活性污泥法的二级污水厂--课程设计.doc

综合实验

活性污泥法的二级污水厂
课程设计

系 别 ：
应用化学与环境工程系
专业（班级）：
环境科学2013级（环境污染控制）
作者（学号）：
孙承强（51305032035）
指导教师：
贺冉冉
完成日期：
2016年6月20日

蚌埠学院教务处制

目　录

1.　引　　言 1
2.　设计概论 1
2.1 设计资料 1
2.2 设计水质水量 1
2.3 设计工艺选择 1
2.4 工艺流程图 3
3.　设计工艺的计算 3
3.1 格栅 3
3.1.1中格栅 3
3.1.2细格栅 6
3.2 沉砂池: 8
3.3氧化沟 11
3.3.1设计条件 12
3.4 二沉池 17
3.4.1设计参数 17
3.5污泥浓缩池 19
3.5.1设计参数 20
3.5.2设计计算 20
3.6 机房脱水 21
4.　污水处理厂的平面布置 21
参　考　文　献 22

1.　引　　言
进入21世纪以来，城市建设和农业生产迅速发展，既给人类带来了日益丰富的物质文化生活，同时也给周围的环境和资源带来了巨大压力。水资源和水环境作为与人类社会发展最为密切的资源、环境条件之一，也面临总量短缺和水体污染严重等难题，在许多国家和地区，水资源匮乏、水污染正成为制约其经济和社会发展的瓶颈。
本文初步设计探究了简单污水处理厂的设计方案以及各环节的设计计算，较系统深入地认识接触了专业所学，设计过程中收获甚多，为日后的学习与工作积累了宝贵的经验。
2.　设计概论
2.1 设计资料
该城市污水处理厂设计规模：平均处理日水量，水量总变化系数Kz=1.3，
服务人口约25万，计算水温20℃。
2.2 设计水质水量
设计进水水质： ，。
设计出水水质：，。
2.3 设计工艺选择
当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。　
（1） AB法(Adsorption—Biooxidation)　
该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。　
（2）SBR法(Sequencing Batch Reactor)　
SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂。　
（3）氧化沟（oxidation ditch）
氧化沟又称循环曝气池，是活性污泥处理工艺的一种变形工艺，一般不需设初沉池。其结构形式揉用封闭的环形沟渠形式，通常采用延时曝气，污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动；氧化沟的水力停留时间和污泥龄较长，一般在10～30 d。污泥负荷在0．05 kg BOD5／(kgMLSS·d)～0．10 kgBOD5／(kgMLSS·d)之间。
与其他生物处理工艺相比，氧化沟具有以下主要的技术、经济特点：
其一，氧化沟的流态在整体上是完全混合的，而局部又具有推流特性，使得在污水中能形成良好的混合液生物絮凝体，提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果；另外，其独特的水流特性对除磷脱氮也是极其重要的。
其二，氧化沟构造形式的多样性赋予了它灵活机动的运行性能，可按照任意一种活性污泥法的运行方式运行。
其三，处理效果稳定，出水水质好，并可实现脱氮。
其四，工艺流程简单，构筑物少，节省基建费用，减少占地面积，便于管理。
其五，污泥产量少，污泥性质稳定。
其六，能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力。
本文采用的二级生物处理技术为氧化沟法。
2.4 工艺流程图

3.　设计工艺的计算
3.1 格栅
格栅是污水处理厂的第一道预处理设施，其作用是截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物。该污水处理厂采用两道格栅：一中一细。
3.1.1中格栅

①栅条间隙数个

式中 ——最大设计流量，；
——格栅倾角， ，取；
——栅条间隔，，取；
——栅条间隔数，个；
——栅前水深，，取；
——过栅流量，，取。
则：
②栅槽宽度，

设栅条宽度，则：

③通过格栅的水头损失，
，
，
式中 ——设计水头损失，；
——计算水头损失，；
——重力加速度，；
——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用；
——阻力损失，与格栅断面形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算；设栅条断面为锐角矩形断面，。

④栅后槽总高度，

式中 H——栅后槽总高度，m
h——栅前水深，m
h1——格栅前渠道超高，一般取h1=0.3m
h2——过栅水头损失，m

⑤进水渠道渐宽部分的长度，

设进水渠道渐宽部位展开角，则：

⑥栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，

⑦栅槽总长度，

式中，为栅前去渠道深，，。

⑧每日栅渣量，

式中，——栅渣量，取
K2——污水流量总变化系数

故采用机械清渣。
3.1.2 细格栅

①栅条间隙数，个

式中 ——最大设计流量，；
——格栅倾角， ，取；
——栅条间隔，，取；
——栅条间隔数，个；
——栅前水深，，取；
——过栅流量，，取。
则： 个
②栅槽宽度，

设栅条宽度，则：

③通过格栅的水头损失，
，
，
式中 ——设计水头损失，；
——计算水头损失，；
——重力加速度，；
——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用；
——阻力损失，与格栅断面形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算；设栅条断面形状为迎水、背水面均为半圆的矩形，。

④栅后槽总高度，

式中 H——栅后槽总高度，m
h——栅前水深，m
h1——格栅前渠道超高，一般取h1=0.3m
h2——过栅水头损失，m
故：

⑤进水渠道渐宽部分的长度，

设进水渠道渐宽部位展开角，则：

⑥栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，

⑦栅槽总长度，

式中，为栅前去渠道深，，。

⑧每日栅渣量，

式中，为栅渣量，取，故

故采用机械清渣。
3.2 沉砂池:
沉砂池的设置目的是去除污水中污泥、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。其工作原理是以重力分离或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。

①沉砂部分的长度，

式中 ——最大设计流量时的流速，，取；
——最大设计流量时的流行时间，，取。
则：
②水流断面面积,

式中：为最大设计流速，。

③池总宽度,

设有格，则每格宽。
则：
④有效水深，

⑤沉砂斗容积，

式中 ——城市污水沉砂量，污水，取污水；
——清除沉砂的时间间隔，，取；
——污水流量总变化系数，取。

⑥每个沉砂斗容积，
设每一分格有2个沉砂斗，共有4个沉砂斗。
则：
⑦沉砂斗尺寸
沉砂斗上口宽，
　斗壁与水平面的倾角

式中
——斗高，，取；
——斗底宽，，取。
斗壁与水平面的倾角。

沉砂斗容积，

⑧沉砂室高度，
采用重力排砂，设池底坡度为0.02，坡向砂斗。沉砂室由两部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为。

⑨沉砂池总高度，
取超高。

⑩验算最小流速， 在最小流量时，只用一格工作。

式中 ——最小流量，；
——最小流量时工作的沉砂池数目，个；
——最小流量时沉砂池中的水流断面面积，。
则：
3.3氧化沟
目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟 、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。
在此主要介绍卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟。
卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。由图可见，鲁塞尔（Carrousel）氧化沟为一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内不停地循环流动；采用表面机械曝气器，每沟渠的一端各安装1个靠近曝气器下游的区段为好氧区，处于曝气器上游和外环的区域为缺氧区，混合液交替进行好氧和缺氧，这不仅提供了良好的生物脱氧条件，而且有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉淀。
此类氧化沟由于采用了表面曝气器，其水深可采用4～4.5m，沟内水流速度为0.3～0.4m/s。如果有机负荷较低时，可停止某些曝气器的运行，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，减少能量消耗。

3.3.1设计条件
（1）设计最大水量，计算水温20℃；
（2）氧化沟进水水质： BOD5 =300mg/L ，SS=200mg/L ；
（3）出水水质： BOD5 =20 mg/L ，SS =20 mg/L 。

2.3.2设计计算
（1） 计算曝气池容积
①曝气池内的有机负荷

式中：
——曝气池出水的BOD5，mg/L
故

②曝气池内的污泥容积指数SVI

③二沉池底流生物固体浓度（回流污泥浓度）

④污泥回流比R及污泥回流量

式中：
——污泥回流比
——混合液污泥浓度，mg/L，取
——为回流污泥浓度,mg/L
则：

⑤曝气池容积计算

式中：
——曝气池容积，
——进水浓度，
——污水设计流量，
——曝气池内的有机负荷，
——混合液污泥浓度
则：

设两组曝气池，每组容积为1804
池深取H=5m，则每组曝气池的面积F为：

取池宽B=5.3m，则。
池长,则：

设五廊道式曝气池，廊道长

取超高0.5m，则池总高度为

⑥水力停留时间

式中：
——停留时间，
——曝气池体积，
——流量，
则：

⑦曝气时间

式中：
——曝气时间，h
——曝气池容积，
——污水流量，
——污泥回流流量，
则：

⑧污泥产量

式中：
——活性污泥产量（MLVSS）S,
——曝气池混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）

——产率系数，取
——活性污泥自身氧化系数，取
则：

⑨每日排泥量
假定在污泥回流管线上排泥，则

⑩需氧量计算

式中 ：
——混合液每日需氧量，；
——氧化每公斤BOD需氧公斤数，，取；
——污泥自身氧化需氧量，，取；
——去除BOD浓度，；
——挥发性悬浮固体浓度，。
则

⑪氧化沟的尺寸：
氧化沟采用6廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深4m，宽8m，则氧化沟总长:，其中好氧段长度为，缺氧段长度为。
弯道处长度为
则单个直道长为（取）
故氧化沟总池长为，总池宽为。
3.4 二沉池
对于大规模的城市污水处理厂，一般在设计沉淀池时，选用平流式和辐流式沉淀池。为了使沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流对沉淀的影响、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。
该污水厂设计采用中心进水周边出水辐流式沉淀池。
3.4.1设计参数
（1）拟设三个二沉池，；
（2）表面负荷：；
（3）水力停留时间：；
（4）固体负荷：；

3.42设计计算
（1）沉淀部分水面面积

（2）池子直径

（3）沉淀部分有效水深

式中 ——沉淀时间，取。
（4）沉淀池总高度
①每天污泥量

式中 ——每人每天产生污泥量，L/(人·d)，取；
——设计人口，人；
——两次清除污泥间隔时间，采用机械刮泥，取。
②污泥斗容积

式中
　　——污泥斗高度，；
——污泥斗上部半径，取；
——污泥斗下部半径，取；

故
③污泥斗以上圆锥体部分污泥容积
设池径向坡度为，则圆锥体的高度

故
④污泥总容积（可见池内有足够的容积）
⑤沉淀池总高度
设，；

（5）沉淀池周边高度

（6）径深比校核
，在范围内，满足要求。
（7）集水槽堰负荷校核
设集水槽双面出水，则集水槽出水堰的堰负荷为

（符合要求）
（8）采用机械刮泥
选用周边传动式刮泥机。
3.5污泥浓缩池
3.5.1 设计参数
（1）进泥含水率
当为初次污泥时，其含水率一般为；当为剩余活性污泥时，其含水率一般为；当为混合活性污泥时，其含水率一般为。
（2）污泥固体负荷
当为初次污泥时，泥固体负荷宜采用；当为剩余活性污泥时，污泥固体负荷宜采用；当为混合活性污泥时，污泥固体负荷宜采用。
（3）浓缩后污泥含水率
由二沉池进入污泥浓缩池的污泥含水率，当采用时，浓缩后污泥含水率宜为。
（4）污泥停留时间
浓缩时间不宜小于12小时，但也不要大于24小时，以防止污泥厌氧腐化。
（5）有效池深
一般为4m，最低不小于3m。
3.5.2设计计算
（1）二沉池污泥量：
污泥自身氧化率,污泥泥龄，去除的BOD浓度。
则：

（2）湿污泥体积：
设污泥含水率，则：

（3）浓缩池直径
当进泥含水率取99.4%时，污泥固体浓度，浓缩池污泥固体通量，则：

采用两个污泥浓缩池,每个池面积为
则浓缩池直径为。
（4）浓缩池工作部分高度
取污泥浓缩时间,则:

（5）浓缩池总高度:
设超高，缓冲层高，则：

（6）浓缩后污泥体积：
设浓缩后污泥含水率，则：

3.6 机房脱水
脱水机房由污泥混合池、脱水机房及泥饼堆放间合建而成。设带式压滤机2台(一用一备)，脱水后污泥通过无轴螺旋输送机，输送至污泥堆放间，运到污水厂附近的垃圾焚烧场进行处理。脱水后污泥含水率P４=80%，成泥饼状，在经干化外运。
3.　污水处理厂的平面布置
该污水处理厂为新建工程，总平面布置包括：污水与污泥处理、工艺构筑物及设施的总平面布置，各种管线、管道及渠道的平面布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置，总图平面布置时应遵从以下几条原则
1.处理构筑物与设施的布置应顺应流程，集中紧凑以便节约用地和运行管理。
2.工艺构筑物不用改设施与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异分别相对独立布置并协调好与环境条件的关系（如地形走势，污水出口方向、风向）。
3.构建之间的间距应满足交通，管道（渠）敷设，施工和运行管理等方面的要求。
4.管道（线）与渠道的平面布置应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于节能降耗和运行维护。
5.协调好辅建筑物、道路、绿化与处理构建筑物的关系，做到方便生产运行保证安全畅通美化厂区环境。

参　考　文　献
[1] 高延耀,顾国维,周琪.水污染控制工程 3版.下册.北京：高等教育出版社，2007.7.
[2] 刘红.水处理工程设计. 北京：中国环境科学出版社，2003.9.
[3] 高俊发，王社平.污水处理厂工艺设计手册. 北京：化学工业出版社，2003.8.
[4] 谢冰，徐亚同.废水生物处理原理与方法. 北京：中国轻工业出版社，2007.4.
[5] 邹雪，白玉星，高建岭，王晓纯.污水处理与应用. 北京：中国电力出版社，2009.
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