卡鲁塞尔氧化沟法处理城镇生活污水的工艺设计.docx

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卡鲁塞尔氧化沟法处理城镇生活污水的工艺设计

（2012届）

毕业论文（设计）

题　　目：

卡鲁塞尔氧化沟法处理城镇生活污水的工艺设计

学　　院：

专　　业：

班　　级：

学　　号：

　　　　0　　　　　　

姓　　名：

指导教师：

教　务　处　制

　2012年月　日

诚信声明

我声明，所呈交的论文（设计）是本人在老师指导下进行的研究工作与取得的研究结果。

据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

我承诺，论文（设计）中的所有内容均真实、可信。

论文（设计）作者签名：

签名日期:

年月日

授权声明

学院有权保留送交论文（设计）的原件，允许论文（设计）被查阅和借阅，学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计），学校必须严格按照授权对论文（设计）进行处理，不得超越授权对论文（设计）进行任意处理。

论文（设计）作者签名：

签名日期:

年月

摘要:

本文采用卡鲁塞尔氧化沟工艺对生活污水进行处理，设计进水水量为50000吨/天，COD为300mg/L，BOD为200mg/L，SS为260mg/L，TN（以N计）为30mg/L，TP（以P计）为5mg/L。

设计主要工艺流程为格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池、污泥浓缩池等，并根据设计参数对其主要构筑物进行设计计算，并绘制了工艺流程图、平面布置图、高程图和主要构筑物图。

结果表明：

经过该工艺处理后，COD的去除率是80%，BOD的去除率是90%，SS的去除率是92.3%，TN的去除率是50%，出水可达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级标准中的B标准。

工程总投资13820.8万元，运行费用1548.86万元/年，折合吨水成本为0.85元/吨。

该工艺具有脱氮除磷效果好，运行简单，费用低廉等特点，具有广阔的市场经济价值和环境保护效益。

关键词:

生活污水氧化沟设计

Abstract:

Inthispaper,it'sprimarilyabouttheCarrouseloxidationditchprocessdealingwiththesewage.Theinfluentwaterdesignedis50,000tons/day,CODis300mg/L,BODis200mg/L,SSis260mg/L,TN（N）is30mg/L,andTP（P）is5mg/L.Theprocessincludesthegrille,gritchamber,oxidationditch,secondarysettlingtankandsludgethickener.Andcalculatethesizeofitsmainstructuresinaccordancewiththedesignparameters.Thendrawaflowchart,floorplan,elevationdrawings,andthemainstructuresaswell.Theresultsshowedthat:

afterthisprocess,theremovalratiosofCODis80%,theremovalratiosofBODis90%,theremovalratiosofSSis92.3%,theremovalratiosofTNis50%,whentheeffluentcanreachastandardBofprimarystandardinTheNationalUrbanSewageTreatmentPlantEmissionStandards（GB18918-2002）.Thetotalinvestmentis13820.8millionyuan,theoperatingcostis1548.86millionyuaneveryyear,andisequivalenttothewatercost--0.85yuan/ton.Thisprocesshasagoodprocessingeffectinnitrogenandphosphorusremoval,simpleoperation,low-cost,awidemarketeconomicvalueandenvironmentalbenefits.

Keywords:

SewageOxidationditchDesign

1绪论

1.1城市污水的危害

随着我过城市建设的速度不断加快，污水排放量也不断上升。

据报道，污水排放量每年以24亿m3的速度蔓延[1]，但是，相应的污水处理设施却难以跟上。

很多城市居民的生活污水没有经过处理，就直接排到江河湖泊水，对当地的环境造成了很大的破坏。

城市污水（municipalsewage,municipalwastewater）是指排入城镇污水系统的污水的统称。

载合流制排水系统中，还包括生产废水和截留的雨水。

城市污水主要包括生活污水和工业污水，由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。

随着城市建设的不断加快，特别是农村城市化的进程加快，城市污水的处理越来越受到人们的重视。

城市污水中90％以上是水，其余是固体物质。

水中普遍含有以下各种污染物：

悬浮物：

一般为200～500毫克／升，有时候可超过1000毫克／升。

其中无机和胶体颗粒容易吸附有机毒物、重金属、农药、病原菌等，形成危害大的复合污染物。

病原体：

包括病菌、寄生虫、病毒三类。

常见的病菌是肠道传染病菌，每升污水可达几百万个，可传播霍乱、伤寒、肠胃炎、婴儿腹泻、痢疾等疾病。

常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等，可造成各种寄生虫病。

病毒种类很多，仅人粪尿中就有百余种，常见的是肠道病毒、腺病毒、呼吸道病毒、传染性肝炎病毒等。

每升生活污水中病毒可达50万到7000万个。

需氧有机物：

包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等。

植物营养素：

生活污水、食品工业废水、城市地面径流污水中都含有植物的营养物质──氮和磷。

城市污水中磷的含量原先每人每年不到1千克,近年来由于大量使用含磷洗涤剂，含量显著增加。

来自洗涤剂的磷占生活污水中磷含量的30～75％，占地面径流污水中磷含量的17％左右。

氮素的主要来源是食品、化肥、焦化等工业的废水，以与城市地面径流和粪便。

硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐和一些有机磷化合物都是植物营养素，能造成地面水体富营养化、海水赤潮和地下肥水。

硝酸盐含量过高的饮水有一定的毒性，能在肠胃中还原成亚硝酸盐而引起肠原性青紫症。

亚硝酸盐在人体内与仲胺合成亚硝胺类物质可能有致畸作用、致癌作用。

　　城市污水中除含以上四类普遍存在的污染物外，随污染源的不同还可能含有多种无机污染物和有机污染物，如氟、砷、重金属、酚、氰、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等。

　　如果城市污水不经处理就排入地面水体，会使河流、湖泊受到污染。

城市污水处理困难的原因[2]

1）污水收集管网设计考虑不周全，建成的污水处理厂负荷率低，不能达到预期的处理量。

2）相关管理监督机制落后、混乱，严重影响污水处理厂的正常运行。

3）对于污水处理的认识不足，某些地方没有真正意识到污水处理的紧迫与重要，没有设立专门的维修养护资金，以致污水厂污水相关设施需保养维修甚至损坏，得不到与时处理，被迫停工停产。

4）相关政策落后，没有落实谁污染谁负责制度，仅靠国家和地方的财政支持建设处理厂，并且处理污水的成本与其带来经济效益无法相持，使得整个建设过程之后缓慢，甚至出现某些城市政府不愿投资污水处理厂建设的现象。

1.2城镇污水处理工艺选择[3]

1普通活性污泥法

该工艺的特征是有机物在曝气池内降解，经历了第一阶段吸附和第二阶段代谢的完整过程，活性污泥也经历了一个从池首端的对数增长，经衰减到池末端的内源呼吸期的生长周期。

由于有机物浓度沿池长逐步降低，需氧速率也是沿池长逐渐降低。

因此，在池首端和前段混合液中的溶解氧浓度较低，甚至可能是不足的，沿池长逐渐增高，在池末端溶解氧含量一般都能达到规定的2mg/L。

经长期运行实践证实，这种系统的活性污泥法存在着下列一些问题：

1）曝气池首端有机物负荷率高，耗氧速率也高，为了避免缺氧形成厌氧状态，进水有机负荷不宜过高。

因此，曝气池容积大，占用土地较多，基建费用高。

2）对水质、水量变化的适应能力较低，运行效果易受水质、水量变化的影响。

3）耗氧速率与供氧速率难以与沿池长吻合一致，在池前段可能出现耗氧速率高于供养速率的现象，池后段又可能出现相反的现象。

4）没有除磷脱氮的功能

2AB法

AB法即吸附和生物降解两段活性污泥法。

A段为高负荷的生物吸附阶段，即充分利用原污水中的微生物，以生物吸附为主去除BOD5，污水经中间沉淀池后进入B段，B段则按常规活性污泥法进行。

它最突出的优点是增加了高负荷的A段，增强了抗冲击负荷的能力，对PH和有毒物质的影响具有很大的缓冲作用，特别是适合于处理浓度较高，水质、水量变化较大的污水。

该工艺的主要弱点是A段的污泥量较高且不稳定，给污泥处理增加了难度，与普通活性污泥法相比虽然可以不建初沉池，但由于菌种问题，流程上需设两个曝气池、两个二沉池和两个污泥回流系统。

另外由于A段需高负荷运转，要求进水的BOD5在300mg/L以上才能有效发挥A段的作用。

因此，该工艺的构筑物较为复杂，并且，其除磷脱氮的效果不理想。

3氧化沟法

和传统的活性污泥法相比，氧化沟工艺可以节省掉调节池、初沉池和污泥消化池，流程简单化，而且出水水质比以前要好，操作企业也比较方便，运行费用还比较节省。

具有较好的处理效果。

氧化沟利用连续环式反应池作生物反应池，氧化沟提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力，一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍，水在沟内的停留时间较长，对不易降解的有机物也有较好的处理能力。

在实践中发展中，氧化沟演化成多种形式，如T型氧化沟和DE型氧化沟、Orbal氧化沟。

主要特点：

1）具有广泛的适用性和灵活性：

既可以用于中小型污水处理厂，又可以用于较大型污水处理厂；既可以去除有机污染物，又可以脱氮除磷；既可以作为主体工艺取代多项污水处理单元，也可以只作为曝气设施取代曝气池；既可以机械曝气，也可以鼓风曝气；既可以低负荷运行，也可以高负荷运行。

2）由于绝大多数氧化沟都是采用延时曝气，泥龄长，负荷低，因而去除有机物效率很高。

3）氧化沟的循环流态和机械曝气，可以控制沟内某些沟段处于缺氧状态，为污水反硝化创造条件，因此可以说只要是氧化沟就具有脱氮功能，适用于要求脱氮的地方。

4）氧化沟通常不设初沉池和污泥消化池，整个处理工艺非常简单，处理构筑物的规模不与常规活性污泥法的一半，操作管理大大简化，这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。

5）氧化沟的循环流态使进入的污水立刻被沟中循环流动的混合液稀释几倍到几十倍，具有很强的抗冲击负荷能力，对水质、水量变化剧烈的中小型污水处理厂很有利。

6）氧化沟存在的溶解氧浓度梯度使微生物交替处于好氧状态和缺氧状态，而引起污泥膨胀的丝状菌绝大多数是专性好氧菌，在这种环境中处于生存劣势，加之不设初沉池增大了污泥中的无机固体比重，提高了污泥的沉淀性能，因而氧化沟可以有效抑制污泥膨胀，解决了多年来困扰常规活性污泥法的一大难题。

7）氧化沟设备基本实现了国产化，在质量上能满足使用要求，价格比国外设备便宜很多，能显著降低设备费用。

8）国内大量工程实践表明，在100000m3/d规模以下，氧化沟的基建费用明显低于常规活性污泥法、A/O法与A2/O法等工艺。

4SBR法

传统SBR法处理污水是将连续流工艺中污水先进入反应池，进水时形成厌氧、缺氧，然后进入沉淀池泥水分离，曝气充氧，完成脱氮除磷过程，并在同一容器中沉淀。

这种方法不需要回流污泥，无专门的厌氧区、缺氧区、好氧区，分时段进行搅拌、曝气、沉淀，形成厌氧、缺氧、好氧过程，沉淀性能好，有机物去除效率高，提高难降解废水的处理效率，抑制丝状菌膨胀，不需要二沉池和污泥回流、工艺简单。

适用于中、小型污水处理厂。

优点：

1）在大多数的情况下，无需设置调节池；

2）SVI值较低，污泥易于沉淀，一般不易发生污泥膨胀；

3）通过调节运行方式，在单一的曝气池内能够进行除磷脱氮；

4）运行管理得当，处理出水水质优于连续式。

缺点：

1）运行管理难度较大；

2）工程投资比氧化沟略高；

3）曝气头易堵塞，维修困难。

5A2/O工艺

A2/O工艺是目前生物除磷脱氮工艺中应用较多一种方法，是最简单的同步除磷脱氮工艺，利用厌氧、缺氧、好氧实现有机物的降解过程，原污水首先进入厌氧区，转化为小分子发酵产物。

随后废水进入缺氧区，达到同时去碳和脱氮的目的。

释放能量可供本身生长繁殖，吸收周围环境中的溶解磷，有机物经厌氧区、缺氧区后，浓度已相当低。

A2/O工艺总水力停留时间小于其它同类工艺，厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群地繁殖生长，因此脱氮除磷效果非常好。

可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，对较高浓度和较低浓度均能得到良好的处理效果。

优点：

1）运行效果稳定、可靠，BOD5去除率一般可达90%，有较丰富的运行管理经验；

2）鼓风机采用曝气池溶解氧来自动控制，可降低运行电费；

3）具有较好的抗冲击负荷能力，适用中小城市水质水量变化较大的污水处理；

4）出水水质好，能深度脱氮、除磷。

缺点：

1）运行操作难度较大；

2）工程占地面积较大；

3）污泥产量较大。

6生物接触氧化法

该工艺管理较简单、节能，在我国也得到广泛地应用，该工艺采用接触氧化池，已经充氧的污水浸没全部填料，通过曝气，在微生物新陈代谢的作用下，污水中有机物得到去除，污水得到净化去除效果明显。

优点是：

池内充氧条件好，可以达到较高的容积负荷，不需要设污泥回流系统，不存在污泥膨胀问题，运行管理简单，对水质水量的聚变有较强的适用能力。

生物接触氧化处理技术的主要缺点是：

受设计参数和工艺布置的限制，如设计活运行不当填料可能堵塞，此外布水曝气不易均匀，可能在局部出现四角。

该氧化法目前仅仅在工业废水或小规模生活废水中得到应用。

2设计概述

2.1设计任务[4]

1）确定处理工艺流程

2）完成初步设计，包括各构筑物的工艺尺寸、设计计算、设备选择、平面布置、高程计算、经济技术分析

3）用AutoCAD画出污水处理工艺流程图、主要构筑物图、平面布置图以与高程图

2.2设计依据

1）《中华人民共和国环境保护法》

2）《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002

3）《污水处理厂工艺设计手册》

4）《建筑结构设计统一标准》

5）《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CG3025-93）

6）《城市污水处理工程项目建设标准》（2001年修订版）

2.3设计原则[5]

1）依照国家环境保护的基本国策，执行国家有关法律法规、政策、规范和标准。

2）依据城市的整体规划，依据保护和改善环境、防止和减少污染、造福人民的原则，结合实际情况，对工业园区污水进行综合处理，满足现代化城市对环境的要求。

3）依据城市基础设施统一规划、分期实施的方针，在废水处理系统和厂区的选择方面，充分考虑近、远期相结合，合理设计，并为远景发展留有余地。

4）采用集中处理和分散处理相结合、以集中处理为主的原则，充分利用现有的污水设施，实行污水综合治理，设置污水处理厂并配套相应污水管道。

5）处理构筑物尽可能布置紧凑以减少动力消耗，同时应根据河流的水位变化与环境容量，处理流程考虑多种运行方式。

6）处理工艺力求技术先进、成熟、可靠、经济合理、高效节能、运行管理方便、简单、成本低、占地少。

7）妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂与污泥，避免二次污染。

8）采用可靠的控制系统，做到技术可靠、经济合理、操作简便，以实现污水处理厂的科学管理。

2.4设计水量与进出水水质

进水量Q=50000m3/d，总变化系数为1.3

该厂最大设计流量Qmax=50000×1.3=65000m3/d。

本工程采用《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级标准中的B标准，进出水水质如下：

表2-1生活污水水质与排放标准

项目

BOD5（mg/L）

CODcr（mg/L）

pH

SS/（mg/L）

TN（mg/L）

TP（mg/L）

废水水质

200

300

8~10

260

30

5

排放标准

20

60

6~9

20

15

1

3工艺流程

传统的卡鲁塞尔氧化沟的缺氧区和好氧区在一条沟内，没有明显的分界线，只是在溶解氧降低至0.5mg/L以下时才形成缺氧区，而沟中的溶解氧受很多因素的影响，包括水量、水质、充氧情况、水温等各种因素，只要其中一种参数变化，沟中溶解氧的分布也随之改变，缺氧区的范围也随之改变。

因此，本工艺采用卡鲁塞尔2000型，将前置缺氧脱氮工艺和氧化沟有机结合起来，在传统的氧化沟前边设置单独的缺氧沟，其工况不受水量水质等因素的影响，可以始终保持缺氧工况，达到很高的脱氮率。

具体的工艺流程图见下图：

图3-1工艺流程图

4主要构筑物设计

4.1粗格栅

格栅[6]是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、果皮、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之能正常进行，被截留的物质称为栅渣。

设计粗格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。

格栅断面有圆形、矩形、正方形、半圆形等。

圆形水力条件好，但刚度差，故一般多采用矩形断面。

格栅按照栅条形式分为直棒式格栅、弧形格栅、辐流式格栅、转筒式格栅、活动格栅等；按照格栅栅条间距分为粗格栅和细格栅（1.5～10mm）；按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅。

栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。

如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。

本设计中粗隔栅采用平面隔栅（2座）

隔栅示意图如图4-1

图4-1隔栅示意图

1）隔栅的间隙数量n

最大进水流量为Q=0.752m/s

每座隔栅最大设计流量Qmax=Q/2=0.38m/s

取过栅流速0.8m/s，格栅倾角α=60°，栅条间隙b=30mm，栅前水深0.8m

n=Qmax×

/（bhv）

=0.38×0.93/（0.03×0.8×0.8）

=18.41

取n=19条

式中:

Qmax：

最大设计流量,m3/s

a：

格栅倾角

b：

栅条间隙.m

h：

栅前水深,m

v：

污水流经格栅的速度,m/s

2）隔栅槽总宽度B

设计采用ø10圆钢为栅条，即S=0.01m

B=S（n-1）+b×n=0.01×18+0.03×19=0.75m

式中：

B：

隔栅宽度，m

S：

栅条宽度，m

b：

栅条净间隙，m

n：

隔栅间隙数。

3）过栅水头损失

通过格栅的水头损失h2可以按下式计算：

h2=k×h0

（1）

（2）

h2=3×0.69×0.82×0.866/（2×9.8）=0.059m

式中：

h2：

过栅水头损失，m

ho：

计算水头损失，m

：

阻力系数，其值与栅条的断面几何形状有关，取迎水、背水面均为半圆形的矩形，=0.69

g：

重力加速度，取9.8m/s2

k：

系数，格栅受污染物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用k=3.

4）栅后槽的总高度H

H=h+h1+h2

=0.8+0.3+0.059=1.159m

式中：

H：

栅后槽总高度，m

h：

栅前水深，m

h1：

格栅前渠超高，一般取h1=0.3m

h2：

格栅的水头损失

5）格栅的总长度L

L=L1+L2+0.5m+1.0m+H1/tg

=0.21+0.21×0.5+0.5+1.0+0.3//tg

=2.64m

式中：

L1进水渠道渐宽部位的长度，m

L1=（B-B1）/2tg

1，B1为进水渠道宽度，B1hv＞Q，取0.6m，

1为进水渠道渐宽部位的展开角度，一般取20º，L1=（0.75-0.6/2tg20º=0.21

L2：

格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般取0.5L1

H1：

格栅前槽高

6）每日栅渣量W

1.26m3/d＞0.2m3/d

式中：

W：

每日栅渣量，m3/d

W1：

单位体积污水栅渣量，m3/（103m3污水），一般取0.1-0.01，细格栅取大值，粗隔栅取小值，取0.05

Kz：

污水流量总变化系数，取1.3

因为每日格栅量＞0.2m3/d，所以采用机械除渣，共两台，具体参数见表4-1

表4-1GLB型格栅除污机技术参数

型号

格栅外形宽/m

栅条间距/mm

安装角度

格栅井深/m

电机总功率/kW

GLB

0.5-2.8

15-60

60-75°

≤12

1.1-2.2

4.2泵站

4.2.1污水流量

选择集水池与机械间合建式泵站，4台水泵（3用1备），每台水泵的容量为752/3=251L/s

4.2.2集水池容积

采用相当于一台泵6min的容量

W=251×60×6/1000=92m3

有效水深采用h=2.5m，集水池面积为F=92/2.5=36.14m2

4.2.3选泵前扬程估算

集水池正常水位与所需提升经常高水位之间的高差估计为7m，总出水管251L/s

选用管径DN400mm的铸铁管，查表得：

v＝1.23m/s，i‰＝5

设管总长为20m，局部损失占沿程的20%，则泵站外管线水头损失为20×（1+0.2）×5/1000=0.12m，泵站内管线水头损失假设为1.5m，考虑安全水头0.5m，则估算水泵总扬程为

H=1.5+7.0+0.12+0.5＝9.12m

Qs＝251L/s

由泵的性能曲线和效率选择：

表4-2污水提升泵

型号

流量

扬程

转速

功率

效率

300QW800-15-55

800m3/h

15m

980r/m

55kw

81.3％

4.3细格栅

设计参数

设计以最大流量为依据，设计2座

流量Qmax=0.752m3/s，栅前水深0.8m，过栅流速v=0.8m/s

　　栅条间隙b=10mm，栅前长度L1=1.0m，栅后长度L2=1.0m

格栅倾角a=60°，栅条宽度S=10mm，栅前渠超高h2=0.5m

1）格栅的间隙数

n