日处理16万吨城市生活污水处理厂的初步设计（卡鲁塞尔式氧化沟）

日处理16万吨城市生活污水处理厂的初步设计

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毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 1

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种规模：日处理量大于10万m为大型处理厂，1-10m万为中型污水处理厂，小于1万m的为小型污水处理厂。近年来，大型污水处理厂建设数量相对减少，而中小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂，是近几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。

通过城市中小型污水处理厂工艺的选择、设计，培养环境工程专业学生利用所学到的水污染控制理论，系统的掌握污水处理方案比较、优化，各主要构筑物结构设计与参数计算，主要设备造型包括格栅、提升泵、鼓风机、曝气器、污泥脱水机、砂水分离器、刮泥机、水下搅拌器、淹没式循环泵、加药设备、消毒设备等，以及平面布置和高程计算。然后根据所确定的工艺和计算结果，绘制污水处理厂总平面布置图，管线总平面布置图、工艺流程图及各主要构筑物图。 1.4设计任务 1.4.1工程规模

城市污水包括生活污水和工业废水两部分。根据当地人口数量、工业发展情况及所产的污水量，工程规模定为120000m3/d。 1.4.2进水水质

表1-1 进水水质

3

33

BOD5 190 COD 240 SS 230 ?NH4?N 30 Table 1-1 .Influent water

1.4.3出水要求

要求经过处理后，要求出水水质达到96年国家污水综合排放二级标准。

表1-2 出水水质（mgL）

BOD5 20 COD 50 SS 20 ?NH4?N 8 Table 1-1 Effluent water

表1-3 96年国家二级排放标准（mgL）

BOD5 30

COD 120 - 6 -

SS 30 ?NH4?N 25

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Table 1 -3 96 national emission standards for two

第二章 工艺流程的确定

2.1城市生活污水处理的现状和发展

世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力得到提高，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染。污水也是造成环境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。中国政府历来重视环保治理工作，敬爱的周恩来总理曾提出了“全面规划，合理布局，综合利用，化害为利，依靠群众，大家动手，保护环境，造福人民”32字方针，历届政府提出根治海河、三河三湖的治理的要求。由于各界政府的高度重视，我国的污水处理事业得到了长足的发展，但是我们要清醒的看到，我国工农业生产发展的步伐很快，特别是改革开放的20年乡镇企业的诞生使我国的企业结构发生了变化，有些企业在追求经济效益时忽视了社会、环境效益，若长此下去将带来环境受到严重污染的后患。为此当今环境污染的治理不能停留在各级政府的重视，而要深化到全民族每位公民环保意识的提高。我们不仅要达到经济发展了，生活水平提高了，还要做到经济与环境保护协调发展，生活的质量不断提高。为此我们要唤起民众为21世纪可持续发展目标的实现，为人类健康的生存，为子孙后代留下优质的环境而努力完成自己的责任。 2.1.1当前存在的问题

（1）污水处理厂建设资金的短缺； （2）污水处理厂运行经费不能到位； （3）进口设备的维修及设备备件的开发；

（4）污水处理工艺选择有一阵风的现象，不结合本地区的实际情况选热门工艺；

（5）污水处理后的再生水得不到充分的利用；

（6）污泥没有真正达到无害化，没有最终处置的途径； （7）污水处理厂没有除臭装置。

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2.1.2今后的发展趋势

（1）经济发展与污水处理事业协调发展； （2）扶植国内环保产业（污水处理行业）的发展；

（3）多方筹资加速污水处理厂的建设，以最短的时间控制、治理已造成污染的水环境；

（4）改变污水处理行业的运营机制，由事业型向企业经营型转变； （5）加强污水处理工艺选择参谋机制，为各地区污水处理厂建设的工艺审查把关；

（6）政府应给予污水处理行业优惠的政策； （7）再生水回用；

（8）污泥最终处置要向无害化、资源化方向迈进； （9）建设环保型的污水处理厂；

（10）环保要从娃娃抓起，提高全民水的忧患意识。 2.2污水处理中生物方法的比较

2.2.1适合于中小型的污水处理厂的脱氮除磷工艺

（1）概论

按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万td规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万td污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱氮除磷有要求的城市，应采用二级强化处理，如AO工艺，AO工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。

由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。可供选取的工艺：AO工艺，AO工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺。

AO工艺、A2O工艺、各种氧化沟工艺、SBR工艺这些从活性污泥法派生出来的工艺都可以实现除碳、除氮、除磷三种流程的组合，都是比较实用的脱氮除磷工艺。 在上述各种脱氮除磷工艺中，对中小污水厂来讲，比较有发展前途的工艺是SBR工艺、氧化沟工艺。因为这两种工艺一般都不设初沉池，SBR工艺和合建式氧化沟工艺也不需要二沉池和污泥回流设施，因此，水、泥处理流程大为简化，可以达到占地少、能耗低、投资省、运行管理方便的目的，符合当前污水处理工艺合建、简化发展的总趋势。采用延时曝气的SBR工艺和氧化沟工艺产生

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的剩余污泥已经基本达到好氧稳定，剩余污泥经过浓缩脱水后就可以直接应用于农田、填埋或者焚烧，不需要搞污泥消化，因此建设、运转的费用大为减少，这一点对中小城镇污水厂来说，是非常有吸引力的。

（2）氧化沟工艺的特点、各种形式和适用条件

严格地说，氧化沟不属于专门的生物脱氮除磷工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列脱氮除磷技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。 交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。

氧化沟一般呈环形沟渠形式，平面多为椭圆型或圆形，总长为90~600m，池壁多为钢筋混凝土结构，也可按土质情况挖成边坡为1：1.5以上的斜坡，以100mm素混凝土做护砌而成。通常用管渠从水面上进水，出水设可调堰。多采用转刷或曝叶轮曝气，沟深取决于曝气装置，一般为2~6m，水平流速为0.3~0.5ms，在水流的作用下保持活性污泥处于悬浮状态，整个氧化沟处在内源呼吸阶段，属于延时曝气法。

氧化沟具有以下特点：

a.工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。

b.运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。 c.能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。

d.污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长，一般为20～30 d。污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量较少，污泥不经消化也容易脱水，故污泥处理费用较低。

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e.可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般＞80%。但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施。

f.基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3 -N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD和脱氮情况下更省。同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。

g.处理厂与其他工艺相比，臭味较小。同时只需要最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性。

（1） ,整个系统的流态呈完全混合式，具有抗冲击负荷能力强的特点。 2.2.4氧化沟的选择

（1）目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯维尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟 、奥贝尔（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。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。

在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。而三沟式氧化沟是将曝气与沉淀工序于同一构筑物内，是一个A-O（兼氧-好氧）活性污泥系统，可以完成有机物的降解和硝化、反硝化过程，能取得良好的BOD5去除效果和脱氮除磷效果。同时该工艺系统依靠三池工作状态的转换，可以免除污泥回流和混合液回流，处理效果稳定且运行费用大大降低。三沟式氧化沟由于具有出水水质好，处理流程简单，省去而沉池，运行管理方便，基建费用低，占地少等优点，已经得到了广泛的应用。所以这里我们也将选择三沟式氧化沟作为生物处理工艺。

（2）各种氧化沟比较 交替工作式氧化沟：

交替工作式氧化沟是由丹麦Kruger公司开发创建。

根据运行方式和沟的数量分为单沟（A型）、双沟（D型）和三沟（T型）三种形式。其中双沟在原D型的基础上开发出了VR型氧化沟。这一类氧化沟主要是为了去除BOD，如果要同时除磷脱氮，对于单沟和双沟就要

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在氧化沟前后分别设置厌氧池和沉淀池，即成为AE型或DE型氧化沟。而三沟式氧化沟除磷脱氮可在同一反应器中完成。

交替工作式氧化沟系统没有单独设置反硝化区，通过在运行过程中设置停曝期来进行反硝化，从而获得较高的氮去除率。

单沟交替工作氧化沟由于不能保证连续进水，只能间歇运行，故已经很少采用。

双沟交替工作氧化沟VR型是将曝气沟渠分为A、B两部分，其间有单向活扳门相连。利用定时改变曝气转刷的旋转方向，以改变沟渠中的水流方向，使A、B两部分交替地作为曝气区和沉淀区。D型氧化沟由容积相同的A、B两池组成，串联运行，交替地作为曝气池和沉淀池，一般以8h为一个运行周期。该系统出水水质好，污泥稳定，不需设污泥回流装置，但是最大的缺点是曝气设施利用率仅为37.5%。

三沟式氧化沟（T型）是由3个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行。

3个氧化沟之间双双连通，两侧氧化沟可起曝气和沉淀双重作用，中间氧化沟一直为曝气池，原污水交替地进入两侧氧化沟，处理水则相应地从作为沉淀池的两侧氧化沟中流出，这样提高了曝气设备的利用率（可达58%），另外也有利于生物脱氮。三沟式氧化沟基本运行方式大体分为6个阶段，工作周期为8h。通过控制系统自动控制进、出水方向，溢流堰的升降以及曝气设备的开动和停止。

三沟式氧化沟运行方式可根据不同的入流水质及出水要求而改变，所以系统运行灵活，操作较方便，但由于无专门的厌氧区，因此，生物除磷效果差，而且由于交替运行，总的容积利用率低，设备总数量多，利用率低。同时要求自动控制程度高。

Orbal奥贝尔氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别形成厌氧、缺氧、和好氧三个区域，采用转碟曝气。典型的奥贝尔氧化沟有三个同心沟，而外沟约占总容积的50%。由沉砂池来的污水进入外沟在其中以厌氧状态运行，促进同时硝化和反硝化过程。由于从内沟(好氧区)到中沟(缺氧区)之间没有回流设施，所以总的脱氮效率较差。在厌氧区采用表面搅拌设备，不可避免的带入相当数量的溶解氧，使得除磷效率较差。

Carrousel卡鲁塞尔氧化沟：

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由图2-1可见，Carrousel氧化沟是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混合后在沟内做不停的循环运动，污水和回流污泥在第一个曝气区中混合

该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。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。

该氧化沟表面曝气机单机功率大，其水深可以达到5米以上，使氧化沟占地面积减小，土建费用降低。同时，具有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能力。可以停止某些曝气器的运行，或者切换较低的转速，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，节约能量消耗。

图2-1 Carrousel 2000系统平面结构图

Figure 2-1 Carrousel 2000 system planar structure

2.3工艺流程的确定 2.3.1工艺流程图

本工艺先用中格栅去除污水中大颗粒杂物，然后通过提升泵房把水送至沉沙池中。 采用的是平流式沉砂池，以减少后继处理的污泥负荷。生物处理采用卡鲁塞尔氧化沟，去除水中的有机物和氨氮。二沉池采用辐流式沉淀池，除水效果好。污泥部分回流，而另一部分则通过污泥浓缩池、消化池、污泥脱水然后外运。

图2-2 工艺流程

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原水格栅提升泵房沉砂池氧化沟回流污泥辐流式沉淀池接触沉淀消毒池排放污泥井粗渣外运外运污泥脱水机污泥消化池污泥浓缩池Figure 2-2 Process map

2.3.2格栅

本污水处理厂设置的是粗格栅。

格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。

格栅按栅条的种类可分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和活动栅条式格栅。

由于直棒式格栅运行可靠，布局简洁，易于安装维护，本工艺选用直棒式格栅。

格栅与水泵房的设置方式： 粗格栅→泵房。

进水粗格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。

拟用回转式固液分离机。回转式固液分离机运转效果好，该设备由动力装置，机架，清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便，适用于市政污水处理厂污水预处理。 2.3.3 沉砂池

沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。

平流式沉砂池是常用的形式，污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留物及颗粒效果较好的优点。竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池

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内，无机物颗粒藉重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池的优点是，通过调节曝气量，可以控制污水旋流的速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小。同时，还对污水起预曝气作用。近年来日益广泛使用的旋流式沉砂池是利用机械力控制流态，加速砂粒的沉淀，有机物则被留在污水中，具有沉砂效果好、占地省的优点。但是为了保证除磷效果，一般不采用曝气沉砂池。

本设计内容采用的就是曝气沉砂池。 2.3.4 氧化沟

主要比较已经在前面叙述，采用卡鲁塞尔式氧化沟。 2.3.5 消毒

先针对现行水处理厂中几种主要的消毒技术进行一下比较： （1）液氯

优点：效果可靠、投配设备简单、投量准确、价格便宜

缺点：氯化形成的余氯及某些含氯化合物低浓度时对水生物有毒害，当污

水含工业废水比例大时，氯化可能生成致癌物质

适用条件：适用于大、中规模的污水处理厂 （2）漂白粉

优点：投加设备简单，价格便宜

缺点：同液氯缺点外，尚有投量不准确，溶解调制不便，劳动强度大 适用条件：适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂 （3）臭氧

优点：消毒效率高，并能有效地降解污水中残留的有机物、色、味等，污水PH、温度对消毒效果影响很小，不产生难处理的或生物及类型残余物 缺点：投资大、成本高，设备管理复杂

适用条件：适用于出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理厂 （4）次氯酸钠

优点：用海水或一定浓度的盐水，由处理厂就地自制电解产生消毒剂，也

可买商品次氯酸钠

缺点：需要有专用次氯酸钠电解设备和投配设备

适用条件：适用于边远地区，购液氯等消毒剂困难的小型污水处理厂

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（5）氯片

优点：设备简单，管理方便，只需定时清理消毒器内残渣及补充氯片，基

建费用低

缺点：要用特制氯片及专用消毒器，消毒水量小 适用条件：适用于医院、生物制品所等小型污水处理站 （6）紫外线

优点：是紫外线照射与氯化共同作用的物理化学方法，消毒效率高 缺点：紫外线照射灯具货源不足，技术数据较少 适用条件：适用于小型污水处理厂

根据本设计污水处理厂的实际情况，采用液氯消毒比较合适。因为液氯对水中细菌、病毒具有较强的灭活能力。基建费用、运行费用较低，液氯消毒应用于污水处理工程中比较合适。 2.3.6污泥处理

（1）污泥的处理要求

污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。

污泥处理要求如下：

a.减少有机物，使污泥稳定化；

b.减少污泥体积，降低污泥后续处置费用； c.减少污泥中有毒物质；

d.利用污泥中有用物质，化害为利；

e.因选用生物脱氮除磷工艺，故应避免磷的二次污染。 (2)污泥处理的工艺流程一般有以下几种： a: 生污泥→浓缩→消化→机械脱水→最终处置 b: 生污泥→浓缩→机械脱水→最终处置

c: 生污泥→浓缩→消化→机械脱水→干燥焚烧→最终处置 d: 生污泥→浓缩→自然干化→堆肥→农田

由于该工艺选用氧化沟工艺污泥量较少，稳定，但污水中重金属含量较多，不易采用农田处置方式，干燥焚烧方式没有必要。浓缩后的污泥需要经污泥泵送至设有搅拌器的均质池，以获得均匀的污泥浓度，确保污泥脱水能正常进行。因此综合比较各处理工艺，选用的工艺确定为：

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