课程设计-小型城市污水处理设计方案(氧化沟).doc

课程设计

小 型 城 市 生 活 污 水 理 设 计 方 案

23

绪论
随着我过社会主义现代化建设的深入进行、城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，不仅用水量将迅速增加，而且对水质的要求也会越来越高。
从水质角度考虑，人类社会上的水大致可以分为三大类，即天然水（地表水和地下水）、使用水（生活与生产用水）和污染水（生活和生产使用过的水）。水处理则是这三种水质类型转化的重要的手段，从而构成了水的社会循环，这种关系可以如下图所示。
水处理I
水处理II
用户用水
（原水） （给水处理） （给水） （排水） （污水废水处理）
天然水 使用水 污废水

回用水

达标排放水
城市化进程使原本脆弱的水域受到了更为严重污染和破坏，城市生活污水中高浓度的有机物使水体富营养化，严重影响城市生活生产用水的供应和生态系统的破坏，对城市生活污水的处理迫在眉睫。
水处理是对水质成分的变革，亦采用各种必要的物理、化学或生物化学的工艺技术，将水中的污染物质分离分解，使水质达到国家水质标准的一种加工净化过程。按照受纳水体的具体类别、地形地貌、气候及要求的排放标准设置不同的工艺进行处理。
国家提出“可持续发展战略”，坚持走中国特色社会主义道路，水资源的保护和合理应用是一个最基础、最重要的环节，水就像人体的血液，没有优质的水资源保证，就没有生产和生活的正常进行，国家就无法健康、可持续发展。
关键词：城市生活污水、水处理、水质。
目录
绪论 I
1课程设计的目的和任务 1
1.1课程设计的目的 1
1.2课程设计的任务 1
1.2.1进水水质指标 1
1.2.2出水水质指标 1
2污水处理方式的确定 2
2.1影响处理方式的因素 2
2.2污水处理工艺比较 2
2.3污水处理工艺的确定 3
3工艺过程的设计 4
3.1格栅的设计 4
3.1.1格栅设计的一般规定 4
3.1.2设计要点 4
3.1.3格栅设计的参数 4
3.2调节池的设计 8
3.2.1调节池的类型 8
3.2.2调节池的选择 8
3.3沉砂池的设计 8
3.3.1沉砂池的具体设计 8
3.4.1氧化沟设计要求 11
3.4.2氧化沟具体设计参数 13
3.5二次沉淀池的设计 16
3.5.1二沉池的设计要求 16
3.5.2二次沉淀池计算公式见表3-6 16
3.5.3二次沉淀具体设计参数 17
致 谢 19

1课程设计的目的和任务
1.1课程设计的目的
通过课程设计，进一步加深、熟悉并掌握污水处理工艺的各个过程的特点和设计，融汇贯通整个大学期间学习的环境监测和治理的知识，做到学以致用，真正掌握污水处理工艺的设计要求和设计过程，为接下来的毕业设计打好基础。
1.2课程设计的任务
随着城市化进程的提速，城市人口急剧膨胀，城市污染问题日益突显，其中城市生活污水污染受纳水体的时间不断暴发。人们对待城市生活污水的处理方法也是逐渐改变的，从最初的直接排放到受纳水体，到做简单的物理方法处理后排放再到现在经过深化处理逐步完善。这次课程设计的任务是选择合适的污水处理工艺处理进水量20000t/d，出水水质达到国家污水综合排放一级标准的工艺过程。
1.2.1进水水质指标
表1-1 污水处理厂进水水质指标/单位mg/l
项 目
CODcr
BOD5
SS
氨氮
TN
进水水质指标
380
200
150
60
38
1.2.2出水水质指标
设计要求达到国家污水综合排放一级标准，一级标准如下表所示：
表1-2 污水处理厂出水水质指标/单位 mg/l
项目
CODcr
BOD5
SS
氨氮
TN
出水水质指标
100
30
70
15
6

2污水处理方式的确定
2.1影响处理方式的因素
影响处理方式与处理人口数、处理水样、原水水质、排放标准、投资建设、运作成本、处理效果及稳定性，工程应用状况、维护管理是否简单方便以及能否与深度处理结合等因素有关。具体可以从以下几方面来考虑。
①　 出水水质稳定、可靠、卫生安全；
②　 抗水质、水量变化能力强；
③　 污泥处理与处置简单；
④　 建设费和维护管理费低；
⑤　 维护管理简单方便；
⑥　 必要时可与深度处理工艺进行组合。
2.2污水处理工艺比较
表2-1污水处理工艺比较
氧化沟法
A-A-O法
CASS法
优 点
a. 处理流程简单，构筑物少，基建费用较省；
b. 处理效果好，有较稳定的脱氮除磷功能；
c. 对高浓度的工业废水有较好的稀释能力；
d. 有抗冲击负荷的能力；
e. 能处理不易降解的有机物，污泥生成少；
f. 技术先进成熟，管理维护较简单；
g. 国内工程实例多，容易获得工程管理经验
a. 基建费用低，具有较好的脱氮、除磷功能；
b. 具有改善污泥沉降性能、减少污泥排放量；
c. 具有提高对难降解生物有机物出去效果，运转效果稳定；
d. 技术先进成熟，运行稳妥可靠；
e. 管理维护简单，运行费用低；
f. 国内工程实例多，工艺成熟，容易获得工程管理经验
a. 工艺流程简单，运行方式灵活，无二次沉淀池；
b. 扩建方便，基建费用低；
c. 能较强的适应水量水质的变化；
d. 自动化程度高，保证出水水质；
e. 半静止状态沉淀，沉淀效果好；
f. 特别适合中小型城市污水处理厂的建设
g. 能保持较高的活性污泥浓度，增加了生化反应推动力

续表
氧化沟法
A-A-O法
CASS法
缺点
a. 回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响；
b. 容积及设备利用率不高
a. 处理构筑物较多；
b. 须增加内回流系统
a. 设备闲置率较高；
b. 对操作人员的素质要求较高
2.3污水处理工艺的确定
氧化沟又称循环曝气池，污水和活性污泥的混合液在环状曝气渠道中循环流动，属于活性污泥法的一种变形，氧化沟的水力停留时间可达10~30h，污泥龄20~30d，有机负荷很低[0.05~0.15kgBOD5/(kg MLSS·d )],实质上相当于延时曝气活性污泥系统。由于她运行成本低，构造简单，易于维护管理，出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、并可脱氮除磷，可以用于处理水量为72~200×104m3/d。所以我选择她处理要求水量为20000m3/d的污水处理设计。
2.3.1氧化沟的基本工艺流程如图2-2所示。
粗格栅
细格栅
调节池
沉砂池
氧化沟
紫外光消毒

二沉池
废水 排放

回流污泥

污泥外运

脱泥间
卫生填埋

图2-2污水处理流程
2.3.2氧化沟的处理效果
氧化沟的出水水质好，一般情况下，BOD5的去除率可达95%~99%，脱氮率达90%左右，除磷效率在50%左右，在处理过程中，适量投加铁盐，则除磷效率可达95%，运行费用较常规活性污泥法低30%~50%，基建费用较常规活性污泥法低40%~60%。
3工艺过程的设计
3.1格栅的设计
格栅是一种最简单的过滤设备，用来截留污水中粗大的悬浮物和漂流物。格栅的形状和尺寸大小，由它的用途决定。
3.1.1格栅设计的一般规定
格栅是由一组平行的金属栅条获筛网制成。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，用以截留较大的悬浮物或漂流物，如纤维、碎皮、毛发、果皮等。一般分粗细两道格栅，粗格栅的作用是拦截较大的悬浮物或漂流物以保护水泵；细格栅的作用是拦截粗格栅为截留的悬浮物或漂浮物。
3.1.2设计要点
（一）水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵要求确定。
（二）污水处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求；
①　 人工清除25~40mm；
②　 机械清除16~25mm；
③　 最大间隙40mm
（三） 格栅栅渣量在无当地资料时采用以下数据。
①　 格栅间隙16~25mm时，0.10~0.05m3栅渣/103m3污水；
②　 格栅间隙30~50mm时，0.03~0.01m3栅渣/103m3。
（四） 格栅前渠道内的水流速度一般为0.4~0.9m/s，过栅流速一般为0.6~1.0m/s,格栅倾角一般为45˚~70˚，而机械格栅一般为60˚~70˚，特殊类型可达90˚。
（五） 通过格栅的水头损失一般采用0.08~0.15m。
3.1.3格栅设计的参数
1.已知条件
设计污水处理量Q=20000m3/h,总变化系数Kz=1.39：
2. 设计计算：
（1） 栅槽宽度
①　 栅条的间隙数n,单位/个

公式 Qmax——最大设计流量，/s;
a——格栅倾角，（˚），取60˚；
b——格栅间隙，m,取b=0.021m；
n——栅条间隙数，个；
h——栅前水深，m，取h=0.4m；
v——过栅流速，m/s，取v=0.9m/s。
格栅设两组，按两组同时工作设计，一格停用，一格工作校核。
则：
②　 栅槽的宽度B
栅槽的宽度一般比格栅的宽度宽0.2~0.3m，取0.2m；
设栅条宽度S=10mm(0.01m)
则栅槽宽度：
③　 通过格栅的水头损失h1

式中 h1 —计算水头损失，m；
K考虑截留物引起担任阻力增大系数，一般取K=2~3，这里取K=3；
—阻力系数，依表3-1计算；
表3-1格栅截面积形状与阻力系数关系的对照计算
栅条截面形状
计算公式
形状系数
矩形

=2.42
圆形

带半圆的矩形

双头半圆额矩形

正方形

为收缩系数，一般取0.64
设栅条断面为矩形，=2.42,
(m)
a. 进水渠道渐宽部分的长度设进水渠宽B1=0.5m，其渐宽部分展开角度a=20˚，进水渠道内的流速为0.77m/s。
（m）
b. 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m
=/2=0.09(m)
c. 栅后槽总高度H，m
设栅前超高h2=0.3m

d. 栅槽总长度L，m

e. 每日栅渣量W，m3/d，取W1=0.07

注释：采用机械清渣

3.2调节池的设计
城市污水水质水量是变化的不定的，我们要求进入污水处理厂的水质水量尽可能均衡，所以我们必须设计调节池来调节水质水量。城市污水的水质变化相对稳定，水量波动比较大，如遇雨水丰沛的夏季等，所以我们在污水处理工艺流程中设计水量调节池。
3.2.1调节池的类型
沉砂池常见的形式有：水量调节池、水质调节池、水质水量调节池。
3.2.2调节池的选择
由于我们的目的是调节进水水量，所以，我们设计水量调节池，由于没有具体的实测数据为依据，所以这里我们不给出具体的设计参数，只是要说明一点水量调节池一天能够容纳的污水水量将超过20000立方米，不然就失去了水量调节池存在的意义，我们假设一天的容量为25000立方米的水量进入水量调节池。

3.3沉砂池的设计
沉砂池的功能是利用物理原理除去污水中较大的无机颗粒物，如泥沙、煤渣等，在沉砂池各种类型中，曝气沉砂池的优点是通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使沉砂池的除沙效率较稳定。我们采用机械表面曝气装置曝气。
3.3.1沉砂池的具体设计
①　 设该工艺流程最大设计流量为0.8m3/s;
沉砂池的总有效容积V，m3

式中 Qmax——最大设计流量，m3/s，Qmax=0.6m3/s
t __最大设计流量时的流行时间，min,取t=2min
则：
②　 水流断面面积A，

式中 为最大设计流量时的水平流速，m/s，取=0.1m/s
则：=0.8/0.1=8(m2)
③　 沉砂池宽度B，m

式中，为设计有效水深，m，取=2m
则：
④　 每个池子的宽度b，
取n=2格， （宽深比b/h2=2/2=1 ,满足要求）
⑤　 池长L，m

⑥　 每小时所需空气量q，m3/h

式中 d 为每立方米污水所需空气量，m3 ,d=0.2m3/m3污水。
则：
⑦　 沉砂池沙沉砂斗体积 V0 ，m3
设沉砂砂斗为沿池长方向的梯形断面渠道，沉砂斗体积为：

式中a - 沉砂斗上顶宽，m，取1m，沉砂池室高度h3=0.51
-- 沉砂斗下底宽，|m，取0.5m
设沉砂斗得坡度i=0.2;沉砂斗侧壁与水平的夹角,取
则：
⑧　 沉砂池总高度H, m

3.4氧化沟的设计要点
氧化沟一般又沟体、曝气设备、进水分配进、出水溢流堰和导流装置等部分组成。氧化沟进水水温宜为10~25C˚,PH宜值为6~9，严禁有害物质超标。
3.4.1氧化沟设计要求
表3-2氧化沟工艺设计参数表
名 称
数 值
污泥负荷
0.03~0.15
水利停留时间T/h
10~48
污泥龄
去除BOD时，5~8，去除BOD5并硝化时，10~20，去除BOD5并反硝化时，30
污泥回流比R/%
50~200
污泥浓度
2000~6000
容积负荷/
0.2~0.4
出水水质/
BOD5
10~15
SS
10~20
NH3-N
1~3
必要需氧量/
1.4~2.2

表3-3氧化沟工艺计算公式
名 称
公 式
符 号 说 明

碳化氮硝化容积（好氧区容积）

或者

V1—碳氧化氮硝化容积，m3;
Q—污水设计流量，m3/d;
X—污泥浓度，kg/m3 ;
L0、Le—进、出水BOD5浓度，mg/L;
Lr=,L0-Le去除BOD5浓度mg/L，
—污泥龄，d；
Y—污泥净产率系数；，kgMLSS/kgBOD5；
Kd—污泥自身净化率，d-1,对于城市污水。一般为0.05~0.1d-1；
Ns—污泥负荷率，

污泥龄确定

fb—可生物降解的VSS占总VSS的比例

最大需氧量

—需氧量，kg/d；
=1.47、=4.6、=1.42；
—氨氮的去除量，kg/m3；
—硝态氮去除量，kg/m3；
—剩余活性污泥量kg/d

剩余活性污泥量

—污水平均日流量

水利停留时间

V—氧化沟容积；
t—水利停留时间

污泥回流比

R—污泥回流比，%；
二沉池底污泥浓度，mg/L

污泥负荷

Ns—污泥负荷，；
Xv—MLVSS浓度，mg/L

续表
项 目
公 式
符 号 说 明
反硝化区脱氮量

W—反硝化区脱氮量，kg/d；
—去除的总氮浓度，kg/L；
—进水总氮浓度，kg/L;
—出水总氮浓度，kg/L
饭消化区所需污泥量

G—反硝化区所需污泥量，kg；
VDN—反硝化速率，
反硝化区容积

V2—反硝化区容积，m3
氧化沟容积

K—剧有活性作用的污泥占总污泥量的比例

3.4.2氧化沟具体设计参数
①　 我选择T型氧化沟来处理课程设计要求的污水，已知条件是：污水设计流量20000m3/d,Kz=1.3，要求脱氮，进水水质如表3-4所示

表3-4污水进水水质指标
项 目
CODcr
BOD5
SS
氨氮
TN
进水水质指标
380
200
150
60
38

②　 出水水质如表3-5
表3-5出水水质指标要求
项目
CODcr
BOD5
SS
氨氮
TN
出水水质指标
≤100
≤30
≤70
≤15
6

③　 设计参数：
污泥龄：污泥浓度X=40000mg/L；Kd=0.05，查图知当时，Y=0.56
④　 氧化沟总容积（V）计算
a. 碳氧化、氮硝化区容积V1的设计计算

b. 反硝化区脱氮量W设计计算

c. 反硝化区所需污泥量

d. 反硝化区容积

e. 澄清沉淀区容积
T型沟二条边沟可以轮换作澄清沉淀作用
f. 氧化沟总容积

氧化沟分三组，则魅族容积为V/3，即

氧化沟水深取H=3m,则每组氧化沟平面面积为

三条 沟中每条沟的平面面积

取氧化沟为矩形断面，且单沟宽 B=12m,则单沟直线段长度为

平面尺寸如图3-6所示

⑤　 剩余污泥量设计计算

湿式污泥量
⑥　 校核
水力停留时间 （在10h~48h之间)
污泥负荷 （在0.03~0.15之间）
⑥　 最大需氧量设计计算

3.5二次沉淀池的设计
二次沉淀池有别于其他沉淀池，首先在作用上有其特点：它出了进行泥水分离外，还进行污泥浓缩，并由于水质、水量的变化，还要暂时贮存污泥。由于二次沉淀池需要完成污泥的浓缩的作用，所需要的池面积大于只进行泥水分离的池面积。
3.5.1二沉池的设计要求
①　 中心管中的下降流速不应超过0.03m/s;
②　 采用静水压力排泥的二次沉淀池静水头可降至0.9m，污泥斗底坡与水平夹角不应＜50˚；
③　 采用辐流式二次沉淀池时，出流堰的长度要相应增加，使单位堰的出流量不超过5~8
3.5.2二次沉淀池计算公式见表3-6
表3-6二次沉淀池计算公式
项 目
公 式
符 号 说 明
池表面积
或

A-池表面积，m2；
Q-最大时污水量，m3/h；
q-水力表面负荷，；
u-正常活性污泥成层沉淀的沉速，mm/s，一般为0.2~0.5mm/s；；
R-污泥回流比，%；
X-混合液污泥浓度，kg/m3；
qs-固体负荷率，,一般为120~150；
n-池个数
池直径

D-池直径，m
沉淀部分有效水深

H-池边有效水深，m，一般为2.5~4m；
t-水力停留时间，h,一般为1.0~1.5h

续表
污泥区容积

XR-回流污泥浓度，mg/L；
-污泥斗中平均污泥浓度，mg/L
校核
出水堰最大负荷不宜大于1.7.

3.5.3二次沉淀具体设计参数
①　 已知条件：设计流量20000m3/d,Kz=1.3,水力表面负荷q'=1.0~1.5，出水堰负荷设计规范规定为≤1.7；沉淀池个数n=8,沉淀时间T=3h
②　 池表面积

③　 单池面积
A'=A/8=2084(m2)
④　 池直径
（设计时取D=52）
⑤　 沉淀部分有效水深

⑥　 沉淀部分有效容积

⑦　 沉淀池底坡落差，取池底坡度i=0.05

⑧　 沉淀池周边有效水深

（D/H0=12，规范规定二沉池D/H0=6~12)
式中 h3-缓冲层高度，取0.5m；
h5-刮泥板高度，取0.5m。
⑨　 沉淀池总高度

式中 h1是沉淀池超高，取0.3m

3.6消毒、污泥处置
在排放之前，采用紫外光消毒，在排放到受纳水体。污泥的处置方式采用卫生填埋，定期组织调配车辆外运填埋。

致 谢
感谢我的导师彭明江老师，他学识渊博、学术精湛，一直是我心中的奋斗目标，他一丝不苟、严谨细致的工作作风一直是我学习的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。彭明江老师帮助我开拓思路，精心点拨、热忱鼓励。彭明江老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，给以终生受益无穷之道。对彭明江老师的感激之情是无法用言语表达的，她是引导我未来人生奋斗方向的恩师。在这里，我还要感谢三年来教导我的老师们，您们辛苦了，是您们传授给了我知识，让我能够在现今社会立足，是您们悉心的培养，让我的大学三年生活过得有声有色。我还要感谢我的同学和朋友，让我勇敢的面对人生的挫折，在我困难的时候给与我帮助，陪我一起走过了那些困难的时刻。大学的生活是我人生的转折点，是踏入社会前韬光养晦的营地，在这个过程当中，我经历了许多的变化，走过的每一步你们都支持着我，给我力量，在这里敬上我最真挚的感谢。
在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。谢谢大家对我的支持和帮助，我将终身难忘。

参 考 文 献
1. 污水处理厂工艺设计手册/高俊发、王社平主编，北京：化学工业出版社，2003.8
2. 环保设备及应用/王爱民、张云新主编，北京：化学工业出版社，2004.2
3. 城市污水厂处理设施设计计算/崔玉川、刘振江、张绍怡等编，北京：化学工业出版社，2004
4. 水污染控制技术/王燕飞主编，北京：化学工业出版社，2001.5
5. 小城镇污水处理技术装备实用指南/中国环境保护产业协会水污染治理委员会编著，北京：化学工业出版社，2007.9
6. 废水生物处理：改编和扩充;第二版/（美）格雷迪（Grady,Jr,C.P.L),(美) 戴吉尔（Daigger,G.T.)，（美） 林（Lim,H.C.)著，张锡辉，刘勇弟译。北京：化学工业出版社