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2

查阅资料，进行设计计算

2天（19周周二～周三）

3

绘制CAD设计图纸

2天（19周周四～周五）

4

编写设计说明书，装订成册

2天（19周六～周日）

5

总计时间

7天

成绩考核办法

根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。

设计说明书

设计原始资料

2.1.1设计题目

35000m3/d生活污水处理中氧化沟设备设计

2.1.2原始资料

处理流量Q＝35000m3/d

2.1.3水质情况：

2.1.4出水要求

工艺的确定

2.2.1工艺流程图

2.2.2主要处理构筑物的选择

（一）格栅：

格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来节流污水中较粗大漂浮物。

（二）沉砂池：

污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应器的有效容积，甚至在脱水时扎破滤带损坏脱水设备。

沉砂池的设置目的就是去除污水中泥沙、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。

沉砂池的工作原理是以重力分离或离心分离为基础，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。

消毒池：

城市污水经过一级或二级处理（包活性污泥法和膜法）后，水质改善，细菌含量也大幅度减少，但其绝对值仍很可观，并有存在病源菌的可能。

因此，污水排入水体前设置深度处理来进行消毒，而本设计采用的是加氯消毒。

氧化沟

1.3.1氧化沟工艺简介

氧化沟是一种改良的活性污泥法，最早属于完全混合延时曝气过程。

长年运行实践表明，氧化沟处理的出水水质好，他能够完全地去除含碳化合物，可以产生高度的硝化作用，运行维护容易，可靠性能高。

与传统的活性污泥法曝气池相比，氧化沟具有以下各项特征。

（1）在构造方面的特征

①氧化沟一般呈环形渠状，平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，为3-7m。

②氧化沟的进水装置比较简单，只需慎入一根进水管即可，多沟平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还应设自动控制装置，以变换水流投配方向。

（2）在水流混合方面的特征

污水在氧化沟内做几十次甚至上百次的循环流动，在这点上可以认为在氧化过内混合液的水质几乎一致，即认为氧化沟内的流态是完全混合的。

但又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。

（3）在工艺方面的特征

①操作单元少：

原水经过格栅沉沙后，即可进入氧化沟，而不需在系统中设置初沉池和调节池。

还可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟和二次沉淀池合建，省去污泥回流装置并节省占地。

②耐冲击负荷：

有机负荷、水力负荷和有害物质的冲击负荷对氧化沟工作的影响不明显，氧化沟有完全混合的特征且其中有大量的活性污泥，这就提高了系统对这些不良因素的抵抗能力。

③处理效果好，运行稳定：

氧化沟中的污泥总量比普通曝气池高10-30倍，在供氧充足的情况下，氧化沟中污水被完全净化，处理效果好。

氧化沟即使是在严冬季节运行，出水仍能达到排放标准。

④污泥产率低，剩余污泥较稳定，没有臭味，脱水快，可以不经消化而直接脱水。

⑤适用范围广：

氧化沟不仅能处理生活污水，还能处理工业废水，不仅能用于温暖地区，还能用于寒冷地区。

⑥氧化沟具有脱氮能力。

（4）在经济方面特征：

氧化沟是一种经济的污水处理系统，凡是适宜采用活性污泥法的地方都可以修建氧化沟。

2.3.2氧化沟的类型

（一）卡鲁赛尔氧化沟

应用立式低速表面曝气器供氧并推动水流前进，是由荷兰Carrousel发明，开发这种氧化沟的目的是寻求渠道更深的氧化沟和效率更高、机械性能更好的系统设备，以弥补当时氧化沟的占地面积大的缺点。

（二）交替工作式氧化沟

在国外采用的形式主要是双沟式氧化沟，即双沟交替在好氧和沉淀的状态下工作，以免除分离式的二次沉淀池，并可完成硝化与反硝化过程。

由于双沟式氧化沟的设备闲置率高，又开发了三沟式氧化沟，提高了设备利用率。

（三）奥贝尔氧化沟

由多个同心的环形沟渠组成，废水从外沟依次流入内沟，曝气设备采用曝气转盘，各沟有机物和溶解氧均不相同，因此可以实现脱氮除磷的目的。

（四）一体化氧化沟

氧化沟和二沉池合建为一体的氧化沟称为一体氧化沟，可省去污泥回流系统，基建投资较省。

（五）微孔曝气氧化沟

采用微孔曝气，具有工艺先进、出水水质稳定、占地少、节能等特点。

（六）其他类型的氧化沟

如射流曝气氧化沟、U-型氧化沟等。

本设计选择交替工作式氧化沟中的三沟式氧化沟。

2.3.3氧化沟工艺设计总则

设计可以结合水力负荷、BOD5负荷、预计的处理率、混合液悬浮固体浓度和污泥龄等因素合理计算。

一般的经验数据是污泥负荷为（kgMLSS·

d），曝气池的容积负荷，而水力停留时间12-36h和污泥龄10-30d，采用日平均浸水流量作为设计流量。

在氧化沟设计中，除了要考虑传统碳源污染物的去除，还要根据需要考虑污水的硝化和污泥的稳定性问题。

2.3.4氧化沟工艺的优缺点

优点：

①氧化沟结合推流和完全混合的特点，有利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的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环。

这样，氧化沟在短期内呈推流状态，而在长期内又呈混合状态。

这两者的结合，即使入流至少经历一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。

同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速，而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量，进入沟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，对不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，因此，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，到下游溶解氧浓度就很低，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区实现硝化-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，而且可以通过反硝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的化学药品数量。

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。

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，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低得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。

据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20%-30%。

⑤另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，操作管理方便，出水水质好，工艺可靠性强，基建投资省，运行费用低等特点。

缺点：

①污泥膨胀问题；

②泡沫问题；

③污泥上浮问题；

④流速不均及污泥沉积问题。

2.3.5三沟式氧化沟工艺原理

本设计采用T型三沟交替式氧化沟系统，沉砂池来水经过配水井进入沟内，每沟之间相互连通，两侧沟上设有启闭式可调堰，剩余污泥一般从中间排放，其具体运行分为六个阶段一个运行周期，每周期历时8小时。

第一阶段：

污水进入沟Ⅰ，沟Ⅰ内转刷低速运行，沟Ⅱ内转刷高速运行，沟Ⅲ内转刷停转，沟Ⅰ内出水堰关闭，沟Ⅲ内出水堰开启并排水，该阶段中，沟Ⅰ为缺氧区，只推动不曝气，反硝化脱氮在此沟进行，沟Ⅱ为曝气区，沟Ⅲ为沉淀区，进行泥水分离（该阶段历时）。

第二阶段：

污水进入沟Ⅱ，沟Ⅱ和沟Ⅰ内转刷均高速运行，沟Ⅲ内转刷停转，沟Ⅰ出水堰仍关闭，沟Ⅲ出水堰仍开启并排水，在该阶段，沟Ⅰ为闷曝气沟，沟Ⅲ为沉淀区（该阶段历时）

第三阶段：

污水仍进入沟Ⅱ，沟Ⅰ内转刷停转，沟Ⅱ内转刷继续高速运转，沟Ⅲ内转刷仍停转，沟Ⅰ出水堰仍关闭，沟Ⅲ出水堰仍开启并排水，在该阶段中，沟Ⅰ为静沉区，沟Ⅱ为曝气区，沟Ⅲ为沉淀区（该阶段历时为）

第四阶段：

污水改为进入沟Ⅲ，沟Ⅰ内转刷仍停止，沟Ⅱ内转刷高速运转，沟Ⅲ内转刷低速运转，沟Ⅰ出水堰开启并排水，沟Ⅲ出水堰关闭，在该阶段中沟Ⅰ为沉淀区，沟Ⅱ为曝气区，沟Ⅲ为缺氧区（该阶段历时）

第五阶段：

污水改为进入沟Ⅱ，沟Ⅰ内转刷继续停转，沟Ⅱ内转刷继续高速曝气，沟Ⅲ内转刷亦改为高速运转，沟Ⅰ出水堰仍开启并排水，沟Ⅲ出水堰仍关闭，在该阶段中，沟Ⅰ为沉淀区，沟Ⅱ为曝气区，沟Ⅲ为闷曝区，该阶段历时

第六阶段：

污水仍进入沟Ⅱ，沟Ⅰ内转刷继续停转，沟Ⅱ内转刷继续高速运转，沟Ⅲ内转刷停转，沟Ⅰ出水堰开启并排水，沟Ⅲ出水堰仍关闭，在该阶段中，沟Ⅰ为沉淀区，沟Ⅱ为曝气区，沟Ⅲ为静沉区，该阶段历时。

以上运行程序总结为下表：

由表得出,沟Ⅰ内转刷每隔5h低速运行,高速运行,循环开停,沟Ⅱ内转刷一直处于高速工作状态,沟Ⅲ内转刷亦每隔5h低速运行,高速运行,循环开停,沟Ⅰ出水堰每隔4h开启4h,依此循环,沟Ⅲ出水堰亦每隔4h开启4h,循环开停,沟Ⅰ进水阀每隔开,沟Ⅱ进水阀门每隔开,沟Ⅲ进水阀门每隔开,以上程序均为定时开停,极易实现自控。

表1六阶段反硝化运行程序

沟号

阶段历时

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

沟Ⅰ

转刷状态

低

高

停

出水堰

关

开

是否出水

进

否

工作状态

缺氧

闷曝

静沉

沉淀

沟Ⅱ

—

是

曝气

沟Ⅲ

2.3.6三沟式氧化沟特点

①工艺流程简单，方便管理。

三沟式氧化沟按好氧、缺氧、沉淀3种不同的工艺条件运行，所以除了有一般氧化沟的抗冲击负荷、不易发生短流等优点外，还不需另建沉淀池，污泥也不用回流。

②曝气设备利用率高。

与双沟交替工作式氧化沟相比，在三沟中，有1沟（中沟）一直作为曝气区使用，因而提高了曝气设备的利用率。

③自动化程度高。

整个工艺根据输入的运行模式，油PLC系统自动控制和切换，使整个装置实行了自动化管理。

氧化沟的详细设计要求

2.4.1氧化沟沟体

氧化沟一般建为环形沟渠型，其明面可为圆形和椭圆形或与长方形的组合型。

其四周池壁可为钢筋混凝土直墙，也可根据土质情况挖成斜坡并衬砌。

二沉池、厌氧区与好氧区可合建，也可分建。

其分组布置形式应根据占地、沟型等条件要求设计。

处理构筑物应根据当地气温和环境条件，采取防冻措施。

本设计采用半圆与长方形的组合型。

2.4.2氧化沟的几何尺寸

氧化沟的渠宽、有效水深视占地、氧化沟的分组和曝气设备性能等情况而定。

一般情况，当采用曝气转刷时，有效水深为-3.5m；

当采用曝气转碟时，有效水深为-4.5m；

当采用表面曝气机时，有效水深为-5.0m。

当同时配备搅拌措施时，水深尚可加大。

氧化渠直线段的长度最小为12m或水面处渠宽的2倍。

氧化沟的宽度与曝气器的宽度相关。

一般所有的曝气池超高不应小于0.5m。

氧化沟的超高与选用的曝气设备性能有关，当采用曝气转刷、曝气转盘时，超高0.6m；

当采用表面曝气机时，其设备平台宜高出设计水面-1.2m。

同时应该设置控制泡沫的喷嘴或其他控制泡沫有效的方法。

本设计曝气设备采用曝气转刷，有效水深取3.5m，超高0.6m，池体宽取18m，长取74m。

2.4.3进、出水管

当两组以上氧化沟并联运行时，或采用交替式氧化沟时，应设进水配水井，其中可设配水堰或配水闸，以保证均匀配水和控制流量。

进出水管的管径取DN=700mm。

1.4.4导流墙和导流板

氧化沟所有曝气器的上、下游应设置横向的水平挡板。

上游导流板高-2.0m，垂直安装于曝气转刷上游-5.0m处，主要是为了使表面的较高流速转入池底，同时降低混合液表面流速，提高传氧速率。

在曝气器的下游-3.0m应该设置水平挡板，与水平呈60°

角倾斜放置，顶部高于转刷底部150-250mm，顶部在水面下150mm。

挡板要超过1.8m水深，以保证在整个池深适当的混合。

在弯道处应设置导流墙，导流墙应设于偏向弯道的内侧，以使较多的水流内向汇集。

可根据沟宽确定导流墙的数量，在只有一道导流墙时可设在内壁1/3处，两道导流墙时外侧渠道宽为W/2,。

为了避免弯道出口靠中心隔墙一侧流速过低，造成回水，引起污泥下沉。

导流墙在下游方向需延伸一个沟宽的长度。

2.4.5曝气器的位置

曝气器位于弯道下游直线段氧化沟4-5m处。

立式表曝机应该设在弯道处。

转刷的研磨深度应该在100-300mm，转刷应该在整个沟宽度方向满布。

并且有足够位置安装轴承。

2.4.6走道板和防飞溅控制

氧化沟的走道满足曝气器维修空间需要，一般是在曝气器之上。

应该设置防飞溅挡板，以免曝气器将水溅到走道上。

第三章设计计算

原始设计参数

Q=35000m3/d

水质指标

BOD5

CODcr

SS

pH

氨氮

总磷

进水水质

300mg/L

500mg/L

250mg/L

6-9

40mg/L

8mg/L

出水水质

10mg/L

60mg/L

30mg/L

8mg/L

mg/L

选取设计参数

污泥产率Y=；

内源代谢系数kd=；

假设科生物降解的MLVSS比例fb=

假设混合液中50%为挥发性的；

曝气器形式采用曝气转刷；

曝气器动力效率=（kW·

h）；

反应器中溶解氧浓度=mg/L；

α=，β=；

去除BOD5的设计计算

3.3.1计算污泥龄

3.3.2计算出水BOD5和去除率

mg/L；

出水SS要求小于30mg/L，假设可达SS=20mg/L

则MLVSS贡献的

；

则总水BOD5=+=10mg/L，可达到标准；

BOD5去除率

则去除量=

kg/d。

3.3.3计算曝气池体积

kg/d

取MLSS=4000mg/L，则

3.3.4校核停留时间和污泥负荷

，合理。

（kgBOD5/kgMLSS）=（kgBOD5/kgMLVSS）

3.3.5计算剩余污泥量

如果沉淀部分污泥浓度为1%，则每天排泥

3.3.6校核挥发性固体产率

3.3.7复核可生物降解MLVSS比例（fb）

YSr+kdX'

=

与最初假设值相同。

脱氮的设计计算

20℃的脱硝率qd=kgMLVSS

氧化沟产生的污泥中含氮率设为10%

3.4.1需要氧化的NH3-N量为

3.4.2脱氮所需容积

3.4.3脱氮水力停留时间

3.4.4计算总体积

其中fa=

因此氧化沟的总容积77714m3

曝气设备设计

3.5.1需氧量的计算

①碳源需氧量（D1）

D1=a'

Q（S0-S）+b'

VX

=

=18657kg/d=777kg/h

②硝化需氧量（D2）

D2=

③脱氮产生的氧气量（D3）

D3=

④总需氧量（D）

D=D1+D2+D3=18657+5152+1852=21957kg/d=915kg/h

3.5.2标准需氧量

1338kg/h

3.5.3配置曝气设备

需要配置的曝气功率（P）

因此至少需要选用电机功率为45kW，直径1000mm、轴长9.0m的曝气转刷20台，考虑到三沟式氧化沟的容积利用率问题，最终共需要设置24台转刷。

考虑到计算得氧化沟容积较大，特设置4组氧化沟，每组设置6台转刷。

氧化沟的尺寸

算得，氧化沟的有效容积为77714m3，因容积较大，特设置4组氧化沟，

则每组氧化沟的容积V单组=

三沟体积相同，则V单沟=

氧化沟的有效水深取3.5m，超高0.6m，

则氧化沟单沟的面积S=

设氧化沟的宽取18m，则长为74m。

参考文献

[1]高廷耀，顾国维，周琪．水污染控制工程．北京：

高等教育出版社，2007．7；

[2]潘涛，田刚．废水处理工程技术手册．北京：

化学工业出版社，2010．5；

[3]岳州，胡勇有．氧化沟污水处理技术及工程实例．北京：

化学工业出版社，；

[4]邓荣森．氧化沟污水处理理论与技术．北京：

化学工业出版社，2006．4；

[5]魏崇光，郑晓梅．化工工程制图．北京：

化学工业出版社，1994．3。