此工程设计研究的目的在于通过对城市进行排水流域划分，排水体制确定，确定污水厂规模、处理程度，各处理构筑物工艺尺寸及运行参数进行计算，并对整个城市的排水工程的总造价进行概预算分析及不同方案之间的技术经济比较来确定一个较为合理的方案来解决该市现有的排水状况问题。 意义在于通过设计，可以确定一套技术可行，经济合理的方案。改善当地生态环境，提高人民生活质量和城市形象。避免城市下游旅游区由于受到污水的污染而影响经济效益。另外通过本次毕业设计，让我们对排水工程有一个更系统全面深入地了解，培养我们分析问题、解决问题，综合运用所学知识独立工作能力，并能从技术、经济、环境与社会等多方面综合考虑，为将来在排水工程的实际工作岗位上工作打下坚实基础。1.1.2 设计内容 1. 污水处理程度计算 根据原始资料和城市规划情况，并考虑环境效益与社会效益，合理地选择污水处 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 2 页理厂厂址。然后根据水体自净能力、要求的处理水质以及当地的具体条件、气候与地形条件等来计算污水处理程度与确定污水处理工艺流程。 2. 污水处理构筑物计算 确定污水处理工艺流程后选择适宜的各处理单体构筑物的类型。对所有单体构筑物进行设计计算，包括确定各有关设计参数、负荷、尺寸及所需要的材料、规格等。 3. 污泥处理构筑物计算 根据原始资料、当地具体情况以及污水性质与成分，选择合适的污泥处理工艺流程，进行各单体构筑物的设计计算。 4. 平面布置及高程计算 对污水与污泥处理流程要做出准确的平面布置，进行水力计算与高程计算。对需要绘制工艺施工图的构筑物还要进行详细的施工图所必须的设计计算，包括各部位构件的形式、构成与具体尺寸等。 5. 排水泵站工艺计算对污水处理工程的总排水泵站进行工艺设计，确定水泵的类型，扬程和流量，计算水泵管道系统和集水井容积，进行泵站的平面尺寸计算和附属设施的计算。6. 投资估算 根据当地市场主要建材价格、劳动力工资标准和其他管理费用的规定进行污水处理工程的投资估算，确定土建及市政工程估算定额标准，计算污水处理工程的投资估算和单位污水的处理成本。1.2 设计原始资料1.2.1 自然资料 M 市总面积 1184 平方千米。城市人口为 20 万。M 市背山面海，地质结构复杂。由平原（约占总面积的 36%） 、低山丘陵（约占总面积的 9%） 、沙带（约占总面积的29%） 、沿海（河）滩涂（约占总面积的 26%）构成了多相性资源结构。1.2.2 气象资料 1. 气温（）等资料，见表 1.1 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 3 页表 1.1 气象资料Tab1.1 Meteorological data县最高气温（）33年平均降雨量（mm）460县最低气温（） -10年最大降雨量（mm）510地下水位深度（m）-7.0日最大降雨量（mm）55 2. M 市夏季主导风向为：西北方向。 3. 最大冻土深度 1.3m，封冻期 100 天。1.2.3 排水资料 1. 主要工业企业的排水情况，见表 1.2表 1.2 工业企业排水量及排水水质Tab.1.2 Industrial enterprises and drainage water discharge工业企业名称污水日排水量m3/d最大排水量m3/班SSmg/LCODmg/LBOD mg/L氨氮mg/L总磷mg/L总氮mg/LpHA1300900250480260406056-9B2000110050070040035505.56-9 注：1.工业企业废水的特殊水质可以另行说明； 2.如果企业与公共建筑的废水已经经过处理，按处理后的水质填写。表 1.3 工业企业淋浴用水量Tab.1.3 Industrial enterprises shower water热车间人数一般车间人数工业企业名称工人总人数最大班人数分班占最大班（%）淋浴（%）占最大班（%）淋浴（%）A300180220808020 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 4 页B5003502307070302. 公共建筑排水情况，见表 1.4 表 1.4 公共建筑排水情况Tab.1.4 Public building drainage名称排水量（m3/d）甲900乙1200 3. 市区覆盖情况，见表 1.5表 1.5 市区覆盖情况Tab.1.5 Coverage of urban房盖（%）草地（%）路面（混凝土沥青） （%）土地（%）401035151.2.4 受纳水体资料表 1.6 受纳水体水文资料Tab.1.6 Hydrological data of receiving water 最小流量（m3/s）3.0水流速度（m/s）0.21水体 BOD5（mg/L）4水体 SS（mg/L）15地下水位深度（m）-7.0水体温度（）12最高水位（m）26最低水位（m）22注：污水厂排放口上游最小流量时水体溶解氧浓度为 5.8mg/L，排放口处水体的水位标高，在污水排放口下游 50km处有一集中取水口。1.3 设计水量 设计水量中为雨污分流排水体系，不包括雨水处理量。按居住区生活污水量标准， 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 5 页应根据本地区气候条件，建筑物内部设备情况，生活习惯，生活水平因素确定。如有本地区获相似条件地区实际统计的生活用水量（或当地污水量标准）时，生活污水量标准也可按实际生活用水量（或当地污水量标准）计算。 该市人口 20 万知此次设计属于中小型城市范畴，二区。所以用水定额取值范围为70-120L/cap.d，取 100L/capd。排水系数为 0.8。 1. 居民平均日生活用水量/dm102.0L/d102.01010020Q3474由排水系数为 0.8，得居民区平均日综合生活污水量：1000L/s185.18L/s/dm101.6/dm102.00.8Q3434d居民区生活污水量总变化系数1.55185.182.72Q2.72K0.1080.108dz居民区生活污水设计流量为：287.04L/s/dm102.48101.61.55QKQ344dz1 2. 工业企业工业废水设计最大流量38.19L/s/d3300m20001300QQQ3BA2由工业企业生活污水量设计最大流量：3600TKNqKNqQ222111 一般车间每班每人污水量定额，一般 30 计1q个L/个 热车间每班每人污水量定额，一般 50 计2q个L/个 一般车间最大班工人数（人）1N 热车间最大班工人数（人）2N 一般车间最大班工人数生活污水量班内变化系数，一般取 3.01K 热车间最大班工人数生活污水量班内变化系数，一般取 2.52K 每班工作小时数，这里因为是两班制，所以取 12hT所以，有设计所给资料计算得： 144个0.8180N1A36个0.2180N2A 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 6 页 245个0.7350N1B105个0.3350N2B0.404L/s1236002.536503.0144303600TKNqKNqQ2A21A1A2110.814L/s1236002.5105503.0245303600TKNqKNqQ2B21B1B211工业企业生活污水量设计最大流量：1.22L/s0.8140.404QQQ11BA3工业企业淋浴用水设计最大流量：3600NqNqQ4433一般车间每班每人淋浴水量定额L/（人班），一般以 40 计3q热车间每班每人淋浴水量定额L/（人班），一般以 60 计4q一般车间最大班使用淋浴的人数（人）3N热车间最大班使用淋浴的人数（人）4N所以 29个0.20.8180N3A29个0.80.2180N4A 74个0.30.7350N3B74个0.70.3350N3B0.805L/s3600296029403600NqNqQ44332AAAAA2.056L/s3600746074403600NqNqQ44332BBBBB工业企业淋浴用水设计最大流量： 2.86L/s2.0560.805QQQ22BA4公共建筑用水：2.43L/s/d2100m1200900QQQ35乙甲 3. 总设计最大流量/dm102.87331.74L/s2.432.861.2238.19287.04QQQQQQ3454321max所以取设计最大量为：，即 347.22L/s。1.4 设计水质/d30000mQ3max 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 7 页1.4.1 生活污水水质 1. 查典型生活污水水质如下图表 1.7 居民典型生活污水水质Tab.1.7 Typical residents of sewage water 浓度（mg/L） 指标高中低 SS350200100CODcr1000400250BOD5400220 110氨氮502512总氮854020总磷1584 2. 由北方城市中，一般设计水质：CODcr=400mg/L，BOD5=220mg/L 左右 。所以此次设计居民生活水质去中常值。1.4.2 工企业污水水质 由设计原始资料知工企业排水水质，见表 1.8表 1.8 工业企业排水水质Tab.1.8 Industrial enterprises drainage water quality工业企业名称污水日排水量m3/dSSmg/LCODmg/LBOD mg/L氨氮mg/L总氮mg/L总磷mg/LpHA1300250480260406056-9B200024050025035505.56-9 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 8 页1.4.3 设计进水水质A 企业的污水量为：16.26L/s0.8050.40415.05QQQ21AAAB 企业的污水量为：26.02L/s2.0560.81623.15QQQ21BBB生活污水量为：304.94L/s26.0216.26347.22QQQQ个B个Amax生活污水1. 生活污水与工业废水混合后，SS 浓度为347.2224026.0225016.26200304.94QCQCQCQCmax个BSS,个B个ASS,个ASSSS生活污水= 205mg/L2. 生活污水与工业废水混合后，CODcr浓度为22.34750026.0248016.26400304.94QCQCQCQCmax个BCODcr,个B个ACODcr,个ACODcrCODcr生活污水 = 411mg/L3. 生活污水与工业废水混合后，BOD5浓度为347.2225026.0226016.26220304.94QCQCQCQCmax个B,BOD个B个A,BOD个ABODBOD5555生活污水 = 224mg/L4. 生活污水与工业废水混合后，NH3-N 浓度为347.223526.024016.2625304.94QCQCQCQCmaxB个N,NHB个A个N,NHA个NNHNNH3333生活污水 = 26mg/L5. 生活污水与工业废水混合后，TN 浓度为 347.225026.266016.0240304.94QCQCQCQCmaxB个TN,B个A个TN,A个TNTN生活污水 = 42mg/L6. 生活污水与工业废水混合后，TP 浓度为 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 9 页 347.225.526.02516.268304.94QCQCQCQCmaxB个TP,B个A个TP,A个TPTP生活污水 = 7.7mg/L表 1.9 污水处理厂设计进水水质Tab.1.9 Wastewater treatment plant influent water quality design指 标单位数值SSmg/L205CODcrmg/L411BOD5mg/L224NH3-Nmg/L26TNmg/L42TPmg/L7.71.4.4 设计出水水质 城市污水处理厂出水水质应满足国家城市污水排放水质标准中的一级 B 排放标准。查城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级 B 标准见表 1.10表 1.10 污水出水水质 Tab.1.10 Sewage effluent指 标单位数值SSmg/L20CODcrmg/L60BOD5mg/L20NH3-Nmg/L 8（15）TNmg/L20TPmg/L1pH 69 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 10 页注：1.下列情况按去除率执行，当进水 COD 大于 350mg/L 时，去除率应大于 60%；BOD 大于160mg/L 时，去除率应大于 50%。2.括号外数值为水温12时的控制指标，括号内数值为水温12时的控制指标。由设计原始资料，受纳水体水温为 12，所以处理后 NH3-N 的数值应为 15mg/L。1.5 污染物处理程度 1. 由处理效率：100%CC-CEoeo其中进水中某种物质平均浓度（mg/L） 0C 出水中该种物质平均浓度(mg/L) eC根据污水处理厂进水水质和所要求达到的出水水质，计算得(1) 污水中 SS 的处理程度：90.02%100%20520205100%CC-CESSo,SSe,SS,oSS(2) 污水中 CODcr 的处理程度：%54. 08100%41160411100%CC-CEcrcrcrcrCOD0,CODe,COD,oCOD(3) 污水中 BOD5的处理程度：%07.91100%22420224100%CC-CE5555BODo,BODe,BOD,oBOD(4) 污水中 NH3-N 的处理程度：%31.42100%261526100%CC-CEN-NH0,N-NHe,N-NH,oN-NH3333(5) 污水中 TN 的处理程度：%38.52100%422042100%CC-CETNo,TNe,TN,oTN(6) 污水中 NH3-N 的处理程度：%01.87100%7 . 717 . 7100%CC-CETPo,TPe,TP,oTP 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 11 页表 1.11 污水处理程度Tab.1.11 treatment level指 标处理程度SS90.02% 续表CODcr80.54%BOD591.07%NH3-N42.31%T-N52.38%TP87.01%1.6 污水厂设计原则及依据1.6.1 设计原则 1. 根据城市污水排放的标准，本方案对华北地区 M 市废水进行处理，使出水水质达到城市污水排放标准。 2. 选用运行安全可靠，经济合理的处理方案和工艺流程。尽可能减少基建投资和设备运行管理费用，节省占地和降低能耗。 3. 利用国内外先进技术和设备，提高污水处理厂的技术含量，确保污水处理的效果。 4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣和污泥等，尽可能作的资源的回收利用，避免二次污染的发生。1.6.2 执行的规范和标准 1. 地表水环境质量标准 (GB3838-2002) 2. 城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002) 3. 污水综合排放标准(GB8978-1996) 4. 污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-1999) 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 12 页 5. 城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准(CJJ31-89) 6. 城市污水处理厂污水污泥排放标准(CJ3025-93) 7. 华北地区 M 城市污水处理厂设计任务书 8. 给水排水设计手册 （第二版）112 册 9. 排水工程 张自杰主编，建筑工业出版社，2000 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 13 页2 城市污水处理厂方案确定2.1 方案选择原则 1. 城市污水处理应采用先进的技术设备，要求经济合理，安全可靠，出水水质好；保证良好的出水水质，效益高； 2. 污水厂的处理构筑物要求布局合理，建设投资少，占地少；自动化程度高，便于科学管理，力求达到节能和污水资源化，进行回用水设计； 3. 为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；提高自动化程度，为科学管理创造条件； 4. 污水处理用生物处理，污泥脱水用机械脱水并设事故干化厂；污水用季节性消毒； 5. 提高管理水平，保证运转最佳经济效果；充分利用沼气资源，把沼气作为燃料； 6. 查阅相关的资料确定其方案。最佳的处理方案要体现以下优点：保证处理效果，运行稳定；基建投资省，耗能低，运行费用低；占地面积小，泥量少，管理方便。2.2 工艺方案选择 根据污水的特点：1. 有机物的浓度比较低，CODcr浓度在 400mg/L 左右；2. 污水以有机污染物为主，BOD5/CODcr=0.50.3，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标，易进行生物处理；3. 悬浮物的浓度比较低；4. 进水中 N、P 含量高于污水综合排放标准一级 B 标准，需选择相关脱氮除磷工艺；5. 废水呈中性，pH=69，这一项指标符合污水排放标准； 6. 在达到污水处理要求的前提下，应着重考虑工程占地面积和污水处理费用节省。 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 14 页 针对水质特点，以及出水要求，现有城镇污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于氮磷超标，处理工艺尚用硝化除磷。根据处理规模（30000m3/d） ，进出水质（一般的生活污水） ，出水质要求（国家污水综合排放标准 GB189182002中一级 B 标准） ，污水处理厂既要求有效地去除 BOD5，又要求对污水中的氮、磷进行适当处理，防止水体的富营养化，以及该工程的造价与运行费用，当地的自然条件（包括地形、气候、水资源） ，污水水量及其变化动态，运行管理与施工，并参考典型的工艺流程和各种生物处理法的优缺点及使用条件。本节对其处理工艺流程进行方案筛选，并通过论证选择合理的污水及污泥处理工艺流程。我们对活性污泥法和人工生物净化的几个方案进行筛选。初步选到下列两种工艺三个方案，再进行比较：1. AAO 同步脱氮除磷工艺；2. 氧化沟工艺。2.2.1 氧化沟法与 AAO 法比较 1. 优缺点比较，见表 2.1 表 2.1 工艺方案优缺点比较Tab.2.1 compare advantages and disadvantages of process plan方案一(AAO 处理工艺)方案二(氧化沟工艺)优点： (1)该工艺是最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间总的占地面积少于其它同类工艺。 (2)在厌氧（缺氧）好氧交替运行的条件下，丝状菌得不到大量的繁殖，无污泥膨胀之忧，SVI 值一般均小于 100。 (3)污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。 (4)运行无须投药，两个 A 段只用轻缓搅优点： (1)氧化沟具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物絮凝作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行消化和反消化作用，取得脱氮的效果。 (2)不使用初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。 (3)氧化沟只有曝气器和池中推进器维持沟内的正常运行，电耗较小，运行费用 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 15 页拌，以不增加溶解氧浓度，运行费用低。缺点： (1)除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不宜太高，特别是 P/BOD5值高时更是如此。低。 (4)脱氮效果还能进一步提高。因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环量，要提高脱氮效果势必要增加内循环量。而氧化沟的内循环量从理论上说可以是不受限制的，从而氧化沟具有较大的脱氮能力。 续表 (2)脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以 2Q 为限，不宜太高，否则增加运行的费用。 (3)对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防止循环混合液对缺氧反应器的干扰。缺点： (1)污泥膨胀问题。当废水中的碳水化合物较多，N、P 量不平衡，pH 值偏低，氧化沟中的污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。 (2)泡沫问题 (3)污泥上浮及污泥沉积问题 (4)占地面积很大，运行管理费用高2. 工艺相关参数比较，见表 2.2表 2.2 工艺方案相关项目比较Tab.2.2 Comparison craft projects related to the program方案项目方案一（AAO 处理工艺）方案二（氧化沟工艺）污泥负荷中负荷低负荷污泥龄(d)5152030污泥量较多少 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 16 页 3. 污水处理工艺流程比较 (1) 方案一 AAO 处理工艺流程图泥饼外运中格栅污水提升泵房细格栅沉砂池初沉池厌氧池缺氧池好氧池二沉池接触池浓缩池贮泥池脱水机房消化池图 2.1 AAO 处理工艺流程图 (2) 方案二 氧化沟工艺处理工艺流程图污泥处理方式硝化浓缩脱水直接浓缩脱水曝气水平鼓风曝气表曝机能耗水平高低碳化效果好好脱氮效果好好除磷效果好较好厂区环境一般好混合液回流氧化沟污水提升泵房细格栅沉砂池接触池二沉池污泥回流剩余污泥剩余污泥 污泥回流中格栅 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 17 页图 2.2 氧化沟工艺处理工艺流程图 4. 推荐方案 总的说来，两种方案都能够达到要求处理的效果，而且工艺简单，污泥处理的难度较小，在技术上都是可行的。但结合实际的工程要求来看，对于污水的除磷率要求比较高，只有方案二符合；并且，有证据表明，城市污水经氧化沟工艺处理后，污水中各项污染物平均去除率能满足上面的脱氮除磷的要求；而且经过多年实践证明， 、氧化沟工艺二级处理工艺具有工艺简单成熟操作管理简便，处理效果好，出水水质稳定，脱氮除磷性能好的特点，同时，该工艺省去了初沉池，也不必象 AAO 法等其它脱氮除磷工艺那样需要大量混合液回流和多个池子，并且污泥处理工艺省去了污泥消化池，因此工艺布置紧凑，可省地省电降低基建费用和运行费用，是城市污水处理厂比较理想的处理工艺。综合所述，方案二从经济和技术上都是可行的，而且符合各项原则，是较为合理的选择。所以确定为氧化沟工艺。2.2.2 氧化沟系统的比选 1. 卡鲁塞尔氧化沟工艺 (1) 工艺特点卡鲁塞尔氧化沟是一个多沟串连的系统，进水和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。由于曝气器的泵送作用，沟中的流速保持 0.3m/s。水流在连续经过几个曝气区后，便流入外边最后一个环路，出水从这里通过出水堰排出，出水位于第一曝气区的前面。卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气器，每组沟渠安装一个，均安装在同一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的缺氧区。这不仅有利于生物凝聚，还使活性污泥易于沉淀。BOD5去除率可达到 95%99%，脱氮效率约为 90%，除磷率约为 50%。泥饼外运脱水机房贮泥池浓缩池 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 18 页在正常的设计流速下，卡鲁塞尔氧化沟渠道中混合液的流量时进水流量的 50100倍，曝气池中混合液平均每 520min 完成一个循环。具体循环时间取决于渠道长度、渠道流速、设计负荷等。这种状态可以防止短流，还通过完全混合作用产生很强的耐冲击。卡鲁塞尔氧化沟的表面曝气机单机功率大（可达 150kW） ，其水深可达 5m 以上，使氧化沟占地面积减小，土建费用降低。同时具有很强的混合搅拌和耐冲击负荷能力。当有机负荷较低时，可以停止某些曝气机的运行，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。由于曝气机周围的局部地区能量强度比传统活性污泥曝气池中强度高得多，使得氧的转移效率大大提高，平均传氧效率达到2.1 kg/(kWh)。为满足水质排放标准，卡鲁塞尔氧化沟在原来的基础上开发了许多新的设计，实现了新的功能。提高了处理效果，降低了运行能耗，改进了活性污泥性能，提高了生物除磷脱氮功能。主要有单级标准卡鲁塞尔氧化沟工艺及变形；Carrousel denitlR/Carrrousel 2000 工艺；Carrousel3000 工艺；以及四阶段和五阶段 Carrousel Bardenpho 工艺系统。 (2) 优点 出水水质好，由于存在明显富氧区和缺氧区，脱氮效率比较高；曝气设施的单机功率大、调节性能好，并且曝气设备数量少。既节省投资又可使运行管理简化；有极强的混合搅拌和耐冲击能力；氧化沟沟深加大，使占地面积减少、土建费用降低。 (3) 缺点 曝气设备用电量比较多，能耗较高；设备安装比较复杂、繁琐。2. 三沟式氧化沟工艺 (1) 优点 占地面积少，集曝气、二沉、污泥浓缩为一体；设备先进，自动化程度高；管理人员少，工程造价及运行费用较低；具脱氮除磷功能，出水水质较稳定；污泥龄较长，污泥性质比较稳定；三沟式氧化沟因单池体积大，对冲击符合的适应能力较强。 (2) 缺点 三沟式氧化沟自动化控制要求较高，自动控制水流方向和出水堰升降要求比较高。3. 二次沉淀池交替运行氧化沟系统 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 19 页 (1) 优点 出水水质好；可以不单独设置二沉池，处理流程短，节省占地面积；不需单独设置反硝化区，通过运行过程中设置停曝期进行反硝化，具有较高的氮去除率。 (2) 缺点 设备闲置率高；自动化程度的要求高，增加了运行管理费用。4奥巴勒型氧化沟工艺 奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为 0，中环为 1，内环为 2，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气， 水深一般在4.04.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。 (1) 优点 出水水质好，脱氮率高，同时进行硝化和反硝化；可以在将来负荷增加的情况下，加以扩建；易于适应多种进水情况和出水要求的变化；容易维护；节能，比其他任何氧化沟系统运行时所需要的动力都小。 (2) 缺点 受结构形式的限制，总图布置困难。5. 曝气沉淀一体化氧化沟系统 (1) 优点 工艺流程短，构筑物和设备少；不设置单独的二沉池，氧化沟占地面积较小；沟内设置沉淀区，污泥自动回流，节省基建投资和运行费用；造价低、建造快、设备事故率低，运行管理工作量少；固液分离比一般二沉池效果好。 (2) 缺点 运行和启动存在一定问题；技术尚处于研究开发阶段。2.2.3 三沟式氧化沟 在上面各个氧化沟系统中，交替工作氧化沟工艺中有一种工艺叫做三沟式氧化沟工艺，由丹麦Kruger公司创建的。根据运行方式和沟的数量分为单沟（A型） 、双沟（B型） 、和三沟（T型）三种形式。其中双沟在原D型的基础上开发出了VR 型氧化沟。这一类型氧化沟主要是为了去除BOD，如果要同时脱氮除磷，多于单沟和双沟就要在氧化沟前后分别设置厌氧池和沉淀池，即成为AE型或DE型氧化沟。而三沟式氧化沟除磷脱氮可在同一反映器中完成。 交替式工作氧化沟系统没有单独设置反硝化区，通过在运行过程中设置停曝期来 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 20 页进行反硝化，从而获得较高的氮去除率。交替式工作氧化沟VR型是将曝气沟渠分为A、B两部分，其间有单向活板门相连。利用定时改变曝气转刷的旋转方向，以改变沟渠中的水流方向，使A、B两部分交替的作为曝气区和沉淀区。D型氧化沟有容积相同的A、B两部分组成，串联运行，交替的作为曝气区和沉淀区，一般以8小时为一个运行周期。该系统出水水质好，污泥稳定，不需设污泥稳定装置，但是最大的缺点是曝气设施利用率仅为37.5%。 三沟式氧化沟（T 型）是有三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，中间氧化沟一直为曝气池，原污水交替的进入两侧氧化沟，处理水则相应的从作为沉淀池的两侧氧化沟中流出，这样提高了曝气设备的利用率（可达 48.6%） ，另外也有利于生物脱氮。三沟式氧化沟基本运行方式大体分为 6 个阶段，工作周期为 8 小时。通过控制系统自动控制进、出水方向，溢流堰的升降以及曝气设备的开动和停止。 三沟式氧化沟运行方式可根据不同的入流水质及出水要求而改变，所以系统运行灵活，操作较方便，但要求自动控制程度高。三沟式氧化沟又称三沟轮换式氧化沟，将曝气与沉淀工作置于同一构筑物内。如果要将三沟式氧化沟工艺的污水厂进行扩展，在其后再增建二沉池和回流设备。可将原污水厂的处理能力提高一倍。三沟式氧化沟是一个 A-O（兼氧好氧）活性污泥系统，可以完成有机物的沉降和硝化反硝化过程，能取得较好的 BOD5去除效果和脱氮效果，运行灵活、稳定、管理方便，在我国投入使用后很快得到了重视。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，运行费用大大降低。处理流程简单，省去二沉池，管理方便，基建费用低，占地少。其缺点是设备利用率低。三沟式氧化沟一系列的优点，其发展的前景也比较好。随着第一座三沟式氧化沟在我国邯郸城市污水处理厂的成功运行，许多城市陆续修建了各种类型氧化沟处理工艺的城市污水处理厂。1998 年 9 月，第三批日元贷款修建的又一座三沟式氧化沟工艺的城市污水处理厂青岛经济技术开发区泥布湾污水处理厂投入运行。由此可见，这种工艺不论在经济上，还是在技术上，均是可行的。当前为了满足日益提高的污水排放标准，使污水达到较好的处理效果，达到可持续发展，减少投资和节省运行、管理费用。易于操作，便于管理的目的。确定该市区污水处理厂的处理方案选用三沟式氧化沟。因此在这次设计氧化沟系统的比选中，考虑采用三沟式氧化 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 21 页沟工艺。 1. 三沟式氧化沟的结构特征 三沟式氧化沟的水深为 3.5m 左右，一般采用表面曝气机进行曝气。两侧沟内是曝气间歇工作的，以使污水处于缺氧状态。中间沟道是采用连续曝气的。 2. 三沟式氧化沟的基本运行方式 三沟式氧化沟的基本运行方式大体为 6 个阶段，工作周期为 8 小时，有自动控制系统根据其运行程序自动控制进出水的方向，溢流堰的提升或下降以及曝气转刷的开启或停止。6 个工作阶段简介如下： 阶段 A：2.5 小时，污水经配水井进入第一沟内。沟内转刷低速运行，保证维持沟内活性污泥处于悬浮状态下环流。沟内处于缺氧反硝化状态，反硝化细菌将上阶段产生的 NOxN 还原成 N2逸出，达到脱氮的效果。在此过程中，原污水作为碳源而不必另外投加碳源。同时沟内出水堰能自动调节，混合液进入第二沟，曝气转刷在此阶段均处于高速运行状态。使沟内的混合液保持恒定的环流，其 DO=20mg/L。在此进行有机物的氧化、降解和氨氮的硝化。处理后的混合液再进入第三沟，此时第三沟内的曝气转刷处于闲置状态，所以这个阶段第三沟仅用于沉淀池，使泥水分离，澄清水通过已降低的出水堰从第三沟内排除。 阶段 B：0.5 小时，污水入流从第一沟调到第二沟。此时第一沟内的转刷高速运行，第一沟由缺氧状态逐渐转为富氧状态。第二沟转刷仍高速运转。所以阶段 B 时第一、二沟内均处于好氧状态都进行有机物的降解和氨氮的硝化。经过第二沟处理过的混合液进入到第三沟内，第三沟仍为沉淀池，沉淀后的水通过第三沟出水堰排除。 阶段 C：1.0 小时，第一沟转刷停止运转，开始进行泥水分离，需要设过渡段约为1.0 小时，至该阶段末分离过程结束。在 C 阶段，入流污水仍然进入到第二沟，处理后的污水仍然通过第三沟出水堰排出。 阶段 D：2.5 小时，污水入流从第二沟调至第三沟，第一沟出水堰降低，第三沟出水堰升高，第三沟内转刷低速运转。使混合液悬浮环流，处于缺氧状态，进行反硝化脱氮。然后混合液流入到第二沟，第二沟的转刷高速运转，使污水处于好氧状态，进行有机物降解和氨氮的硝化。经处理后再流入到第一沟。此阶段于阶段 A 相似，所不同的是硝化发生在第三沟，而沉淀发生在第一沟。 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 22 页 阶段 E：0.5 小时，污水从第三沟转向第二沟，第二沟转刷高速运行，以保证在该阶段末沟内有剩余的扬弃。第一沟仍作沉淀池，处理后污水通过该沟出水堰排出。第二沟转刷高速运转，仍处于有机物降解和氨氮硝化过程，这一阶段与阶段 B 相对应。不同的是两个阶段的功能相反。 阶段 F：1.0 小时，该阶段基本与 C 阶段相同，第三沟内专刷停止运转，开始泥水分离，入流污水仍然进入第二沟，处理后的污水经第一沟出水堰排出。 三沟式氧化沟除了上述最基本的运行方式外，它还可以根据不同的入流水质及出水要求而改变。所以该系统运行灵活、操作方便，但要求自动控制程度较高。三沟式氧化沟又称作三沟轮换式氧化沟，它将曝气与沉淀工序集于同一构筑物内。如果要将具有三沟式氧化沟工艺的污水处理厂进行扩建，可以把三沟氧化沟作为单独的曝气池，在其后再增建二次沉淀池和污泥回流设备，可以将原来的污水处理厂的处理能力提高一倍。 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 23 页图2.3 氧化沟运行过程图A段B段C段D段E段F段转刷低速旋转（缺氧状态）进水出水转刷高速旋转（好氧状态）转刷停止（沉淀状态）进水出水转刷高速旋转（好氧状态）转刷高速旋转（好氧状态）转刷停止（沉淀状态）进水出水转刷停止（沉淀、泥水分离状态）转刷高速旋转（好氧状态）转刷停止（沉淀状态）进水转刷停止（沉淀状态）转刷高速旋转（好氧状态）转刷低速旋转（缺氧状态）出水进水转刷停止（沉淀状态）出水转刷高速旋转（好氧状态）转刷高速旋转（好氧状态）转刷停止（沉淀状态）转刷低速旋转（缺氧状态）转刷停止（沉淀、泥水分离状态）出水进水2.5个小时0.5个小时1个小时1个小时0.5个小时2.5个小时2.3 工艺流程的确定粗格栅提升泵细格栅栅渣打包机渣包外运沉砂池计量槽三沟式氧化沟配水井接触池加氯间集泥井污泥泵浓缩池贮泥池污泥脱水机砂水分离器原污水液氯泥饼外运砂外运排放上清液回流滤液图 2.4 氧化沟工艺流程图 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 24 页3 污水处理系统设计计算3.1 进水闸井的设计3.1.1 污水厂进水管1. 设计依据(1) 进水流速在 0.91.1m/s；(2) 进水管管材为钢筋混凝土管；(3) 进水管按非满流设计，n=0.014。2. 设计计算1) 取进水管径为 D=900mm，流速 v=1.00 m/s，设计坡度 I=0.13%。2) 已知最大日污水量 Qmax=0.347m3/s；3) 初定充满度 h/D=0.55，则有效水深 h=9000.55=495mm；4) 已知管内底标高为 22.7m，则水面标高为：22.7+0.495=23.195m；5) 管顶标高为：22.7 +0.9=23.6m；6) 进水管水面距地面距离 28.023.195=4.81m。3.1.2 进水闸井工艺设计 进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。进水闸井前设跨越管，跨越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入水体，跨越管的管径比进水管略大，取为 1000mm。 其设计要求如下：设在进水闸、格栅、集水池前；形式为圆形、矩形或梯形；尺寸可根据来水管渠的断面和数量确定，但直径不得小于 1.6m 或 1.21.6m；井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水官管顶。 考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取 63m，井深 5.3m，井内水深1.2m，闸井井底标高为 22.7 m，进水闸井水面标高为 23.195m，超越管位于进水管顶1m 处，即超越管管底标高为 24.195m。采用 ZMQF 型明杆式铸铁方闸门：尺寸为LB=1.61.6m；重量=2992kg。启闭机的选择：根据启闭力在给水排水手册上查得采 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 25 页用 XLQ-5 型手、电两用螺杆式启闭机，其性能如下表：表 3.1 XLQ-5 型手、电两用螺杆式启闭机性能表型号形式启闭能力(t)启闭速度（m/min）启闭高度m生产厂启闭手电XLQ-5手、电骡杆式50.050.1814湖北省咸宁县机械厂3.2 中格栅3.2.1 设计概述 水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵要求确定。污水处理系统前格栅栅条净间隙，应符合下列要求：人工清除：25100mm；机械清除：16100mm；最大间隙：100mm。 污水处理厂可设置中、细两道格栅，大型污水处理厂亦可设置粗、中、细三道格栅。栅渣量与地区的特点、栅格的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：栅格间隙 1625mm：0.100.05m3栅渣/103m3污水。栅格间隙 3050mm：0.030.01m3栅渣/103m3污水。栅渣的含水率一般为 80%，密度约为 960kg/m3。 1. 在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于 0.2m3） ，一般采用机械清渣。小型污水处理厂也可采用机械清渣。机械格栅不宜少于 2 台。如为 1 台时，应设人工清除格栅备用。 2. 过栅流速一般采用 0.61.0m/s。 3. 格栅前渠道内的水流速度，一般采用 0.40.9m/s。 4. 格栅倾角，一般采用 4575。人工清除的格栅倾角小时，较省力，但占地多。 5. 通过格栅的水头损失，一般采用 0.080.15m。格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位 0.5m。工作台上应有安全和冲洗设施。 6. 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于 0.7m。工作台正面过道宽度：人工清除： 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 26 页不应小于 1.2m；机械清除：不应小于 1.5m。 7. 机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。设计格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风措施。格栅内应安设调运设备，以进行格栅及其他设备的检修、栅渣的日常清除。格栅的栅条断面形状，可选用圆形、正方形、锐边矩形、迎水面为半圆形的矩形、迎水背水面均为半圆形的矩形。3.2.2 设计计算格栅是有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者污水处理厂的端部。格栅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。格栅配有水位探测仪，当栅前后水位差达到设计值时，则自动启动配置的清洗耙。每套格栅前后均设有电动闸板以便检修时截断污水。本工程设计确定采用两道格栅，污水提升泵站前设置格栅间隙为 20mm 中格栅，泵站与沉砂池之间设置一道格栅间隙为 10mm 细格栅。采用中格栅与泵房合建。细格栅与平流式沉砂池合建。1. 主要参数设定栅条宽度：S = 10 mm栅条间隙宽度：b = 20 mm过栅流速：v = 0.7m/s栅前渠道流速：0.5 m/s栅前水深：h = 0.6m格栅倾角：= 70数量：2 座单位栅渣量：W1=0.07m3/103m32. 中格栅设计计算(1) 栅条的间隙数：设栅前水深 h=0.6m，过栅流速 v=0.7m/s，栅条间隙宽度b=0.020m，栅格倾角 =70，设置两组平行中格栅 东北大学秦皇岛分校毕业设计 第 27 页200.7