水污染控制工程課程設計---某城市40000td污水處理廠的曝氣池設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　城市污水是城市中各種污水和廢水的統(tǒng)稱，它由各種生活污永、工業(yè)廢水和入滲地下水三部分組成。其中含有BOD、COD、懸浮固體等，如不對這些物質進行去除，則會對地表水和地下水造成一定危害，比如黑臭現(xiàn)象、水體富營養(yǎng)化等，直接或間接影響人類的健康。污水的BOD/COD=0.35>0.3是可生化降解的。根據(jù)對其水質、水量的綜合分析，對

2、其采用氧化溝中的卡魯塞爾氧化溝進行處理，使城市生活污水中BOD、 COD、SS、TN、TP去除率分別達到85%、79.2%、90%、37.5%、57%以上，處理效果達到了國家二級排放標準。本設計說明了卡魯塞爾氧化溝具體的過程設計計算以及具體的圖形。</p><p>　　關鍵詞： 曝氣池、氧化溝工藝、卡魯塞爾氧化溝、工藝流程</p><p><b>　　ABSTRACT</b

3、></p><p>　　Urban sewage is kind of sewage and waste water in the city of it by all sorts of life，collectively referred to as　evil ever， industrial waste and infiltration groundwater of three parts ．Contai

4、n BOD，COD，suspended solid， such as the right to remove these substances，will surface water and groundwater cause certain harm， such as black smelly phenomenon，eutrophication， directly or indirectly affect human health．Th

5、e sewage BOD/COD = 0.35 > 0.3 is the biochemical degradation．According to the water qua</p><p>　　Keywords：aeration pool，oxidation ditch process， carrousel oxidation ditch，process flow </p><p>

6、;<b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設計概述1</p><p>　　1.1設計內容及要求1</p><p>　　1.1.1設計內容1</p><p>　　1.1.2 設計要求1</p><p>　　1.2 設計參數(shù)1</p><p>　　1.2

7、.1 設計污水流量1</p><p>　　1.3 設計原則2</p><p>　　第二章 工藝流程的確定3</p><p>　　2.1 污水中水質的分析3</p><p>　　2.2 工藝比選3</p><p>　　2.1.1 SBR工藝3</p><p>　　2.1.2 MBR工藝

8、4</p><p>　　2.1.3氧化溝工藝4</p><p>　　第三章 卡魯塞爾氧化溝設計6</p><p>　　3.1 氧化溝設計參數(shù)6</p><p>　　3.2 設計計算6</p><p>　　第四章 污水處理流程工藝設計12</p><p>　　4.1 工藝流程設計及計算

9、12</p><p>　　4.1.1 工程概況12</p><p>　　4.1.2 工程構筑物12</p><p>　　4.2工藝流程圖16</p><p><b>　　總結17</b></p><p><b>　　參考文獻18</b></p>&l

10、t;p><b>　　第一章 設計概述</b></p><p>　　本次課程設計主要是對某城市40000t/d污水處理廠的曝氣池進行設計計算，變化系數(shù)KZ為1.4，原水主要來源于生活污水，進水水質如下表：</p><p>　　表1-1　　　　進出水水質</p><p><b>　　單位：mg/L</b></p&g

11、t;<p>　　該水經(jīng)處理以后，要求水質應符合國家《污水綜合排放標準》（GB18918-2002）中的二級標準，BOD5/COD=0.42>0.3是可生化降解的。所以可采用生物法對其進行處理。 </p><p>　　1.1設計內容及要求</p><p><b>　　1.1.1設計內容</b></p><p>　　對某城市日均

12、處理4萬噸污水的污水處理廠的曝氣池工藝進行設計，污水的進出水情況見1-1表，使其出水達到國家二級標準。</p><p>　　1.1.2 設計要求</p><p>　　本次課程設計為初步工藝設計，具體要求如下：</p><p>　　1．工藝設計：給出污水深度處理工藝流程圖，并說明理由。</p><p>　　2．對曝氣池進行設計并計算結構尺寸，畫

13、出其設備構造圖</p><p><b>　　1.2 設計參數(shù)</b></p><p>　　1.2.1 設計污水流量</p><p>　　由設計資料可知，該市平均每日污水量為： </p><p><b>　　(1-1)</b></p>&

14、lt;p><b>　　設計流量為：</b></p><p><b>　　(1-2)</b></p><p>　　式中：Q——最大污水量，m3/d；</p><p>　　Qa——日平均污水量，m3/d；</p><p><b>　　KZ——變化系數(shù)。</b></p&g

15、t;<p><b>　　1.3 設計原則</b></p><p>　　1）出水水質達到國家《污水綜合排放標準》（GB18918-2002）中的二級標準；</p><p>　　2）工藝可靠，處理效果穩(wěn)定；</p><p>　　3）投資省，設備簡單，操作簡單，運行費用低；</p><p>　　4）既要去除BOD

16、5，又要處理污水中的氮、磷。</p><p>　　第二章 工藝流程的確定</p><p>　　2.1 污水中水質的分析</p><p>　　根據(jù)表1可知，各污染物的去除率應達到以下數(shù)值：</p><p><b>　　2.2 工藝比選</b></p><p>　　2.1.1 SBR工藝</p&

17、gt;<p>　　SBR是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，集進水、曝氣、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四個或三個池子構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行，故稱序批式活性污泥法?，F(xiàn)在又開發(fā)出一些連續(xù)進水連續(xù)出水的改良性SBR工藝，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。這種一體化工藝的特點是工藝簡單，由于只有一個反應池，不需二沉池、回流污泥及設備，一般情況下不設調節(jié)池，多數(shù)情況下可省去初沉池，故節(jié)省占地

18、和投資，耐沖擊負荷且運行方式靈活，可以從時間上安排曝氣、缺氧和厭氧的不同狀態(tài)，實現(xiàn)除磷脫氮的目的，污泥沉降性能良好，對水質水量變化的適應性強。但因每個池子都需要設曝氣和輸配水系統(tǒng)，采用潷水器及控制系統(tǒng)，間歇排水水頭損失大，池容的利用率不理想。不連續(xù)的出水，要求后續(xù)構筑物容積較大，有足夠的接受能力。而且不連續(xù)出水，使得SBR工藝串聯(lián)其他連續(xù)處理工藝時較為困難。</p><p>　　2.1.2 MBR工藝</p

19、><p>　　膜生物反應器是用超濾膜代替二沉池進行污泥固液分離的污水處理裝置，為膜分離技術與活性污泥法的有機結合。超濾膜孔徑一般在0.1—0.4μm,出水水質相當于二沉池再加超濾膜的效果。膜生物反應器不僅提高污染物的去除率，在很多情況下可作為再生水直接回用，在將來的污水處理領域膜生物反應器將會得到較多應用。</p><p>　　膜生物反應器在一個處理構建物內可以完成生物降解和固液分離功能，生物

20、反應區(qū)的混合液固體濃度可以比活性污泥法高幾倍。膜生物反應器的優(yōu)點是：</p><p>　?、偃莘e負荷高、水力停留時間短；</p><p>　?、谖勰帻g較長，剩余物理量減少；</p><p>　　③避免因為污泥絲狀膨脹或其他污泥沉降問題而影響抱起反應區(qū)的MLSS濃度；④在低濃度溶解氧濃度運行時，可同時進行硝化和反硝化；</p><p>　　⑤出

21、水有機物濃度、懸浮固體濃度、濁度均很低，甚至致病微生物都可能被截留，出水水質好；</p><p>　?、尬鬯幚碓O施占地面積小。</p><p>　　但膜造價高，使膜-生物反應器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝；膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；能耗高。</p><p>　　2.1.3氧化溝工藝</p><p>　　氧化溝是延時曝氣法的一種特

22、殊形式，一般采用圓形或橢圓形廊道，池體狹長，池深較淺，在溝槽中設有機械曝氣和推進裝置。池體的布置和曝氣、攪拌裝置都有利于廊道內的混合液單向流動。具有較長的水力停留時間、較低的有機負荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活污泥法、可以省略調節(jié)池、初沉池、污泥消化池、有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為曝氣裝置特定的定位布置是氧化溝具有獨特水力學特征和工作特性。而且流程簡單、操作靈活、適應性強、處理效率穩(wěn)定、操作管理方便，

23、是連續(xù)運行、連續(xù)進水連續(xù)出水，污泥沉降性能好，污泥在氧化溝內有一定好氧穩(wěn)定性，無需進行污泥消化。</p><p>　　綜上所述，任何一種方法，都能達到去除有機物和降磷脫氮的效果，且出水水質良好，但相對而言，SBR法一次性投資較少，占地面積較大，且后期運行費用高于氧化溝。生物膜造價高，運行管理復雜，因此，采用氧化溝為本設計的工藝方案。</p><p>　　第三章 卡魯塞爾氧化溝設計</

24、p><p>　　3.1 氧化溝設計參數(shù)</p><p>　　設計流量： </p><p>　　污泥齡： </p><p>　　污泥產(chǎn)率系數(shù)： </p><p>　　混合液懸浮固體濃度： &l

25、t;/p><p>　　回流污泥濃度： </p><p><b>　　3.2 設計計算</b></p><p>　　1．氧化溝容積： (3-1)</p><p>　　式中：V——氧化溝容積，m3；</p><p>

26、　　Q——最大流量，m3/h；</p><p><b>　　——污泥齡，d；</b></p><p>　　Y——污泥產(chǎn)率系數(shù)，kgSS/kgBOD；</p><p>　　S0——進水BOD5濃度，mg/L；</p><p>　　Se——出水BOD5濃度，mg/L；</p><p>　　X——混合液

27、懸浮固體濃度，g/L。</p><p>　　水力停留時間： (3-2)</p><p>　　式中：T——水力停留時間，d；</p><p><b>　　2． 厭氧池計算：</b></p><p>　　回流比：

28、 (3-3)</p><p>　　式中：R——回流比，%；</p><p>　　XR——回流污泥濃度，g/L。</p><p>　　厭氧池體積： (3-4)</p><p>　　式中：VA——厭氧池體積，m3。</p>

29、<p>　　核算厭氧污泥量比值：</p><p>　　厭氧污泥量： (3-5)</p><p>　　式中：XAT——厭氧污泥量，kg。</p><p>　　氧化溝污泥量： (3-6)</p><p>　　式

30、中：X溝——氧化溝污泥量，kg；</p><p>　　V溝——氧化溝容積，m3。</p><p>　　厭氧污泥量比值 (3-7)</p><p>　　可見厭氧污泥量比值較高。為減小厭氧池容積，減少回流污泥帶來的硝態(tài)氮，以利于生物處理，可將回流污泥分為兩部分：一部分回流到厭氧池，一部分直接回流氧化溝。現(xiàn)將90%污泥

31、回流厭氧池，另60%污泥回流氧化溝，再核算厭氧污泥量比值。</p><p>　　厭氧池污泥濃度 (3-8)</p><p>　　式中：R1——回流到厭氧池的回流比，%；</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　(3-

32、10)</b></p><p>　　厭氧污泥比值： (3-11)</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　3． 需氧量計算： (3-12)</p><p>　　式

33、中：O2——實際需氧量，即AOR，kgO2/d；</p><p>　　OC——去除含碳有機物單位消耗量，包括BOD降解耗氧量和活性污泥水解耗氧量，kgO2/kgBOD；</p><p>　　St ——BOD去除量，kg/d；</p><p>　　Nht——硝化的氨氮量，kg/d。</p><p>　　取 時的 。

34、 (3-13)</p><p>　　BOD的去除量： </p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　式中：fc——BOD負荷波動系數(shù)，取1.2（根據(jù)污泥齡選取）</p><p><b>　　需硝化的氨氮量：</b></p><p&g

35、t;<b>　　(3-15)</b></p><p>　　式中：N——進水氨氮濃度，mg/L；</p><p>　　Nhe——出水氨氮濃度，mg/L；</p><p>　　5——安全量，mg/L。</p><p>　　單位耗氧量： (3-16)&l

36、t;/p><p>　　需氧量修正系數(shù)： </p><p>　　標準需氧量： (3-17)</p><p>　　式中：SOR——標準需氧量，kgO2/h；</p><p>　　K0——需氧量修正系數(shù)，T=25 時取1.59。</p><p>

37、<b>　　4． 曝氣設備：</b></p><p>　　本設計選用立軸式曝氣葉輪，直徑 ，電機功率110kw，供氧183kgO2/h，所需的曝氣葉輪臺數(shù)： </p><p>　　5． 氧化溝的尺寸：</p><p>　　采用4廊道式卡魯塞爾氧化溝，取池深5m，寬10m。</p><p>　　氧化溝總長：

38、 (3-18)</p><p>　　彎道處長度： (3-19)</p><p>　　單個直道長： (3-20)</p><p>　　氧化溝總池長：

39、 (3-21)</p><p>　　總池寬： (3-22)</p><p><b>　　校核實際污泥負荷：</b></p><p><b>　　(3-23)</b></p>&l

40、t;p>　　式中： ——校核實際污泥負荷，kgBOD?(kgMLSS?d)。</p><p>　　6．每天排出的剩余污泥量：</p><p><b>　　(3-24)</b></p><p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　式中：Yobs——凈產(chǎn)率系數(shù)；</p>

41、;<p>　　△XV——剩余污泥量，kg/d。</p><p>　　7． 厭氧池的配置：</p><p>　　氧化溝前端設置厭氧池，池型采用矩形，水深5m，長度40m，由此可算出寬度為。 </p><p>　　第四章 污水處理流程工藝設計</p><p>　　4.1 工藝流程設計及計算</p><p>　

42、　4.1.1 工程概況</p><p>　　污水經(jīng)集水井進入格柵截留大顆粒有機物和漂浮物后，再由提升泵進入沉砂池，依次進入?yún)捬醭?、氧化溝、二沉池、接觸氧化池，然后即可排除，其中二沉池產(chǎn)生的污泥一部分回流回流到厭氧池、一部分直接回流到氧化溝，剩余污泥經(jīng)濃縮池排出。</p><p>　　4.1.2 工程構筑物</p><p><b>　　1．集水井</b

43、></p><p>　　原水在集水井中匯集，儲存?zhèn)溆谩?lt;/p><p><b>　　2．格柵</b></p><p>　　格柵是由一組平行的金屬柵條、塑料齒鉤或金屬篩網(wǎng)、框架及相關裝置制成，傾斜安裝在污水渠道、泵房集水井的進口處或污水處理廠的前端，用以截留污水中較大的懸浮物或漂浮物，如纖維、碎皮、毛發(fā)、果皮、蔬菜、塑料制品等，防止堵塞和纏

44、繞水泵機組、曝氣器、管道閥門、處理構筑物配水設施、進出水口，以便減輕后續(xù)處理構筑物的處理負荷，并使之正常進行。被截留的物質稱為柵渣。按格柵柵條間距的大小不同,格柵分為粗格柵(50~100mm)、中格柵(10~40mm)和細格柵(1.5~10mm)3類。按格柵的清渣方法，有人工格柵、機械格柵和水力清除格柵三種，目前，污水處理廠大多都采用機械格柵。</p><p>　　3．提升泵房（與中格柵合建在一起）</p&

45、gt;<p>　　本設計中采用中格柵和提升泵房（兩者合建在一起）。中格柵用以截留水中的較大懸浮物或漂浮物，以減輕后續(xù)處理構筑物的負荷，用來去除那些可能堵塞水泵機組諸管道閥門的較粗大的懸浮物，并保證后續(xù)處理設施能正常運行的裝置。提升泵房用以提高污水的水位，保證污水能在整個污水處理流程過程中流過，從而達到污水的凈化。泵房進水角度不大于45度。</p><p><b>　　4．沉砂池</b

46、></p><p>　　沉砂池一般是設在污水處理廠生化構筑物之前的泥水分離的設施。分離的沉淀物質多為顆粒較大的砂子，沉淀物質比重較大，無機成分高，含水量低。污水在遷移、流動和匯集過程中不可避免會混入泥砂。污水中的砂如果不預先沉降分離去除，則會影響后續(xù)處理設備的運行。最主要的是磨損機泵、堵塞管網(wǎng)，干擾甚至破壞生化處理工藝過程。常用的沉砂池的形式有平流式沉砂池、曝氣沉砂池和旋流沉砂池。</p>&

47、lt;p>　　表4-1 沉砂池的比較</p><p>　　綜上所述曝氣沉砂池在沉砂效果相同的情況下，對流量的變化適應能力強；可以通過曝氣量控制水流的水力停留時間或在池內造成環(huán)流，有利于砂粒與有機物的分離。因為沉砂池后直接接氧化溝工藝，沒有初沉池，所以選用曝氣沉砂池，能起到曝氣與混合絮凝作用。</p><p><b>　　5．氧化溝</b></p>

48、;<p>　　近年來，氧化溝發(fā)展很快，無論是池型和曝氣裝置，都像多樣化和大型化發(fā)展。氧化溝是活性污泥法的改良和發(fā)展，曝氣池呈封閉渠道形，污水和活性污泥在循環(huán)水流的作用下混合接觸，完成有機物的凈化過程，又稱循環(huán)曝氣池。氧化溝在流態(tài)上介于推流式和完全混合式之間，局部流態(tài)為推流式，整體為完全混合狀態(tài)，同時具有這兩種混合方式的某些特點。在氧化溝中，污水和活性污泥的混合液在外加動力的作用下，不停的循環(huán)流動，有機物在微生物的作用下得到

49、降解。該工藝對水溫、水質和水量的變化有較強的適應性，污泥齡長、剩余污泥少、而且具有脫氮的功能。氧化溝有多種不同的類型，如Carrousel式、Orbal式、一體化氧化溝、交替式氧化溝等。由于本此設計要求除P達到57%，所以在氧化溝前加一厭氧池，使其具有良好的除磷效果。其中最主要的是所謂的卡羅塞（Carrousel）式氧化溝。它具有立式表面曝氣器單擊功率大，調節(jié)性能好，節(jié)能效果顯著，平均氧轉移動力效率大于2.1kgO2/（kW﹒h），有較

50、強的混合攪拌和抗沖擊負荷能力，氧化溝深度增大，達到5m以上，減少了占地面積和基建費用。</p><p>　　本設計采用的是卡羅塞（Carrousel）氧化溝。去除BOD5與COD之外，還具備硝化和一定的脫氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放標準。</p><p>　　曝氣系統(tǒng)：采用立軸式曝氣葉輪表面曝氣器。</p><p><b>　　6．二次沉淀池<

51、;/b></p><p>　　二沉池設在生物處理構筑物后面，用于沉淀分離活性污泥或去除生物膜法中脫落的生物膜是整個活性污泥法系統(tǒng)中非常重要的組成部分，是進行泥水分離和污泥部分壓縮的處理單元，使混合液澄清、濃縮和回流性污泥。二沉池是曝氣池出水的分離場所，是曝氣池活性污泥的來源，它的工作效果直接影響活性污泥系統(tǒng)的出水水質和回流污泥濃度。</p><p>　　沉淀池按構造形式可分為平流式、

52、輻流式和豎流式沉淀池，另外還有斜板（管）沉淀池。輻流式沉淀池一般采用對稱布置，有圓形和正方形。主要由進水管、出水管、沉淀區(qū)、污泥區(qū)及排泥裝置組成。按進出水的形式可分為中心進水周邊出水、周邊進水中心出水和周邊進水周邊出水三種類型，其中，中心進水周邊出水輻流式沉淀池應用最廣。周邊進水可以降低進水時的流速，避免進水沖擊池底沉泥，提高池的容積利用系數(shù)。這類沉淀池多用于二次沉淀池。本設計中采用機械吸泥的向心式圓形輻流沉淀池，進水采用中心進水周邊出

53、水。</p><p><b>　　7．接觸池</b></p><p>　　接觸池是使消毒劑與污水混合，進行消毒的構筑物。主要功能是消毒殺菌，去除水中的有毒有害物質。常用的消毒方法見下表:</p><p>　　表4-2 常用消毒方法比較</p><p>　　出水達到國家二級標準，消毒劑是起到保安作用的，目前大部分污水

54、處理廠都采用加氯消毒或漂白粉消毒，再綜合上表中的比較，本次工藝選取加氯消毒。</p><p><b>　　8．污泥濃縮池</b></p><p>　　污泥濃縮是降低污泥含水率、減小污泥體積、降低污泥后續(xù)處理費用的有效方法。污泥濃縮的方法主要由重力濃縮法、氣浮濃縮法和離心濃縮法。本處理工藝采用重力濃縮法，濃縮重力濃縮法是利用自然的重力沉降作用，是污泥中的間隙水的以分離。

55、重力濃縮構筑物稱為重力濃縮池。根據(jù)運行方式的不同，可分為連續(xù)式重力濃縮池和間歇式重力濃縮池兩種，本設計采用連續(xù)式重力濃縮池。。濃縮后污泥進行污泥機械脫水，上清液回流至集水井。</p><p><b>　　9．污泥脫水機房</b></p><p>　　污泥處理廠的污泥是由液體和固體兩部分構成的懸浮液，污泥脫水是整個污泥處理工藝的一個重要步驟或環(huán)節(jié)，其目的是使固體部分得到

56、富集，減少污泥體積，為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。</p><p><b>　　4.2工藝流程圖</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　通過兩周的課程設計，使我對氧化溝工藝有了更深層的了解，尤其是卡魯塞爾氧化溝，也就是我們這次的主要設計工藝。它的處理效果很高，能達到所要求的排水標準?？斎麪栄趸?/p>

57、溝具有較長的水力停留時間、較低的有機負荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活污泥法、可以省略調節(jié)池、初沉池、污泥消化池，運行管理十分簡單。由于曝氣設備攪拌能力強，溝深可達到5米以上，這有利于減少占地和保持水溫。而且溝形可靈活變化，渠道數(shù)可多可少（但必須雙數(shù)），形狀可以是溝形，也可以是方形、同心圓形，根據(jù)地形條件定。在設計中氧化溝存在的主要問題就是卡魯塞爾氧化溝不易形成穩(wěn)定的厭氧區(qū)，所以為了能更有效的去除磷，需在氧化溝前增設單獨的厭氧池。<

58、;/p><p>　　新的工藝來源于實踐，只要我們能認真總結實踐經(jīng)驗，開拓思路，勇于創(chuàng)新，就能開發(fā)出性能更好的新工藝，為污水處理事業(yè)做出更多的貢獻。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　?。?］周雹.活性污泥工藝簡明原理及設計計算..北京.中國建筑工業(yè)出版社.2005</p><p>　?。?］陳杰

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