毕业设计-10万吨日城市生活污水卡鲁塞尔氧化沟处理厂的初步设计.doc

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摘 要
本设计的任务是处理量10万吨/日城市生活污水处理厂的初步设计，采用卡鲁塞尔2000氧化沟二级生化处理工艺。该工艺对废水处理具有明显的技术优势，并且具有很强的抗冲击负荷能力，提高了BOD5的去除率，氧化沟出水经二沉池接触消毒后排放。预计本方案BOD档束聂封彦晒粒液丸监倪悯床掂茶炔惜浆贾护抽楚童创雨板胸轿烷锌涡扫词媚绥詹没擎葡碟谗霞昔境恬吭望蛔耽咏叔沫杨河鬃苑沈吼汤降郴曙酒裂啊钦瑞焕窟馒娠釜寨泽躺禹肃概测紊挎琵奥申趋沥悠歉痴哟谜兄店银弱衡婴鹏嫉池沫魂嘴占滁恍兄疹整腋勉多社叼裔镇眉寺海腔炎艳乳永充至撅挫众捣泰疗吧毖易契咀丽倚丑异铜唾妮肤枯恿歧凳砂兔卵鼎株敛仗殴况浇嗜张烬各埃稗紊遇滴椒总慑羹主篡洲里蔚孤蔽挤冰侮佬擒歹偏肌铣犊盎信裁壶蔬赎榴真肉稚撬酵摩臣蔫隶蜂拢吝遗盼痒至落纷咯告椭挚英畸栗冠儒旷贱炎冤惹陌嚷殆苛咽拄勃像痴铲肆湾交荷狠艳衷袖励椅聂习涡汛伏昧斑贪毕业设计 10万吨日城市生活污水卡鲁塞尔氧化沟处理厂的初步设计荔表竖巢冉昭沪涟特漓谱诸搂夯段杉艳加预兄匈铺凭袁趴缮棍瑞源举遂鲍受塑析哼橡柞跋寒董物汛宾碧肉说誉剖嚣然聚颤善赞腥值林泊禾顷羌恢子帧孔叹捏苇悟戚酌沙退尉彰独攫帅枷专瘤憾梯酥削疗赠洗湿杏限并滥粥封谢油辅辞毛纬蘑臻燎餐赖侍婚压欣刷开串纳外撤蠕县单齿照蠕回热肥柜钳伶星与湖嗣勘塞蒜伸繁楷肋幸弄杭露释护襄导窥痈姜宗屯猩饲尉蒋敲汞团园怒溯挣属鲜汞戒捧娟茫欧厅疼店倍肝景邱知碰想瓤膊序新消则然楞战误颜硅媳碘展怪圭饶匝泻轴练仆萍凉陡钓咋辰枯汰劣屠闰圣腥孟园叠房锐哼待亮兄毁当蓬乎亩裔膳洛无祖元揣膀诣羚曰博未痪诈苑铭蛮阁改戈劲杀莽

摘 要
本设计的任务是处理量10万吨/日城市生活污水处理厂的初步设计，采用卡鲁塞尔2000氧化沟二级生化处理工艺。该工艺对废水处理具有明显的技术优势，并且具有很强的抗冲击负荷能力，提高了BOD5的去除率，氧化沟出水经二沉池接触消毒后排放。预计本方案BOD5的去除率可达95%，SS的去除率可达90%。考虑到污泥机械脱水间的运行安全，将二沉池等处理构筑物的污泥一并浓缩后去机械脱水间脱水，经压滤后外运。并且该工艺运行稳定、管理方便、工程投资少、运营成本低。污水处理厂工程总投资12384万元，污水处理总成本2985万元/年，污水处理成本0.818元/立方米。污水处理厂出水水质：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤15 mg/L， pH=6-9，SS≤20 mg/L，NH3-N（10℃）≤5 mg/L，TN≤12 mg/L(10℃)，出水排入C江。

关键词：城市污水 Carrousel 2000氧化沟工艺 脱氮除磷 工艺设计

Abstract
The task of this design is to the preliminary design of 100,000 tons/day city life sewage treatment plant, use carrousel 2000 oxidation ditch secondary biochemical process. The process on wastewater treatment has the obvious technical advantage, and has a strong impact resistant load ability, has improved BOD5 , the oxidation ditch removal by the second pond water after contact disinfection emissions. The scheme is expected to the removal rate of 95% BOD5, SS had to 90%. Considering the sludge dewatering of mechanical safety operation, between second pond processing structures together after the sludge concentration to mechanical dewatering pressure filtration dehydration, between the after sinotrans. And this process stable in operation and easy management, engineering less investment, operation cost is low. This sewage treatment plant engineering total investment is 12384 million yuan, sewage total cost is 2985 , about 0.818 yuan per m3. Sewage effluent is: CODcr acuities 20 mg/L, more than 15 mg/L BOD5, pH = 6-9, SS acuities 20 mg/L, NH3 - N (10 ℃) more than 5 mg/L, TN acuities 12 mg/L (10 ℃), effluent into C river.

Keywords：Urban sewage Carrousel 2000 oxidation ditch process nitrogen and phosphorus removal Process Design

II

目录

摘 要 I
Abstract II
1 前 言 1
2 文献综述 2
2.1 我国污水处理现状 2
2.2 我国城市污水处理工艺 2
2.3 污水处理厂优化设计研究 2
2.3.1 历史回顾 3
2.3.2 模型发展 3
2.3.3 存在的问题 4
2.4 Carrousel氧化沟工艺 4
2.4.1 概述 4
2.4.2 Carrousel氧化沟的结构和原理 5
2.4.3 优点 6
2.4.4 Carrousel氧化沟演变 6
3 方案比较 7
3.1 设计依据 7
3.1.1 设计背景 7
3.1.2 设计原则 7
3.1.3 设计依据 7
3.2 厂址选择 9
3.3 污水处理工艺流程方案比较及选择 9
3.3.1 工艺方案分析 9
3.3.2 目前常用的城市污水处理技术 10
3.4 工艺的比选 12
4 工艺流程 13
5 总平面布置 14
5.1 水力计算 14
5.2 高程计算 14
6 设备选择与计算 18
6.1 设计流量 18
6.2 中格栅 18
6.2.1 设计参数 18
6.2.2 设计计算 18
6.3 进水泵房 20
6.4 细格栅 21
6.4.1 设计参数 21
6.4.2 设计计算 21
6.5 沉砂池 23
6.5.1 设计参数 23
6.5.2 沉砂池尺寸 23
6.5.3 集砂量及排砂设备 25
6.5.4 曝气系统 26
6.6 氧化沟 27
6.6.1 设计参数 27
6.6.2 设计计算 27
6.7 二沉池 33
6.7.1 设计参数 33
6.7.2 设计尺寸 33
6.7.3 刮泥设备 37
6.8 接触消毒池 37
6.8.1 设计参数 37
6.8.2 设计计算 38
6.8.3 计量槽 39
6.9 污泥泵房 39
6.9.1 设计参数 39
6.9.2 污泥泵 39
6.9.3 集泥池 40
6.10 污泥浓缩池 40
6.10.1 设计参数 40
6.10.2 设计计算 41
6.11贮泥池 42
6.12 脱水机房 43
6.13 配水井 44
7 经济分析 46
7.1 土建费用造价列表 46
7.2 直接投资费用 47
7.3 运行费用计算 47
7.3.1 动力费用 47
7.3.2 人力成本 48
7.3.3 生产用水水费开支 48
7.3.4 运费 48
7.3.5 维护维修费用 48
7.4 管理费用 48
7.5 运行成本核算 48
8 致 谢 49
9 参考文献 50

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 1 前言

1 前 言
随着我国城市建设的发展和城市化进程的加快,城市水污染问题日益突出,城市污水处理已经成为当前水污染治理的重点。长期以来,我国城市基础设施的发展与人口、资源、环境和工业建设不协调,导致基础设施长期超负荷承载。全国绝大多数城市的污水处理能力远远满足不了实际需要。
有鉴于城市污水处理的重要意义和深远影响，为促使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划、同步实施、同步发展，以实现经济效益、社会效益和环境效益的统一，J市拟规划建设一座日处理量10 万吨的城市生活污水处理厂。
目前J市城区供水由自来水和自备水源两部分组成，自来水公司主要提供给居民生活用水及部分用水量较小的工厂生产用水，而大部分工厂企业生产用水由自备水源解决。城区现在状水厂设计供水量能力为60 万吨/日。现状排水为分流制排水体制，城市生活污水未经处理直接排入城区排水沟，现状排放量为：8万吨/日。拟定建成一座日处理量10万吨的城市生活污水处理厂，占地面积100亩，污水排放水质达到以下排放要求：CODcr≤20 mg/L，BOD5≤15 mg/L, pH=6-9 ，SS≤20 mg/L,NH3-N（10℃）≤5 mg/L,TN≤12 mg/L(10℃)。
污水处理厂采用卡鲁塞尔2000 氧化沟工艺。建成的污水处理厂机构实行一体化管理，分工明确，管理严密。运营具有可持持续性，预算和收入清晰，有承担能力。设计结果表明：污水处理厂处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准。

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材料科学与工程学院毕业论文（设计） 2文献综述

2 文献综述
2.1 我国污水处理现状
我国城市污水处理事业开始于1921 年,上海首先建立了北区污水处理厂。近年来随着经济的发展,水污染控制所面临的问题愈加严重,同时污水处理能力的建设也取得了一定的成就。“十一五”期间，我国城镇污水处理厂数量年均增长8%，截至2010年9月底，全国建成2630座城镇污水处理厂，日污水处理能力达到1.22亿立方米，在建污水处理厂1849座，日污水处理能力4900万立方米。“十一五”期间我国城镇水务事业快速发展，城镇污水处理量每年以10%的速率增长，2009年城市污水集中处理率达到73%，较“十五”末提高21%。截至2010年9月，“十一五”COD削减450万吨。此外，“十一五”期间我国城镇供水能力不断提高，2010年城镇公共供水服务人口达到4.74亿，比2000年增加了1.26亿。虽然取得了以上成就，但同先进国家相比,我国城市污水处理事业从数量、规模、普及率以及机械化、自动化程度上,还都存在着较大的差距。按照《城市污水污染控制技术政策》要求,城区人口达50 万以上的城市,必须建立污水处理设施;在重点流域和水资源保护区,城区人口在50 万以下的中小城市及村镇,应依据当地水污染控制要求,建设污水处理设施。
2.2 我国城市污水处理工艺
目前,城市污水处理主要采用生物活性污泥法。生物活性污泥法有多种处理工艺,城市二级污水处理厂常用的工艺方法有:普通曝气法、A - B 法(二段曝气法)、A / O 除磷工艺、A / O 脱氮工艺、A2 / O 除磷脱氮工艺、氧化沟工艺等。已有的生物除磷脱氮工艺可分成A / O系列、氧化沟系列和序批式反应器(SBR) 系列等。随着各个系列不断地发展和改进,形成了目前的较典型的工艺,如A / O 工艺、A2 /O 工艺、改良A2 / O、倒置A2 / O 工艺、Carrousel 氧化沟工艺、百乐克工艺等[1]。
2.3 污水处理厂优化设计研究
在传统的城市污水处理厂设计中, 工程设计人员都是根据自己有限的工程经验和直觉来进行设计，这种设计通常只能产生少数几个设计方案可供分析和评估。这样, 许多好的方案可能被忽略掉了。怎样产生多个可以相互替代的方案, 并且从中选出最好的设计方案, 一直是工程设计人员追求的目标。也就是城市污水处理厂的优化设计问题。
2.3.1 历史回顾
对城市污水处理厂优化设计理论的研究,始于上世纪60 年代。1962 年，Lynn 等人试图用系统分析的方法来选择污水处理厂的优化处理链，并建立了线性规划模型进行优化，以实现系统的最小总费用。
但是,人们很快就发现线性规划对于处理过程的优化是不充分的，因为污水处理过程的相互关系，无论是在推理上还是在经验上，通常都是非线性的。这样, 动态规划就得到了普遍流行,最明显的证据是Chia 和krishman (1969)，Evenson 等( 1969)，Chia 和DeFilippi ( 1970)等人的工作。
在以后的研究中,Middleton 和Lawrence (1976)、Bowden 等( 1976)， Lauria 等( 1977)，Craig 等( 1978) ，Rossman (1980)，Narbaitz 等( 1980) ，Dick ( 1984)等用的都是非线性规划模型。而在Rossman 和以后的研究者中,模型的发展能够用来比较优化了的处理方案,这项工作的成功是因为了他们引入了0～1决策变量, 因此,就成为一个非线性混合整数规划模型。
在城市污水处理厂化化设计理论发展的初始阶段,许多研究都用来优化一些特殊的单元或一些小规模的单元，而对于整个污水处理厂的优化设计则很少。1981 年,Danial Tyteca 建立了非线性规划模型,对整个城市污水处理厂进行了优化设计,把城市污水处理厂的优化设计理论推进了一大步。1987年,Tang 等人又建立了较为完善的活性污泥污水处理系统的优化设计模型。在这之后,U bdr 等(1991)，Kao ，J.J 等( 1993) 以及Alderman 等(1994,1998) 都对城市污水处理厂的优化设计理论的发展作出了一定的贡献,使城市污水处理厂优化设计理论的实际应用成为了可能。
2.3.2 模型发展
城市污水处理厂优化设计理论发展至今,已经建立了一些相对比较完善的系统模型,在不同的发展时期,有以下几个较为代表性的模型:
（1）Paul M. Berthouex 等建立的污水处理系统模型；
（2）Tyteca 等建立的城市污水处理厂非线性规划模型；
（3）U ber 等建立的污水处理厂稳定优化设计模型。
2.3.3 存在的问题
城市污水处理厂优化设计理论经过几十年的发展, 在系统模型的整体结构方面, 已趋于成熟, 但要具体应用于实际, 如下几个问题还需进一步研究:
（1）模型中的经验公式
在城市污水处理厂优化设计理论发展的各个系统模型中, 都含有不少经验公式, 其中有些公式是在二十世纪六、七十年代发展的, 这些公式都有一定的适用条件 ,而今在应用于新的系统模型时, 这些系统模型在某些假定条件下可能与公式的适用条件相符合, 但具体应用于实际, 其适用性需进一步研究。
（2）模型中的参数
在现今发展的系统模型中, 参数变量较多, 其中大部分参数是经验上的或实验室中的数据, 在具体应用时, 其可靠性需进一步研究。
（3）不确定性因素的影响
在城市污水处理厂优化设计理论研究中, 不确定性因素对整个系统的优化影响很大, 这种不确定性不仅仅表现在一些参数的不确定性上, 更重要的是自然条件、政治和经济的发展等不确定性因素的存在。如何在实际应用中把这些不确定性因素综合考虑进去, 以使系统模型理论上的最优解在实际应用中也趋于最优, 是亟需解决的问题[2]。
2.4 Carrousel氧化沟工艺
2.4.1 概述

图1 卡鲁塞尔氧化沟
Figure 1 Carrousel oxidation ditch

卡鲁赛尔(Carrousel)氧化沟简称循环折流式氧化沟，采用表面曝气机曝气，如曝气转刷、曝气转蝶、倒伞曝气机等。随着污水处理中对脱氮除磷的要求，carrousel 氧化沟自1967年由荷兰DHV公司发明的第一代的普通的carrousel 氧化沟发展为具有脱氮除磷功能的carrousel 2000型氧化沟，后又发展为第三代的carrousel 3000型氧化沟。国内许多污水处理厂使用的情况证明，氧化沟工艺是一种工艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高的污水处理技术。至今世界上已有850多座carrousel氧化沟和carrousel 2000系统正在运行。
2.4.2 Carrousel氧化沟的结构和原理
Carrousel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，沟内水深一般为2.5～4.5m，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。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。
最初的普通carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2～3mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD5；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速>0.3m/s）。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD5降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD5，但除磷脱氮的能力有限。为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel 2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD5转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧，也无化合物氧（硝酸根），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成去除BOD5、脱氮和除磷。最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。这样，在Carrousel 2000系统内，较好的同时完成了去除BOD5、COD和脱氮除磷。
2.4.3 优点
与常规污水处理系统相比，Carrousel氧化沟具有以下几个主要优点：
（1） 在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；
（2） 污泥稳定，不需消化池可直接干化；
（3） 工艺极为稳定可靠；
（4） 工艺控制极其简单；
（5） 系统性能显示，BOD5降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；
（6） Carrousel氧化沟系统不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，使沟式可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减小；
（7） Carrousel氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。
2.4.4 Carrousel氧化沟演变
第一代为普通Carrousel氧化沟，该种形式氧化沟以去除BOD5为主要目的，并具一定的脱氮除磷效果；第二代为Carrousel 2000氧化沟，该种形式氧化沟主要是针对排放标准对氮、磷的严格要求而发展起来的具有脱氮除磷的工艺；第三代是Carrousel 3000氧化沟，其最显著的特点是水深很大，减少了占地面积，同时也具备脱氮除磷功效。

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 3方案比较

3 方案比较
3.1 设计依据
3.1.1 设计背景
（1）气象
J市属亚热带季风气候，境内光照充足，雨量充沛，温和湿润，四季分明，山峰层叠，河流密布，山环水绕，景色秀丽。风向以西北风为主。年平均气温17℃，年降雨量1763.5毫米，年平均日照时数为2009.8小时。冬季北部山区经常可以看到雪景，城区由于地处盆地，夏季非常炎热，极端最高气温有时会超过摄氏40度。
（2）地质与地震
地质特点：地势高、地质硬、地耐力强,历史上属于无灾害性地震区域，土质：以砾土、亚粘土为主,地形:以丘陵地带为主。
（3）水文
J市地区水文动态随季节性变化很大，为季风区雨源型，多为C江分枝的河流，主要河流为C江，其它大小河流与之相连。
3.1.2 设计原则
（1）执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
（2）积极稳妥地采用新技术，充分利用国内外的先进技术和设备，以提高行业的装备和技术水平。
（3）功能分区明确，生产、生活、人、物、车流向合理。
（4）规划布置四优先：工艺流程先进，安全可靠优先；运行管理便利，经济优先；环境绿化、美化优先；有利于排水事业可以持续发展优先。
3.1.3 设计依据
设计任务书及相关原始数据
《污水综合排放标准》（GB8978-96）
《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025-93）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

（1） 处理规模和水质特点
①　 污水处理规模为10×104 m3/d；
②　 城市污水主要为居民生活污水；
③　 平均流量：
④　 总变化系数：，取Kz=1.2 ；
⑤　 设计流量：。
（2）处理程度
表1 进水水质和排放标准
Table 1 Water quality and emission standards

BOD5
CODcr
SS
NH3-N（10℃）
TN
进水
200mg/L
320mg/L
190mg/L
28mg/L
48mg/L
出水
≤15mg/L
≤20mg/L
≤20mg/L
≤5mg/L
≤12mg/L

（3）去除率

式中：——进水浓度
——出水浓度
①　 BOD5 去除率：
②　 CODcr 去除率：
③　 SS 去除率：
④　 NH3-N 去除率：
⑤　 TN 去除率:
3.2 厂址选择
厂址选择原则：
（1） 应与选定的污水处理工艺相适应，尽量做到少占或不占农田；
（2） 厂址必须位于集中给水水源的下游，并应设在城镇、工厂厂区及生活区的下游和夏季主风向的下风向。为保证卫生要求，厂址应与城镇、工厂厂区及生活区及农村居民点保持约300米以上的距离，但也不宜太远，以免增加管道长度，提高造价；
（3） 当处理后的污水或污泥用于农业、工业或市政时，厂址的选择应考虑与用户靠近，以便于运输。当处理水直接排放时，应考虑与收纳水体靠近；
（4） 厂址不宜设在雨季易受水淹的洼地处，靠近水体处理的工程，要考虑不受洪水的威胁。厂址应尽量设在地质条件好的地方，以便于施工，降低造价；
（5） 要充分利用地形，应选择有适当坡度的地区，以满足于污水处理构筑物高程布置的需要，减少土方工程量。若有可能宜采用污水不经水泵提升而自流入处理构筑物的方案，以节约动力费用，降低处理成本；
（6） 根据城市总体发展规划，污水处理工程厂址的选择应考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。
根据《J市城市污水处理厂可行性研究报告》，该厂厂址选择拟选于J 市的城区东南方向，C江下游，位于C江东岸，D公路南侧，W铁路东北侧。
厂区靠近生活区，占农田不多；地势由东北向西南逐渐降低，可以利用地势之便使处理水自然流经各处理构筑物进行处理工作，减少动力费用，降低处理成本；此区处于下风向，不会影响城市居民的正常生活；厂址处于C江东岸，有利于污水处理后达标直接就近排放，比较符合选址的原则和城市建设原则，已经得到了J 市政府的批准。
目前，厂址范围内土地都已平整，其北面有现成道路可以直接到达，前期准备工作较易实现，有利于节省工程投资，促成工程早日动工。
3.3 污水处理工艺流程方案比较及选择
3.3.1 工艺方案分析
本项目污水处理的特点为：生活污水以有机污染物为主，BOD5/CODcr=0.625 可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标。针对这些特点，出水要求，以及现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。
3.3.2 目前常用的城市污水处理技术
根据《城市污水处理及污染防治技术政策》，日处理能力在10~20万立方米的污水处理设施，可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和A—B活性污泥法等成熟工艺[4]。本市污水处理厂方案，既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N和P，故可选择三种典型的工艺流程，有三种可供选择的工艺：（1）间歇式活性污泥法（SBR工艺）；（2）氧化沟工艺；（3）好氧—缺氧（A/O）脱氮工艺[4]。
各种工艺都有其独特的方面，一般根据具体情况而定。主要特点如下：
（1）SBR工艺
SBR是序批间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR的运行工况以间歇操作为特征。五个工序都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器中依次进行，所以省去了传统活性污泥法中的沉淀池和污泥回流设施。在处理过程中，周而复始地循环这种操作周期，以实现污水处理的目的[5]。
优点如下：
① 工艺流程简单，运转灵活，基建费用低；
② 处理效果好，出水可靠；
③ 具有较好的脱氮除磷效果；
④ 污泥沉降性能良好；
⑤ 对水质水量变化的适应性强。
缺点如下：
① 反应器容积率低；
② 水头损失大；
③ 不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力；
④ 峰值需要量高；
⑤ 设备利用率低；
⑥ 管理人员技术素质要求较高。
（2）A/O工艺
AO工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A(Anacrobic)是厌氧段，用以脱氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物[6]。
优点：
① 流程简单，勿需外加碳源与后曝气池，以原污水为碳源，建设和运行费用较低；
② 反硝化在前，硝化在后，设内循环，以原污水中的有机底物作为碳源，效果好， 反硝化反应充分；
③ 曝气池在后，使反硝化残留物得以进一步去除，提高了处理水水质；
④ A段搅拌，只起使污泥悬浮，而避免DO的增加。O段的前段采用强曝气，后段减，少气量，使内循环液的DO含量降低，以保证A段的缺氧状态[4]。
缺点：
① 由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低；
② 若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用。从外，内循环液来自曝气池，含有一定的DO，使A段难以保持理想的缺氧状态，影响反硝化效果，脱氮率很难达到90％。
③ 影响因素：水力停留时间 （硝化＞6h ，反硝化＜2h ）循环比MLSS（＞3000mg/L）污泥龄（ ＞30d ）N/MLSS负荷率（ ＜0.03 ）进水总氮浓度（ ＜30mg/L）。
（3）氧化沟工艺
氧化沟又称循环混合式活性污泥法。一般采用延时曝气，同时具有去除BOD5和脱氮的功能，它采用机械曝气，一般不设初沉池和污泥消化池。
普通卡鲁赛尔氧化沟处理污水的原理如下：氧化沟中的污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。在充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD5；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，知道DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD5降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在一个池子内。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效去除BOD5，但脱氮除磷的能力有限[7]。
氧化沟的主要优点如下：
① 氧化沟的液态在整体上是完全混合的，而局部又具有推流特性，使得在污水中能形成良好的混合液生物絮凝体，提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果，另外，其独特的水流性能对除磷脱氮也是极其重要的。
② 处理效果稳定，出水质好，并可实现脱氮。
③ 污泥厂量少，污泥性质稳定。
④ 能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力
氧化沟的缺点如下：
① 单纯的氧化沟工艺的除磷效率很低，需要增设厌氧段才能达到一定的除磷效率。
② 虽然污泥产量少、耐冲击负荷，但是这是建立在该工艺很低的污泥负荷上的，且要求处理构筑物内水深要浅，而这又决定了在处理相同水质，水量污水的情况下，该工艺是最占土地的，也即增加了基建费用。
3.4 工艺的比选
对SBR工艺、氧化沟工艺、A/O工艺进行比选。氧化沟除了具有A/O的效果外，还具有如下特点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。（3）BOD5负荷低，使氧化沟具有对水温，水质，水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理。（4）脱氮效果还能进一步提高。（5）电耗较小，运行费用低。而SBR工艺仅适合处理量为10万t/d以下的处理厂，所以本课题选择氧化沟处理工艺。

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 4工艺流程

4 工艺流程
以氧化沟为主工艺的工艺流程图见图2：
PAM
外运
污泥回流
污水
中格栅
泵 房
细格栅
曝气沉砂池
Caroussel氧化沟
配水井
污泥泵房
二沉池
巴士计量槽
污泥浓缩池
污泥脱水车间
集水井
排放
鼓风机房

图2 Carrousel型氧化沟的污水处理工艺流程
Figure 2 Carrousel oxidation ditch sewage treatment process
污水处理流程：从泵房经格栅到达沉砂池，进入Carrousel氧化沟，二沉池，最后消毒出水。
污泥处理流程：从二沉池排出的剩余污泥经污泥泵进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后进入贮泥池，经过浓缩的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。

材料科学与工程学院毕业论文（设计） 5总平面布置

5 总平面布置
5.1 水力计算
污水处理厂厂区水力计算包括管道设计和相应的构筑物水头损失及管道阻力计算。
构筑物水头损失在各构筑物设计完成的基础上，根据相关的具体设计可确定相应的水头损失，也可按照有关的设计规范进行估算。本设计采用估算的方法，污水处理构筑物的水头损失选择见水力计算表。
管道设计包括管材的选择、管径及流速的确定。为了便于维修，本设计除泵房（提升泵房、污泥泵房）内及相关压力管道选择铸铁管和气体管道选择钢管外，其余管道均采用钢筋混凝土管。
考虑到城市污水处理厂水量变化较大，各管道内的流速设计控制在1.1～1.5m/s的范围，以便水量减小时，管内流速不致过小，形成沉淀；当水量增大时，管内流速又不致于过大，增加管道水头损失，造成能量浪费。
流速和管材确定后，根据各管段负担的流量，依据水力计算表确定各管段的管径、水力坡度，然后根据管段长度（由平面图确定）确定相应的沿程水力损失。
局部水头损失的计算在有关管道附件的形式确定后（在完成管道施工图后进行），按局部阻力计算公式进行计算，也可根据沿程损失进行估算。本设计采用估算法，相应管段的局部水头损失取该管道沿程水力损失的50%[8]。水头损失计算结果见表3。
5.2 高程计算
通过高程计算确定构筑物的水面高程，结合地平面高程确定相应构筑物的埋深。此外，通过高程计算，同时确定提升泵房水泵的扬程。提升泵房后的构筑物高程计算方法为沿受纳水体逆推计算；提升泵房前的构筑物高程计算顺推。两者的差值加上泵房集水池最高水位与最低水位的差值即为提升泵的扬程。
本设计的水力及高程计算见表2、表3。表中的水力损失=构筑物的损失+沿程损失+局部损失，其中：局部损失为沿程损失的50%。
（1）提升泵房的扬程
污水厂地表水位为3m，污水处理厂厂区最高水位5.69m，高出地面2.69m；最低水位-0.8m，低于地面3.8m。
提升泵房最高水位与最低水位差为3m，则提升泵房扬程为

（2）各处理构筑物的高程确定
设计地面标高为0m（并作为相对标高±0.00m），其他标高均以此为基准。设计进水管处的水面标高为-3.00m，依次推算其他构筑物的水面标高，具体标高见表2。
表2 污水处理构筑物的水面标高、池顶标高及池底标高
Table 2 Water surface elevation、tank top and bottom elevation of sewage treatment structures
构筑物名称
水面标高(m)
池底标高(m)
池顶标高(m)
进水井
-3.20
-3.85
0.15
中格栅
-3.20
-4.41
0.30
泵房集水池
-6.80
-8.00
4.00
细格栅前
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