水污染控制工程课程设计某城市40000td污水处理厂的曝气池设计.doc

摘要城市污水是城市中各种污水和废水的统称，它由各种生活污永、工业废水和入渗地下水三部分组成。其中含有BOD、COD、悬浮固体等，如不对这些物质进行去除，则会对地表水和地下水造成一定危害，比如黑臭现象、水体富营养化等，直接或间接影响人类的健康。污水的BOD/COD=0.35>0.3是可生化降解的。根据对其水质、水量的综合分析，对其采用氧化沟中的卡鲁塞尔氧化沟进行处理，使城市生活污水中BOD、 COD、SS、TN、TP去除率分别达到85%、79.2%、90%、37.5%、57%以上，处理效果达到了国家二级排放标准。本设计说明了卡鲁塞尔氧化沟具体的过程设计计算以及具体的图形。关键词： 曝气池、氧化沟工艺、卡鲁塞尔氧化沟、工艺流程ABSTRACT Urban sewage is kind of sewage and waste water in the city of it by all sorts of life，collectively referred to asevil ever， industrial waste and infiltration groundwater of three parts Contain 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 healthThe sewage BOD/COD = 0.35 > 0.3 is the biochemical degradationAccording to the water quality and quantity， the comprehensive analysis of the use of the oxidation ditch，the carrousel oxidation ditch process， make city life sewage BOD， COD，SS，TN， TP removal rate were 85%， 79.2%，90%，37.5%，57% and，above，the treatment effect up to the national level 2 emissions standards. This design shows the carrousel oxidation ditch process of specific design and calculation, and the specific graphicsKeywords：aeration pool，oxidation ditch process， carrousel oxidation ditch，process flow 目录第一章 设计概述11.1设计内容及要求11.1.1设计内容11.1.2 设计要求11.2 设计参数11.2.1 设计污水流量11.3 设计原则2第二章 工艺流程的确定32.1 污水中水质的分析32.2 工艺比选32.1.1 SBR工艺32.1.2 MBR工艺42.1.3氧化沟工艺4第三章 卡鲁塞尔氧化沟设计63.1 氧化沟设计参数63.2 设计计算6第四章 污水处理流程工艺设计124.1 工艺流程设计及计算124.1.1 工程概况124.1.2 工程构筑物124.2工艺流程图16总结17参考文献18第一章 设计概述本次课程设计主要是对某城市40000t/d污水处理厂的曝气池进行设计计算，变化系数KZ为1.4，原水主要来源于生活污水，进水水质如下表：表1-1进出水水质单位：mg/L项目CODCRBOD5SS总氮氨氮总磷进水48020030045407出水1003030253该水经处理以后，要求水质应符合国家污水综合排放标准（GB18918-2002）中的二级标准，BOD5/COD=0.42>0.3是可生化降解的。所以可采用生物法对其进行处理。 1.1设计内容及要求1.1.1设计内容对某城市日均处理4万吨污水的污水处理厂的曝气池工艺进行设计，污水的进出水情况见1-1表，使其出水达到国家二级标准。1.1.2 设计要求本次课程设计为初步工艺设计，具体要求如下：1工艺设计：给出污水深度处理工艺流程图，并说明理由。2对曝气池进行设计并计算结构尺寸，画出其设备构造图1.2 设计参数1.2.1 设计污水流量由设计资料可知，该市平均每日污水量为： (1-1)设计流量为： (1-2) 式中：Q最大污水量，m3/d； Qa日平均污水量，m3/d；KZ变化系数。1.3 设计原则 1）出水水质达到国家污水综合排放标准（GB18918-2002）中的二级标准；2）工艺可靠，处理效果稳定；3）投资省，设备简单，操作简单，运行费用低；4）既要去除BOD5，又要处理污水中的氮、磷。第二章 工艺流程的确定2.1 污水中水质的分析 根据表1可知，各污染物的去除率应达到以下数值： 2.2 工艺比选2.1.1 SBR工艺SBR是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的，污泥沉降性能良好，对水质水量变化的适应性强。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想。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。而且不连续出水，使得SBR工艺串联其他连续处理工艺时较为困难。2.1.2 MBR工艺膜生物反应器是用超滤膜代替二沉池进行污泥固液分离的污水处理装置，为膜分离技术与活性污泥法的有机结合。超滤膜孔径一般在0.10.4m,出水水质相当于二沉池再加超滤膜的效果。膜生物反应器不仅提高污染物的去除率，在很多情况下可作为再生水直接回用，在将来的污水处理领域膜生物反应器将会得到较多应用。膜生物反应器在一个处理构建物内可以完成生物降解和固液分离功能，生物反应区的混合液固体浓度可以比活性污泥法高几倍。膜生物反应器的优点是：容积负荷高、水力停留时间短；污泥龄较长，剩余物理量减少；避免因为污泥丝状膨胀或其他污泥沉降问题而影响抱起反应区的MLSS浓度；在低浓度溶解氧浓度运行时，可同时进行硝化和反硝化；出水有机物浓度、悬浮固体浓度、浊度均很低，甚至致病微生物都可能被截留，出水水质好；污水处理设施占地面积小。但膜造价高，使膜-生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺；膜污染容易出现，给操作管理带来不便；能耗高。2.1.3氧化沟工艺氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，一般采用圆形或椭圆形廊道，池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有机械曝气和推进装置。池体的布置和曝气、搅拌装置都有利于廊道内的混合液单向流动。具有较长的水力停留时间、较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活污泥法、可以省略调节池、初沉池、污泥消化池、有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为曝气装置特定的定位布置是氧化沟具有独特水力学特征和工作特性。而且流程简单、操作灵活、适应性强、处理效率稳定、操作管理方便，是连续运行、连续进水连续出水，污泥沉降性能好，污泥在氧化沟内有一定好氧稳定性，无需进行污泥消化。综上所述，任何一种方法，都能达到去除有机物和降磷脱氮的效果，且出水水质良好，但相对而言，SBR法一次性投资较少，占地面积较大，且后期运行费用高于氧化沟。生物膜造价高，运行管理复杂，因此，采用氧化沟为本设计的工艺方案。第三章 卡鲁塞尔氧化沟设计 3.1 氧化沟设计参数设计流量： 污泥龄： 污泥产率系数： 混合液悬浮固体浓度： 回流污泥浓度： 3.2 设计计算1氧化沟容积： (3-1) 式中：V氧化沟容积，m3；Q最大流量，m3/h； 污泥龄，d； Y污泥产率系数，kgSS/kgBOD； S0进水BOD5浓度，mg/L； Se出水BOD5浓度，mg/L； X混合液悬浮固体浓度，g/L。水力停留时间： (3-2)式中：T水力停留时间，d；2 厌氧池计算：回流比： (3-3)式中：R回流比，%； XR回流污泥浓度，g/L。厌氧池体积： (3-4)式中：VA厌氧池体积，m3。 核算厌氧污泥量比值：厌氧污泥量： (3-5)式中：XAT厌氧污泥量，kg。氧化沟污泥量： (3-6)式中：X沟氧化沟污泥量，kg； V沟氧化沟容积，m3。厌氧污泥量比值 (3-7)可见厌氧污泥量比值较高。为减小厌氧池容积，减少回流污泥带来的硝态氮，以利于生物处理，可将回流污泥分为两部分：一部分回流到厌氧池，一部分直接回流氧化沟。现将90%污泥回流厌氧池，另60%污泥回流氧化沟，再核算厌氧污泥量比值。厌氧池污泥浓度 (3-8)式中：R1回流到厌氧池的回流比，%； (3-9) (3-10)厌氧污泥比值： (3-11) 满足要求。3 需氧量计算： (3-12)式中：O2实际需氧量，即AOR，kgO2/d；OC去除含碳有机物单位消耗量，包括BOD降解耗氧量和活性污泥水解耗氧量，kgO2/kgBOD； St BOD去除量，kg/d； Nht硝化的氨氮量，kg/d。取时的。 (3-13)BOD的去除量： (3-14)式中：fcBOD负荷波动系数，取1.2（根据污泥龄选取）需硝化的氨氮量： (3-15) 式中：N进水氨氮浓度，mg/L； Nhe出水氨氮浓度，mg/L； 5安全量，mg/L。 单位耗氧量： (3-16)需氧量修正系数： 标准需氧量： (3-17)式中：SOR标准需氧量，kgO2/h； K0需氧量修正系数，T=25时取1.59。4 曝气设备：本设计选用立轴式曝气叶轮，直径，电机功率110kw，供氧183kgO2/h，所需的曝气叶轮台数：5 氧化沟的尺寸：采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深5m，宽10m。氧化沟总长： (3-18)弯道处长度： (3-19)单个直道长： (3-20)氧化沟总池长： (3-21)总池宽： (3-22)校核实际污泥负荷： (3-23)式中：校核实际污泥负荷，kgBOD(kgMLSSd)。6每天排出的剩余污泥量： (3-24) (3-25)式中：Yobs净产率系数； XV剩余污泥量，kg/d。7 厌氧池的配置：氧化沟前端设置厌氧池，池型采用矩形，水深5m，长度40m，由此可算出宽度为。第四章 污水处理流程工艺设计4.1 工艺流程设计及计算4.1.1 工程概况 污水经集水井进入格栅截留大颗粒有机物和漂浮物后，再由提升泵进入沉砂池，依次进入厌氧池、氧化沟、二沉池、接触氧化池，然后即可排除，其中二沉池产生的污泥一部分回流回流到厌氧池、一部分直接回流到氧化沟，剩余污泥经浓缩池排出。4.1.2 工程构筑物1集水井原水在集水井中汇集，储存备用。2格栅格栅是由一组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置制成，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，用以截留污水中较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。被截留的物质称为栅渣。按格栅栅条间距的大小不同,格栅分为粗格栅(50100mm)、中格栅(1040mm)和细格栅(1.510mm)3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅。3提升泵房（与中格栅合建在一起）本设计中采用中格栅和提升泵房（两者合建在一起）。中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组诸管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。泵房进水角度不大于45度。4沉砂池沉砂池一般是设在污水处理厂生化构筑物之前的泥水分离的设施。分离的沉淀物质多为颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大，无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。常用的沉砂池的形式有平流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。表4-1 沉砂池的比较池型优点缺点适用条件平流沉砂池构造简单、沉砂效果较好且稳定，运行费用低，重力排砂方便 重力排砂时施工困难，沉沙含有机物多，不易脱水小型、中型污水厂曝气沉砂池构造简单，沉砂效果较好，沉砂清洁易于脱水、机械排砂、能起预曝气作用占地面积大、投资大、运行费用高中型、大型污水厂旋流沉砂池沉沙效果好且可调节，适应性强，占地少、省投资构造复杂、运行费用高大、中、小型污水厂综上所述曝气沉砂池在沉砂效果相同的情况下，对流量的变化适应能力强；可以通过曝气量控制水流的水力停留时间或在池内造成环流，有利于砂粒与有机物的分离。因为沉砂池后直接接氧化沟工艺，没有初沉池，所以选用曝气沉砂池，能起到曝气与混合絮凝作用。5氧化沟近年来，氧化沟发展很快，无论是池型和曝气装置，都像多样化和大型化发展。氧化沟是活性污泥法的改良和发展，曝气池呈封闭渠道形，污水和活性污泥在循环水流的作用下混合接触，完成有机物的净化过程，又称循环曝气池。氧化沟在流态上介于推流式和完全混合式之间，局部流态为推流式，整体为完全混合状态，同时具有这两种混合方式的某些特点。在氧化沟中，污水和活性污泥的混合液在外加动力的作用下，不停的循环流动，有机物在微生物的作用下得到降解。该工艺对水温、水质和水量的变化有较强的适应性，污泥龄长、剩余污泥少、而且具有脱氮的功能。氧化沟有多种不同的类型，如Carrousel式、Orbal式、一体化氧化沟、交替式氧化沟等。由于本此设计要求除P达到57%，所以在氧化沟前加一厌氧池，使其具有良好的除磷效果。其中最主要的是所谓的卡罗塞（Carrousel）式氧化沟。它具有立式表面曝气器单击功率大，调节性能好，节能效果显著，平均氧转移动力效率大于2.1kgO2/（kWh），有较强的混合搅拌和抗冲击负荷能力，氧化沟深度增大，达到5m以上，减少了占地面积和基建费用。本设计采用的是卡罗塞（Carrousel）氧化沟。去除BOD5与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准。曝气系统：采用立轴式曝气叶轮表面曝气器。6二次沉淀池二沉池设在生物处理构筑物后面，用于沉淀分离活性污泥或去除生物膜法中脱落的生物膜是整个活性污泥法系统中非常重要的组成部分，是进行泥水分离和污泥部分压缩的处理单元，使混合液澄清、浓缩和回流性污泥。二沉池是曝气池出水的分离场所，是曝气池活性污泥的来源，它的工作效果直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。沉淀池按构造形式可分为平流式、辐流式和竖流式沉淀池，另外还有斜板（管）沉淀池。辐流式沉淀池一般采用对称布置，有圆形和正方形。主要由进水管、出水管、沉淀区、污泥区及排泥装置组成。按进出水的形式可分为中心进水周边出水、周边进水中心出水和周边进水周边出水三种类型，其中，中心进水周边出水辐流式沉淀池应用最广。周边进水可以降低进水时的流速，避免进水冲击池底沉泥，提高池的容积利用系数。这类沉淀池多用于二次沉淀池。本设计中采用机械吸泥的向心式圆形辐流沉淀池，进水采用中心进水周边出水。7接触池接触池是使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物。主要功能是消毒杀菌，去除水中的有毒有害物质。常用的消毒方法见下表:表4-2 常用消毒方法比较方法优点缺点适用对象加氯消毒效果可靠稳定、设备投配简单、造价运行费低可能形成有害的氯化有机物大中型污水厂漂白粉消毒漂白粉直投设备简单、运行控制简单含氯量低，用量多小型污水厂臭氧氧化效率高并能降解有机物、色、味等接触时间短且不受PH与温度影响不产生有害副产物设备复杂，投资高消耗电能多，运行费用高，需避免残余臭氧纳污水体卫生要求高的大中小污水厂紫外线消毒效率高、接触时间短、无气味产生、不改变水的理化性质消耗电能多，运行费用高，照射灯具消耗高小型污水厂出水达到国家二级标准，消毒剂是起到保安作用的，目前大部分污水处理厂都采用加氯消毒或漂白粉消毒，再综合上表中的比较，本次工艺选取加氯消毒。8污泥浓缩池污泥浓缩是降低污泥含水率、减小污泥体积、降低污泥后续处理费用的有效方法。污泥浓缩的方法主要由重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。本处理工艺采用重力浓缩法，浓缩重力浓缩法是利用自然的重力沉降作用，是污泥中的间隙水的以分离。重力浓缩构筑物称为重力浓缩池。根据运行方式的不同，可分为连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池两种，本设计采用连续式重力浓缩池。浓缩后污泥进行污泥机械脱水，上清液回流至集水井。9污泥脱水机房污泥处理厂的污泥是由液体和固体两部分构成的悬浮液，污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要步骤或环节，其目的是使固体部分得到富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。4.2工艺流程图 总结通过两周的课程设计，使我对氧化沟工艺有了更深层的了解，尤其是卡鲁塞尔氧化沟，也就是我们这次的主要设计工艺。它的处理效果很高，能达到所要求的排水标准。卡鲁塞尔氧化沟具有较长的水力停留时间、较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活污泥法、可以省略调节池、初沉池、污泥消化池，运行管理十分简单。由于曝气设备搅拌能力强，沟深可达到5米以上，这有利于减少占地和保持水温。而且沟形可灵活变化，渠道数可多可少（但必须双数），形状可以是沟形，也可以是方形、同心圆形，根据地形条件定。在设计中氧化沟存在的主要问题就是卡鲁塞尔氧化沟不易形成稳定的厌氧区，所以为了能更有效的去除磷，需在氧化沟前增设单独的厌氧池。新的工艺来源于实践，只要我们能认真总结实践经验，开拓思路，勇于创新，就能开发出性能更好的新工艺，为污水处理事业做出更多的贡献。参考文献1周雹.活性污泥工艺简明原理及设计计算.北京.中国建筑工业出版社.20052陈杰瑢.环境工程技术手册.北京.科学出版社.2008年3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年4黄维菊,魏星.污水处理工程设计.北京.国防工业出版社.2008年5建设部科学技术司.城市污水处理应用技术.北京.中国建筑工业出版社.20046周迟俊.环境工程设备设计手册.北京.化学工业出版社.2009年7严煦世,范瑾初.给水工程.北京.中国建筑工业出版社.1995年8美W.韦斯利·艾肯费尔德.工业水污染控制.北京.化学工业出版社.20079魏先勋.环境工程设计手册.长沙.湖南科学技术出版社.2002年10周鑫根.小城镇污水处理工程规划与设计.北京.化学工业出版社.2005年11杨岳平.废水处理工程及实例分析.北京.化学工业出版社.2003年