氧化沟工艺污水处理及设备选型.docx

东北大学秦皇岛分校课程设计设计氧化沟法污水处理设备摘 要本设计是某污水处理厂的初步设计和施工图设计。该处理厂水质如下：化学需氧量（CODcr）：500mg/L五日生化需氧量（BOD5）：180mg/L悬浮物（SS）：200mg/LNH3-N：35mg/LTP：3mg/L处理后的水质要求：CODcr 60mg/l BOD5 20mg/l SS 20mg/l NH3-N 20mg/l TP 1mg/l根据设计要求和求新的思想，该污水处理工程进水中氮、磷含量均偏高，在去除BOD5和SS的同时，还需要进行脱氮除磷处理，故采用当代水处理工艺中较流行的三沟式氧化沟工艺。该工艺综合了以往工艺的优点，具有广泛的适应性，完全适合本设计的实际要求。本工艺的主要构筑物包括闸门井、格栅、污水泵房、曝气沉砂池、氧化沟、接触池、浓缩池、污泥脱水机房等。本设计采用了脱氮除磷工艺和性能优良的设备，且工艺流程简单，省去了初沉池、二沉池、消化系统和回流设备，节省了基建投资和运行费用，同时曝气设备和构造形式多样，运行灵活，管理方便，保证出水达到污水排放标准，做到了水资源的合理利用。关键词：三沟式氧化沟 格栅 浓缩池 泵房 新工艺 目录1 设计说明1.1 城市自然条件及排水现状气象1.2 设计原则1.3 设计工艺流程图1.4 污水水质、水量及处理要求1.5各构筑物作用2 设计计算2.1 粗格栅2.2 细格栅2.3 泵房2.4 曝气沉砂池2.4.1 沉砂池作用2.4.2 设计计算2.4.3 设计草图2.4.4 鼓风机选取2.5 配水井2.6 厌氧池2.7 氧化沟2.8 接触消毒池2.9 污泥浓缩池2.10 污泥消化池2.11 污泥脱水泵房3 平面及高程布置3.1 污水厂平面布置原则3.2 污水厂高程布置原则3.3 污水厂高程的计1 设计说明1.1城市自然条件及排水现状气象1.1.1气象 常年平均气温16；极端温度：最高40.3，最低-8。全年主导风向为：冬季西北风，夏季东南风，平均风速2.3m/s。1.1.2工程地质拟建厂区现场为回填土，回填深度为820m，在进行地基、基础的各构筑物的结构设计的时候应慎重考虑，建议普遍采用砖基基础；土壤冰冻深度为0.1m；地震基本烈度按7级设防。1.1.3厂址及场地现状污水处理厂拟用场地目前为一山凹地，处在蓄水区淹没线下，需大量回填并平整后常去的地面标高为0.00m。生活污水将通过新建管网输送到污水厂，来水水管管低标高为-4.50m，充满度为0.5m。1.1.4污水排水接纳河流资料该污水厂的出水直接排入河流，最高洪水位（50年一遇）为-3.0m，常水位为-5.0m，枯水位为-7.0m。1.2设计原则1)严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后污水的排放水质达到环保局有关规定。2)采用先进、可靠、简单的工艺使先进性和可靠性有机结合。3)采用目前国内成熟的先进技术，尽量降低工程投资和运行费用。4)平面布置和工程设计时，布局力求合理通畅，尽量节省占地。5)废水处理站运行和维护管理操作应尽量简单方便。1.3设计工艺流程图1.4污水水质、水量及处理要求1）水量：该污水处理厂一期处理规模为120000m3/d，一期平均流量为5000m3/h,最大设计流量为6500m3/h。（设计中取水量变化系数Kp为1.30）2）本次设计的原污水水质为：CODCr：500mg/L, BOD5：180mg/L, SS：200mg/L，TN：35mg/L，TP：3mg/L，pH：78.5。污水厂处理后出水水质应满足地面水环境质量标准（GB3838-88）中规定的类水体标准。出水水质应达到如下要求：CODCr60mg/L，BOD520mg/L，SS20mg/L，NH3-N20mg/L，P1mg/L，pH69。3）其他要求：处理工艺稳定可靠，特别是对氮、磷的处理要求较高。1.5各构筑物作用1.5.1格栅（1）格栅是用来除去可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并颁证后续处理设施能正常运行。格栅是由一组（或多组）平行的金属条与框架组成。倾斜安装在进水渠道或进水泵站 集水井的进口处，以拦截污水中粗大悬浮物及杂质。（2）当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为0.10.05m/10m污水；当栅条间距为40 mm时栅渣截留量为0.10.05m/10m污水，栅渣含水率约为80，密度约为960kg/ m,每天栅渣量大于0.2 m时，一般应采用机械清除方法。（3）本设计将采用机械清除的方法1.5.2泵房对经过格栅间的污水提升到后处理所需要的高度。1.5.3曝气沉砂池曝气沉砂池的特点是通过曝气形成水的旋流产生洗砂作用，以提高除砂效率及有机物分离效率。同时，污水中的油脂类物质在空气的气浮作用下能形成浮渣从而得以被去除，还可起到预曝气的效果。从水流特性来看，曝气沉砂池的流态并非水平流，由于曝气产生的上升流速作用，水流以螺旋状的流态行进。1.5.4空压机房对曝气沉砂池通入空气进行曝气。1.5.5配水井配水井起着污水处理厂污水进厂前的缓冲和调配作用。其最小容积不应小于最大一台水泵5min出水量。采用钢筋混凝土结构。1.5.6厌氧池 厌氧池可起到生物选择器的作用，有利于抑制丝状菌的膨胀，改善活性污泥的沉降性能，并能减轻后续好氧池的负荷。在厌氧区进水可以同回流污泥混合。在厌氧条件下, 污水中的易生物降解的有机物被不同种类优胜细菌转化为挥发性脂肪酸, 能够贮存大量磷的聚磷细菌可以利用它们贮存的聚磷酸作为能量来吸收挥发性脂肪酸, 这样使聚磷细菌比非聚磷细菌占优势。1.5.7三沟式氧化沟三沟式氧化沟是由3个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行。3个氧化沟之间相互双双连通，两侧氧化沟可起曝气和沉淀双重作用，中间氧化沟一直为曝气池，原污水交替地进入两侧氧化沟，处理水则相应地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，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8h。通过控制系统自动控制进、出水方向，溢流堰的升降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，操作比较方便，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，将曝气与沉淀工序置于同一构筑物内。如果要将三沟式氧化沟单独作为曝气池，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去除效果和脱氮效果，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。其最大缺点是设备利用率低。1.5.8接触消毒池城市污水经一级和二级处理后，水质改善，细菌含量也大幅度减少，但其绝对值仍很可观并有存在病原菌的可能，因此污水排放水体前应进行消毒。消毒采用液氯消毒，它具有以下优点；投加简单，效果可能，投资价格便宜。接触消毒池保证污水与消毒剂充分接触，不出现短流和死角，杀死病原及病毒。池内水面上有足够的净空，便于定期清理池内的污泥，接触消毒池设有两格，可单独运行。污水经生化处理后，水质有显著改善，符合排放回用要求。1.5.9污泥浓缩池污泥浓缩是降低污泥含水率，减少污泥体积的有效方法。污泥浓缩主要减缩污泥的间隙水。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。其中剩余污泥的含水率一般为99.2-99.6,污泥固体负荷宜采用30-60kg/m2d.浓缩后的污泥含水率宜为97-98。本设计采用气浮浓缩池。1.5.10污泥消化池城市污水处理厂一级处理阶段产生的初沉污泥和生物处理阶段产生的剩余污泥中仍含有大量有机物。若不进行稳定处理将会对环境造成二次污染。厌氧消化工艺是污泥稳定最常用的方法。1.5.11脱水机房浓缩脱水一体机的主要特点是将污泥的浓缩和脱水两个功能组合在一起完成，省去重力浓缩池。所需的停留时间短，占地面积小，剩余活性污泥可从二沉池排出后，经化学调节直接进行浓缩、脱水，避免在浓缩池中因厌氧而释放磷，因此特别适用于脱氮除磷工艺的污泥脱水。1.5.12污泥堆棚该处用来暂时存放无法运走的污泥，同时污泥可以在这里继续自然脱水。为了防止雨水对污泥的影响，应该设置一个顶棚。2 设计计算2.1粗格栅2.1.1设计参数栅条间距b为25mm最大流量Qmax 为0.45m3/s栅前水深h为0.8m过栅流水速度v为1.2m/s格栅前水流速度为1.0 m/s格栅倾角采用为60度栅条宽度s为20mm重力加速度g为9.8m/s水头损失增大倍数k为3断面形状系数2.4当栅条间距b为25 mm时栅渣截留量W1为0.06m3/1000m3污水栅前渠道超高h2为0.3m进水渠宽B1为0.5m渐宽部分展开角1为20度2.1.2计算公式(1)栅条间隙数：n =17.45,所以n取18。(2)栅槽建筑宽度：B = s（n-1）+bn =0.020.79m(3)水头损失：h1=sink=2.4()sin603=0.34m(4)栅后槽总高度H= h + h1 + h2=0.8+0.34+0.3=1.44m(5)栅前渐宽部分长度L1=（B-B1）/2tg1=(0.79-0.5)/2tg20=0.4m 栅后渐窄段长度L2=L1/2=0.2m 栅前渠道深H1=h+h2=1.1m 格栅总建筑长度L= L1+L2+1.0+0.5+H1/tg=0.4+0.2+1.0+0.5+0.636=2.7362.8m(6)每日栅渣量W=1.68m3/d0.2 m3/d所以采用机械清渣。2.1.3选型JGS型阶梯式机械格栅 技术参数：公称栅宽3000mm 有效栅宽2800mm 安装角度60 栅条间距25mm 电功率0.75KW2.2细格栅2.2.1设计参数栅条间距b为8mm最大流量为0.45m3/s, 细格栅设3组，那么每组流量Qmax为0.15m3/s栅前水深h为0.6m过栅流水速度v为1 m/s栅前水流速度0.8 m/s格栅倾角采用为75度栅条宽度s为10mm重力加速度g为9.8m/s水头损失增大倍数k为3断面形状系数2.4当栅条间距b为8mm时栅渣截留量W1为0.16m3/1000m3污水栅前渠道超高h2为0.2m进水渠宽B1为0.35m渐宽部分展开角1为30度细格栅设3组，那么每组流量为0.15m3/s2.2.2计算公式(1)栅条间隙数：n =30.2931(2)栅槽建筑宽度：B = s（n-1）+bn =0.01(31-1)+0.00831=0.548m0.55m(3)水头损失：h1=()4/3sink=2.4()sin7530.48m(4)栅后槽总高度H= h + h1+ h2=0.6+0.48+0.2=1.28m(5)栅前渐宽部分长度L1=（B-B1）/2tg1=(0.55-0.35)/2tg300.18m 栅后渐窄段长度L2=L1/2=0.09m 栅前渠道深H1=h+h2=0.6+0.2=0.8m 格栅总建筑长度L= L1+L2+1.0+0.5+H1/tg=0.18+0.09+1.0+0.5+0.8/tg752m(6)每日栅渣量W=1.5 m3/d因为每日栅渣量大于0.2 m3/d，所以采用机械清渣。2.2.3选型HXGS-1000技术参数：栅条间隙8mm 安装角度75o 栅条半径1500mm 齿耙转速214 r/min 电功率0.37KW2.3泵房设计流量为5000m3/h(最大设计流量6500m3/h) 有效容积为126m3 潜水泵2台（一用一备） 单泵流量1250m3/h 扬程11m 功率48kw2.4曝气沉砂池2.4.1设计要求当池长比池宽大得多时，应考虑设置横向挡板；空气扩散装置位于池的一侧，距池底约0.6-0.9m，送气管应设置调节气量的阀门；池子形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近可安装纵向挡板；池子的进口和出口设置应防止发生短路，进水方向应于池中旋流方向一致，出水方向应与进水方向垂直，并宜设置挡板；池内应考虑设消泡装置。2.4.2设计参数污水最大设计流量Qmax=0.45m3/s污水最大设计流量时停留时间t=2min污水最大设计流量时水平流速v=0.1m/s设计时有效水深h2=23m，宽深比1.01.5，长宽比5每立方米所需空气量d=0.10.2m3m3污水2.4.3计算公式(1)池总长度 L=vt=0.1260=12m(2)水流断面面积 A=4.5m2(3)池总宽度 B=1.5m(4)总有效容积 V= Qmaxt60=0.45260=54m3(5)每小时所需空气量q=d* Qmax*3600=0.150.453600=243m3/h2.5配水井2.5.1进水管管径D1配水井进水管的设计流量为Q=30000m3/d=1250 m3/h，当进水管管径D1=500mm时（混凝土圆管，满流），查水力计算表，得知v =0.91m/s，（小于1.0）满足要求。2.5.2矩形宽顶堰进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入4个水斗再由管道接入4座后续构筑物，每个后续构筑物的分配水量应为q=1250/4=312.5 m3/h。配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管。(1)堰上水头H因单个出水溢流堰的流量为q=1250/4=312.5 m3/h=86.80L/s，一般大于100 L/s采用矩形堰，小于100 L/s采用三角堰，所以本设计采用三角堰（堰高h取0.5m）。矩形堰的流量 式中 q矩形堰的流量，m3/s； H堰上水头，m； b堰宽，m，取堰宽b=0.6m； m0流量系数，通常采用0.3270.332，取0.33。则 (2)堰顶厚度B根据有关实验资料，当2.5B/H10时，属于三角宽顶堰。取B=0.8m，这时B/H=3.08（在2.510范围内），所以，该堰属于三角形宽顶堰。2.5.3配水管管径D2设配水管管径D2=450mm，流量q=520.83 m3/h，查水力计算表，得知v=0.70m/s。2.5.4配水漏斗上口口径D按配水井内径的1.5倍设计D=1.5D1=1.5500=750（mm）。2.6厌氧池2.6.1设计参数BOD5污泥负荷N=0.13kgBOD5/(kgMLSSd)回流污泥浓度XR=6600mg/l污泥回流比R=100% 混合液悬浮固体浓度(MLSS)X=3300mg/l设计流量Q为30000m3/d进水COD浓度为400mg/L进水BOD5浓度S0=200mg/L进水SS浓度X0=250mg/L进水VSS浓度X1=175mg/l进水TN=30mg/L进水TP=3mg/L有效水深h=4.0m超高为1.0m各段水力停留时间和容积：厌氧：缺氧：好氧1：1：3管道流速v=0.8m/s2.6.2计算公式(1)判断因为三沟式氧化沟是一个A-O活性污泥系统，再在前面加厌厌氧池就相当于一个A2/O工艺。=13.338=0.015406.25m2，接触池出水设溢流隘。2.9污泥浓缩池2.9.1设计参数污泥总量Q0=2994.94m3/d固体浓度C0=6kg/m3 浓缩后固体浓度Cu=30kg/m3溶气比A/S=0.03溶气效率f=0.8所加压力p=4.0kgf/cm2污水温度20时,Sa=0.01871164=21.77(mg/L)气浮表面水力负荷q=43.2 m3/(m2/d)设计停留时间T=90min=1.5h2.9.2设计计算(1) 计算回流比R=2.5总流量Q=(1+R)Q0=(1+2.5) 2994.94=10482.29(m3/d) (2)气浮池表面积A A=m3(3)气浮池池型尺寸 采用原形池,池高为3.986m,取半径为4.0m，则表面积A=3.986423.14=243(m2)242.64(m2)(4)气浮池有效水深 h=2.986(m)(5)气浮池总高H。超高采用0.3m,刮泥机高度0.3m.H=0.3+0.3+2.696=3.986(m) (6)容器罐容积一般加压水停留时间为13min,设计采用3min。回流水量为2.5Q0=2.52994.94=7487.35(m3/d)=311.97 (m3/h)容器罐容积V=311.973/60=15.6(m3)容器罐直径与高度之比为1：（24）若直径为2.14m,则高度为4.28m2.10污泥消化池污泥经浓缩池浓缩后总量为Q Q=Q0=2994.94=598.988m3/d设挥发性固体（VSS）含量为65%，采用中温消化，消化后VSS去除50%2.10.1设计参数污泥龄Vc=20d消化池直径D采用17m集气罩直径D3=2m,高h4=2.0m池底锥角直径d2=2m,锥角采用15采用中温两极消化，容积比 一级:二级=2:1,一级消化池总容积8000m3,用2座池，单池面积4000m3。二级消化池容积为4000m3, 用1座池,采用圆柱形消化池，一级，二级消化池采用相同池形。2.10.2设计计算(1)消化池有效容积计算V=Qvc=598.98820=11979.7612000(m3)(2)池体设计池底锥体高h2=h3=tan15=2.0(m)消化池主体高度h1=D=17m 消化池各部分容积 集气罩容积V4=h4=上盖容积V3= 下锥体容积等于上盖容积 V2=V3=171.2m3柱体容积V=消化池有效容积V=V1+V2+V3=171.2+3858.7+171.2=4201.1(m3)4000(m3) 消化池各部分表面积 集气罩表面积A4= 上盖表面积 A=230.6(m3)下锥体表面积A =消化池柱体表面积A1=故消化池总面积 A=907.9+233.7+230.6+15.7=1387.9(m)2.11脱水机房2.11.1设计参数消化后污泥产量480m3/d污泥含水率p0=97%污泥比阻=m/kg 脱水泥饼含水率80% 过滤压力p=4.5N/m2过滤周期T=120s泥饼形成时间t=36s 滤液动力黏度=0.001Ns/m2污泥干固体浓度C0=3%泥饼干固体浓度Cg=20%安全系数a=1.15考虑投加混凝剂污泥干重增加系数f=1.152.11.2设计计算(1)过滤产率计算滤过单位体积的滤液在过滤介质上截留的干固体质量w=(mg/l)=35.3(kg/m3)过滤机的浸液比 m=过滤产率L=0.00515kg/(m2s)=18.5kg/(m2h)(2)过滤面积计算 A=64.34(m2)3平面及高程布置3.1 污水厂平面布置原则 （1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。 （2）处理构筑物应尽可能地安流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量。 （3）经常有人工作的建筑物应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，应考虑朝阳。（4）在布置总图时，应考虑安装充分的绿化地带。 （5）构筑物之间的距离应考虑铺设管区的位置，运转管理和施工的要求，一般采用5-10m。 （6）污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理。3.2 污水厂高程布置原则（1）为了保证污水在各构筑物之间能顺利自流，必须精确计算各构筑物之间的水头损失。此外，还应考虑污水厂扩建时预留的储备水头。（2）进行水力计算时，应选择距离最长，损失最大的流程，并按最大设计流量计算。（3）污水厂的出水管渠高程，须不受水体洪水顶托，并能自流进行农田灌溉。（4）污水厂的场地竖向布置，应考虑土方平衡，并考虑有利排水。3.3 污水厂高程的计算污水处理厂的水流依靠重力流动，以减少运行费用。为此，必须精确计算其水头损失。水头损失包括：水流通过各处理构筑物的水头损失，包括从进池到出池的所有水头损失在内；水流通过连接前后两构筑物的管渠（包括配水设备）的水头损失 ，包括沿程与局部水头损失；水流流过量水设备的水头损失。选择一条距离最长、水头损失最大的流程水利计算，并适当留有余地，使实际运行时能有