日处理20万吨城市生活污水处理厂设计-十万伏特.docx

深圳维拓环境-十万伏特日处理20万吨城市生活污水处理厂设计摘 要本城市污水处理厂的工程规模达20万吨/日。为使出水达到国家综合污水排放标准（GB18918-2002）一级B标准同时贯彻执行“三同时”制度，取得更好的除磷脱氮的效果，故本次设计采用处理效率较高的厌氧池与氧化沟结合的AA0处理工艺。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氧条件。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氧，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，使聚磷菌能充分释磷,进一步完成去除BOD、脱氮和除磷目 录摘 要1目 录2前 言4第一章 城市污水处理厂设计概况61.1 设计概况61.2 设计原则、范围与依据71.3 工程规模以及处理水质要求71.4 工艺流程的比较与选择81.5 本设计工艺流程的确定121.6 水处理构筑物设计说明121.7 污泥处理构筑物设计说明251.8 平面与高程布置28第二章 城市污水处理厂设计计算书312.1 泵前中格栅312.2 污水提升泵房332.3 钟式沉砂池352.4 厌氧池 382.5 氧化沟402.6 二沉池442.7 接触消毒池462.8 回流污泥泵房472.9 污泥浓缩池482.10 贮泥池及污泥泵512.11 脱水机房52第三章 高程计算533.1 水力计算533.2 水头损失计算533.3 高程确定54结 论55前 言20世纪90年代以来，我国城市污水处理工作取得了较大进展，建成了一批城市污水处理厂，还有一部分正在建设中。随着水污染治理工作的发展，城市污水处理技术已取得了一定的进展，涌现出大量新工艺、新设备和新材料，在实际中得到了应用和推广。为了加强城市污水治理，保护水环境，中央增加了投资力度。1998年分二批下达的城市污水治理项目达117项，投资约300亿元。1999年又下达近百亿国家债券资金，支持城市污水处理厂建设。为了确保污水处理厂建设后的正常运行，国家已明确在水价中增收排污费。一年多来，全国有上百座城市污水处理厂正在建设，按照“七大流域、三大湖泊和重点沿海城市及 其近岸海域要新增城市集中式污水处理能力2000104m3/d”和“非农业人口50万以上城市都要建设城市污水处理厂”的目标，在2000年年底前，还有上百座城市污水处理 厂正立项要求建设。我国现有668个城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的 城市污水处理厂，其中城市污水二级处理率10%左右，全国17000个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施。纵观世界各国，排水系统和污水处理率均有一个逐步发展和逐步完善的过程。国家提出至2000年我国污水处理率要求达到25%，2010年达到40%，这是根据国家(包括地方)财力，在各方面作出努力后争取达到的目标。 城市污水主要来源于城市居民生活中的污水、各工业企业在生产制造过程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水这3方面。城市居民日常生活中产生的污水包括居民家庭、宾馆饭店、机关单位、学校、商场等设施由于居民日常活动排放的污水，如洗菜、做饭、淋浴、冲厕等。这类污水的水质特点是往往含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、优质等，以及氮、磷等无机物，此外，还含有病原微生物和较多的悬浮物。各工厂企业在生产制造过程中产生的废水包括生产工艺废水、循环冷却水、冲洗废水以及综合废水。由于生产行业不同，其产生的废水水质也不相同。这类废水总的来说废水排放量较大、污染物含量高、较难进行处理、对环境危害大。有的废水水质指标距离国家规定的排放标准相差得很远。由于水产的周期性，1天之中排放的废水水量变化也很大。这类废水是城市污水的重要组成部分，目前也得到了广泛的重视，有许多污水处理工程的应用实例，取得了一定的效果。本设计的研究目的在于通过设计城市污水处理厂的处理工艺，比较选择哪种工艺更适合处理所要求的水质。城市污水是废水处理中最为普遍的一种，设计处理城市污水的主要内容包括：处理工艺的比较及选择、工艺流程的确定、处理工艺的设计计算、主体构筑物的平、剖面图、绘制总平面布置图、工艺流程图、高程图。第一章 城市污水处理厂设计概况1.1 设计概况城市污水一般由生活污水和工业废水组成，城市污水的水质与城市的规模、生活水平、工业企业的状况及废水处理水平、排水系统的形式及完善程度、气候环境等因素有关。 城市污水处理站一般由预处理、生化处理、污泥处理三部分组成。城市污水处理程序包括预处理、一级处理、二级处理、深度处理及污泥处理、其中的核心部分为二级生化处理。城市污水一级处理系统主要由格栅、筛网、沉砂池、沉淀池等组成。格栅和沉砂池也常作为城市污水的预处理系统。城市污水常挟带大量悬浮物和漂浮物，通过一级处理系统可以拦截和沉淀体积和密度较大的污染物，以保护后续处理设施，保证处理出水效果达标。因此，是污水处理工艺前必不可少的组成部分。本设计中，采用格栅、沉砂池、初次沉淀池。城市污水二级处理系统主要为生物处理系统，以生物处理技术为主体。城市污水二级处理系统可以大幅度去除污水中呈胶体和溶解性状态的有机污染物，BOD5去除率达85%95%，而一级处理只能去除BOD520%30%2。目前，城市污水二级处理技术主要有活性污泥法、AB法、氧化沟法、SBR法、生物膜法等。本设计中采用氧化沟法。污水的深度处理包括脱氮除磷及有机物的进一步去除，常用混凝沉淀和过滤工艺，也有采用生物陶粒和生物炭工艺，而最后进行消毒处理。污泥处理是污水处理厂的重要组成部分，主要包括浓缩、消化、脱水和干化等。污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求的处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合，以满足污水处理要求。采用何种处理流程还要根据污水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性和经济性，排放水体的具体规定。因为进水水质中各种水质指标的浓度比较低且氮磷的去除率要求不高，所以在二级处理过程中氧化沟法进行处理。不仅能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物，以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，无机盐类也能被部分去除，而且通过厌氧或缺氧区的设置可以脱氮、除磷。1.2 设计原则、范围与依据1.2.1 设计原则 执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。 积极稳妥地采用新技术，充分利用国内外的先进技术和设备，以提高 行业的装备和技术水平。 功能分区明确，生产、生活、人、物、车流向合理。 规划布置四优先：工艺流程先进，安全可靠优先；运行管理便利，经 济优先；环境绿化、美化优先；有利于排水事业可以持续发展优先。1.2.2 设计范围 本设计范围为对污水处理厂厂内的污水处理构筑物、污泥处理构筑物及必要的附属建筑进行工艺及总图的初步设计，不包括收集管网及泵站部分。1.2.3 设计依据 设计任务书以及原始数据 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002） 城市污水处理厂污水污泥排放标准（CJ3025-93） 污水排入城市下水道水质标准（CJ3082-1999） 地表水环境质量标准（GB3838-2002）1.3 工程规模以及处理水质要求工程规模：日处理20万吨城市生活污水处理厂设计。处理后的水质要达到国家一级B排放标准，根据城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）可得进出水水质情况如表1.1： 表1.1 设计污水处理厂生化处理阶段污染物去除率 单位：mg/l水质指标BOD5CODcrSSNH3-NTPTN进水水质16035018040645出水水质20602010120去除率87%82%88%75%83%55%1.4 工艺流程的比较与选择1.4.1 工艺流程的比较根据城市污水处理及污染防治技术政策，日处理量能力在1020万立方米的污水处理设施，可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和AB法等成熟工艺2。本城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N、P故可选择三种典型的工艺流程，有三种可供选择的工艺：1）间歇式活性污泥法（SBR工艺）；2）Carrousel氧化沟工艺；3）A/A/O工艺。以下是三种工艺流程的比较： (1) SBR工艺 SBR是序批间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。其工艺流程图如图1.1。图1.1 传统SBR工艺流程图SBR工艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括五个阶段：进水期；反应期；沉淀期；排水排泥期；闲置期。SBR的运行工况以间歇操作为特征。五个工序都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器中依次进行，所以省去了传统活性污泥法中的沉淀池和污泥回流设施。在处理过程中，周而复始地循环这种操作周期，以实现污水处理的目的3。SBR的优点如下： （1）工艺流程简单，运转灵活，基建费用低； （2）处理效果好，出水可靠； （3）具有较好的脱氮除磷效果； （4）污泥沉降性能良好； （5）对水质水量变化的适应性强。SBR工艺的缺点如下： 反应器容积利用率低； 水头损失大； 不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力； 峰值需氧量高； 设备利用率低； 管理人员技术素质要求较高。对于小型污水处理厂而言，SBR是一种系统简单、投资节省、处理效果较好的工艺，但是它用于大型污水处理厂就不太适合了。因为大型污水处理厂的进水量大，需要设计多个SBR反应池进行并联运行，个数增多，必定使操作管理变得复杂，运行费用也会提高。而且由于SBR法是一种设备利用率低的处理工艺，用于大型污水处理厂时，基建费用也高。 (2)Carrousel 2000氧化沟工艺氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内作环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧池，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应。Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。氧化沟工艺流程见图1.2: 图1.2 氧化沟工艺流程简图Carrousel 2000氧化沟的主要优点如下：在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。污泥龄较长，一般长达1530天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可进行除磷脱氮反应。污泥产量低，且多已达到稳定。自动化程度较高，使于管理。脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，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政论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。Carrousel 2000氧化沟的缺点如下：虽然污泥产量少，耐冲击负荷，但是这是建立在该工艺很低的污泥负荷上的，且要求处理构筑物内水深要浅，而这又决定了在处理相同水质、水量污水的情况下，该工艺是最占土地的，也即增加了基建费用。 （3）A/A/O法工艺 污水进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下释磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物进行氨化。混合液从缺氧反应区，同时进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步讲解有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。A/A/O工艺流程图见1.3：图1.3 A/A/O工艺流程图A/A/O法工艺的优点如下：该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺 ，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺 。在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。A/A/O法工艺的缺点如下：除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此 。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，否则增加运行费用。对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，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 浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。三种工艺经过比较，氧化沟除了具有A2/O的效果外，还具有如下特点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用；（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度；（3）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理；（4）脱氮效果还能进一步提高；（5）电耗较小，运行费用低。而SBR工艺仅适合处理量为10万m3/d以下的处理厂，所以本课题选择氧化沟处理工艺。1.4.2 工艺流程的选择本设计的工艺流程初定如下：厌氧池加三沟式氧化沟的A2O处理工艺A2/O脱氮除磷工艺（即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法，亦称A-A-O工艺），它是在氧化沟基础上增设了一个厌氧池，并将厌氧池流出的部分混合液流至氧化沟的缺氧段和曝气段，具有同步脱氮除磷功能。A2/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。 二是脱氮，缺氧段要控制DO0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。本设计采用T型三沟交替式氧化沟系统，沉砂池来水经过配水井进入沟内，每沟之间相互连通，两侧沟上设有启闭式可调堰，剩余污泥一般从中间排放，其具体运行分为六个阶段一个运行周期，每周期历时8小时。1.5 本设计工艺流程的确定本工艺流程的二级生化处理系统确定为三沟型氧化沟。城市污水经中格栅及污水提升泵房、钟式沉砂池，至厌氧池、氧化沟、二沉池，出水经接触消毒池消毒之后排出至沟渠或水渠。二沉池中的污泥进入污泥泵房后回流至厌氧池中再进行生化处理。污泥泵房中的剩余污泥进入污泥浓缩池中，经过污泥脱水机房脱水之后的泥饼外运填埋。本工艺流程图如图1.6所示 图1.6 污水处理工艺流程 1.6 水处理构筑物设计说明1.6.1 中格栅城市污水的一级处理是通过物理方法对污水中的悬浮物、漂浮物以及大颗粒固体污染物质进行的处理。它位于污水处理系统的前端，对后续污水处理工序的正常运行起着重要的保障作用，是污水处理工艺中不可缺少的工序。在城市污水一级处理中，格栅主要去除污水中体积较大的漂浮物或悬浮物，沉砂池主要去除密度较大的无机颗粒，一级处理能去除污水中40%55%的固体悬浮物，以及20%30%左右的BOD5。 城市污水一级处理的主要构筑物有格和沉砂池，其工艺流程如图1.7所示：图1.7 城市污水一级处理工艺流程图污水处理厂可以设置一道格栅，在提升泵房站前设置粗格栅或中格栅。中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。城市大、中型污水处理厂或泵站前截留杂物大于0.2 m3/d的格栅，清除杂物量较大，一般采用机械清除设备。采用机械除渣设备时，一般采用单独格栅井。 本设计中粗格栅选用回转式格栅除污机。1.6.2 污水提升泵房提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过 ，从而达到污水的净化。为运行方便，本设计采用采用自灌式泵房。自灌式水泵多用于常年运转的污水泵站，它的优点是：启动及时可靠，管理方便。且鉴于其设计和施工均有一定经验可供利用，故常选用方形泵房。由于自灌式启动，故采用集水池与机器间合建，前后设置。污水提升泵房选用半地下式，地下埋深8m。1.6.3 钟式沉砂池1.6.3.1设计说明钟式沉砂池有基建、运行费用低和处理效果好，占地少的优点，所以本设计采用钟式沉砂池除砂。沉砂池设计计算一般规定1、沉砂池按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒设计。 2、当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算，在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。3、沉砂池个数或分格数不应少于2，并宜按并联系列设计。当污水量较小时，可考虑一格工作，一格备用。4、城市污水的沉砂量可按106 m3污水沉砂30 m3计算，其中含水率为60%，容重为1500kg/ m3，合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。 5、砂斗容积应按不大于2d的沉砂量计算，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55。6、 沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。7、 沉砂池的超高不宜小于0.3m。1.6.3.2设计参数1、 最大流速为0.1m/s，最小流速为0.02m/s；2、最大流量时，停留时间不小于20s，一般采用3060s； 3、进水管最大流速为0.3 m/s；4、有效水深宜为1.02.0m，池径与池深比宜为2.02.5。 5、设计水力表面负荷宜为150200m3(m2h)。1.6.3.3设计计算在本工程中，由于水量较小，设计一组钟式沉砂池，其设计流量为17.36L/s，查水污染控制工程.下册表10-3选用钟式沉砂池的规格如表3.2。钟式沉砂池的各部分尺寸图如图3.3所示。表3.2 钟式沉砂池的选型规格型号A/mmB/mmE/mmF/mmG/mmL/mmH/mmC/mmD/mmJ/mm功率/kw900487015004002200100011003003056102000.37数量：四座图3.3 钟式沉砂池的各部分尺寸图表3.3 排砂泵和空压机主要技术参数表型号流量砂泵容量空压机L/sL/s容量：2.42m3/min压力：6kg/cm2功率：5.5 kwXL251509.5 数量：两套表3.6 LSF型砂水分离器主要技术参数型号处理量/（L/s）电机功率/kw进水口直径/mm出水口直径/mmLSF-26012200.25DN150DN200数量：一套1.6.3.4电磁流量计选型电磁流量计选用VWB型电磁流量计。其规格700mm1600mm,输出15V，420mA,适用于管道安装，能用于腐蚀介质。1.6.4厌氧池厌氧池内利用厌氧菌的作用，使有机物发生水解、酸化和甲烷化，去除废水中的有机物，并提高污水的可生化性，有利于后续的好氧处理。高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。1.6.5 三沟氧化沟1.6.5.1 氧化沟工艺简介 氧化沟是一种改良的活性污泥法，最早属于完全混合延时曝气过程。长年运行实践表明，氧化沟处理的出水水质好，他能够完全地去除含碳化合物，可以产生高度的硝化作用，运行维护容易，可靠性能高。与传统的活性污泥法曝气池相比，氧化沟具有以下各项特征。 （1）在构造方面的特征 氧化沟一般呈环形渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，为3-7m。 氧化沟的进水装置比较简单，只需慎入一根进水管即可，多沟平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还应设自动控制装置，以变换水流投配方向。 （2）在水流混合方面的特征 污水在氧化沟内做几十次甚至上百次的循环流动，在这点上可以认为在氧化过内混合液的水质几乎一致，即认为氧化沟内的流态是完全混合的。但又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。 （3）在工艺方面的特征 操作单元少：原水经过格栅沉沙后，即可进入氧化沟，而不需在系统中设置初沉池和调节池。还可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟和二次沉淀池合建，省去污泥回流装置并节省占地。 耐冲击负荷：有机负荷、水力负荷和有害物质的冲击负荷对氧化沟工作的影响不明显，氧化沟有完全混合的特征且其中有大量的活性污泥，这就提高了系统对这些不良因素的抵抗能力。 处理效果好，运行稳定：氧化沟中的污泥总量比普通曝气池高10-30倍，在供氧充足的情况下，氧化沟中污水被完全净化，处理效果好。氧化沟即使是在严冬季节运行，出水仍能达到排放标准。 污泥产率低，剩余污泥较稳定，没有臭味，脱水快，可以不经消化而直接脱水。 适用范围广：氧化沟不仅能处理生活污水，还能处理工业废水，不仅能用于温暖地区，还能用于寒冷地区。 氧化沟具有脱氮能力。 （4）在经济方面特征：氧化沟是一种经济的污水处理系统，凡是适宜采用活性污泥法的地方都可以修建氧化沟。1.6.5.2 氧化沟的类型 （一）卡鲁赛尔氧化沟 应用立式低速表面曝气器供氧并推动水流前进，是由荷兰Carrousel发明，开发这种氧化沟的目的是寻求渠道更深的氧化沟和效率更高、机械性能更好的系统设备，以弥补当时氧化沟的占地面积大的缺点。（二）交替工作式氧化沟 在国外采用的形式主要是双沟式氧化沟，即双沟交替在好氧和沉淀的状态下工作，以免除分离式的二次沉淀池，并可完成硝化与反硝化过程。由于双沟式氧化沟的设备闲置率高，又开发了三沟式氧化沟，提高了设备利用率。本设计选择交替工作式氧化沟中的三沟式氧化沟。1.6.5.3氧化沟工艺设计总则 设计可以结合水力负荷、BOD5负荷、预计的处理率、混合液悬浮固体浓度和污泥龄等因素合理计算。一般的经验数据是污泥负荷为0.05-0.15kgBOD5/（kgMLSSd），曝气池的容积负荷0.2-0.48kgBOD5/m3，而水力停留时间12-36h和污泥龄10-30d，采用日平均浸水流量作为设计流量。在氧化沟设计中，除了要考虑传统碳源污染物的去除，还要根据需要考虑污水的硝化和污泥的稳定性问题。1.6.5.4氧化沟工艺的优缺点 优点：氧化沟结合推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环。这样，氧化沟在短期内呈推流状态，而在长期内又呈混合状态。这两者的结合，即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速，而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量，进入沟内污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有机物也有较好的处理能力。氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化-反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到下游溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化-反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加的化学药品数量。 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能。 氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态。据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20%-30%。 另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，操作管理方便，出水水质好，工艺可靠性强，基建投资省，运行费用低等特点。缺点：污泥膨胀问题；泡沫问题；污泥上浮问题；流速不均及污泥沉积问题。1.6.5.5三沟式氧化沟工艺原理 本设计采用T型三沟交替式氧化沟系统，沉砂池来水经过配水井进入沟内，每沟之间相互连通，两侧沟上设有启闭式可调堰，剩余污泥一般从中间排放，其具体运行分为六个阶段一个运行周期，每周期历时8小时。 第一阶段：污水进入沟，沟内转刷低速运行，沟内转刷高速运行，沟内转刷停转，沟内出水堰关闭，沟内出水堰开启并排水，该阶段中，沟为缺氧区，只推动不曝气，反硝化脱氮在此沟进行，沟为曝气区，沟为沉淀区，进行泥水分离（该阶段历时1.5h）。第二阶段：污水进入沟，沟和沟内转刷均高速运行，沟内转刷停转，沟出水堰仍关闭，沟出水堰仍开启并排水，在该阶段，沟为闷曝气沟，沟为沉淀区（该阶段历时1.5h） 第三阶段：污水仍进入沟，沟内转刷停转，沟内转刷继续高速运转，沟内转刷仍停转，沟出水堰仍关闭，沟出水堰仍开启并排水，在该阶段中，沟为静沉区，沟为曝气区，沟为沉淀区（该阶段历时为1.0h） 第四阶段：污水改为进入沟，沟内转刷仍停止，沟内转刷高速运转，沟内转刷低速运转，沟出水堰开启并排水，沟出水堰关闭，在该阶段中沟为沉淀区，沟为曝气区，沟为缺氧区（该阶段历时1.5h）。第五阶段：污水改为进入沟，沟内转刷继续停转，沟内转刷继续高速曝气，沟内转刷亦改为高速运转，沟出水堰仍开启并排水，沟出水堰仍关闭，在该阶段中，沟为沉淀区，沟为曝气区，沟为闷曝区，该阶段历时1.5h。第六阶段：污水仍进入沟，沟内转刷继续停转，沟内转刷继续高速运转，沟内转刷停转，沟出水堰开启并排水，沟出水堰仍关闭，在该阶段中，沟为沉淀区，沟为曝气区，沟为静沉区，该阶段历时1.0h。 以上运行程序总结为下表： 由表得出,沟内转刷每隔5h低速运行1.5h,高速运行1.5h,循环开停,沟内转刷一直处于高速工作状态,沟内转刷亦每隔5h低速运行1.5h,高速运行1.5h,循环开停,沟出水堰每隔4h开启4h,依此循环,沟出水堰亦每隔4h开启4h,循环开停,沟进水阀每隔6.5h开1.5h,沟进水阀门每隔1.5h开2.5h,沟进水阀门每隔6.5h开1.5h,以上程序均为定时开停,极易实现自控。表1 六阶段反硝化运行程序1.6.5.6 三沟式氧化沟特点 工艺流程简单，方便管理。三沟式氧化沟按好氧、缺氧、沉淀3种不同的工艺条件运行，所以除了有一般氧化沟的抗冲击负荷、不易发生短流等优点外，还不需另建沉淀池，污泥也不用回流。 曝气设备利用率高。与双沟交替工作式氧化沟相比，在三沟中，有1沟（中沟）一直作为曝气区使用，因而提高了曝气设备的利用率。 自动化程度高。整个工艺根据输入的运行模式，油PLC系统自动控制和切换，使整个装置实行了自动化管理。1.6.5.7 氧化沟的详细设计要求 1.6.5.7.1 氧化沟沟体 氧化沟一般建为环形沟渠型，其明面可为圆形和椭圆形或与长方形的组合型。其四周池壁可为钢筋混凝土直墙，也可根据土质情况挖成斜坡并衬砌。二沉池、厌氧区与好氧区可合建，也可分建。其分组布置形式应根据占地、沟型等条件要求设计。处理构筑物应根据当地气温和环境条件，采取防冻措施。 本设计采用半圆与长方形的组合型。1.6.5.7.2 氧化沟的几何尺寸 氧化沟的渠宽、有效水深视占地、氧化沟的分组和曝气设备性能等情况而定。一般情况，当采用曝气转刷时，有效水深为2.6-3.5m；当采用曝气转碟时，有效水深为3.0-4.5m；当采用表面曝气机时，有效水深为4.0-5.0m。当同时配备搅拌措施时，水深尚可加大。氧化渠直线段的长度最小为12m或水面处渠宽的2倍。氧化沟的宽度与曝气器的宽度相关。 一般所有的曝气池超高不应小于0.5m。氧化沟的超高与选用的曝气设备性能有关，当采用曝气转刷、曝气转盘时，超高0.6m；当采用表面曝气机时，其设备平台宜高出设计水面1.0-1.2m。同时应该设置控制泡沫的喷嘴或其他控制泡沫有效的方法。1.6.5.7.3 进、出水管 当两组以上氧化沟并联运行时，或采用交替式氧化沟时，应设进水配水井，其中可设配水堰或配水闸，以保证均匀配水和控制流量。 进出水管的管径取DN=700mm。1.6.5.7.4 导流墙和导流板 氧化沟所有曝气器的上、下游应设置横向的水平挡板。上游导流板高1.0-2.0m，垂直安装于曝气转刷上游2.0-5.0m处，主要是为了使表面的较高流速转入池底，同时降低混合液表面流速，提高传氧速率。在曝气器的下游2.0-3.0m应该设置水平挡板，与水平呈60角倾斜放置，顶部高于转刷底部150-250mm，顶部在水面下150mm。挡板要超过1.8m水深，以保证在整个池深适当的混合。 在弯道处应设置导流墙，导流墙应设于偏向弯道的内侧，以使较多的水流内向汇集。可根据沟宽确定导流墙的数量，在只有一道导流墙时可设在内壁1/3处，两道导流墙时外侧渠道宽为W/2,。为了避免弯道出口靠中心隔墙一侧流速过低，造成回水，引起污泥下沉。导流墙在下游方向需延伸一个沟宽的长度。 1.6.5.7.5 曝气器的位置 曝气器位于弯道下游直线段氧化沟4-5m处。立式表曝机应该设在弯道处。转刷的研磨深度应该在100-300mm，转刷应该在整个沟宽度方向满布。并且有足够位置安装轴承。 1.6.5.7.6 走道板和防飞溅控制 氧化沟的走道满足曝气器维修空间需要，一般是在曝气器之上。应该设置防飞溅挡板，以免曝气器将水溅到走道上。1.6.6 二沉池（1）概述 二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，一般布置在生化处理构筑物后面，主要用以澄清混合液，并回收浓缩活性污泥，其效果的好坏，直接影响出水的水质和回流污泥的浓度。 二沉池除了进行泥水分离外，还需要进行污泥浓缩，同时由于进水的水量和水质的变化，它还要暂时贮存污泥。由于二沉池需要起到污泥浓缩的作用，往往所需要的池面积大于只进行泥水分离所需要的池面积。（2）池型选择沉淀池按池内水流方向不同分为平流式、竖流式、辐流式三种。三种初沉池的优缺点比较见表1.24。 表1.2 平流式、辐流式和竖流式沉淀池比较池型优点缺点适用条件平流式沉淀效果好；对冲击负荷和温度变化的适应能力强；施工简易，造价较低。配水不易均匀；采用多斗排泥，每个泥斗需单独设排泥管排泥，操作量大。适用于地下水位高及地质较差地区；适用于大、中、小型污水处理厂。竖流式 泥方便，管理简单； 占地面积小。池子深度大；对冲击负荷和温度变化的适应能力差；造价较高；池径不宜过大，否则布水不均。 适用于中、小型污水处理厂。辐流式多为机械排泥，运行 效果好，管理较简单。排泥设备已趋定型。水流速度不稳定；易于出现异重流现象； 机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。 于地下水位较高地区；用于大、中型污水处理厂。（3） 设计参数的选择沉淀池的设计参数可参照表1.3 表1.3 沉淀池的经验设计参数类别 沉淀池位置沉淀时间 h表面负荷m3/（m2h）污泥量干物质g（人d） 污泥含水率%固体负荷kg/（m2d）堰口负荷L（ms）初沉池单独沉淀池1.52.01.52.515179597-2.9二级处理前1.02.01.53.014259597-2.9二沉池活性污泥法后1.52.51.01.5102199.299.41501.7生物膜法后1.52.51.02.07996981501.7本设计采用中心进水周边出水辐流式沉淀池。如图1.7：图 1.7 中心进水辐流式沉淀池中心进水周边出水辐流式沉淀池的基本原理是：混合液经进水管进入中心筒后，通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔挡板，沿径向呈辐射状流向沉淀池周边。由于过水断面的不断增大，因此，流速逐渐变小，颗粒沉降下来。澄清水则经溢流堰或淹没孔口汇入集水槽排出。1.6.7 接触消毒池（1）概述 消毒是保证污水安全排放或回用的最后环节。尽管在污水处理过程中，水中的微生物和可能的致病菌已绝大部分被杀灭（氧化）或随着沉淀物一起被去除，但经过二级处理的城市污水中仍可能含有一些游离的微生物（致病菌），其排放仍可能对水体的卫生安全（尤其是排放水体作为饮用水源或其他可能与人类接触的用途时）造成威胁。因此，消毒是污水（尤其是城市污水、医院污水、屠宰污水等含有人类及动物代谢物的污水）处理必需的最终的处理单元。 消毒方法分为两类：物理方法和化学方法。物理方法主要有加热、冷冻、辐照、紫外线和微波消毒等方法。化学方法是利用化学药剂进行消毒，常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。污水消毒常用的消毒剂为氯系消毒剂，主要为液氯和漂白粉。消毒过程在接触池中进行。接触池有水平隔板式、垂直隔板式和搅拌池等，由于水平隔板式（又称廊道式）流态稳定，不易短流和形成漩涡，且阻力较小，因此为最常见的接触池池型。氯价格便宜，消毒可靠且经验成熟，是应用最广的消毒剂，所以本次设计选择液氯消毒。消毒剂的优缺点和适用条件见表1.4。表1.4 消毒剂优缺点和适用条件消毒剂优 点缺 点适 用 条 件液 氯 效果可靠、投配简单、投量准确，价格便宜 氯化形成的余氯及某些含氯化合物低浓度时对水生物有毒害，当污水含工业污水比例大时，氯化可能生成致癌化合物 适用于，中规模的污水处理厂漂白粉 投加设备简单，价格便宜 除液氯缺点外，投量不准确，溶解调制不便，劳动强度大 适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂臭 氧 消毒效率高，并能有效地降解污水中残留的有机物，色，味，等，污水中PH，温度对消毒效果影响小，不产生难处理的或生物积累性残余物 投资大成本高，设备管理复杂 适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂次氯酸钠 用海水或一定浓度的盐水，由处理厂就地自制电解产生，消毒 需要特制氯片及专用的消毒器，消毒水量小 适用于医院、生物制品所等小型污水处理站1.7 污泥处理构筑物设计说明 城市污水处理厂在对污水进行处理的同时会产生各种污泥。污泥的来源各不相同，有的是截留下来的悬浮物质，有的是生物处理系统排出的生物污泥，有的则是由于投加药剂而产生的化学污泥。 在污水处理过程中，会产生大量污泥，其中含有许多有毒有害物质，且含水率高，因此需对污泥进行处理， 以达到减量、稳定、无害化及资源化利用的目的。污泥的处理有浓缩、消化、脱水及最终处置等工艺。 剩余活性污泥是指活性污泥是指活性污泥法系统排出的污泥。剩余活性污泥含固率一般在0.50.8%之间，取决于所采用的不同生化处理工艺。有机成分常在7085%之间，与污水处理中是否设初沉池及泥龄的长短有关。剩余活性污泥的PH值在6.57.5之间，取决于污水处理系统的工艺以及控制状态。由于活性污泥的含固率一般都小于1%，因而其流动性能及混合性能与污水基本一致，但不易沉降。活性污泥的产量取决于污水处理所采用的生化工艺类型，传统活性污泥工艺、A-B工艺以及A2/O等工艺的产泥量都有出入1。1.7.1 污泥泵房设计污泥泵房三座，分别位于氧化沟与沉淀池之间，每个污泥泵房承担氧化沟的污泥回流和沉淀池的剩余污泥排放。本设计的污泥泵房负责将二沉池产生的活性污泥一部分作为回流污泥输送至氧化沟，另一部分作为剩余污泥由地下管道输送至浓缩池进行浓缩处理。污泥泵设计参数同污水泵站中的参数。1.7.2 污泥浓缩池（1）概述 污泥处理系统产生的污泥，含水率高，体积很大，输送、处理或处置都很不方便。污泥浓缩可使污泥初步减容，使其体积减小为原来的几分之一，从而为后续处理或处置带来方便。首先，经浓缩后，可使污泥管的管径减小，输运泵的容量减小。浓缩之后直接脱水，可减少脱水机台数，并降低污泥调质所需的絮凝剂投加量。 污泥浓缩的方式有重力浓缩和气浮浓缩。如果选择厌氧消化进行污泥稳定，一般采用重力浓缩；当采用好氧消化进行污泥稳定时，两者均可选择。 重力浓缩又分为连续式和间歇式。一般中大型污水处理厂均选择连续式。 本次设计中采用重力连续式浓缩。 （2）重力浓缩的基本原理 重力浓缩法是依靠污泥重力作用而达到污泥在浓缩池中浓缩的目的。重力浓缩法主要浓缩初沉污泥和剩余活性污泥。 重力浓缩池一般为圆柱形。污泥由中心筒进泥，进泥点一般在池深的一半处。浓缩池下层颗粒间隙中的水在上层颗粒的重力作用下被挤压出来，颗粒拥挤更加紧密，污泥浓度提高，从而实现污泥浓缩。上清液由池周的溢流堰溢出，回流至污水处理系统。污泥可采用重力排泥方式。1.7.4 脱水机房 （1）脱水之前的污泥调理城市污水中含有大量有机污染物质，城市污水处理厂产生的污泥中含有的固体物质主要是与水亲和力很强的胶体粒子。因此，必须在污泥脱水之前，对污泥进行处理，使污泥改变亲水性能，增强脱水效果。污泥经过调理，污泥颗粒尺寸加大，可以释放出污泥中的吸附水，提高脱水效果。常用的污泥调理方法是加药调理法、加热调理法、冷却调理法和辐射调理法。本设计中的污泥含有较高的有机物，采用加药调理法。因此，选用高聚合度的有机高分子絮凝剂，如PAM。 （2）污泥脱水 污泥脱水是将污泥中的含水率降至85%以下的操作（污泥的极限游离水含量20%）。污水将脱水后，一般形成泥饼，体积大大减小，以便于最终的处置。在脱水前要对污泥进行调理，改善污泥的脱水性能。工程上调理的主要方法为投加絮凝剂。絮凝剂一般采用高分子絮凝剂。污泥脱水方法有自然干化、机械脱水、烘干及焚烧等方法。城市污水处理厂一般由于场地的限制，污泥脱水主要采用机械脱水。机械脱水的方式有真空过滤、板框压滤、带式压滤和离心过滤等。板框压滤为间歇操作，一般适用于中小型污水处理厂；大中型污水处理厂目前普遍采用带式过滤或离心过滤。本设计采用带式压滤脱水机。 1.8 平面与高程布置1.8.1 平面布置污水处理厂厂区平面布置遵循国家有关标准和规范进行。本设计的总面积为500x500=25万平方米将污水处理厂厂区按功能划分，并进行相关布置。厂区分办公生活服务区、污水处理区、污泥处理区三大部分，各区既相互独立，又有联系，既能最大限度地减小占地和管道连接，又便于管理。污水处理厂的平面布置包括：污水处理构筑物、污泥处理构筑物、综合办公楼、维修间、仓库、车库、锅炉房、传达室、配电中心、食堂、浴室及其它辅助建筑物，以及各种管道、道路、绿化等的布置。根据处理厂的规模大小，采用1：1001：1000比例尺的地形图绘制总平面图，管道布置可单独绘制。平面布置的一般原则如下：（1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理；池型的选择应考虑占地多少及经济因素。圆形池造价比较低，但进出水构造较复杂。方形池或矩形池池墙较厚，但可利用公共墙壁以节约造价，且布置可紧凑，减少占地。一般小型污水处理厂采用圆形池较经济，而大型处理厂则以采用矩形池为经济。除了占地、构造和造价等因素以外，还应考虑水力条件、浮渣清除，以及设备维护等因素；（2）每一单元过程的最少池数为两座，但在大型污水厂中，由于设备尺寸的限制，往往有多池。当发生事故，一座池子停止运转时，其余的池子负荷增加，必须计算其对出水水质的影响，以确定每一池子的尺寸。根据生产实践，每一单独处理池的能力可达1020万m3/d；（3）在选择池子的尺寸和数目时，必须考虑污水厂的扩建。对每一种单元过程的全部处理池，最好采用相同的尺寸，且应避免在初期运行时有过大的富余能力；（4）处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量；（5）经常有人工作的建筑物如办公、化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，并应考虑朝阳；（6）在布置总图时，应考虑安装充分的绿化地带；（7）总图布置应考虑远近期结合，有条件时，可按远景规划水量布置，将处理构筑物分为若干系列，分期建设。远景设施的安排应在设计中仔细考虑，除了满足远景处理能力的需要增加的处理池以外