污水处理厂课程设计(氧化沟工艺).docx

污水处理厂课程设计(氧化沟工艺) 前言 城市污水主要为生活污水和工业废水的混合污水。目前城市污水的排放已造成了对水环境生态系统的严重污染，做好城市污水的处理及再生利用是主要任务之一，解决城市污水对水环境污染的重要途径之一，就是修建污水处理厂。 污水处理是经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。污水处理在发达国家已有较成熟的经验。如英国，德国，芬兰，荷兰等欧洲国家均已投巨资对因工业革命和经济发展带来的水污染进行治理，日本，新加波，美国，澳大利亚等国家也对污水处理给予了较大投资，特别是新加波并没有走先污染后治理的道路，而是采取经济与环境协调发展的政策，使该国不仅在经济上进入发达国家的行列，而且还是一个绿树成荫，蓝天碧水，环境优美的国家。 我国在建国初期只有几个过去由外国租界留下来的城市污水处理厂，主要集中在上海，日处理量不过几万吨，解放后，城市污水处理厂有了较大的发展，特别是“六五”期间，发展较为迅速。截止1985年底，据不完全统计，已在19个省的30多个城市和30多个直辖市建有污水处理厂63座，截止1987年底，全国城市污水处理厂建成投产的已有78座。至1990年，有污水处理石拱的城市56个，省和直辖市增加到21个。1999年全国建成污水处理地398座，处理率29.65%。城建系统内187座，处理率16.18%。目前全国共有17000个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施，全国城市污水处理率仅达到20%左右。而且，由于二十几年来，乡镇企业的蓬勃发展，造成一些中小城镇尤其是经济比较发达的中小城镇，污染严重，已经影响到人民的生活和健康。 针对目前的情况，国家提出至2022年我国平均污水处理率要达到40%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%，因此探索适合中小城市的经济适用的污水处理工艺，以较少的投资建成污水处理厂，以较低的运行费用运转污水处理厂，达到消除污染，保护环境是我们目前最紧迫的任务。 目录 一、设计任务书 (4) 1.1设计任务 (4) 1.2 设计资料 (4) 1.2.1、设计规模 (4) 1.2.2、污水水质 (4) 1.2.3、其它有关资料 (5) 二、设计说明书 (6) 2.1 工程概况 (6) 2.1.1 基本情况 (6) 2.2 污水处理厂工艺的选择 (6) 2.2.1 污水水质分析 (6) 2.2.2 处理工艺的选择 (7) 2.2.3 氧化沟工艺的选择 (9) 2.2.4 污泥处理工艺选择 (11) 2.2.5 污水、污泥处理工艺流程图 (12) 2.3 污水处理厂工程设计 (12) 2.3.1污水处理厂总平面设计 (12) 2.4 各主要构筑物及设备说明 (14) 2.4.1 粗格栅间 (14) 2.4.2 污水提升泵房 (14) 2.4.3 集水井 (14) 2.4.4 曝气沉砂池 (15) 2.4.5 厌氧选择池 (15) 2.4.6 氧化沟 (15) 2.4.7 二沉池 (15) 2.4.8 接触池 (16) 2.4.9 污泥浓缩池 (16) 2.4.10 污泥脱水间 (17) 2.4.11 其他建筑物 (17) 三、构筑物的设计计算及附属设备的选型 (17) 3.1 设计流量 (17) 3.2 溢流井的设计 (18) 3.3 粗格栅的设计计算 (18) 3.3.2 附属设备的选型 (21) 3.4 集水池的设计 (21) 3.5 污水提升泵的设计 (22) 3.6 细格栅的设计计算 (22) 3.6.2 附属设备的选型 (24) 3.7 曝气沉砂池的设计 (25) 3.7.1 设计说明 (25) 3.7.2 设计参数 (25) 3.7.3 设计计算 (26) 3.7.4 附属设备选型 (27) 3.8 厌氧选择池的设计 (28) 3.8.1 厌氧池配水井 (28) 3.8.2 厌氧选择池 (28) 3.9 三沟氧化沟的设计计算 (29) 3.9.1 设计参数 (29) 3.9.2 设计计算 (29) 3.9.3 附属设备的选型 (33) 3.10 二沉池配水井 (34) 3.10.1 设计参数 (34) 3.10.2 设计计算 (34) 3.11 辐流式二沉池 (35) 3.11.1 设计参数 (35) 3.11.2 设计计算 (36) 3.11.3 附属设备的选型 (37) 3.12 消毒池 (37) 3.12.1 设计参数 (37) 3.12.2 设计计算 (37) 3.13 液氯投配系统 (38) 3.13.1 设计参数 (38) 3.13.2 设计参数 (38) （1）投加量 (38) 3.14 污泥回流泵房 (38) 3.15 污泥浓缩池 (39) 3.15.1 设计参数 (39) 3.15.2 设计计算 (39) 3.16 污泥脱水间 (41) 四、污水处理厂成本概算 (42) 4.1 水厂工程造价 (42) 4.1.1 计算依据 (42) 4.1.2 单项构筑物工程造价计算 (42) 4.2 污水处理成本计算 (43) 个人小结 (45) 一、设计任务书 1.1设计任务 1、根据设计原始资料提出合理的处理方案及处理工艺流程，包括各处理构筑物型式的选择、污泥的处理及处置方法、处理后废水的出路； 2、进行各处理构筑物的工艺设计计算，确定其基本工艺尺寸及主要构造（用单线条画草图并注明主要工艺尺寸）； 3、进行废水处理厂（站）的总体平面布置（包括各处理构筑物、辅助建筑物平面位置的确定，主要废水和污泥管道的布置），并绘制平面布置图（比例尺1：2001：500）； 4、进行各处理构筑物的高程计算并绘制废水处理厂（站）的流程图（比例尺纵向1：501：100；横向1：5001：1000）； 5、进行废水处理厂（站）初步的工程概算； 6、编制工艺设计计算说明书。 1.2 设计资料 根据城市总体规划，华东某市决定在其城西地区兴建一座城市污水处理厂，以完善该地区市政工程配套，控制日益加剧的河道水污染，改善环境质量。 1.2.1、设计规模 设计流量见设计题目，总变异系数1.5。 1.2.2、污水水质 污水主要为城镇市政生活污水，具体水质参数见下表。处理水质应达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2022）一级B标准排放要求。 表1 进水水质（单位：mg/L） 项目COD Cr BOD5SS NH3-N TP 进水水质380 190 238 49 4.9 出水水质602020150.5 1.2.3、其它有关资料 规划中初步划定污水设在该地区西南部，厂区距运河尚有1.5公里。受纳河流常年平均水位1.4m（黄海基准标高，下同），最高洪水位2.50m，河床平均标高为-1.50m。该地区夏季主导风向为东南风。 按照城市竖向规划，厂区地面标高应为2.76m。污水管由北向南进入污水厂区，管径d600mm，管底标高-1.80m。厂区地基承载力满足污水处理厂一般要求，地下水位为-1.5m。 二、设计说明书 2.1 工程概况 2.1.1 基本情况 设计名称：某城镇6.5万m3/d污水处理厂设计。 设计规模：日处理城镇污水6.5万m3，包括生活污水和城市工业废水。 处理工艺：污水处理采用厌氧选择池加氧化沟工艺，污泥处理采用机械浓缩压滤处理工艺。 设计内容：污水处理厂一座，及其他附属建筑物，包括综合楼、配电室、锅炉房、传达室、食堂、浴室、篮球厂等。 设计结果：1、设计计算说明书一份；设计图纸4张，包括总体平面布置图、高程图、两个主要构筑物三视图。 根据设计任务书提供的进出水水质指标情况，特别是对氮、磷的去除，在初步讨论阶段，通过对A2/O工艺、CASS工艺和氧化沟在实际运行条件下的运行状况进行了详细的比较论证，最终确定选用厌氧池加奥贝尔氧化沟工艺作为污水处理主体工艺，用于脱氮除磷并去除COD Cr、BOD5。对污水、污泥处理的其他阶段工艺，也都经过了详细的比较论证，最终确定出了一套系统、完整、高效的处理工艺流程。主要包括粗细格栅、曝气沉淀池、厌氧池、奥贝尔氧化沟、辐流式二沉池、污泥浓缩池、污泥脱水间等。污水处理厂其他辅助构建筑物也在力求简单、方便、实用的原则下，进行了细致的计算规划，做到主辅互不影响但又相互协调配合。本设计污水处理厂出水要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2022）中的一级标准(B标准)，排入距厂区1500m处某河,该河符合中的III类标准。 2.2 污水处理厂工艺的选择 2.2.1 污水水质分析 （1）此废水具有如下特点： （a）BOD5/COD Cr=190/380=0.5，说明废水可生化性很好； （b）废水N、P含量较高，出水N、P应符合要求。 （2）针对以上特点，要求污水处理系统应该具有以下功能： （a）具有一定的BOD5去除能力； （b）具备一定的脱N除P功能，使出水N、P达标； （c）使污水处理过程中产生的剩余污泥基本达到稳定。 2.2.2 处理工艺的选择 目前处理城市污水应用较多的生化工艺有氧化沟，A2/O法，A-B法，SBR 法等。为了使本工程选择最合理的处理工艺，有必要按使用条件，排除不适用的处理工艺后，再对可以采取的处理工艺方案进行对比和选择。氧化沟工艺，A2/O 工艺和CASS工艺三种工艺均能达到处理要求。在设计可行性分析阶段，对氧化沟工艺，A2/O工艺和CASS工艺的比较分析： （a）A2/O工艺 一般在A2/O工艺中，为同时实现脱N除P的要求，必须满足如下条件：BOD5/TKN=5-8 实际进水中：BOD5/TKN=190/49=3.8<5 BOD5/TP15 BOD5/TP=190/4.9=3815 通过比较,采用传统A2/O工艺，脱N所需碳源不足，影响脱N效果，为此采用倒置A2/O工艺。污水先进缺氧段再进厌氧段，或厌氧、缺氧段同时进水，这样既解决了缺氧段的碳源不足的问题，使脱N能够很好的进行，同时也有利于除P，聚磷菌在厌氧段释放P，同时聚集能量，利用厌氧段聚集的能量，在好氧段进行好氧吸P过程，厌氧段结束后立即进入好氧段，能够使聚磷菌在厌氧段聚集的能量，充分用来吸P，加强了除P过程。 （b）CAST工艺 该工艺是在SBR工艺基础上发展而来的，增加了厌氧段、缺氧段，可实现脱N除P。运行简单，可实现自动化控制。 （c）氧化沟工艺 氧化沟工艺目前在城市污水处理方面应用最为广泛，处理工艺成熟，结构、设备简单，管理运行费用低。CAST工艺与氧化沟工艺比较如表2-2： 表2-2 CAST工艺与氧化沟工艺比较 方案一（CAST工艺）方案二（奥贝尔氧化沟） 连续进水，连续出水。 单池间歇多池连续。多座反应池交替运行保持 进、出水连续 有机物降解与沉淀在一个池子完成，无需设独 立的沉淀池及其刮泥系统。 在氧化沟中完成有机物降解，在沉淀池中进行泥水分离，需设独立的沉淀池和刮泥 系统。 通过每一个周期的循环，造成有氧和无氧的环 境，对氮和磷有很好的去除效果。 氧化沟系统三个沟道的DO 值呈0-1-2的梯次变化，脱氮效果好，除磷效果一般。 固体停留时间较长，可抵抗较强的冲击负荷。 较长的固体停留时间，可抵抗冲击负荷。 污泥有一定的稳定性 污泥有一定的稳定性 采用鼓风曝气，曝气器均布池底，动力效率高；能耗较低；间歇运转须采用高质量的膜式曝气 器，设备的闲置率较高，曝气器寿命较短，维 修及维护量大。 采用表面曝气，设有转碟曝气设备，转碟分点布置；设备少，管理简单，维护量小，但能耗较高。 自动化水平高，对电动阀门等设备的可靠性需 求较高，控制管理较复杂。 设备少且经久耐用，控制管理简单。 耗电量较小，运行费用低。 耗电量较大，运行费用较高。 自控系统编程工作量较大，PLC 硬件费用高， 自动化水平较高，劳动强度较低，对操作人员 的素质要求较高，总设备费用较高。 自控系统编程工作量较小，PLC 硬件费用低，自动化水平较低，劳动强度较高，对操作人员的素质要求较低，总设备费用较 低。 （4）氧化沟工艺与A 2/O 工艺相比，具有如下优势： （a ）工艺流程简单，处理构筑物少，机械设备少，运行管理方便。与A 2/O 法比较，可不设初沉池，没有混合液内回流系统，由于污泥相对好氧稳定，一般不设污泥的厌氧消化系统。 （b ）A 2/O 工艺由于停留时间较短，剩余污泥的稳定性较差，一般需要污泥消化和浓缩过程，这不利于除P ，生物除P 是通过聚磷菌在好氧条件下，过量吸P 而使废水中的P 得到去除的，最终P 随聚磷菌进入剩余污泥中除去，剩余污泥长时间处于厌氧状态，将导致聚磷菌吸收的P 重新释放出来，影响除P 效果。 氧化沟的水力停留时间较长，污泥泥龄较长，具有延时曝气的特点，悬浮有机物在沟内可获得较彻底的降解，污泥在沟内达到相对好氧稳定，剩余污泥量少，根据国内外经验，氧化沟不再设污泥厌氧消化处理系统，剩余活性污泥只须经机械浓缩、脱水即可利用或污泥后处置，简化了污泥后序处理程序。污泥在进行机械浓缩、脱水过程中，停留时间很短，基本没有污泥中磷的释放问题。 （c ）转碟曝气，混合效率较高，水流在沟内的速度最高可达0.60.7m/s ，在沟道使水流能快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达5001000次，可同时 进行有机物的降解和氮的硝化、反硝化，并可有效的去除污水中的磷。沟道的这种脉冲曝气和大区域的缺氧环境，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果。 （d）污水进入氧化沟，可以得到快速的有效的混合，由于池容较大，缓冲稀释能力强，耐高流量，高浓度的冲击负荷能力强，具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定。 （e）供氧量的调节，可以通过改变转碟的转速、浸水深度和转碟安装个数等多种手段来调节整体供氧能力，使池内溶解氧值经常控制在最佳值，保证系统稳定、经济、可靠的运行。 （f）曝气转碟由高强度玻璃钢制成，使用寿命可达20年以上，独特的结构设计使其具有较高的混合和充氧能力，新型转碟曝气机可以使氧化沟的工作水深达到5.0米以上。氧化沟转碟曝气机工作在水面上，而且安装的数量少，安装、巡检、维修方便，可以即时发现了解设备运行情况，随时解除存在隐患。 而A2/O法所用的鼓风曝气设备使用寿命短，目前市场上的曝气器一般正常使用23年左右，而且会随着使用时间的增长效率降低。曝气器位于池底，日常无法了解水下设备运行状况，检修或者更换都需要放空，这会给污水厂的运行带来很大的不便。 通过对以上三种工艺的比较，可以看出，这三种工艺都能达到要求，各具优势，但考虑到城市现状和对工作人员的要求，最终选择工艺成熟、应用广泛的氧化沟工艺作为此污水处理厂污水生化处理主体工艺。 2.2.3 氧化沟工艺的选择 目前用于处理城市污水的氧化沟主要有以下几种： （a）卡鲁塞尔氧化沟 卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟环形氧化沟，主要采用表面曝气机，兼有供氧和推流的作用。污水在沟内转折巡回流动，处于完全混合状态，有机物不断得以去除。 表曝机少，灵活性差，设备维修期间沟不能工作，沟内混合液自由流程长，由于紊流导致的流速不均，很容易引起污泥沉淀，影响运行效果。单沟氧化沟的平均溶解氧维持在2mg/L左右，加之单点供氧强度过大，耗氧较高。在一般情况下，单沟很难形成稳定的缺氧段，不利于脱N。 （b）三沟式氧化沟 三沟式氧化沟工艺有两个边沟，一个中沟，当一个曝气时，另外两个作为沉淀池使用。一定时间后改变水流方向，使两沟作用相互轮换，中沟则连续曝气，三沟式氧化沟无需污泥回流装置，如果条件合适，还可以进行反消化。缺点：进、出水方向，溢流堰的起闭及转刷的开动于停止必须设自动控制系统；自控系统要求管理水平高，稍有故障就会严重影响氧化沟正常工作。由于侧沟交替运行，设备利用率较低。 （c）一体化氧化沟 一体化氧化沟就是将沉淀池建在氧化沟内，即氧化沟的一个沟内设沉淀槽，在沉淀池两侧设隔板，底部设一导流板。在水面上设集水装置以收集出水，混合液从沉淀池底部流走，部分污泥则从间隙回流至氧化沟。一体化氧化沟将曝气、沉淀功能集于一体，免除了污泥回流系统，但其结构有待进一步完善。 （d）奥贝尔氧化沟 奥贝尔氧化沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的5055%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用：中间沟道容积一般为25%30%，溶解氧控制在1.0mg/L，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右），以保证有机物和氨氮有较高的去除率。 外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD5可以在外沟道中去除。由于外沟道溶解氧平均值很低，绝大部分区域DO为0mg/L，所以，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，大大提高了氧传递效率，达到了节约能耗的目的。一般情况下，可以节省电耗20%左右。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗是较低的。中沟道起到互补调节作用，提高了运行的可靠性和可控性。因此，奥贝尔氧化沟可以在确保处理效果的前提下，可以获得较大的节能效益。 对于每个沟道内来讲，混合液的流态为完全混合式，对进水水质、水量的变化具有较强的抗冲击负荷能力；对于三个沟道来讲，沟道与沟道之间的流态为推流式，且具有完全不同溶解氧浓度和污泥负荷。奥贝尔氧化沟实际上是多沟道串联的沟型，同时具有推流式和完全混合式两种流态的优点，这种特殊设计兼有氧化沟和A2/O工艺的特点，耐冲击负荷，可避免普通完全混合式氧化沟易发生的污泥膨胀现象，可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。 不同工艺的处理效果与其所配套的附属设备是分不开的，往往是新设备的产生、发展带动了工艺的改革，使其处理优越性得以突现。 奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面有符合水力特性的一系列凹孔和三角形突起，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和混合效率。通过改变曝气机的旋转方向、浸水深度、转速和开停数量，可以调整其供氧能力和电耗水平。尤其是蝶片可以方便拆装，更为优化运行提供了简便手段。另一方面，由于转碟直径达1.5m，并在碟片最大切线区设置T形推流和切割叶片，增强切割气泡，推动混合液的能力。平行切入在水中旋转运行，具有极强的整流和推流能力。实践证明，在水深为5m ，在不需要水下推进器时，氧化沟池底流速仍可达0.2m/s以上。当污水浓度下降，为节能而减少曝气机运行台数时，一般也不必担心沉淀的发生。这是曝气转碟和奥贝尔沟型所独具的优点。 奥贝尔氧化沟的沟道布置，便于采用不同种类的工艺模式。在使用普通活性污泥法时，内沟道用于曝气，外沟道用于需氧消化；使用接触稳定和分段曝气时，是把进水和回流污泥引入相应的沟道中；为了保证高质量而稳定的处理效果和减少污泥量，需要进行硝化时采延时曝气模式。 综合比较，选用奥贝尔氧化沟，其兼具氧化沟和A2/O工艺的双重优势。2.2.4 污泥处理工艺选择 污水处理所产生的剩余污泥必须按照减量化，无害化的原则进行妥善安全的处理、处置。 本工程污水处理工艺，采用生物脱氮除磷的奥贝尔氧化沟工艺，污泥龄达20天以上，污泥已基本稳定，无需厌氧消化，可以直接进行机械浓缩脱水，同时可以防止P的厌氧释放，保证了除P效果。选择带式浓缩压滤一体机，泥饼含固率高，能耗底，可连续运行，生产效率高。 二沉池污泥经贮泥池，直接进入机械脱水阶段，同时投加PAM等药剂，以强化污泥脱水性能。经压滤机压滤后的泥饼含水率一般小于85%，可以直接外运处理。