毕业设计 10万吨日城市生活污水卡鲁塞尔氧化沟处理厂的初步设计

摘 要

本设计的任务是处理量10万吨/日城市生活污水处理厂的初步设计，采用卡鲁塞尔2000氧化沟二级生化处理工艺。该工艺对废水处理具有明显的技术优势，并且具有很强的抗冲击负荷能力，提高了BOD5的去除率，氧化沟出水经二沉池接触消毒后排放。预计本方案BOD5的去除率可达95%，SS的去除率可达90%。考虑到污泥机械脱水间的运行安全，将二沉池等处理构筑物的污泥一并浓缩后去机械脱水间脱水，经压滤后外运。并且该工艺运行稳定、管理方便、工程投资少、运营成本低。污水处理厂工程总投资12384万元，污水处理总成本2985万元/年，污水处理成本0.818元/立方米。污水处理厂出水水质：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤15 mg/L， pH=6-9，SS≤20 mg/L，NH3-N（10℃）≤5 mg/L，TN≤12 mg/L(10℃)，出水排入C江。

关键词：城市污水 Carrousel 2000氧化沟工艺 脱氮除磷 工艺设计

I

Abstract

The task of this design is to the preliminary design of 100,000 tons/day city life sewage treatment plant, use carrousel 2000 oxidation ditch secondary biochemical process. The process on wastewater treatment has the obvious technical advantage, and has a strong impact resistant load ability, has improved BOD5 , the oxidation ditch removal by the second pond water after contact disinfection emissions. The scheme is expected to the removal rate of 95% BOD5, SS had to 90%. Considering the sludge dewatering of mechanical safety operation, between second pond processing structures together after the sludge concentration to mechanical dewatering pressure filtration dehydration, between the after sinotrans. And this process stable in operation and easy management, engineering less investment, operation cost is low. This sewage treatment plant engineering total investment is 12384 million yuan, sewage total cost is 2985 , about 0.818 yuan per m3. Sewage effluent is: CODcr acuities 20 mg/L, more than 15 mg/L BOD5, pH = 6-9, SS acuities 20 mg/L, NH3 - N (10 ℃) more than 5 mg/L, TN acuities 12 mg/L (10 ℃), effluent into C river.

Keywords：Urban sewage Carrousel 2000 oxidation ditch process nitrogen and phosphorus removal Process Design

目录

II

摘 要 .......................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................... II 1 前 言 ..................................................................................................... 4 2 文献综述 .................................................................................................. 1

2.1 我国污水处理现状 ........................................................................... 1 2.2 我国城市污水处理工艺 ..................................................................... 2 2.3 污水处理厂优化设计研究.................................................................. 2

2.3.1 历史回顾 ............................................................................... 2 2.3.2 模型发展 ............................................................................... 3 2.3.3 存在的问题 ........................................................................... 3 2.4 Carrousel氧化沟工艺 ...................................................................... 4

2.4.1 概述 ..................................................................................... 4 2.4.2 Carrousel氧化沟的结构和原理 ................................................ 5 2.4.3 优点 ..................................................................................... 6 2.4.4 Carrousel氧化沟演变 ............................................................. 6

3 方案比较 .................................................................................................. 7

3.1 设计依据 ........................................................................................ 7

3.1.1 设计背景 ............................................................................... 7 3.1.2 设计原则 ............................................................................... 7 3.1.3 设计依据 ............................................................................... 7 3.2 厂址选择 ........................................................................................ 9 3.3 污水处理工艺流程方案比较及选择 .................................................... 9

3.3.1 工艺方案分析 ........................................................................ 9 3.3.2 目前常用的城市污水处理技术 ................................................10 3.4 工艺的比选 ....................................................................................12 4 工艺流程 .................................................................................................13 5 总平面布置 ..............................................................................................14

5.1 水力计算 .......................................................................................14 5.2 高程计算 .......................................................................................14 6 设备选择与计算 .......................................................................................18

6.1 设计流量 .......................................................................................18 6.2 中格栅 ...........................................................................................18

6.2.1 设计参数 ..............................................................................18 6.2.2 设计计算 ..............................................................................18 6.3 进水泵房 .......................................................................................20 6.4 细格栅 ...........................................................................................21

6.4.1 设计参数 ..............................................................................21 6.4.2 设计计算 ..............................................................................21 6.5 沉砂池 ...........................................................................................23

6.5.1 设计参数 ..............................................................................23 6.5.2 沉砂池尺寸 ..........................................................................23 6.5.3 集砂量及排砂设备.................................................................25 6.5.4 曝气系统 ..............................................................................26 6.6 氧化沟 ...........................................................................................27

6.6.1 设计参数 ..............................................................................27 6.6.2 设计计算 ..............................................................................27 6.7 二沉池 ...........................................................................................33

6.7.1 设计参数 ..............................................................................33 6.7.2 设计尺寸 ..............................................................................33 6.7.3 刮泥设备 ..............................................................................37 6.8 接触消毒池 ....................................................................................37

6.8.1 设计参数 ..............................................................................37 6.8.2 设计计算 ..............................................................................38 6.8.3 计量槽 .................................................................................39 6.9 污泥泵房 .......................................................................................39

6.9.1 设计参数 ..............................................................................39 6.9.2 污泥泵 .................................................................................39 6.9.3 集泥池 .................................................................................40 6.10 污泥浓缩池 ..................................................................................40

6.10.1 设计参数 ............................................................................40 6.10.2 设计计算 ............................................................................41 6.11贮泥池 ..........................................................................................42 6.12 脱水机房 ......................................................................................43 6.13 配水井 .........................................................................................44 7 经济分析 .................................................................................................46

7.1 土建费用造价列表 ..........................................................................46 7.2 直接投资费用 .................................................................................47 7.3 运行费用计算 .................................................................................47

7.3.1 动力费用 ..............................................................................47 7.3.2 人力成本 ..............................................................................48 7.3.3 生产用水水费开支.................................................................48 7.3.4 运费 ....................................................................................48 7.3.5 维护维修费用 .......................................................................48 7.4 管理费用 .......................................................................................48

7.5 运行成本核算 .................................................................................48 8 致 谢 ....................................................................................................49 9 参考文献 .................................................................................................50

1 前 言

随着我国城市建设的发展和城市化进程的加快,城市水污染问题日益突出,城市污水处理已经成为当前水污染治理的重点。长期以来,我国城市基础设施的发展与人口、资源、环境和工业建设不协调,导致基础设

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 1 前言 施长期超负荷承载。全国绝大多数城市的污水处理能力远远满足不了实际需要。

有鉴于城市污水处理的重要意义和深远影响，为促使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划、同步实施、同步发展，以实现经济效益、社会效益和环境效益的统一，J市拟规划建设一座日处理量10 万吨的城市生活污水处理厂。

目前J市城区供水由自来水和自备水源两部分组成，自来水公司主要提供给居民生活用水及部分用水量较小的工厂生产用水，而大部分工厂企业生产用水由自备水源解决。城区现在状水厂设计供水量能力为60 万吨/日。现状排水为分流制排水体制，城市生活污水未经处理直接排入城区排水沟，现状排放量为：8万吨/日。拟定建成一座日处理量10万吨的城市生活污水处理厂，占地面积100亩，污水排放水质达到以下排放要求：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤15 mg/L, pH=6-9 ，SS≤20 mg/L,NH3-N（10℃）≤5 mg/L,TN≤12 mg/L(10℃)。

污水处理厂采用卡鲁塞尔2000 氧化沟工艺。建成的污水处理厂机构实行一体化管理，分工明确，管理严密。运营具有可持持续性，预算和收入清晰，有承担能力。设计结果表明：污水处理厂处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准。

2 文献综述

2.1 我国污水处理现状

我国城市污水处理事业开始于1921 年,上海首先建立了北区污水处理厂。近年来随着经济的发展,水污染控制所面临的问题愈加严重,同时污水处理能力的建设也取得了一定的成就。“十一五”期间，我国城镇污水处

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述 理厂数量年均增长8%，截至2010年9月底，全国建成2630座城镇污水处理厂，日污水处理能力达到1.22亿立方米，在建污水处理厂1849座，日污水处理能力4900万立方米。“十一五”期间我国城镇水务事业快速发展，城镇污水处理量每年以10%的速率增长，2009年城市污水集中处理率达到73%，较“十五”末提高21%。截至2010年9月，“十一五”COD削减450万吨。此外，“十一五”期间我国城镇供水能力不断提高，2010年城镇公共供水服务人口达到4.74亿，比2000年增加了1.26亿。虽然取得了以上成就，但同先进国家相比,我国城市污水处理事业从数量、规模、普及率以及机械化、自动化程度上,还都存在着较大的差距。按照《城市污水污染控制技术政策》要求,城区人口达50 万以上的城市,必须建立污水处理设施;在重点流域和水资源保护区,城区人口在50 万以下的中小城市及村镇,应依据当地水污染控制要求,建设污水处理设施。 2.2 我国城市污水处理工艺

目前,城市污水处理主要采用生物活性污泥法。生物活性污泥法有多种处理工艺,城市二级污水处理厂常用的工艺方法有:普通曝气法、A - B 法(二段曝气法)、A / O 除磷工艺、A / O 脱氮工艺、A2 / O 除磷脱氮工艺、氧化沟工艺等。已有的生物除磷脱氮工艺可分成A / O系列、氧化沟系列和序批式反应器(SBR) 系列等。随着各个系列不断地发展和改进,形成了目前的较典型的工艺,如A / O 工艺、A2 /O 工艺、改良A2 / O、倒置A2 / O 工艺、Carrousel 氧化沟工艺、百乐克工艺等[1]。 2.3 污水处理厂优化设计研究

在传统的城市污水处理厂设计中, 工程设计人员都是根据自己有限的工程经验和直觉来进行设计，这种设计通常只能产生少数几个设计方案可供分析和评估。这样, 许多好的方案可能被忽略掉了。怎样产生多个可以相互替代的方案, 并且从中选出最好的设计方案, 一直是工程设计人员追求的目标。也就是城市污水处理厂的优化设计问题。 2.3.1 历史回顾

对城市污水处理厂优化设计理论的研究,始于上世纪60 年代。1962 年，Lynn 等人试图用系统分析的方法来选择污水处理厂的优化处理链，并

2

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述 建立了线性规划模型进行优化，以实现系统的最小总费用。

但是,人们很快就发现线性规划对于处理过程的优化是不充分的，因为污水处理过程的相互关系，无论是在推理上还是在经验上，通常都是非线性的。这样, 动态规划就得到了普遍流行,最明显的证据是Chia 和krishman (1969)，Evenson 等( 1969)，Chia 和DeFilippi ( 1970)等人的工作。

在以后的研究中,Middleton 和Lawrence (1976)、Bowden 等( 1976)， Lauria 等( 1977)，Craig 等( 1978) ，Rossman (1980)，Narbaitz 等( 1980) ，Dick ( 1984)等用的都是非线性规划模型。而在Rossman 和以后的研究者中,模型的发展能够用来比较优化了的处理方案,这项工作的成功是因为了他们引入了0～1决策变量, 因此,就成为一个非线性混合整数规划模型。

在城市污水处理厂化化设计理论发展的初始阶段,许多研究都用来优化一些特殊的单元或一些小规模的单元，而对于整个污水处理厂的优化设计则很少。1981 年,Danial Tyteca 建立了非线性规划模型,对整个城市污水处理厂进行了优化设计,把城市污水处理厂的优化设计理论推进了一大步。1987年,Tang 等人又建立了较为完善的活性污泥污水处理系统的优化设计模型。在这之后,U bdr 等(1991)，Kao ，J.J 等( 1993) 以及Alderman 等(1994,1998) 都对城市污水处理厂的优化设计理论的发展作出了一定的贡献,使城市污水处理厂优化设计理论的实际应用成为了可能。 2.3.2 模型发展

城市污水处理厂优化设计理论发展至今,已经建立了一些相对比较完善的系统模型,在不同的发展时期,有以下几个较为代表性的模型:

（1）Paul M. Berthouex 等建立的污水处理系统模型； （2）Tyteca 等建立的城市污水处理厂非线性规划模型； （3）U ber 等建立的污水处理厂稳定优化设计模型。 2.3.3 存在的问题

城市污水处理厂优化设计理论经过几十年的发展, 在系统模型的整体结构方面, 已趋于成熟, 但要具体应用于实际, 如下几个问题还需进一步研究:

（1）模型中的经验公式

在城市污水处理厂优化设计理论发展的各个系统模型中, 都含有不少经验公式, 其中有些公式是在二十世纪六、七十年代发展的, 这些公式都有一定的适用条件 ,而今在应用于新的系统模型时, 这些系统模型在某些

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述 假定条件下可能与公式的适用条件相符合, 但具体应用于实际, 其适用性需进一步研究。

（2）模型中的参数

在现今发展的系统模型中, 参数变量较多, 其中大部分参数是经验上的或实验室中的数据, 在具体应用时, 其可靠性需进一步研究。

（3）不确定性因素的影响

在城市污水处理厂优化设计理论研究中, 不确定性因素对整个系统的优化影响很大, 这种不确定性不仅仅表现在一些参数的不确定性上, 更重要的是自然条件、政治和经济的发展等不确定性因素的存在。如何在实际应用中把这些不确定性因素综合考虑进去, 以使系统模型理论上的最优解在实际应用中也趋于最优, 是亟需解决的问题[2]。 2.4 Carrousel氧化沟工艺

2.4.1 概述

图1 卡鲁塞尔氧化沟

Figure 1 Carrousel oxidation ditch

卡鲁赛尔(Carrousel)氧化沟简称循环折流式氧化沟，采用表面曝气机曝气，如曝气转刷、曝气转蝶、倒伞曝气机等。随着污水处理中对脱氮除磷的要求，carrousel 氧化沟自1967年由荷兰DHV公司发明的第一代的普通的carrousel 氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的carrousel 2000型氧化沟，后又发展为第三代的carrousel 3000型氧化沟。国内许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术。至今世界上已有850多座carrousel氧化沟和carrousel 2000系统正在运行。

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述 2.4.2 Carrousel氧化沟的结构和原理

Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.5～4.5m，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。

最初的普通carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2～3mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD5；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速>0.3m/s）。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD5降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD5，但除磷脱氮的能力有限。为了取得更好的除磷脱氮的效果，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）。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BOD5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。绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成去除BOD5、脱氮和除磷。最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel 2000系统内，较好的同时完成了去除BOD5、COD和脱氮除磷。

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述 2.4.3 优点

与常规污水处理系统相比，Carrousel氧化沟具有以下几个主要优点： （1）在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；

（2）污泥稳定，不需消化池可直接干化； （3）工艺极为稳定可靠； （4）工艺控制极其简单；

（5）系统性能显示，BOD5降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；

（6）Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小； （7）Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。 2.4.4 Carrousel氧化沟演变

第一代为普通Carrousel氧化沟，该种形式氧化沟以去除BOD5为主要目的，并具一定的脱氮除磷效果；第二代为Carrousel 2000氧化沟，该种形式氧化沟主要是针对排放标准对氮、磷的严格要求而发展起来的具有脱氮除磷的工艺；第三代是Carrousel 3000氧化沟，其最显著的特点是水深很大，减少了占地面积，同时也具备脱氮除磷功效。

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 3 方案比较

3.1 设计依据

3.1.1 设计背景 （1）气象

J市属亚热带季风气候，境内光照充足，雨量充沛，温和湿润，四季分明，山峰层叠，河流密布，山环水绕，景色秀丽。风向以西北风为主。年平均气温17℃，年降雨量1763.5毫米，年平均日照时数为2009.8小时。冬季北部山区经常可以看到雪景，城区由于地处盆地，夏季非常炎热，极端最高气温有时会超过摄氏40度。 （2）地质与地震

地质特点：地势高、地质硬、地耐力强,历史上属于无灾害性地震区域，土质：以砾土、亚粘土为主,地形:以丘陵地带为主。 （3）水文

J市地区水文动态随季节性变化很大，为季风区雨源型，多为C江分枝的河流，主要河流为C江，其它大小河流与之相连。 3.1.2 设计原则

（1）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。 （2）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。

（3）功能分区明确，生产、生活、人、物、车流向合理。

（4）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。 3.1.3 设计依据

设计任务书及相关原始数据

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 《污水综合排放标准》（GB8978-96）

《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）

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

（1）处理规模和水质特点

① 污水处理规模为10×104 m3/d； ② 城市污水主要为居民生活污水； ③ 平均流量：Qa?10?104m3/d?1157.5L/s

④ 总变化系数：Kz?2.7/Qa?1.24，取Kz=1.2 ； ⑤ 设计流量：Qmax?Qa?Kz?1157.5?1.2?1389L/s。 （2）处理程度

表1 进水水质和排放标准

Table 1 Water quality and emission standards

进水 出水

BOD5 200mg/L ≤15mg/L

CODcr 320mg/L ≤20mg/L

SS 190mg/L ≤20mg/L

NH3-N（10℃） TN 28mg/L ≤5mg/L

48mg/L ≤12mg/L

0.11

（3）去除率

E?式中：C0——进水浓度 Ce——出水浓度

① BOD5 去除率：E?C0?Ce?100% C0200?15?100%?92.5% 200320?20?100%?93.7% 320② CODcr 去除率：E?③ SS 去除率：E?190?20?100%?89.47% 19028?5?100%?82.14% 28④ NH3-N 去除率：E?⑤ TN 去除率: E?48?12?100%?75% 488

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 3.2 厂址选择

厂址选择原则：

（1）应与选定的污水处理工艺相适应，尽量做到少占或不占农田； （2）厂址必须位于集中给水水源的下游，并应设在城镇、工厂厂区及生活区的下游和夏季主风向的下风向。为保证卫生要求，厂址应与城镇、工厂厂区及生活区及农村居民点保持约300米以上的距离，但也不宜太远，以免增加管道长度，提高造价；

（3）当处理后的污水或污泥用于农业、工业或市政时，厂址的选择应考虑与用户靠近，以便于运输。当处理水直接排放时，应考虑与收纳水体靠近； （4）厂址不宜设在雨季易受水淹的洼地处，靠近水体处理的工程，要考虑不受洪水的威胁。厂址应尽量设在地质条件好的地方，以便于施工，降低造价；

（5）要充分利用地形，应选择有适当坡度的地区，以满足于污水处理构筑物高程布置的需要，减少土方工程量。若有可能宜采用污水不经水泵提升而自流入处理构筑物的方案，以节约动力费用，降低处理成本；

（6）根据城市总体发展规划，污水处理工程厂址的选择应考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。

根据《J市城市污水处理厂可行性研究报告》，该厂厂址选择拟选于J 市的城区东南方向，C江下游，位于C江东岸，D公路南侧，W铁路东北侧。

厂区靠近生活区，占农田不多；地势由东北向西南逐渐降低，可以利用地势之便使处理水自然流经各处理构筑物进行处理工作，减少动力费用，降低处理成本；此区处于下风向，不会影响城市居民的正常生活；厂址处于C江东岸，有利于污水处理后达标直接就近排放，比较符合选址的原则和城市建设原则，已经得到了J 市政府的批准。

目前，厂址范围内土地都已平整，其北面有现成道路可以直接到达，前期准备工作较易实现，有利于节省工程投资，促成工程早日动工。 3.3 污水处理工艺流程方案比较及选择 3.3.1 工艺方案分析

本项目污水处理的特点为：生活污水以有机污染物为主，BOD5/CODcr=0.625 可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标。针对这些特点，出水要求，以及现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。

9

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 3.3.2 目前常用的城市污水处理技术

根据《城市污水处理及污染防治技术政策》，日处理能力在10~20万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A—B活性污泥法等成熟工艺[4]。本市污水处理厂方案，既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N和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）氧化沟工艺；（3）好氧—缺氧（A/O）脱氮工艺[4]。

各种工艺都有其独特的方面，一般根据具体情况而定。主要特点如下： （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水处理技术，又称序批式活性污泥法。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[5]。

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。 缺点如下：

① 反应器容积率低； ② 水头损失大；

③ 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； ④ 峰值需要量高； ⑤ 设备利用率低；

⑥ 管理人员技术素质要求较高。 （2）A/O工艺

AO工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A(Anacrobic)是厌氧段，用以脱氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物[6]。 优点：

① 流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行

费用较低；

② 反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，

效果好， 反硝化反应充分；

10

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 ③ 曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质； ④ A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免DO的增加。O段的前段采用强曝

气，后段减，少气量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态[4]。 缺点：

① 由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污

泥，难降解物质的降解率较低；

② 若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。从外，

内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。

③ 影响因素：水力停留时间 （硝化＞6h ，反硝化＜2h ）循环比MLSS

（＞3000mg/L）污泥龄（ ＞30d ）N/MLSS负荷率（ ＜0.03 ）进水总氮浓度（ ＜30mg/L）。 （3）氧化沟工艺

氧化沟又称循环混合式活性污泥法。一般采用延时曝气，同时具有去除BOD5和脱氮的功能，它采用机械曝气，一般不设初沉池和污泥消化池。

普通卡鲁赛尔氧化沟处理污水的原理如下：氧化沟中的污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。在充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD5；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，知道DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD5降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在一个池子内。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效去除BOD5，但脱氮除磷的能力有限[7]。

氧化沟的主要优点如下：

① 氧化沟的液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，其独特的水流性能对除磷脱氮也是极其重要的。

② 处理效果稳定，出水质好，并可实现脱氮。 ③ 污泥厂量少，污泥性质稳定。

④ 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 氧化沟的缺点如下：

① 单纯的氧化沟工艺的除磷效率很低，需要增设厌氧段才能达到一定

的除磷效率。

11

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较 ② 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。 3.4 工艺的比选

对SBR工艺、氧化沟工艺、A/O工艺进行比选。氧化沟除了具有A/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，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。（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）BOD5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t/d以下的处理厂，所以本课题选择氧化沟处理工艺。

12

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 4工艺流程 4 工艺流程

以氧化沟为主工艺的工艺流程图见图2：

污 水

集水井 中格栅 泵 细格栅 鼓风机曝气沉砂 巴士计量二沉池 水井 配 污泥泵 污泥回流 排放 污泥浓缩 Caroussel氧PAM 污泥脱水车外运 图2 Carrousel型氧化沟的污水处理工艺流程

Figure 2 Carrousel oxidation ditch sewage treatment process

污水处理流程：从泵房经格栅到达沉砂池，进入Carrousel氧化沟，二沉池，最后消毒出水。

污泥处理流程：从二沉池排出的剩余污泥经污泥泵进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后进入贮泥池，经过浓缩的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。

13

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 5总平面布置 5 总平面布置

5.1 水力计算

污水处理厂厂区水力计算包括管道设计和相应的构筑物水头损失及管道阻力计算。

构筑物水头损失在各构筑物设计完成的基础上，根据相关的具体设计可确定相应的水头损失，也可按照有关的设计规范进行估算。本设计采用估算的方法，污水处理构筑物的水头损失选择见水力计算表。

管道设计包括管材的选择、管径及流速的确定。为了便于维修，本设计除泵房（提升泵房、污泥泵房）内及相关压力管道选择铸铁管和气体管道选择钢管外，其余管道均采用钢筋混凝土管。

考虑到城市污水处理厂水量变化较大，各管道内的流速设计控制在1.1～1.5m/s的范围，以便水量减小时，管内流速不致过小，形成沉淀；当水量增大时，管内流速又不致于过大，增加管道水头损失，造成能量浪费。

流速和管材确定后，根据各管段负担的流量，依据水力计算表确定各管段的管径、水力坡度，然后根据管段长度（由平面图确定）确定相应的沿程水力损失。

局部水头损失的计算在有关管道附件的形式确定后（在完成管道施工图后进行），按局部阻力计算公式进行计算，也可根据沿程损失进行估算。本设计采用估算法，相应管段的局部水头损失取该管道沿程水力损失的50%[8]。水头损失计算结果见表3。 5.2 高程计算

通过高程计算确定构筑物的水面高程，结合地平面高程确定相应构筑物的埋深。此外，通过高程计算，同时确定提升泵房水泵的扬程。提升泵房后的构筑物高程计算方法为沿受纳水体逆推计算；提升泵房前的构筑物高程计算顺推。两者的差值加上泵房集水池最高水位与最低水位的差值即为提升泵的扬程。

本设计的水力及高程计算见表2、表3。表中的水力损失=构筑物的损失+沿程损失+局部损失，其中：局部损失为沿程损失的50%。 （1）提升泵房的扬程

污水厂地表水位为3m，污水处理厂厂区最高水位5.69m，高出地面

14

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 5总平面布置 2.69m；最低水位-0.8m，低于地面3.8m。

提升泵房最高水位与最低水位差为3m，则提升泵房扬程为

H?3.8?2.69?3?9.49m

（2）各处理构筑物的高程确定

设计地面标高为0m（并作为相对标高±0.00m），其他标高均以此为基准。设计进水管处的水面标高为-3.00m，依次推算其他构筑物的水面标高，具体标高见表2。

表2 污水处理构筑物的水面标高、池顶标高及池底标高

Table 2 Water surface elevation、tank top and bottom elevation of sewage

treatment structures

构筑物名称 进水井 中格栅 泵房集水池 细格栅前 细格栅后 曝气沉砂池 氧化沟 配水井 二沉池 接触消毒池 巴式计量槽 污泥泵房 浓缩池 污泥井 储泥池 脱水机房

水面标高(m)

-3.20 -3.20 -6.80 3.04 2.69 2.19 1.14 0.73 0.09 -0.22 -0.81 -0.60 1.75 -0.30 3.00 —

池底标高(m)

-3.85 -4.41 -8.00 1.83 1.48 -1.23 -3.86 -2.77 -6.44 -2.72 — -3.10 -4.51 -2.80 -0.50 0.00

池顶标高(m)

0.15 0.30 4.00 3.34 — 2.49 1.64 1.23 0.39 0.28 — 0.90 2.05 1.20 3.50 4.00

15

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 5总平面布置 表3 水力及高程计算表

Table 3 Hydraulic and elevation calculation table

构 筑 物 名 称

构筑物水头损失

/m

构筑物间距

/m

连接管道水头损失 流量/(m3/d)总

局部损失

水头损失

损失

水面标

地面标高

水面与地面差

连接管径

流速坡沿程损失

/(m/s)度

/mm /m /m 高

/m

/m

/m /m

/m

进水管 120000

1100 1.46 2 0.00

0.00 0.00 0.00

-3.00 -3.20 -3.20 -6.80 3.04

00 -3.00

进水井 0.2 0 120000

0.00

0.00 0.00 0.20

0 -3.20

中格栅间 0.2 0 120000

0.00

0.00 0.00 0.30

0 -3.20

提升泵房 0.2 0 120000

0.00

0.00 0.00 0.20

0 -6.80

细格栅间 0.2 40.8

120000 120000

800×2 1.5 2.9 0.1

2

0.06 0.18 0.38

0 3.04

沉砂池 0.2 0 0.00

0.00 0.00 0.50

2.19 0 2.19

配水井 0.4 82 120000

800×2 1.5 2.9 0.2

4

0.12 0.36 0.76

0.73 0 0.73

氧化沟 0.4 8.1 120000

500×6 1.1 2.6 0.0

3

0.015

0.045

0.45 0.43

1.14 0 1.14

配水井 0.4 9.5 120000

800×4 1.1 2.4 0.0

2

0.01 0.03 0.73 0 0.73

二沉池 0.6 9.1 12000500×6 1.1 2.6 0.00.01 0.03 0.60.09 0 0.09

16

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 5总平面布置 0

出水井

0.3

7.9

120000

接触池

0.2

37.1

巴氏计量

槽 受纳水体

42

0.3

5

120000 120000 120000

1000

1.9

1000

1.9

1000

1.9

600×4

1.33

2

3.5 0.0

3

3.8 0.1

4

3.8 0.0

8

3.8 0.1

6

0.08 0.24 0.04 0.12 0.015

0.045

3 0.35 0.51 0.42 0.24

-0.09 -0.02 -0.81 -1.00

0 0 0 0

-0.09 -0.02 -0.81 -1.0

0.07 0.21

17

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 6 设备选择与计算

6.1 设计流量

平均流量：Qa?105m3/d?4166.6 m3/h?1.16 m3/s?116 L0/s设计流量：Qmax?KZ?Qa?1.2?105t/d ?5000 m3/h ?1.389 m3/s?138 L9/s6.2 中格栅

城市污水含有大量悬浮物和漂浮物，故需要设置格栅以拦截较大的悬浮固体物质。格栅的间隙大小对污水处理运行有直接关系，目前设计采用格栅的间隙可分为三级：细格栅净间隙为1.5~10mm，中格栅净间隙为10~40mm，粗格栅净间隙为50~100mm[9]。

格栅的间隙应根据水体的实际需要设置，想用一种规格格栅截留各种漂流物是行不通的，进水格栅的间隙和道数应根据处理要求设计。从城市污水处理厂实际运行资料表明，一般设计中多采用中格栅和细格栅二道[9]。 6.2.1 设计参数

栅条宽度 S=10mm； 栅条间隙宽度 b=30mm； 过栅流速 v2=0.8m/s； 栅前渠道流速 v1 =0.55m/s； 栅前渠道水深 h=0.7m； 格栅倾角 75°； 数量 2座；

单位栅渣量取W1=0.02m3栅渣/1000m3污水。 6.2.2 设计计算 （1）栅条间隙数n

Q1sin?0.6945?sin75?n???40.63?41个

bhv0.03?0.7?0.8其中Q1?Qmax/2?694.5L/s?0.6945m3/s

（2）栅槽宽度B

B?S(n?1)?bn?0.01?(41?1)?41?0.030?1.63m

18

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 （3）进水渠道渐宽部分的长度L1

设进水渠道宽 B1=1.0m，渐宽部分展开角α1=20o，此时进水渠道内的流速为0.77m/s，

L1?B?B11.65?1.0??0.89m

2tan?12?tan20?L10.89??0.45m 22（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2

L2?（5）通过格栅的水头损失h1

?S? h1?h0k?k????b?43v2?sin? 2g43?0.01? ?3?2.42????0.030?式中，h1为设计水头损失，m；

ho为计算水头损失，m；

0.82?sin75?=0.10m 2?9.8v2h0??sin?

2gg为重力加速度，m/s2；

k为系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；

?为阻力系数，与栅条断面形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算，设栅条断面为锐边矩形断面，??2.42。

（6）栅后槽总高度H

设栅前渠道超高h2=0.3m

H?h?h1?h2?0.7?0.1?0.3?1.1m

（7）栅槽总长度L

L?L1?L2?1.0?0.5?H1 tan?0.7?0.3?3.11m ?tan75 ?0.89?0.45?1.0?0.5?式中，H1为栅前渠道深，H1?h?h2，m。 （8）栅渠过水断面积S

S?Q10.6945??1.262m2 v0.55 栅渠尺寸（宽?深）1050mm?1200mm。

19

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 （9）每日栅渣量 W

W1为栅渣量，m3/1000m3污水；KZ为总变化系数。格栅间隙为16~25mm时，W1=0.10~0.05m3/1000m3污水；格栅间隙为

30~50mm

时，

W=0.03~0.10m3/1000m3。本工程格栅间隙为30mm，取W1=0.02m3/1000m3污水，KZ=1.2，代入数据得：

86400?1.389?0.02864Q0m0aWx1??2.0m3/d?0.2m3/d W?100?01.2100K0Z采用机械清渣 （10）除渣机选择

根据流量及设备选型表，选择两台XHG-1200型回转式格栅除污机 实际过流速度：

Q1sin?0.6945?sin75?v???0.793(m/s)

bhn0.030?0.7?41（11）中格栅计算草图

1h2H1h1

2HhB1h1ha1l1500H1/tga1000l2

图3 中格栅计算草图

Figure 3 Calculated sketches of grille

B1Ba

6.3 进水泵房

设计水量为120000m3/d，选择用4台潜污泵（3用1备）[10]，则单台泵的流量为：

Q1?Qmax1.389?3600??1666.8m3/h 33污水处理厂厂区最高水位6.42m，高出地面3.42m；最低水位-0.7m，低于地面（地面标高3m）。

20

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 提升泵房最高水位与最低水位差为3m，则提升泵扬程为：

H=3.42+3.70+3=10.12m 所需的扬程为10.12m。

选择CP(T)-5110-400型沉水式污水泵，泵的性能参数表4。

表4 CP(T)-5110-400型沉水式污水泵参数

Table 4 CP (T) -5110-400 type Submersible sewage pump parameters 出口直径/mm

400

流量m3/h 1980

扬程/m

14

极数

6

效率﹪ 86

功率/kW 110

6.4 细格栅

6.4.1 设计参数

栅条宽度 S=10mm 栅条间隙宽度 b=10mm 过栅流速 v1=0.9m/s 栅前渠道流速 v2=0.6m/s

?栅前渠道水深 h=0.8m； 格栅倾角 ?1?75

数量 2座 6.4.2 设计计算 （1）栅条间隙数n

Q1sin?0.6945?sin75?n???94.8?95个

bhv0.01?0.8?0.9（2）栅槽宽度B

B?S(n?1)?bn?0.01?(95?1)?95?0.010?1.89m

（3）进水渠道渐宽部分的长度L1

设进水渠宽B1=1.4m，其渐宽部分展开角度?1?20?，进水渠道内的流速为0.77m/s。

L1?B?B12.09?1.4??0.95m ?2tan?12?tan20L10.95??0.47m 22（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2

L2?（5）栅后槽总高度H

21

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 设栅前渠道超高h2?0.3m

H?h?h1?h2?0.8?0.29?0.3?1.39m

（6）栅槽总长度L

L?L1?L2?1.0?0.5?H1 tan?0.8?0.3?3.22m ?tan75?0.95?0.47?1.0?0.5?式中，H1为栅前渠道深，H1?h?h2。 （7）栅渠过水断面S

S?Q10.6945??1.158m2 v0.6栅渠尺寸（宽?深）1450mm?800mm。 （8）通过格栅的水头损失h1

2?S?3v h1?k????si?n

2g?b?42?0.01?30.9 =3?2.42??sin75? ??2?9.8?0.010?4 =0.29m

（9）每日栅渣量W

W1为栅渣量，m3/1000m3污水；KZ为总变化系数。格栅间隙为16~25mm时，W1=0.1~0.05m3/1000m3污水；格栅间隙为

30~50mm

时，

W=0.03~0.10m3/1000m3。本工程格栅间隙为10mm，取W1=0.1m3/1000m3污水，KZ=1.2，代入数据得：

86400QmaxW186400?1.389?0.1??10.0m3/d?0.2m3/d W?1000?1.21000KZ采用机械除渣。 （10）除渣机选择

根据流量及设备选型表，选择两台XHG-1800型回转式格栅除污机。 实际过栅流速为：

Q1sin?0.6945?sin75?v???0.898(m/s)

bhn0.010?0.8?95 （11）细格栅计算草图

22

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 1h2H1h12HhB1h1ha1l1500H1/tga1000l2 B1B图4 细格栅计算草图

Figure 4 Fine grid computing sketch

a

6.5 沉砂池

沉砂池一般分为平流式、竖流式、环流式（离心式）和曝气式。由于曝气沉砂池和环流式沉砂池对流量变化的适应性较强，除砂效果好且稳定，条件许可时，建议尽量采用曝气式沉砂池和环流式沉砂池。曝气沉砂池还可以克服普通平流式沉砂池的缺点：在其截流的沉砂中夹杂着一些有机物，对被有机物包裹的砂粒，截流效果也不高，沉砂易于腐化发臭，难于处置，故本次设计选用曝气式沉砂池[10]。 6.5.1 设计参数

设计流量（按最大流量设计） Qmax=1.389m3/s； 停留时间 3min； 水平流速 0.1m/s；

沉砂量 30m3/106m3（污水）； 曝气量 0.2m3（空气）/m3（污水）； 主干管空气流速 12m/s； 支管空气流速 4.5m/s。 6.5.2 沉砂池尺寸 （1）有效容积V

23

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 V?Qmaxt?60?1.389?3?60?250m3

（2）水流断面积 A

A?Qmaxv?1.3890.1?13.89m/s

（3）池总宽度B

取有效水深h为2.315m，则 ：

B?Ah?13.892.315?6m

（4）每个池子宽度b

沉沙池分为两格(即n?2)，则

b?B2?3m

（5）平面尺寸

池长：L?VA?25013.89?18.0m； 平面尺寸：B?L?6.0m?18.0m。 （6）每小时所需空气量q

d为每立方米污水所需空气量，m3，取d=0.2m3/m3污水

q?dQmax?3600?0.2?1.389?3600?1000.08m3/h

（7）沉砂室沉砂斗体积V0

T为清除沉砂的间隔时间取2d，X为城市污水沉砂量，取X?30m3/106m3QmaxXT?864001.389?30?2?864003??6.0m 661.2?10KZ10污水。

V0?① 每个沉砂斗容积V1

设每一分格有2个沉砂斗，共有4个沉砂斗。

V1?② 沉砂斗上口宽a

a?6?1.5m3 4?2h32?1.0?a??0.8?2.2m 1??tan55tan55??1.0m；a1斗底宽，m，取a1?0.8m；斗壁?为斗高，m，取h3式中：h3与水平面的倾角55?。

③ 沉砂室高度h3

采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。沉砂室由两部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉沙池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为[2(L2?a)?0.2]。

L2?L?2a?0.218?2?2.2?0.2??6.7m 2224

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 （式中0.2m为两沉砂斗隔壁厚）

??0.06L2?1.0?0.06?6.7?1.40m h3?h3④ 沉沙池总高度H

取超高h1?0.3m

H?h1?h2?h3?0.3?2.315?1.402?4.02m

（8）集油区

集油区宽1.2m，上部与沉砂区隔断，以便集油；下部与沉砂区相通，以便沉砂返回集砂斗。

（9）曝气沉砂池草图

图5 曝气沉砂池计算草图

Figure 5 Aeration sink sand pool calculation sketch

6.5.3 集砂量及排砂设备

（1）每天沉砂量V

QX?24?36001.389?30?24?36003??3.0(m/d) V?max661.2?10KZ?10采用行车式排砂机，配备一台XS?6型沉砂池吸砂机，每2d排砂一次，有关参数见表5。

表5 XS-6型沉砂池吸砂机技术参数

Table 5 XS-6-type grit chamber, sand suction machine technical parameters 池宽/mm 6000

池深/mm 1000~3000

整机功率/kW

0.92

行车速度/m·min-1

2~5

25

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 6.5.4 曝气系统 （1）曝气量q

q?3600dQmax?3600?2?1.389?1000m3/h

（2）风机选择

选用两台RE?145型罗茨鼓风机（一备一用），配以JO271?6型电动机（功率为17kW），鼓风机性能见表6。

表6 RE-145型罗茨鼓风机性能

Table 6 RE-145 -type Roots blower performance

口径/mm

转速 /(r/min-1)

排气压力/kPa

流量Qs/m3·min-1

轴功率La/kW

电机功率P0/kW

150A 970 39.2 21.5 21 30

（3）空气管道计算

按风机实际风量计算 干管管径D1

21.54q60?0.195m，取D?200mm。 D1??1?v13.14?124? 验算气流速度v1

??v14q4?0.36??11.4m/s，符合要求。 ?D123.14?0.22q2?0.3636?0.01m/s。

' 每隔一米分出两格支管，则总支管数为n?2?18?36个，每一支管气量 取支管气流速度为v2?4.5m/s，则

支管管径

D2?验算气流速度

4q24?0.01??0.05m，取D2为50mm。 ?v23.14?4.5??v24q4?0.01??5.10m/s，符合要求。 223.14?0.05?D226

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 6.6 氧化沟

拟用卡鲁赛尔（Carrousel）2000型氧化沟，去除BOD5与CODcr之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N达到排放要求。 6.6.1 设计参数

(1) 设计水量 Q=120000m3/d；

(2) BOD5 浓度 S0=200mg/L， Se≤15 mg/L；

(3) TSS浓度 X0=190×(1-50%)=95mg/L，VSS=66.5 mg/L (VSS/TSS=0.7)，Xe≤20 mg/L；

(4) 进水NH3-N=28 mg/L，出水NH3－N≤5mg/L； (5) 进水TN=48mg/L，出水TN≤12mg/L； (6) 有效水深h≥5m；

(7) 污泥负荷N=0.03～0.15kgBOD5/(kgMLVSS·d)； (8) 污泥泥龄θC = 25 ~ 30d ； (9) 水力停留时间18～48h； (10) 污泥产率系数Y＝0.55；

(11) 混合液悬浮固体浓度（MLSS）X=4000 mg/L； (12) 混合挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）XV=3000 mg/L(MLVSS/MLSS=0.75)； (13) 污泥龄QC=30d；

(14) 内源呼吸系数Kd=0.055； (15) 20℃ 时脱氮率qdn=0.035kg。 6.6.2 设计计算 (1) 去除BOD5计算

① 氧化沟进水BOD5浓度S0，为了保证二级出水BOD5浓度Se ≤ 15mg/L,必须控制氧化沟出水所含溶解性BOD5浓度S

VSS)?TSS?(1?e?0.23?5)TSS?15?1.42?0.7?15?(1?e?0.23?5) ?4.81S?Se?S1?15?1.42?(

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 式中，S1为沉淀池出水中的VSS所构成的BOD5浓度 ② 好氧区容积V1

Y?cQ(S0?S)0.55?30?1.2?105?(0.2?0.00481)V1???36460m3

Xv(1?Kd?c)4(1?0.055?30)③ 水力停留时间t1

t1?V136460??0.304d?7.3h 5Q1.2?10④ 剩余污泥量ΔX

?X?Q?SY?QX1?QXe1?Kd?c0.55?120000?(0.19?0.0665)?120000?0.02

1?0.055?30?120000?(0.2?0.00481)?4861.34?14820?2400?17281.34kg/d去除每1kg BOD5产生的干污泥量

=

(2) 脱氮

① 需氧化的氨氮量N1

氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%,则用于生物合成的总氮量为

N0=0.124×0.55×（200-4.81）/(1+0.055×30)=5.03mg/L

需要氧化的氨氮量N1=进水TKN-出水NH3-N - 生物合成所需氮量N0

则：N1=48-5-5.03=37.97mg/L ② 脱氮量Nr

Nr=进水TKN-出水TN-用于生物合成所需的氮N0

=48-12-5.03=30.97mg/L

③ 碱度平衡

一般认为，剩余碱度达到100mg/L(以CaCO3计)，即可保持pH≥7.2，生物反应能够正常进行。

每氧化1mgNH3-N 需消耗7.14mg/L碱度； 每氧化1mg/LBOD5产生0.1mg/L碱度； 每还原1mgNO3--N 产生3.75mg/L碱度。

剩余碱度SALK1=原水碱度－硝化消耗碱度+反硝化产生碱度+氧化BOD5产生

=280-7.14×37.97+3.57×30.97+0.1×（200-4.81） =314.65mg/L

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?X17281.34??0.778kgDs/kgBOD5

Q(S0?Se)120000?(0.20?0.015)材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 此值可保持pH≥7.2，硝化和反硝化反应能够正常进行。 ④ 脱氮所需池容V2 及脱氮水力停留时间T2 脱硝率qdn（t）= qdn（20）×1.08（T-20） 考虑最不利的条件水温，最低水温为5℃ qdn（5）= qdn（20）×1.08（T-20）

=0.035×1.08（5-20）=0.011 kg(还原的NO3--N）/kgMLVSS

QNr120000?30.97??84463.64m3 脱氮所需容积V2?qdnXV0.011?4000 停留时间t2?V270386.4??0.704d?16.9h Q120000(3）氧化沟总容积V及停留时间t

V=V1+V2=36460+84463.64=120923.64m3

t=V/Q=120923.64/120000=1.008d=24.2h

QS0120000?0.2校核污泥负荷N???0.05kgBOD5/(kgMLVSS?d)

XVV4?120923.64设计规程规定氧化沟污泥负荷应为0.05～0.1kgBOD5/(kgMLVSS·d) (4) 需氧量计算 设计需氧量AOR

AOR=去除BOD5需氧量－剩余污泥中BODu的需氧量+去除NH3-N 耗

氧量－剩余污泥中NH3-N 的耗氧量－脱氮产氧量

① 去除BOD5 需氧量D1

D1?a'Q(S0?S)?b'VXV

式中：a‵—微生物对有机底物氧化分解的需氧率，取0.52；

b‵—活性污泥自身氧化需氧率，取0.12；

D1?0.52?120000?(0.2?0.00481)?0.12?120923.64?4?70223.2kg/d

② 剩余污泥量BOD 需氧量D2（用于生物合成的那部分BOD需氧量）

D2?1.42??X?1.42?4861.34?6903.1kg/d ③ 去除氨氮的需氧量D3

每1kgNH3-N 硝化需要消耗4.6kg O2

D3=4.6×（TKN-出水NH3-N）×Q/1000 =4.6×（48-5）×120000/1000 =23736 kg/d ④ 剩余污泥中NH3-N 耗氧量D4

D4=4.6×0.124（污泥含氮率）×氧化沟剩余污泥量ΔX1 =4.6×0.124×4861.34

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 =2772.9 kg/d ⑤ 脱氮产氧量D5

每还原1kg N2产生2.86kg O2

D5=2.86×30.97×120000/1000=10628.9 kg/d 总需氧量AOR＝D1-D2+D3-D4-D5

=70223.2-6903.1+23736-2772.9-10628.9=73654.3 kg/d 考虑安全系数1.4，则

AOR＝1.4×73654.3＝103116.02 kg/d

去除每1kgBOD5 的需氧量＝AOR/Q(S0-S)=103116.02/(120000×（0.2-0.00481)）

=4.4 kgO2/kgBOD5 ⑥ 标准状态下需氧量SOR SOR?AOR?Cs(20)?(??Cs(T)?C)?1.024(T?20)

式中：Cs（20）－20℃氧的饱和度，取Cs（20）＝9.17mg/l； T—取25℃；

Cs（T）—25℃时氧的饱和度，取Cs（25）＝8.38mg/l； C-溶解氧浓度； α－修正系数，取0.85； β－修正系数，取0.95；

所在地区实际气压0.983?105????0.970

1.013?1051.013?105103116.02?9.170.85?(0.95?0.97?8.38?2)?1.024(25?20)

?172669.65kgO2/d?7194.57kgO2/hSOR?去除每1 kgBOD5的标准需氧量

SOR172669.65 SOR/BOD5???7.37kgO2/kgBOD5

Q(S0?S)120000?(0.2?0.00481)(5) 氧化沟尺寸

设计4座氧化沟

单座氧化沟有效容积容积

V单?V/4?120923.644?30230.91m3

取氧化沟有效水深H=5m，超高1m，氧化沟深度h=5+1=6m，中间分隔墙厚度为0.25m。

氧化沟面积A=V单/ h=30230.91/ 5=6046.182m2

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 单沟道宽度b=9m;总池宽=4×9+0.25×5=37.25m 弯道部分面积

A2?(2?9?0.252)2?2?11?12?(4?9?3?0.252)2?261.5?515.8?777.3m2 直线段部分面积

A2=A-A1=6046.182-777.3=5268.882m3

单沟道直线段长度 L?A24?b?5268.8824?9?146.36m (6)进水管和出水管

污泥回流比：R=66.7%； 进出水管流量：

Q1?(1?R)?Q4?(1?0.667)?120000 4?50010m3/d?0.579m3/s进水水管控制流速：V≤1m/s； 进出水管直径：d?4Q?v?4?0.5793.14?1?0.859m,取900mm 校核进出水管流速：v?Q0.579A?0.452??0.911m/s?1m/s，满足要求。(7)出水堰及出水竖井

为了能够调节氧化沟的运行及出水，氧化沟出水处设置出水竖井，井内安装电动可调节堰。初步估计δ/H<0.67，因此按照薄壁堰来计算 Q?1.86H32b

取堰上水头高H = 0.4m

则堰b?Q0.5791.86H3??1.23m 21.86?0.432为便于设备的选型，堰宽b取1.2米，校核堰上水头H

H?3(Q1.86b)2?3(0.57921.86?1.2)?0.407m

考虑可调节堰的安装要求，堰两边各留0.3m的操作距离。 则出水竖井长度L =0.3×2＋b=0.6＋1.2=1.8m 出水竖井宽度B取1.4m(满足安装需要) 则出水竖井平面尺寸为L×B=1.8m×1.4m 氧化沟出水井出水孔尺寸b×h=1.2m×0.5m。

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竖 材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 (8) 氧化沟剩余污泥量的计算

氧化沟剩余污泥量

XWT?24QT(So?Se)24?5000?0.55?(200?15)?

10001000?12210kgSS/kgBOD

要使污泥稳定，取X=3.5g/L。用污泥回流比反复复核，取污泥指数SVI=120mg/L，因为有反硝化，故浓缩时间tE=2h。 回流污泥浓度按下式计算：

XR?0.71000310003?tE?0.7?2?7.35g/L SVISVI 氧化沟剩余污泥量

QWT? 回流污泥量

XWT12210??1661m3/d?69m3/h XR7.35QR?0.91?120000?109200m3/d?4550m3/d

(9) 曝气设备选择

单座氧化沟需氧量SOR1

SOR172669.65

SOR1???43167.41kgO2/d?1798.64kgO2/hn4

每座氧化沟设2台卡鲁塞尔专用专用表面曝气机。充氧能力为2.1kgO2/（kW·h），则所需电机功率N=1798.64/（2×2.1）=428.25kW,取N=430kW。表面曝气机叶轮直径D=4000mm

上走道板进水管接自提升泵房及沉砂池走道板上出水管至流量计井及二沉池钢梯图5 氧化沟计算草图图6 卡鲁赛尔氧化沟计算草图

Figure 6 Carrousel oxidation ditch calculation sketch

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 6.7 二沉池

选用中心进水周边出水辐流式二沉池，每座氧化沟配1座二沉池，全厂共4池。 6.7.1 设计参数

设计流量 Q=1.389m3/s； 表面负荷 q=1.25m3/(m2?h)；

氧化沟中悬浮固体浓度 X=4000mg/L； 二沉池底流生物固体浓度 Xr=10000mg/L； 污泥回流比 R=50%；

中心进水管 下部管内流速v1取1.2m/s，上部管内流速v2取1.0m/s，出管流速v3取0.8m/s[12]；

出水堰负荷 1.5L(s?m)； 沉淀池数量 4座； 沉淀池型 圆形辐流式。 6.7.2 设计尺寸 （1）单池面积F

F?Qmax1.389?3600??1000.16m2 nq4?1.25（2）单池直径D

D?4F??35.7m，取D?36m

（3）沉淀部分的有效水深h2

设沉淀时间 t=2.5h

h2?q?t?1.25m3/(m2?h)?2.5h?3.125m，取3.1m。

（4）污泥区的容积V

设计采用周边传动的刮吸泥机排泥，污泥区容积按2h贮泥时间确定。

2T(1?R)QX2?2?(1?0.5)?120000?4000V???8571.4m3

24?(X?Xr)24?(4000?10000).4/4?2142.9m3 则每个沉淀池污泥区的容积 V'?8571（5）污泥区高度h4

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 ① 污泥斗高度

设池底径向坡度为0.05，污泥斗上部直径D1=4m，底部直径D2=2m，倾斜角为60?。

污泥斗高度

h'4?D1?D24?2?tan60???tan60??1.73m 22V1??h4'12??1.73 ??(42?4?2?22)

12?12.7m3?(D1?D1D2?D2)22② 圆锥体高度

h4?''D?D136?4?0.05??0.05?0.8m 22V2??h4''12??0.8 ??(362?36?4?42)

12?304.8m3?(D2?DD1?D1)2③ 竖直段污泥部分的高度

V'?V1?V22142.9?12.7?304.8h4???1.825mF1000.16

'''污泥区的高度 h4?h4?h4?h4?1.73?0.8?1.825?4.355m （6）沉淀池池总高度H

缓冲层高度h3为0.5m，超高h1为0.3m，则

H?h1?h2?h3?h4?0.3?3.1?0.5?4.335?8.235m

（7）中心进水管 下部管径

D1?Qmax?0.607m，取D1为600mm。 ?v1''''''经核算实际流速为1.23m/s。 上部管径

D2?Qmax?0.665m，取D2为650mm。 ?v2经核算实际流速为1.05m/s。

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 6设备选择与计算 出流面积

A?Qmax?0.434m2 4v332的出水孔为10个，单孔尺寸为430设置面积为0.04m。 mm?100mm（8）导流筒

导流筒的深度h0为池深的一半，即h0为1.5m；导流筒的面积为沉淀面积的300[12]。导流筒直径

D0?（9）出水堰

采用正三角形出水堰。设计堰上水头HW为5cm，三角堰的角度?为60?，

由三角堰堰上水头（水深）和过流堰宽B之间的关系

B??tan 2HW2B?2HWtan4?300?F??6.18m

?2?5.77cm

出水流过堰宽度B为5.77cm。

设计堰宽为10cm，流量系数Cd取0.62，则单堰过堰流量

860??0.0552?0.00047m3/s q??0.62?2?9.8?tan152 每个二沉池应该布置的出水堰总数N

1.389m3/s N??738.8，取N为739个。

4?0.00047m3/s 环形集水渠宽0.6m，沿集水渠内壁（单侧）布置出水堰。

集水渠内、外圆环直径分别为31.35m和32.55m（在集水渠内壁距池壁

1.65m；外壁距池壁1.05m）。

出水总周长L：

L????31.35?32.55??200.65m

出水堰总线长：739×10cm=73.9m

出水堰总线长小于出水总周长，满足要求。

由于出水堰总线长小于出水渠两壁总周长，因此，需间隔须知出水堰，两个水堰堰顶间距

B??98.44?61.5?0.060m，取6cm。

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