工程设计说明书1

城市污水处理厂工艺设计

摘 要

本次工程设计是某城市污水处理厂工艺设计，主要任务是完成污水的处理方案及污水处理厂规划设计。基于污水流量（10万m3/天）及其特质（COD cr430mg/L BOD5 220mg/L, SS 260mg/L, 氨氮 16mg/L），我们选择了循环氧化沟技术。

氧化沟利用连续循环式反应池（Cintinuous Loop Reator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。 氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了CLR形式和曝气装置特定的定位布置，因此，氧化沟具有独特水力学特征和工作特性。 关键词：污水处理；连续循环式反应池；沉砂池；氧化沟；二沉池

1

Abstract

The engineering design is a city sewage treatment plant process design, the main task is to complete the sewage treatment and sewage treatment plant design. Based on the sewage flow ( 100000 m3 / day ) and features ( COD cr430mg / L BOD5 220mg / L, SS 260mg / L, 16mg / L ammonia ), so we selected cyclic oxidation ditch technology.

The oxidation ditch used continuous ring type reaction pool (Cintinuous Loop Reator, hereinafter referred to as the CLR) for biological reaction pool, the mixture in the reaction pool article a closed aeration channels of continuous cycle, oxidation communication often in delay aeration conditions used.

The oxidation ditch the use of a belt of aeration direction control and stirring device, the substance of the reaction tank to deliver level speed, so that be stirring in the liquid close type channel cycle.

Keywords: Sewage treatment; continuous loop reactor; sedimentation tank; oxidation ditch; two sink the pond

2

目 录

第一章 前言 ................................................................ 6

1.1、工程设计的目的 .................................................... 6 1.2、污水处理工程设计任务书 ............................................ 6

1.2.1、设计题目 .................................................... 6 1.2.2、基本资料 .................................................... 6 1.2.3、计算内容 .................................................... 6 1.2.4、设计成果 .................................................... 7 1.3、氧化沟活性污泥法工艺的特点及现状 ................................... 7

1.3.1、氧化沟工艺的发展及国内外应用现状 ............................. 7 1.3.2、氧化沟工艺的主要特点 ......................................... 8

第二章 主要设计及计算 ..................................................... 10

2.1、格栅的计算 ....................................................... 10

2.1.1、设计要求 ................................................... 10 2.1.2、格栅计算 ................................................... 10 2.2、平流沉砂池设计计算 ............................................... 12

2.2.1、沉砂池长度 ................................................. 12 2.2.2、水流过水断面面积 ........................................... 13 2.2.3、宽度 ....................................................... 13 2.2.4、沉砂室所需容积 ............................................. 13 2.2.5、每个沉砂斗容积 ............................................. 13 2.2.6、沉砂斗高度 ................................................. 14 2.2.7、沉砂室高度 ................................................. 14 2.2.8、沉砂池总高度 ............................................... 14 2.2.9、验算最小流速 ............................................... 15 2.2.10、进水渠道 .................................................. 15 2.2.11、出水渠道 .................................................. 15 2.3、初沉池计算 ....................................................... 16

2.3.1、单池表面面积A .............................................. 16 2.3.2、沉淀池的有效水深 ........................................... 16

3

2.3.3、沉淀部分有效容积 ........................................... 16 2.3.4、沉淀池长度 ................................................. 16 2.3.5、沉淀池宽度 ................................................. 16 2.3.6、沉淀池格数 ................................................. 17 2.3.7、校核长宽比和长深比.......................................... 17 2.3.8、污泥部分所需容积 ........................................... 17 2.3.9、每格沉淀池污泥部分所需容积 .................................. 17 2.3.10、污泥斗容积 ................................................ 17 2.3.11、沉淀池总高度 .............................................. 18 2.3.12、进水配水井 ................................................ 18 2.3.13、进水渠道 .................................................. 18 2.3.14、进水穿孔花墙 .............................................. 18 2.3.15、出水堰 .................................................... 19 2.3.16、出水管道 .................................................. 19 2.3.17、进水挡板及出水挡板 ......................................... 19 2.3.18、排泥管 .................................................... 20 2.3.19、刮泥装置 .................................................. 20 2.4、氧化沟设计计算 ................................................... 20

2.4.1、氧化沟内融合液污泥浓度 ...................................... 20 2.4.2、污泥泥龄 ................................................... 20 2.4.3、回流污泥浓度 ............................................... 20 2.4.4、污泥回流比 ................................................. 21 2.4.5 好氧区有效容积 .............................................. 21 2.4.6、缺氧区有效容积 ............................................. 22 2.4.7、总有效容积 ................................................. 23 2.4.8、氧化沟平面尺寸 ............................................. 23 2.4.9、进出水系统 ................................................. 25 2.5、二沉池的设计计算 ................................................. 27

2.5.1、设计要求 ................................................... 27 2.5.2、二次沉淀池的设计计算 ........................................ 28 2.5.3、进水管的计算 ............................................... 29

4

2.5.4、出水部分设计 ............................................... 29 2.6、接触消毒池与加氯时间 ............................................. 30

2.6.1、设计说明 ................................................... 30 2.6.2、设计计算 ................................................... 30 2.7、排泥部分设计 ..................................................... 31

2.7.1、单池污泥量 ................................................. 31 2.7.2、集泥槽 ......................................................... 32

2.7.3、存泥区 ..................................................... 32 2.7.4、剩余污泥量计算 ............................................. 32 2.7.5、污泥浓缩池 ................................................. 33 2.7.6、污泥浓缩池 ................................................. 33 2.8、溢流堰 ........................................................... 34 第三章 总结 ............................................................... 35

5

第一章 前言

1.1、工程设计的目的

工程设计是环境工程专业重要的实践教学环节，教学时间为三周。工程设计以城市污水处理厂工艺为主线，要求学生利用所学知识，在教师的指导下提出工艺设计方案，进行工艺设计计算，编制设计说明文件，绘制工艺条件图等系统训练。

1.2、污水处理工程设计任务书

1.2.1、设计题目

某城市污水处理厂工艺设计

1.2.2、基本资料

（1）污水水量与水质

污水处理水量：10万m3/d

污水水质：COD cr430mg/L BOD5 220mg/L, SS 260mg/L, 氨氮 16mg/L （2）处理要求

污水经过二级处理后应符合以下具体要求：

COD cr<70 mg/L ,BOD5 <20 mg/L ,SS<30 mg/L,氨氮<5 mg/L （3）处理工艺流程

污水处理具体流程如下：

格栅→污水泵房→沉砂池→曝气池（污泥回收）→二沉池→出水 （4）厂区地形

污水厂址地区域海拔标高在64—66m之间，平均地面标高为64.5m。平均地面坡度为0.3%0—0.5%0，地形为西北高，东南低。厂区征地面积为东西厂380m，南北长280m。

6

1.2.3、计算内容

对工艺构筑物选型作说明；

主要处理构筑物（格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池）的工艺计算； 循环氧化沟设计，沉淀池为竖流式沉淀池； 污水处理厂平面布置。

1.2.4、设计成果

设计计算说明书一份；

设计图纸，污水处理厂平面图，单元设备工艺条件图； 设计图纸用CAD软件在计算机上完成并打印成设计文档。

1.3、氧化沟活性污泥法工艺的特点及现状

1.3.1、氧化沟工艺的发展及国内外应用现状

氧化沟(Oxidation Ditch) 是一种活性污泥法工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环形曝气池”。其有机负荷一般低于0.10kgBOD5/(kg MLVSS·d) ，属于延时曝气法之列。

早在1920 年，在英国( Sheffield) 首次建成氧化沟，采用桨板式曝气机，曝气效果不理 想。该处理厂被认为是现代氧化沟的先驱，但当时尚未出现“氧化沟” 一词。1925年Kessener 开始研制转刷曝气机，被称为“Kessener转刷”。Pasveer于1954年将Kessener转刷用在荷兰Voorschoten的氧化沟中，从此以后才有“ 氧化沟” 这一专用术语。该技术因其设计者被命名为帕斯维尔(Pasveer) 氧化沟。1959年，荷兰公共卫生研究所的 Baars和Muskat 报道了应用笼形转刷(也称TNO转刷)的氧化沟，笼形转刷是Kessener转刷的改进型。受当时曝气设备限制，采用上述曝气设备的氧化沟设计有效水深一般在1.5m以下。此外，氧化沟技术在随后的应用中其占地面积大的缺点越来越突出。

20世纪 80 年代，美国开发了导管式氧化沟。1983 年被日本建设省确认为优秀技术。该技术通过在直壁上设一隔墙，在沟底部用 J 形管将隔墙两边的水流连接，在竖管的一端设驱动装置，使沟底有较大流速。该导管式氧化沟的水深可达4.8m。

自Pasveer设计第一座氧化沟至今，早期氧化沟采用间歇运行，无二沉池。直到 20 世

7

纪60年代才开始单独建造二次沉淀池，并采用连续流方式。近年来，随着控制仪表的发展 以及生物脱氨的需要，转刷型氧化沟又发展成双沟式和三沟式交替运行方式，可以不设置二次沉淀池。

20世纪 50 年代后发展的氧化沟在欧美各国得到了广泛重视，发展速度很快。据报道， 1963~1974 年间英国共兴建了 300 多座氧化沟污水处理厂，至 1976年美国建成了 558 座污水处理厂。据统计，到1977 年为止在西欧有超过 2000 座帕斯维尔型氧化沟投入运行。荷兰DHV公司发明的卡鲁塞如氧化沟在全世界范围已有800 多座投入运行(1996 年)，处理规模为(400~113)×104m3/d 。而法国OTV-Krüger公司开发的 D 型氧化沟已占丹麦氧化沟总数的80% 。美国 Envirex公司开发的 Orbal氧化沟，最大处理规模已达 90×104m3/d 。 我国从 20 世纪 80 年代以来也较多地开展了对氧化沟工艺的研究，并在广州、昆明、 上海、长沙等地设计建造了一批氧化沟污水处理厂。目前，氧化沟技术已广泛地应用于城市污水、工业废水（包括石油废水、化工废水、造纸废水、印染废水、食品加工废水等的处理中。

1.3.2、氧化沟工艺的主要特点

1) 氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化 沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。入流通过曝气区在循环中很好被 混合和分散，混合液再次围绕反应池继续循环。这样，氧化沟在短期内（如一个循环）推 流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态。这两者的结合，即使入流至少经历个 循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为了防止污沉 积，必须保证沟内足够的流速（一般平均流速大于 0.3m/s ），而污水在沟内的停留又较 长，这就要求沟内由较大的循环流量（一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍），进入内 污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对易 降解的有机物也有较好的处理能力。

2) 氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。氧化 沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，此， 混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，下 游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧实 现硝化－反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反化 补充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加化

8

学药品数量。

3) 氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。传统 曝气的功率密度一般仅为20－30 瓦/立方米，平均速度梯度 G 大于100 秒。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，平均速度梯度 G 小于30秒，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能。

4) 氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平 均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以多 的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态。

5 ）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，并且组合其他工艺单元，以满足不同的出水水质的要求。基本形式氧 化沟的曝气池呈封闭的沟渠形（如传统氧化沟），而沟渠的形状和构造则多种多样。沟渠 可以呈圆形和椭圆形等，可以是单沟系统或多沟系统；多沟系统可以是互相平行、尺寸相同的一组沟渠（如三沟式氧化沟)；也可以是一组同心的互相连通的环形沟渠（如Orbal 氧化沟）；有与二次沉淀池分建的氧化沟，也有合建的氧化沟；合建氧化沟又有体内式船形(Boat) 沉淀池和一体外式侧沟式沉淀池（如一体化氧化沟)，此外还有Envirex公司的竖直式氧化沟。

6 ）污泥产量少，污泥性质稳定。氧化沟的水力停留时间和污泥龄都比一般生物处理法长，悬浮状态有机物可以与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定，排出的剩余污泥已得到高度稳定，剩余污泥量也较少。

7 ）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。氧化沟法由 于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活性污泥法， 可以省略调节池，初沉池，污泥消化池，还有将曝气池和二次沉淀池合在一起的一体式氧化沟，以及近年来发展了交替工作的氧化沟，并不再采用二次沉淀池，从而使处理流程更为简化。

9

第二章 主要设计及计算

2.1格栅的计算

2.1.1设计要求

1.污水处理系统前格栅条间隙，应该符合以下要求：

a：人工清除25～40mm； b：机械清除16～25mm；

c：最大间隙40mm，污水处理厂也可设细粗两格栅。

2.若水泵前格栅间隙不大于25mm时，污水处理系统前可不再设置格栅。 3.在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3），一般采用机械清除。

4.机械格栅不宜小于两台，若为若为一台时，应设人工清除格栅备用。 5.过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。

6.格栅前渠道内的水速一般采用0.4～0.9m/s。

7. 格栅倾角一般采用45～75 ，人工格栅倾角小的时候较为省力但占地多。 8.通过格栅水头损失一般采用0.08～0.15m。

9.格栅间必须设置工作台，台面应该高出栅前最高设计水位0.5m.工作台上应有安全和冲洗设施。

10. 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。

2.1.2格栅计算

1.栅条的间隙数n个

n

Qmax

bhv

3

3

式中Qmax------最大设计流量，120000m/d,即1.39m/s α------格栅倾角，取α=60 ； b ------栅条间隙，m，取b=0.05m； n-------栅条间隙数，个；

10

h-------栅前水深，m，取h=0.8m； v-------过栅流速，m/s,取v=0.9 m/s； 则：

1.39 sin600

n 18(个)

2 0.05 0.8 0.9

则每组格栅的间隙数为18个。 2.栅条宽度(B):

设栅条宽度 S=0.01m

则栅槽宽度 B2 S(n?) bn 0.01 (18-1) 0.05 18 1.0 7 3. 进水渠道渐宽部分的长度l1。设进水渠道B1=0.9 m，其渐宽部分展开角度

1

20

l1

则

B B11.07 0.9

0.2335(m) 0

2 tan 12 tan20

1

l

0.24m

4.格栅与出水总渠道连接处的渐窄部长度l2m ,

1 0.24 0.12(m) l222

5.通过格栅的水头损失 h1，m

s4/3 2

h1 k ()sin

b2g

式中：

h1--------设计水头损失，m；

g--------重力加速度，m/s

k--------系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3； β------格栅条的阻力系数，查表取2.42

s4/3 2

h1 k (b)2gsin

2

11

0.014/30.92

3 2.42() sin60

0.052 9.81

0.030359m

6.栅槽总长度L，m

L l1 l2 1.0 0.5

式中，H1为栅前渠道深

H1

tan

L 0.24 0.12 0.15 1.0 0.5 =2.5

1.1

tan600

7.栅后槽总高度H，m

设栅前渠道超高h2=0.3m

H h1 h2 0.8 0.030359 0.3 0.8 1.2m 8. 每日栅渣量W，m3/d

W 86400

Q

max

W1

1

1000 Kz

式中，W1为栅渣量，m3/103m3污水，格栅间隙16～25mm时，W1=0.10～0.05m3/103m3污水；取W1=0.05m3/103m3。

W

86400 1.39 0.05

5.004(m3/d)

1000 1.2

采用机械清渣。

2.2 平流沉砂池设计计算

设计中选择二组平流沉砂池，N=2，分别与格栅连接，每组沉砂池设计流量为0.7m3/s。

2.2.1沉砂池长度

L t

12

式中 L-----沉砂池的长度（m）

V-----设计流量时的流逝（m/s）;一般为0.15-0.3m/s t-----设计流量时的流行时间（s）；一般为30-60s 设计中取 v=0.25;t=50s

则 L 0.25 50 12.5m

2.2.2 水流过水断面面积

A

Q

A

0.7

2.78m2 0.25

2.2.3 宽度

B

h

2

式中 B----沉砂池宽度（cm） h2----设计有效水深（m）； 设计中取h2=0.8；每组沉砂池设五格

B

2.78/5

0.7m 0.8

2.2.4 沉砂室所需容积

V

X T 86400

106

式中 -----平均流量（m3/s）; X-------城市污水沉沙量 T--------清除沉砂的间隔时间

设计中取=10万m3/d=1.16m/s；除砂的时间间隔T=2d；X=80m3/106m3污水

则 V

1.16 80 2 964003

16.04m 6

10

2.2.5 每个沉砂斗容积

式中

V0

V n

13

V

3

------每个沉砂斗容积（m） 0

n---------沉砂斗的个数

设计中取每个分割有2个沉砂斗，共有n 2 2 5 20(个)

V0

16.04

0.802(m3) 20

2.2.6 沉砂斗高度

沉砂斗高度应能满足沉砂斗储存的要求，沉砂斗的倾角 60

h

'

3

30

f

1

ff

1

2

f

2

式中 h3 ' ------ 沉砂斗的高度（m）

f

1

------沉砂斗上口面积

f

2

-------沉砂斗下口面积

设计中取

f

1

为0.7×0.7

f

2

2

为0.5×0.5

则

h3'

3 0.802

0.7 0.7 0.7 0.5 0.5 0.5

2

2.208m

23'3.475 0.5

设计中取h3 '为0.9m；校核沉砂斗角度tan 88.4 60

2.022

2.2.7 沉砂室高度

式中

3

h h' il

3

3

2

（m） h-------沉砂室高度，

i-------沉砂池底坡度 设计中取i=0.02

l

2

-----沉砂池底长度（m）

1

2.208 0.02 (12.5 2 0.7) 2.193(m) h3

2

2.2.8 沉砂池总高度

H

h h h

1

2

3

14

式中 H-----沉砂池总高度（m）

；设计中取0.3 h----沉砂池超高（m）

1

3.293m 则 H 0.3 0.8 2.193

2.2.9 验算最小流速

min

QnA

1

minmin

式中

min

------最小流速（m/s） ----最小流量（m3/s）

Q

min

A

2

---最小流量时的过水断面面积（m） min

min

0.75 1.157

1.57m/s

1 2.78

5

2.2.10 进水渠道

式中

1

Q

BH

1

1

------进水渠道水流流速（m/s）

111

B----进水渠道宽度（m）

H----进水渠道水深（m）

1

0.7

0.486m/s

1.8 0.8

2.2.11 出水渠道

H1 (

Q)mb2g

12

2/3

式中

H

1

----堰上水头（m）

Q-----沉砂池内设计流量

1

m------流量系数

b

2

----堰宽（m）

15

H1 (

0.7

) 0.68m

0.4 0.7 2 9.81

2.3 初沉池计算

2.3.1单池表面面积A

A=

Qmax0.7 3600

1251m2 =

2q

2.3.2沉淀池的有效水深

设污水在沉淀池内的沉淀时间t为1.5h.

则沉淀池的有效水深 h2=qt=1.5 2=3.0m (1.5~3.0) 符合要求 D/h2=19/3=6.3 (6 ~ 12) 符合规范要求。

2.3.3 沉淀部分有效容积

V1 Q t 3600 0.7 1.5 3600 3753m3

2.3.4 沉淀池长度

设计水平流速为5m/s 则 L t 3.6 5 1.5 3.6 27m

2.3.5 沉淀池宽度

B

A1251

46.33m L27

16

2.3.6 沉淀池格数

n1

B

9.267 取10个 b

2.3.7校核长宽比和长深比

长宽比： 5.4 4 长深比： 9 8 22.3.8 污泥部分所需容积

V

Q (1 2) 86400 T 100

6

(100 ) n 10 K2P0

1.16 130 86400 2 1001.2 1 3 2 106

361.92m3

2.3.9 每格沉淀池污泥部分所需容积

V' V

361. 36.19m3

1

2.3.10 污泥斗容积

12

V1 h4 (a2 a1 aa1)

3

17

1

4 (52 0.52 0.5 5)3

37m3 30m3

2.3.11 沉淀池总高度

H h1 h2 h3 h4

0.5 3 0.3 4.22

8.02m

2.3.12 进水配水井

配水井内中心管直径 D'

4Q

4Q

2

4 1.39

1..59m

3.14 0.7

配水井直径

D3

3

D'2

4 1.39

1.592 2.9m

3.14 0.3

2.3.13 进水渠道

1

Q

BH

1

1

0.7

0.58m/s 0.4m/s 1.2 1

式中 1-----进水渠道水流流速（m/s）

B----进水渠道宽度（m）

1

H

1

----进水渠道水深（m）

2.3.14 进水穿孔花墙

18

过孔流速： 2

Q

B2

2

1

0.7

0.0875m/s

0.2 0.4 10 10

2.3.15 出水堰

Q m0bH2gH 式中

m-----流量系数 取0.45

b-------出水堰宽度（m） H------出水堰顶水深（m）

0.7

0.45 4.8 H2gH

10

H 0.03m

2.3.16 出水管道

3

Q

BH

3

3

0.7

0.58m/s 0.4m/s 1.2 1

出水管道采用 DN=1800mm，管道流速0.55m/s

2.3.17 进水挡板及出水挡板

沉淀池设进水挡板和出水挡板，进水挡板距进水穿孔花墙0.5m，挡板高出水面0.3m，伸入水下0.8m。出水挡板距出水堰0.5m，挡板高出水面0.3m，伸入

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