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传统活性污泥法处理日处理3万吨城市生活污水处理厂的设计
目录摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract............................................................................................................................................. II 1 前 言 ............................................................................................................................................ 3 2 文献综述 ...................................................................................................................................... 4 2.1 地区概况 .............................................................. 4 2.1.1 气象资料 ................................................................................................................. 4 2.1.2 水文情况 ................................................................................................................. 4 2.2 相关法规及工程实施准则 ............................................... 5 2.3 传统活性污泥法的背景及现状 ........................................... 5 3 工艺说明 ...................................................................................................................................... 7 3.1 工艺方法比选 .......................................................... 7 3.1．1 传统活性污泥法 ................................................................................................. 7 3.1.2 A/O 工艺 .............................................................................................................. 9 3.1.3 SBR 工艺 ........................................................................................................... 10 3.1.4 氧化沟工艺 .......................................................................................................... 11 3.1.5.卡鲁塞尔氧化沟 ................................................................................................... 13 3.2 最佳工艺选择 ........................................................ 14 3.2.1.传统活性污泥法 ................................................................................................... 14 3.2.2 A/O 工艺 ............................................................................................................... 14 3.2.3．SBR 工艺 ........................................................................................................... 14 3.2.4.卡鲁塞尔氧化沟 ................................................................................................... 14 3.2.5.A2/O 工艺 .............................................................................................................. 15 3.3 传统活性污泥法的工艺流程简图 ......................................... 15 4 主要构筑物的设计计算 ............................................................................................................ 16 4．1 格栅 ............................................................... 16 4.1.1 粗格栅 .................................................................................................................. 17 4.1.2 细格栅 ............................................................. 19 4.2 沉砂池选择与设计计算 ................................................ 21 4.2.1 沉砂池的选择 ....................................................................................................... 21 3.2.2 曝气沉砂池的设计计算 ............................................... 22 4.3 推流式曝气池的设计计算 .............................................. 26 4.3.1．已知条件 ............................................................................................................ 26 4.3.2．设计计算 ............................................................................................................ 264.4 二次沉淀池的选择与设计计算 ........................................... 37 4.4.1 二次沉淀池的选择 ............................................................................................... 37 3.4.2 辐流式沉淀池设计计算 ....................................................................................... 38 4.5 紫外线消毒工艺设计计算 ............................................... 40 3.5.1 紫外线消毒工艺特征 ........................................................................................... 40 4.5.2 紫外线消毒工艺设计计算 ................................................................................... 41 4.6 污泥浓缩池设计计算 .................................................. 42 4.6.1 剩余污泥量的计算 ............................................................................................... 42 4.6.2 设计计算 ............................................................................................................... 43 5 平面布置和高程设计 ................................................................................................................ 46 5.1 污水处理构筑物高程计算 ............................................... 46 5.1.1.构筑物水头损失 ................................................................................................... 46 5.1.2.管渠水头损失 ....................................................................................................... 46 5.2.污水处理高程计算及布置 ............................................... 48 5.3 泵型的选择 ........................................................... 49 5.4 污水处理厂的平面布置 ................................................. 49 6.经济分析 ..................................................................................................................................... 52 7.参考文献 .................................................................................................................................... 54 8. 致谢 ........................................................................................................................................... 56景德镇陶瓷学院毕业设计（课题）任务书材料科学与工程 学院 专 业 环境工程程健平2013 班级 指导老师年 9 月15 日 2010 梁华银学生姓名 题目活性污泥法处理3万吨/日城市生活污水处理厂初步设计设计技术指标、参数：进水：3 万 m3/日，BOD5=170mg/L,CODCr=240 mg/L， NH3-N=20 mg/L（T=10℃ ） ，TN=40 mg/L, SS=160mg/L, 碱度（以 CaCO3 计）=250 mg/L 出水：生活污水国家一级排放标准基本要求： 1、择合适的处理工艺； 2、构筑物及反应装置选择合理，计算正确； 图纸包括总平面图，高程图，流程图及主要设备图共 5 张；要求手工和计算机作图各 一半左右； 3、设计说明书要求 35 页以上，要求语句通顺，公式选择合理，排版格式正确，图表 规范； 4、参考 3－5 篇外文，10 篇左右中文，并翻译至少 3000 字符的外文； 5、对照工作进度，按时完成。 工作进度： 第 1-4 周 第5 周 第 6-12 周 第 12-16 周 第 17 周 毕业实习；完成实习日记与实习报告 查阅文献，选择工艺； 设备与工艺的设计计算，完成设计说明书 绘制图纸，修改并打印论文 上交论文，准备答辩。摘要本次设计是设计一个日处理量为 3 万吨的城市生活污水厂的设计，本次设计所 实用的工艺为传统的活性污泥法，传统活性污泥的主要流程是污水进入推流式曝气 池，在曝气池内的活性污泥利用污水中的有机物进行繁殖，从而达到去除水中有机 物的要求， 推流式曝气池工艺有其本身的缺点就是前段供养不足， 会形成厌氧状态， 后期供养过剩。所以在这过程中，池内的微生物会有硝化作用和反硝化，所以能够 去除一定量的氨氮，从而达到出水对氨氮的要求。传统活性污泥法相对其他工艺而 言更为经济，在不考虑氨氮的出水情况下用传统活性污泥法更为经济。此次设计的 进水指标是，BOD5=170mg/L,CODCr=240 mg/L， SS=160mg/L,经过处理后的水质的出 水指标 BOD5=16mg/L,CODCr=45 mg/L， SS=16mg/L 符合国家出水水质一级 B 标准。由 于本设计所用的是传统活性污泥法因而对氨氮的去除率是比较低的因此本次设计 对氨氮无要求。关键词：传统活性污泥法经济推流式设计城市污水IAbstractThis design is a daily processing capacity of 30,000 tons municipal sewage plant use the traditional activated sludge process, the main process is conventional activated sludge sewage into the plug-flow exposure gas pools in the aeration tanks of sewage sludge use in organic breeding to achieve the removal of organic compounds in water requirements , plug-flow aeration process has drawbacks of its own front-end support is inadequate , will form an anaerobic state, late dependents surplus. So in this process, the pool of microbial nitrification and denitrification there , so a certain amount of ammonia can be removed , so as to achieve the effluent ammonia nitrogen requirements. Conventional activated sludge process in terms relative to other more economical , without considering the case of ammonia water using conventional activated sludge process more economical. The design is water indicators , BOD5 = 170mg / L, CODCr = 240 mg / L, SS = 160mg / L, after the treated effluent water quality indicators BOD5 = 16mg / L, CODCr = 45 mg / L, SS = 16mg / L a B meet national water quality standards . Because of this design is used in the conventional activated sludge process and thus the ammonia removal is relatively low so this design is no requirement for ammonia .Keywords: conventional activated sludge process Design Urban sewageeconomicPlug-flowII材料科学与工程学院毕业论文（设计）1 前言1 前 言随着我国社会经济持续快速的发展，环境问题逐渐变得突出，特别是城市水环 境的恶化，尤为加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，水已经成为城 市能否可持续发展的严重制约因素。最近年来以来，国家和地方政府非常的重视污 水处理事业的发展，城市污水处理工程的建设正在以前所未有的速度向前逐步推进， 有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中。在建设污水处理厂的这一进程中，城 市污水处理工艺的选择必将会是工程界面临的一个不可避免的首要问题。 决定城镇污水处理厂投资和运行资本很重要的一个现实因素就是是污水处理 工艺的选择。一座污水处理厂处理工艺的选择，虽然是由污水水质、水量、排放标 准等因素来确定的，但是污水处理厂投资和运行成本也是一个极为重要的因素，不 能过分的强调污水处理工艺的前沿性，先进性，以实际出发才为更加重要。污水处 理的实质就是要用有限的资金来解决我们面临的日益严重的水污染问题。 城市污水主要是包括生活污水，自然雨水和工业废水的混合污水。对于现在的 城市污水的排放现状已经造成了对水环境生态系统的严重污染，修建城市污水处理 厂是做好城市污水的处理和再生利用的任务之一，同样也是解决城市污水对水环境 污染的重要途径。 对于工业废水和城市污水是合并处理还是分别处理,世界各国都有不同的意见, 我国更为突出。 工业废水与城市污水处理的关系能否更加合理的解决,关系到资金在 运转过程中如何才能获得更大的回报。 要使得各地区能够正确落实因地制宜,区别对 待的方针是极其重要的。我国是一个地域广大,资源丰富，各地的气候、地貌、经济 条件的差异时巨大的,城市规模的大小不同、性质也不相同,因此不可能有一种废水 处理方案来针对所有城市。只有深入的研究各地区的状况，通过多方案的比较,才能 找出适合本地的污水处理的工艺。 坚持不同区域吧同对待，因地质疑，分开来建设,近期为主要,远近期结合的方 针。这对于合理、快速地解决我国城镇污水水处理问题是很重要的。城市废水厂的 建设可以从小到大，从少到多,从低级到高级。结合我国实际现状,尽量开发高效、 低耗的处理工艺,以便在财力、物力都不是很不充足的条件下,能够经济有效地解决 水污染和防治问题。 总而言之，污水处理厂的建设是十分必要的，是迫在眉睫的事情。党的十八大 报告也指出，建设中国特色社会主义，总布局是政治建设、经济建设、文化建设、 社会建设和生态文明建设五位一体，要大力推进生态文明建设，使得我国的经济更 加繁荣，社会更加和谐，人民的物质生活精神神火得到更大的提高。3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 地区概况 A 市位于中国中央山地秦巴山区汉水谷地，湖北西北部，汉江中上游，东经 109°29′至 111°16′，北纬 31°30′至 33°16′。A 是湖北省城建综合实力最强的地级市， 同时是鄂、豫、陕、渝毗邻地区唯一的区域性中心城市，为秦巴山区 10 万平方公 里三大中心城市之首。全市国土面积 2.3 万平方公里，辖两区五县一市及 A 经济技 术开发区、武当山旅游经济特区，总人口 334 万。A 位于华中、西南、西北三大经 济板块的结合部，起着承东启西、通南达北作用，是毗邻地区最大的汽车制造，汽 车科研，医疗卫生，商业集散，交通枢纽，旅游文化，生态控制中心，是鄂西生态 文化旅游圈的核心城市。A 是世界著名道教圣地武当山，南水北调中线工程调水源 头丹江口水库，中国第一世界前三的东风商用车公司总部所在地，“武当山”、“丹江 水”、“汽车城”三张世界级名片闪耀全球。 2.1.1 气象资料 A 地区冬季比同纬度其他地区略为温暖，夏季比较炎热。属于北亚热带大陆性 季风气候。 光热资源较丰富。 年平均日照时数
小时， 无霜期 224~255 天。 平均年降水量 800 毫米以上，六至八月是本区全年雨水、热能最丰富的季节。夏季 平均气温大都高于 25℃，其中七月平均为 27℃左右，积温较多。七、八月份降水 量一般都在 100 毫米以上。旱居各种灾害之首，出现机率一般在 80%以上，多发生 于七八月。受海拔高度、坡向等地形地貌因素影响，气候复杂多样。该地区的常年 主导风向为西南风，风级为 3~4 级。 2.1.2 水文情况 A 市河流众多，共计 2489 条。堵河为 A 市最大河流，全长 338.6 公里，在湖 北省中、小河流中仅次于清江，位居第二。汉江是 A 市过境河流，流经郧西、郧县 和丹江口市，过境长度 216 公里。由于丹江口水库水质清秀少污染，跨世纪南水北 调宏大工程国家已选定中线方案。山泉质量甚优，如房县的“神龙矿泉水”因其含微 量元素锶、锂、氡、硒等数十种，具有较高的保健功效，在市场上十分走俏。4材料科学与工程学院毕业论文（设计）2 文献综述2.2 相关法规及工程实施准则 《氧化沟活性污泥法污水处理工程技术规范》 （HJ578-2010） 《中华人民共和国水污染防治法》(自 2008 年 6 月 1 日开始实施) 《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB) 《室外排水设计规范》(GB) 《室外给水设计规范》(GB) 《建筑设计防火规范》 （GB） 《生活饮用水卫生标准》 （GB5749-85） 《给水排水设计手册.第 01 册.常用资料》 《给水排水设计手册.第 05 册.城镇排水》 《环境保护产品技术要求 污泥脱水用带式压榨过滤机》 （HJ/T242） 《环境保护产品技术要求 转刷曝气装置》 （HJ/T259） 《环境保护产品技术要求 推流式潜水搅拌器》 （HJ/T279） 《环境保护产品技术要求 污泥浓缩带式脱水一体机》 （HJ/T335） 《城市工程管线综合规划规范》 （GB50289-98） 《厌氧、缺氧好氧活性污泥法污水处理工程技术规范》 （HJ576-2010） 《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》 （HJ577-2010） 《工业企业总平面设计规范》 （GB50187） 《民用建筑设计通则》 （JGJ37） 《动力机器基础设计规范》 （GB50040） 《给水排水管道工程施工及验收规范》 （GB50268） 《给水排水构筑物施工及验收规范》 （GBJ141） 《工业企业设计卫生标准》 （GBZ1） 《城市区域环境噪声标准》 （GB3096） 《工业企业噪声控制设计规范》 （GBJ87） 《工作场所有害因素职业解除限值》 （GBZ2） 2.3 传统活性污泥法的背景及现状 活性污泥法工艺是一种有效的传统污水处理的方法，同样也是一项很有发展前 景的污水处理技术。传统活性污泥法对进水水质的要求不高有很强的适应能力，运 行灵活，有良好的控制性。还可以人为的控制厌氧区和好氧区，可以达到脱氮除磷 的效果。自其从发展以来就有了很多的改进工艺如传统曝气工艺，完全混合工艺， 阶段曝气工艺，吸附再生工艺，延时曝气工艺，高负荷曝气工艺，深井曝气工艺， 纯氧曝气工艺。这些工艺都有各自的优缺点，在选着是用何种工艺的时候应该考虑 进水水质的特点以及出水指标等情况。5材料科学与工程学院毕业论文（设计）2 文献综述传统活性污泥法处理流程包括曝气池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系统 等基本组成部分。污水和回流污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物 反应池，曝气设备将空气传入污水中，空气重的氧气溶入污水中，污泥中的微生物 发生好氧代谢反应，消耗掉污水中的有机物，同样利用污水中的有机物微生物自身 也进行繁殖，增加了活性污泥的量，污水经过二沉池之后将污泥沉淀，出水经过紫 外消毒渠后将有害的微生物杀灭。出水即符合国家出水标准。6材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明3 工艺说明3.1 工艺方法比选 3.1．1 传统活性污泥法（1）基本原理 向生活污水不断地注入空气，维持水中有足够的溶解氧，经过一段时间后，污 水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体是由大量繁殖的微生物构成，易于沉淀分离， 使污水得到澄清，这就是“活性污泥”。活性污泥法就是以悬浮在水中的活性污泥为 主体，在微生物生长有利的环境条件下和污水充分接触，使污水净化的一种方法。 它的主要构筑物是曝气池和二次沉淀池，基本流程如图 1 所示。需处理的污水和回 流活性污泥一起进入曝气池，成为悬浮混合液，沿曝气池注入压缩空气曝气，使污 水和活性污泥充分混合接触，并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被 活性污泥中的好氧微生物群体分解，然后混合液进入二次沉淀池，活性污泥与水澄 清分离，部分活性污泥回流到曝气池，继续进行净化过程，澄清水则溢流排放。由 于在处理过程中活性污泥不断增长， 部分剩余污泥从系统中排出， 以维持系统稳定。 （2）传统活性污泥的优缺点 普通活性污泥法优点：a 废水浓度从池子的首端至池尾是逐渐下降的，由于在 曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；b 推流式曝 气池也可采用多种运行方式。 缺点：a 耐冲击技能差；b 需氧量沿池长前大后小，而空气的供应是均匀的， 这就是造成前段氧量不足后段氧量过剩的现象。若要维持前段足够的溶解氧。则会 造成后段大大超过需要，造成浪费 （3）传统活性污泥的工艺比较 a 阶段曝气法： 阶段曝气法又称逐步曝气法，是为了克服普通法的第 b 个缺点而发展起来的。 在阶段曝气法中，污水沿池长分段多点进入，使有机物负荷分布较为均匀，对氧的 需求变得较为均匀。微生物在有机物比较均匀的条件下，能充分发挥分解有机物的 能力。另一个特点是污泥浓度沿池长逐步降低，出流污泥浓度低，有利于二次沉淀 池的运行。因此，阶段曝气法可以提高空气利用率和曝气池的工作能力，并且能减 轻二沉池的负荷。阶段曝气法特别适用于大型曝气池及浓度高的废水。其不足是，7材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明进水若得不到充分混合，会引起处理效率的下降。 b 完全混合法： 其流程和普通法相同。完全混合法有两个优点，其一是进入曝气池的污水立即 与池内原有浓度低的大量混合液混合，得到了很好的稀释，所以进水水质的变化对 污泥的影响将降低到很小程度，能较好地承受冲击负荷；其二是池内个点有机物浓 度(F)均匀一致，微生物群的性质和数量（M）基本相同，池内各部分工作情况几乎 完全一致。由于微生物生长所处阶段主要取决与 F：M，所以完全混合法有可能把 整个池子工作情况控制在良好的同一条件下进行，微生物活性能够充分发挥，这一 特点是推流曝气池所不能具备的。其基本流程如图 2 所示。 完全混合法分为加速曝气法和延时曝气法两种。加速曝气法是一种利用处于对 数增长阶段微生物处理废水的方法。由于微生物活力强，分解有机物快而多，大大 提高了曝气池的处理能力。采用这种方法一般有机废水曝气时间仅需要 2~4 小时， BOD5 去除率即可达 90％。池中污泥浓度一般在 3~6g/L 左右。它的主要缺点是微 生物活力强，凝聚性能差，出水中含有机物较多，处理效果不如普通法。 延时曝气法的特征是曝气时间长（约 1~3 天） ，微生物生长在内源代谢阶段， 不但去除了水中污染物，而且氧化了合成的细胞物质，基本上没有污泥外排，省去 了污泥处理设施，管理方便，处理效果稳定。缺点是池容积大，曝气时间长，基建 费和动力费都较高。这种方法一般适用于要求高而又不便于污泥处理的中小城镇或 工业废水处理。 （4）传统活性污泥的工艺图 污水通过预处理之后进入曝气池，在曝气池内微生物进行生化反应，曝气装置 将空气传入水体中， 微生物利用空气中的氧气发生氧化反应， 消耗污水中的有机物， 同时微生物也进行自身的繁殖，产生的污泥一部分回流，剩余的污泥排出，经过曝 气池中的污水进入二沉池后便可外排进水曝气池二沉池出水回流污泥剩余污泥图 1.1 传统活性污泥工艺图 Figure 1.1 The process of conventional activated sludge8材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明3.1.2A/O 工艺(1)基本原理 A/O 工艺的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷 功能， 是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理， 所以 A/O 法是改进的活性污泥法。 A/O 工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A 段 DO 不大于 0.2 mg/L， O 段 DO=2～4 mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮 污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶 性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处 理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污 染物进行氨化，游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用 将 NH3-N（NH4+）氧化为 NO3-，通过回流控制返回至 A 池，在缺氧条件下，异氧 菌的反硝化作用将 NO3-还原为分子态氮（N2）完成 C、N、O 在生态中的循环，实 现污水无害化处理。 (2)A/O 内循环生物脱氮工艺特点 a 效率高； b 流程简单，投资省，操作费用低； c 缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率； d 容积负荷高； e 缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。 (3)A/0 工艺的缺点 a 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； b 若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。另外，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%。9材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明(4)工艺流程 本工艺设计主要是以除氮为主，所以应采用缺氧好氧（ A/O）工艺，基本工艺 流程如下：混合液回流进水 预处理 缺氧池 好氧池污泥回流 图 1.2 缺氧好氧工艺流程 Figure 1.2The process of anoxic aerobic出水 二沉池剩余污泥排放3.1.3SBR 工艺(1)定义 指在同一反应池（器）中，按时间顺序由进水、曝气、沉淀、排水和待机几个 基本工序组成的活性污泥污水处理方法， 简称 SBR 法。 其主要变形工艺包括循环式 活性污泥工艺（CASS 或 CAST 工艺） 、连续和间歇曝气工艺（DAT-IAT 工艺） 、交 替式内循环活性污泥工艺（AICS 工艺）等。 (2)基本原理 在反应器内预先培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器与活性污泥混 合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机物降解并 同时使微生物细胞增殖。将微生物细胞物质与水沉淀分离，废水即得到处理。其处 理过程主要由初期的去除与吸附作用、微生物的代谢作用、絮凝体的形成与絮凝沉 淀性能几个净化过程完成。 (3)SBR 工艺特点 a 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交 替状态，净化效果好。 b 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水 水质好。 c 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水 量和有机污物的冲击。 d 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 e 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 f 反应池内存在 DO、BOD5 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。10材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明g SBR 法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 h 脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好 的脱氮除磷效果。 i 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、 污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 (4)SBR 工艺的缺点 a 间歇周期运行，对自控要求高； b 变水位运行，电耗增大； c 脱氮除磷效率不太高； d 污泥稳定性不如厌氧硝化好。 (5) 污染物去除率（如表 1.1）表 1.1 SBR 工艺的污染物去除率 Table 1.1 The pollutant removal of SBR process污水 类别 城镇 污水 工业 废水污染物去除率（%） 主体工艺 SS BOD5 CODcr TN NH3-N TP初次沉+SBR70-9080-9580-9085-9560-8550-85预处理+SBR70-9070-9070-9085-9555-8550-85注：根据水质、SBR 工艺流程等情况，决定是否设置初次沉淀池3.1.4 氧化沟工艺 (1)氧化沟简介 氧化沟，又名连续循环曝气池，是活性污泥法的一种变形。指反应池呈封闭无 终端循环流渠形布置，池内配置充氧和推动水流设备的活性污泥法污水处理方法。 主要工艺包括单槽氧化沟、双槽氧化沟、三槽氧化沟、竖轴表曝机氧化沟和同心圆 向心流氧化沟，变形工艺包括一体氧化沟、微孔曝气氧化沟。 (2)氧化沟工艺特点 a 构造形式多样性11材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明基本形式氧化沟的曝气池呈封闭的沟渠形，而沟渠的形状和构造则多种多样， 沟渠可以呈圆形和椭圆形等形状。可以是单沟系统或多沟系统；多沟系统可以是一 组同心的互相连通的沟渠，也可以是相互平行，尺寸相同的一组沟渠。有与二次沉 淀池分建的氧化沟也有合建的氧化沟，合建的氧化沟又有体内式和体外式之分等等。 多种多样的构造形式，赋予了氧化沟灵活机动的运行性能，使他可以按照任意一种 活性污泥的运行方式运行，并结合其他工艺单元，以满足不同的出水水质要求。 b 曝气设备的多样性 常用的曝气设备有转刷、转盘、表面曝气器和射流曝气等。不同的曝气装置导 致了不同的氧化沟型式，如采用表面曝气机的卡鲁塞尔氧化沟，采用转刷的帕斯维 尔氧化沟等等，与其他活性污泥法不同的是，曝气装置只在沟渠的某一处或者几处 安设，数目应按处理场规模、原污水水质及氧化沟构造决定，曝气装置的作用除供 应足够的氧气外，还要提供沟渠内不小于 0.3m/s 的水流速度，以维持循环及活性污 泥的悬浮状态。 c 曝气强度可调节 氧化沟的曝气强度可以通过两种方式调节。一是通过出水溢流堰调节：通过调 节溢流堰的高度改变沟渠内水深，进而改变曝气装置的淹没深度，使其充氧量适应 运行的需要。淹没深度的变化对曝气设备的推动力也会产生影响，从而可以对进水 流速起到一定的调节作用；其二是通过直接调节曝气器的转速：由于机电设备和自 控技术的发展，目前氧化沟内的曝气器的转速时可以调节的，从而可以调节曝气强 度的推动力。 d 简化了预处理和污泥处理 氧化沟的水力停留时间和污泥龄都比一般生物处理法长，悬浮装有机物与溶解 性有机物同时得到较彻底的稳定，故氧化沟可以不设初沉池。由于氧化沟工艺污泥 龄长，负荷低，排出的剩余污泥已得到高度稳定，剩余污泥量也较少。因此不再需 要厌氧消化，而只需进行浓缩和脱水。 (3)氧化沟工艺的缺点： a 污泥膨胀问题； b 泡沫问题； c 污泥上浮问题； d 流速不均及污泥沉积问题 (4)污染物去除率12材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明表 1.2 氧化沟污染物去除率 Table 1.2 Pollutant removal rate of oxidation ditch污水 类别 城镇 污水 工业 废水污染物去除率 主体工艺 SS BOD5 CODcr TN NH3-N TP预(前)处理+ 氧化沟、 二沉池 预(前)处理+ 氧化沟、 二沉池70-9080-9580-9055-8585-9550-7570-9070-9070-9045-8570-9540-75注：根据水质、工艺流程等情况，可不设置初沉池，根据沟型需要可设二沉池 (5)工艺流程预处理氧化沟二沉池出水回流污泥剩余污泥排放图 1.3 氧化沟工艺流程 Figure 1.3 Ditch process of oxidation3.1.5.卡鲁塞尔氧化沟 卡鲁塞尔氧化沟是一个多沟串联的系统，进水与活性污泥混合后在沟内不停地 循环运动。污水和回流污泥在第一个曝气区种混合。由于曝气器的泵送作用，沟中 的流速保持在 0.3m/s 左右。水流在连续经过几个曝气区后，便流入外边最后一个环 路，出水从这里通过出水堰排出，出水位于第一曝气区的前面。 卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气器，每组沟渠安装一个，均安装 在同一端，因此形成了靠近曝气器下游的富氧区和曝气器上游以及外环的缺氧区。 这不仅有利于生物凝聚，还是活性污泥易于沉降。BOD 去除率可达 95%~99%，脱 氮效率约为 90%，除磷率约为 50%。 在正常的设计流速下，卡鲁塞尔氧化沟渠道中混合液的流量是进水流量的 50~100 倍， 曝气池中的混合液平均每 5~20min 完成一个循环。 具体循环时间取决于13材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明渠道长度、渠道流速及设计负荷。这种状态可以防止短流，还通过完全混合作用产 生很强的耐冲击负荷能力。 卡鲁塞尔氧化沟的表面曝气机单机功率大 （可达 150 kW),其水深可达 5 m 以上， 使氧化沟占地面积减小，土建费用降低。同时具有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能 力。当有机负荷较低时，可以停止某些曝气器的运行，或者切换较低的转速，在保 证水流搅拌混合循环流动的前提下，节约能量消耗。由于曝气机周围的局部地区能 量强度比传统活性污泥曝气池中强度高得多，使得氧的转移效率大大提高，平均传 氧效率达到 2.1 kg/(kW? h)。 3.2 最佳工艺选择 3.2.1.传统活性污泥法 传统活性污泥法与其他的处理工艺相比较，传统法更为经济，并且传统法的进 水的废水浓度从池首到池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废 水降解反应的推动力较大，效率较高；推流式曝气池也可采用多种运行方式。 3.2.2 A/O 工艺 由于 AO 工艺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；AO 工艺若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而 加大了运行费用。另外，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，脱氮率很难达标。 3.2.3．SBR 工艺 SBR 工艺的后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设 施如排水管道也很大；SBR 法一般不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解 决；SBR 工艺间歇周期运行，对自控要求高；变水位运行，电耗增大；脱氮除磷效 率不太高；污泥稳定性不如厌氧硝化好。 3.2.4.卡鲁塞尔氧化沟 卡鲁塞尔氧化沟采用多沟串联，适用于大中型污水处理厂，特别是用地紧张的 大型污水处理厂。其出水水质好，由于存在明显的富氧区和缺氧区，脱氮效果高； 曝气设施单机功率大，调节性能好，并且曝气设备数量少，既可节省投资，又可使 运行管理简化；有极强的混合搅拌于耐冲击负荷能力；氧化沟沟深加大，使占地面 积减少，土建费用降低。14材料科学与工程学院毕业论文（设计）3 工艺说明3.2.5.A2/O 工艺 由于 A2/O 工艺在运行的时候厌氧区是居前的， 回流污泥中带有大量的硝酸根， 破坏厌氧环境因此对厌氧区聚磷菌厌氧对磷的释放是不利的。缺氧区处在工艺的中 间，反硝化时脱氮碳源供应不足，使得系统对脱氮受限制。由于整个工艺中存在内 循环系统，常规工艺系统所排放的剩余污泥实际中只有一部分经历了一部分经历了 完整的对磷的释放和吸附的过程，其余的都没有哦经历过完整的过程，因此会对处 理效果产生很大的影响。 3.3 传统活性污泥法的工艺流程简图 进水通过粗格栅去除一部分的 SS 之后通过提升泵之后到达细格栅之后再进一 步去除一部分的 SS， 之后污水到达沉砂池之后去除较大的密度较大的颗粒， 污水进 而进入曝气池进行生化反应，去除大部分的有机物之后通过二沉池去除悬浮物，通 过紫外消毒渠之后便可排除。进水粗 格 栅提 升 泵 房细 格 栅沉 砂 池曝气 池二 沉 池紫 外 消 毒 出水污泥回流 污泥脱水机 污泥浓缩池图 1.4 传统活性污泥工艺流程图 Figure 1.4 conventional activated sludge process flow diagram污泥外运15材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算4 主要构筑物的设计计算4．1 格栅 （1）.进出水指标及日处理量 日处理量 Q=30000m3/d=0.347m3/s=347L/s 总变化系数 Kz=1.4 日处理水量的最大值QMAX ? Q ? KZ ? 0.347 ?1.4 ? 0.486m3 / s表 4.1 进出水指标 Table 4.1Import water indexBOD5 进水（mg/l） 出水(mg/l) 去除率(%) 170 20 88.2CODcr 240 60 75NH3-N 20 8 60TN 40 20 50SS 160 20 87.5格栅草图如图 4.1 所示：1h2 H1 h12HhB1h1ha1l1500H1/tga1000l2图 4.1 格栅Figure 4.1 grille sketch16B1Ba材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算4.1.1 粗格栅 （1）栅槽宽度 a 栅条的间隙数 n（个）n?式中：Qmax sin ? bhvQmax――最大设计流量，Qmax=0.486 m3/s)； α――格栅倾角，取 α=60° ； b――栅条间隙，m，取 b=0.04 m； n――栅条间隙数，个； h――栅前水深，m，取 h=0.4（m） ； v――过栅流速，m/s,取 v=0.8 (m/s)。 格栅设 2 组，按 2 组同时工作设计，一格停用，一格工作校核。则栅条间隙数为：0.243 ? sin 600 ? 17.66 ，取 18 个。 0.04 ? 0.4 ? 0.8n?b 栅槽宽度 B。 栅槽宽度一般比格栅宽 0.2～0.3 m，取 0.2 m；设栅条选择用锐边矩形，设栅条 宽度 S=10 mm=0.01 m，则栅槽宽度为： B ? S (n ? 1) ? bn ? 0.2 ? 0.01? (18 ? 1) ? 0.04 ?18 ? 0.2 ? 1.01(m) (2) 通过格栅的水头损失 h1 (m)h1 ? h0 k h0 ? ? v2 sin ? 2g4 S ( ) ? ? ?( ) 3 b式中： h1――设计水头损失，m； h0――计算水头损失，m； g――重力加速度，m/s2；17材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算k――系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用 3； § ――阻力系数，与栅条断面开关有关，可按手册提供的计算公式和相关系 数计算。 因栅条断面为锐边矩形断面，所以取 β=2.42，代入数据得：S v2 h1 ? h0k ? ? ( )4 / 3 sin ? k b 2g 0.01 4 / 3 0.82 ) ? sin 600 ? 3 0.04 19.6 ? 0.033(m) ? 2.42 ? ((3) 栅后槽总高度 H（m） 设栅前渠道超高 h2=0.3m，则H ? h ? h1 ? h2 ? 0.4 ? 0.033 ? 0.3 ? 0.733(m)（4）栅槽总长度 L (m) a 进水渠道渐宽部分的长度 L1。 设进水渠宽 B1=0.85 m， 其渐宽部分展开角度 α1=200L1 ?B ? B1 1.01 ? 0.85 ? ? 0.22(m) 2 tan ?1 2 tan 200b 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 L2(m)L1 0.22 ? ? 0.11(m) 2 2 H1 L ? L1 ? L2 ? 1.0 ? 0.5 ? tan ? H1 ? h ? h2 L2 ?式中：H1――栅前渠道深，m。L ? 0.22 ? 0.11 ? 1.0 ? 0.5 ?c 每日栅渣量 W（m3/d)0.4 ? 0.3 ? 2.23(m) tan 600W?86400 QmaxW1 1000Kz式中， W1 为栅渣量， m3/103m3 污水， 格栅间隙为 16～25 mm 时， W1=0.01～0.03 m3/103 m3 污水；格栅间隙为 30～50 mm 时，W1=0.03～0.1 m3/103m3 污水。本设计 粗格栅间隙为 4 mm，取 W1=0.07 m3/103m3 污水。18材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算W?故采用机械清渣。 4.1.2 细格栅 (1) 栅槽宽度86400 ? 0.486 ? 0.07 ? 2.09(m3 / d ) ? 0.2(m3 / d ) a 栅条的间隙数 n（个）n?式中 ：Qmax sin ? bhvQmax――最大设计流量，Qmax=0.486 (m3/s)； α――格栅倾角，取 α=600； b――栅条间隙，m，取 b=0.02； n――栅条间隙数，个； h――栅前水深，m，取 h=0.4（m） ； v――过栅流速，m/s,取 v=0.8 (m/s)。 格栅设 2 组，按 2 组同时工作设计，一格停用，一格工作校核。则栅条间隙数：n? 0.243 ? sin 60° ? 35.2 ，取 36 个。 0.02 ? 0.4 ? 0.8b 栅槽宽度 B。 栅槽宽度一般比格栅宽 0.2～0.3 m，取 0.2 m；设栅条选择用锐边矩形，则栅条 宽度 S=10 mm=0.01 m，则栅槽宽度为：B ? S (n ?1) ? bn ? 0.3 ? 0.01? (36 ? 1) ? 0.02 ? 36 ? 0.2 ? 1.27(m)(2) 通过格栅的水头损失 h1 (m)h1 ? h0 k h0 ? ? v2 sin ? 2g4S ( ) ? ? ?( ) 3 b式中：19材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算h1 ――设计水头损失，m； h0 ――计算水头损失，m； g ――重力加速度，m/s2； k ――系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用 3； § ――阻力系数，与栅条断面开关有关，可按手册提供的计算公式和相关系数 计算。 因栅条断面为锐边矩形断面，所以取 β=2.42，代入数据得：S v2 h1 ? h0k ? ? ( )4 / 3 sin ? k b 2g 0.01 4 / 3 0.82 ) ? sin 600 ? 3 0.02 19.6 ? 0.081(m) ? 2.42 ? ((3) 栅后槽总高度 H（m） 设栅前渠道超高 h2=0.3 m，则H ? h ? h1 ? h2 ? 0.4 ? 0.081 ? 0.3 ? 0.781(m)(4) 栅槽总长度 L (m) ① 进水渠道渐宽部分的长度 L1。 设进水渠宽 B1=1.0 m， 其渐宽部分展开角度 α1=200。L1 ?B ? B1 1.27 ? 1.0 ? ? 0.37(m) 2 tan ?1 2 tan 200② 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 L2 (m)L1 0.37 ? ? 0.14(m) 2 2 H1 L ? L1 ? L2 ? 1.0 ? 0.5 ? tan ? H1 ? h ? h2 L2 ?式中，H1 为栅前渠道深，m。L ? 0.37 ? 0.14 ? 1.0 ? 0.5 ?(5) 每日栅渣量 W（m3/d)0.4 ? 0.3 ? 2.41( m) tan 60020材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算W?86400 QmaxW1 1000Kz式中：W1 为栅渣量，m3/（103 m3 污水） ， 本设计细格栅间隙为 20mm，取 W1=0.02 m3/（103 m3 污水） 。W?故采用机械清渣。86400 ? 0.486 ? 0.02 ? 0.6(m3 / d ) ? 0.2(m3 / d ) 4.2 沉砂池选择与设计计算 4.2.1 沉砂池的选择 沉砂池的功能是利用物理原理去除污水中密度较大的无机颗粒污染物，如泥沙、 煤渣等，他们的相对密度均为 2.65.城镇污水处理厂一般均应设置沉砂池。沉砂池一 般设于泵站倒虹吸管前，以前减轻无机颗粒对于水泵、管道的磨损；也可设于初沉 池前，减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。沉砂池常见的形式有平 流式沉砂池、曝气式沉砂池、竖流式沉砂池及涡流式沉砂池等。 (1) 平流式沉砂池 优点：沉淀效果好，耐冲击负荷，适应温度变化。工作稳定，构造简单，易于 施工，便于管理。 缺点：占地大，配水不均匀，易出现短流和偏流，排泥间距较多，池中约夹杂 有 15%左右的有机物使沉砂池的后续处理增加难度。 (2) 涡流式沉砂池 优点：适应流量变化能力强；水头损失小，典型的损失值仅 6 mm ；细砂 粒去除率高， 140 （ 0.104 mm ）目的细砂也可达 73% ；动能效率高。 缺点：搅拌桨上会缠绕纤维状物体；砂斗内砂子因被压实而抽排困难，往 往需高压水泵或空气去搅动，空气提升泵往往不能有效抽排砂粒；池子本身虽 占地小，但由于要求切线方向进水和进水渠直线较长，在池子数多于两个时， 配水困难，占地也大。 (3) 曝气沉砂池 优点：克服了平流沉砂池的缺点，使砂砾与外裹的有机物较好的分离，通过调 节曝气量可控制污水的旋流速度，使除砂效率稳定，受流量变化影响小，同时起调21材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算节曝气作用，其沉砂量大，且其含有机物少。 缺点：由于需要曝气，所以池内应考虑设有消泡装置，其他型易产生偏流或死 角，并且由于多了曝气装置从而使费用增加。 由于曝气沉砂池有占地小，能耗低，土建费用低的优点，故采用曝气沉砂 池。 3.2.2 曝气沉砂池的设计计算 (1).设计水量： 日处理量 Q=30000m3/d=0.347m3/s=347L/s 日变化系数 Kz=1.4 日处理水量的最大值 QMAX ? Q ? KZ ? 0.347 ?1.4 ? 0.486m3 / s图 3.2 曝气沉砂池 Fig. 3.2 sketch of aerated grit chamber(2) 池体计算 a 池子总有效容积 V(m3)V ? Q maxt ? 60式中： Qmax――最大设计流量，m3/s，Qmax=0.486 m3/s； t ――最大设计流量时流行时间，min，取 t=2 min。V ? 0.486 ? 2 ? 60 ? 58.32(m3 )b 水流断面积 A(m2)22材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算A?Q max v1式中 v1――最大设计流量时的水平流速，m/s,取 v1=0.1 m/s。A?c 池总宽度 B (m)0.486 ? 4.86(m 2 ) 0.1B?A h2式中： h2――设计有效水深，m，取 h2=1.5 m。B?A 4.86 ? ? 3.24(m) h2 1.5d 每个池子宽度 b (m)，取 n=2 格，则b?B 3.24 ? ? 1.62(m) n 2宽深比：b 1.62 b ? ? 1.08 ，满足条件 ~ (1 ~ 1.5) h2 1.5 h2e 池长 L(m)L?f 每小时所需空气量 q(m3/h)V 58.32 ? ? 12(m) A 4.86q ? d ? Qmax ? 3600式中： d――每立方米污水所需空气量，m3，取 d=0.2 (m3/m3)污水。则q ? 0.2 ? 0.486 ? 3600 ? 349.92(m3 / h)(4) 沉砂室尺寸计算 a 沉砂部分所需容积 V (m3)V? Qmax XT ? 86400 K z 106式中：23材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算X――城镇污水沉砂量，m3/106 m3 污水，取 X=30 m3/106 m3 污水； T――清除沉砂的间隔时间，d，取 T=2d； Kz――污水流量总变化系数，取 Kz=1.4。V?0.486 ? 30 ? 2 ? 86400 ? 1.80(m3 ) 6 1.4 ?10(2)每个沉砂斗容积 V0(m3)V0 ?V N式中： N――沉砂斗个数，设每一分格有 2 个沉砂斗，共有 4 个分格，则：V0 ?c 沉砂池尺寸 ① 沉砂斗上口宽
(m)V 1.8 ? ? 0.225(m3 ) N 2? 4a?2h3' ? a1 tan ?式中' ' ――斗高，m，取 h3 =0.4 m； h3a1 ――斗底宽，m，取 a1 =0.5 m；～60° （取 60° ） ? ――斗壁与水平面的倾角，一般在 55° 代入上式得：a?② 沉砂斗容积 V1 (m3)2 ? 0.4 ? 0.5 ? 0.96(m) tan 60°24材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算V1 ?h3' (2a 2 ? 2aa1 ? 2a12 ) 6 0.4 ? (2 ? 0.962 ? 2 ? 0.96 ? 0.5 ? 2 ? 0.52 ) 6 ? 0.22(m3 )③ 验算容积 V1≈V0 ，所以符合设计要求。 ④ 沉砂室高度 h3 (m) 采用重力排砂，设池底坡度为 0.02，坡向砂斗。沉砂室由两 部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的 宽度为[2（L2 + a )+0.2]，其中 0.2 为二沉砂斗之间隔壁厚。L2 ?L ? 2a ? 0.2 12 ? 2 ? 0.96 ? 0.22 ? ? 4.93(m) 2 2' h3 ? h3 ? 0.06L2 ? 0.4 ? 0.06 ? 4.93 ? 0.69(m)⑤ 沉砂池总高度 H(m) 取超高 h1=0.3 m,则：H ? h1 ? h2 ? h3 ? 0.3 ? 1.5 ? 0.69 ? 2.49(m)⑥ 验算最小流速 vmin (m/s) 在最小流量时，用 1 格工作vmin ? Qmin n1wmin式中： Qmin――最小流量，m3/s； n1――最小流量时工作的沉砂池数目，个； wmin――最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。Vmin ?d 排砂0.347 ? 0.178(m / s ) ? 0.15(m / s) 1?1.62 ?1.2采用重力排砂，排砂管直径 D=300 mm，在沉砂池旁设贮砂池，并在管道首端 设贮砂阀门。25材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算① 贮砂池容积 V 'V ' ? NV1 ? 7.5h2bV ' ? 2 ? 4 ? 0.22 ? 7.5 ?1.5 ?1.62 ? 20.0(m3 )② 贮砂池平面面积 AA?V' h'式中： h ' ――贮砂池有效水深，取 h ' =2.0 m，代入上式得：A?4.3 推流式曝气池的设计计算 4.3.1．已知条件 (1)V ' 20 ? ? 10(m 2 ) h ' 2.0设计流量与水温=3.0× 104（t/d）=3.0× 104（m3/d）=347（L/s）=0.347（m3/s）（不考虑变化系数） 。夏季平均水温为 T=250C，冬季平均水温为 T=100C。 (2)设计进水水质：表 4.3 进水水质 Table 4.3 Influent qualityBOD5 预处理去除（%） 进水指标(mg/L) 30 119CODcr 35 156NH3-N 10 18TN 15 34SS 40 964.3.2．设计计算 (1) 估算出水溶性 BOD5 二沉池处说 BOD5 由溶解性 BOD5 和溶解性 BOD5 组成， 其中只有溶解性的 BOD5 与工艺计算有关。出水溶解性 BOD5 可用下式估算Se ? SZ ? 7 . 1Kd f C e式中26材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算Se――出水溶解性 BOD5，mg/L; Sz――二沉池出水总 BOD5，mg/L Kd――活性污泥吱声氧化系数，d-1,典型值为 0.06d-1; f――二沉池出水中 SS 中 VSS 所占的比例，f=0.75； Ce――二沉池出水 SS，mg/L；Se ? 2 0 ? 7 . 1 ? 0.0 ? 6 0? . 7 5 ?2 0m1 g3L . 6 1((2) 确定污泥负荷 Ns 率η为 曝气池进水 BOD5 浓度 S0=119 (mg/L)/)曝气池 BOD5 的去除??S0 ? Se 119 ? 13.61 ?1 0 0 % ? ? 100 ?% S0 11988.6%污泥负荷 Ns 计算公式为NS ? K2 S e f?式中 K2――动力学参数，取值范围 0.0168---0.0281。NS ? 0 . 0 1?8 1 3 ?. 6 1 0 . 7 5 ?0.21 k[g B O ?L S S ) ] d 5 D / (k g M 0.885(3) 曝气池有效容积 V 用污泥负荷发计算，设计进水流量 Q=30000 m3/d,曝气池混 合液污泥浓度 X=4000 mg/L。V? QS0 3 0 0 0?0 1 1 9 3 ? ?4250 m( XN s 4 0 0 ? 0 0.21 )曝气池设两座，每座有效容积=5（m3） 。 (5) 复核容积负荷 FVFV ? QS0 3 0 0 0?0 1 1 9 ? ?0.84 kgBOD [ 5 1 0 0V 0 1 0?0 0 4 2 5 0 / 3 (d m )]FV 大于 0.4 kgBOD5/(m3? d),小于 0.9 kgBOD5/(m3? d)，符合《室外排水设计规范》 （GB）的要求。 (6) 污泥回流比 RXR ?污泥指数 SVI 取 150，回流污泥浓度 XR 为106 106 r? ?1.2 ? 8000(mg / L) SVI 15027式中 r---与二沉池有关的修正系数。材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算污泥回流比 R 为R? X % ? ?100% ? 50% XR ? X 8000 ? 4000(7) 剩余污泥量 ΔX 剩余污泥有生物污泥和非生物污泥组成。 生物污泥由微生物的 同化作用产生，并因微生物的内源呼吸而减少。非生物污泥由进水悬浮物种不 可生化不封产生。活性污泥产率系数 Y=0.6，剩余生物污泥 ΔXv 计算公式为?X V ? YQ S0 ? Se X ? K dVf 式中Kd--- 活性污泥自身氧化系数， d-1 。 Kd 与水温有关，水温为 ,20C 时Kd(10)=0.06d-1。根据《室外排水设计规范》 （GB）的有关规定，不同水温 是应进行修正。本例中污水温度夏季 T=250C，冬季 T=100C。K d (25) ? K d (20)1.04T ?20 ? 0.06 ?1.0425?20 ? 0.073(d ?1 ) K d (10) ? K d (20)1.04T ?20 ? 0.06 ?1.0410?20 ? 0.041(d ?1 )夏季剩余生物污泥量：?X V (25) ? 0.6 ? 30000 ? ? 966.45(kg / d )冬季剩余生物污泥量：119 ? 13.6 4000 ? 0.073 ? 4250 ? 0.75 ? ?X V (25) ? 0.6 ? 30000 ? ? 1374.45(kg / d )119 ? 13.6 4000 ? 0.041? 4250 ? 0.75 ? 剩余非生物污泥 ΔXs 计算公式：C ? Ce ?X s ? Q( 1? f b f ) 0 1000式中 C0――设计进水 SS，mg/L,C0=160 (mg/L)； Fb――进水 VSS 中科生化部分比例，设 fb=0.7。?X s ? Q(1 ? f b f ) ? 1502(kg / d )C0 ? Ce 119 ? 13.6 ? 30000 ? (1 ? 0.7 ? 0.75) ? 夏季剩余污泥量 ΔX(25)= ΔXv(25)+ ΔXs=966.45+(kg/d) 冬季剩余污泥量 ΔX(10)=ΔXV(10) +ΔXs=2=2876.45(kg/d) 剩余污泥含水率按 99.2%计算，湿污泥量夏季为 314.3m3/d，冬季为 349.1m3/d28材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算(8) 复核污泥龄 θc 夏季污泥龄 θc（25）为?c ( 2 5 ? )XVf 4 0 0? 0 4 2?5 0 0 . 7 5 ? ?1 3 . 2 d( ) 1 0 0? 0X V ( 2 5 ) 1 0?0 0 9 6 6 . 4 5冬季污泥龄 θc（10）为?c ( 1 0 ? )XVf 4 0 0? 0 4 2?5 0 0 . 7 5 ? ? 9 . 3d( ) 1 0 0? 0X V ( 1 0 ) 1 0?0 0 1 3 7 4 . 4 5复核结果表明，无论冬季还是夏季，污泥龄都在允许的范围内。 (9) 复核出水 BOD5 示。Q( S0 ? S e ) ? K 2 Se XfV根据生物动力学原理，当曝气池体积 V，曝气池混合液污泥浓度 X 已知时，进水 BOD5 浓度 S0 与出水 BOD5 浓度 Se 之间的关系可用下式表上式演变成Se ? QS0 3 ? Q ? K 2 XfV 30000 ? 0.018 ? 4000 ? 0.75 ? 4250? 13.75(mg / L)复核结果表明，出水 BOD5 可以达到设计要求，且与设定值十分接近。 (10) 复核出水 NH3-N 微生物合成去除的氨氮 NW 可用下式计算。NW ? 0.12 ?X V Q冬季微生物合成去除的氨氮 ΔN（10）为?NW (10) ? 0.12 ? 0.12 ??X V (10) Q?100000 30000 ? 5.5(mg / L)冬季出水氨氮为 Ne(10)=N0-NW(10)=20-5.5=14.5(mg/L) 夏季微生物合成去除的氨氮 ΔN（25）为29材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算?NW (25) ? 0.12 ? 0.12 ??X V (25) Q?1000966.45 ? ? 3.9(mg / L)夏季出水氨氮为 Ne(25)=N0-NW(25)=20-3.8=16.2(mg/L) 复核结果表明，无论是冬季还是夏季，仅靠微生物的合成都无法达到出水的标 准，考虑硝化作用，出水氨氮采用动力学公式。? N ? ?m式中 μN――硝化菌比增长速速，d-1；N KN ? Nμm――硝化菌最大比增长速度，d-1； N――曝气池内氨氮浓度，mg/L； KN――硝化菌增长半速度常数，mg/L。 设出水氨氮 Ne=N，将上式进行变换，得Ne(25) ?K N (25) ?N (25)?m(25) ? ?N (25)?1.63 ? 0.13 ? 2.2 0.81 ? 0.13μm 与水温、溶解氧、PH 有关。设计水温条件下 μm（T）为?m(T ) ? ?m(15) e0.098?(T ?15) ?式中DO ? [(1 ? 0.833) ? (7.2 ? pH )] KO ? DOμm（15）――标准水温(150C)时硝化菌最大比增长速度，d-1，μm（15）=0.5 d-1 T――设计条件下污水温度，0C，夏季 T=250C，冬季 T=100C； DO――曝气池内平均溶解氧，mg/L，DO=2mg/L； KO――溶解氧半速度常数，mg/L，KO=1.3mg/L； Ph-----污水 pH 值，pH=7.2。30材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算将有关参数代入，得?m (25) ? 0.5e0.098?(25?15) ? ?m (10) ? 0.5e0.098?(10?15) ?2 ? [(1 ? 0.833) ? (7.2 ? pH )] ? 0.81 1.3 ? 22 ? [(1 ? 0.833) ? (7.2 ? pH )] ? 0.19 1.3 ? 2硝化菌增长半速度常数 KN 也与温度有关，计算公式为0 . 1? 1T 8? ( KN ( T ) ? K N ( 1? 5 )e 15 )式中 KN（15）――标准水温 （150C） 时硝化菌半速度常数， mg/L， KN（15）=0.5 mg/L。0 . 1? 1 8 ?( 2 5 1 5 ) KN ( 2 5? ?e ? 1 . 6m 3( g ) 0 . 5 0 . 1? 1 8? ( 1 0 1 5 ) KN ( 1 0? ?e ? 0 . 2m 8( g ) 0 . 5L/ L/) )硝化菌比增长速度可用下式计算。?N ?1?c? bN式中 bN――硝化菌自身氧化系数，d-1，bN 也要受到污水温度影响，它的修正计算 公式为bN (T ) ? bN( 20 )?1.04T ?20式中 bN(20――200C 时的 bN 值，d-1， ，bN(20)=0.04 d-1。2 5 ? 2 0 bN ( 2 5 ? 4 1. 0 4? ) 0 . 0? 0 ? 2 0 bN ( 1 0 ? 4 11 .0 4? ) 0 . 0? ? 0d .0 4 19 ( ? 0d .0 2 17 () )本例夏季的污泥泥龄 θc=13.2d，冬季污泥泥龄时 θc=9.3d，硝化菌比增长速度为1 ? 0 . 0 4? 9 0.13 13.2 1 ?N ( 1 0? ? 0.027 ? 0.14 ) 9.3?N ( 2 5? )夏季出水氨氮为31材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算Ne ( 2 5 ? )冬季出水氨氮为KN ( 2 5 ?)N( 2 5 )?m( 2 5? ) ?N1 . 6? 3 0.13 ? 2 . 2mg ( 1 0.13 ( 2 50 ) . 8? ?/ L)Ne(10) ?(11) 经出水口设计K N (10) ?N (10)?m(10) ? ?N (10)?0.28 ? 0.14 ? 0.78(mg / L) 0.19 ? 0.14本设计进水口、 回流污泥入口和出水口采用自由出流矩形堰。堰上水头一般为 0.1～0.2 m， 池壁厚度 0.3～0.5 m， 其水力学特征为自由出流宽 顶堰。水力计算公式如下。Q ? mb 2gH 3/2或者H ?(式中 H――堰上水头，m； q――设计流量，m3/s； b――流量系数，m=0.32； g――重力加速度，9.8m/s2。q mb 2 g)2/3考虑到水量变化的影响，曝气池进水口、回流污泥入口和出水口设计流量应按 照最大时流量计算，对于进水口有KZ Q 1.4 ? 30000 ? ? 0.243(m3 / s ) 8 ? 2 0.243 H1 ? ( ) 2/3 ? 0.167(m) 0.32 ? 2.5 ? 2 ? 9.8 q1 ?进水管设计流速 v=0.7m/s，进水管管径为d1 ?对于回流污泥入口有4q1 4 ? 0.243 ? ? 0.66 ? 0.7(m) v? 0.7 ? 3.1432材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算q2 ? Rq1 ? 0.5 ? 0.243 ? 0.122(m3 / s) H2 ? ( 0.122 )2/3 ? 0.106(m) 0.32 ? 2.5 ? 2 ? 9.8污泥回流管设计流速 v=0.6 m/s，污泥回流管直径为d2 ?对于出水口：4q2 4 ? 0.109 ? ? 0.48 ? 0.5(m) v? 0.6 ? 3.14q3 ? q1 ? q2 ? 0.243 ? 0.122 ? 0.367(m3 / s)H3 ? ( 0.367 )2/3 ? 0.13(m) 0.32 ? 5.5 ? 2 ? 9.8出水管设计流速 v=0.7 m/s，出水管直径：d3 ?(12) 设计需氧量4q3 4 ? 0.367 ? ? 0.82 ? 0.8(m) v? 0.7 ? 3.14本设计中： 生物池不具有反硝化功能， 需氧量值计算有机物需氧。硝化氨氮需氧量和生物合成减少的需氧量，设计公式为119 ? 13.6 20 ? 0.78 ? 4.6 ? (30000 ? ? 50 ? 4000 ? 0.75 4250 ? 4000 ? 0.75 0.12 ? ) ? 1.42 ? 1000 ? 9.3 1000 ? 9.3 ? 4648 ? 1896 ? 1947 ? 4597(kg / d ) ? 191.5(kg / h) AOR(25) ? 1.47 ? 30000 ?式中 a――以 BOD5 表示有机物时的氧当量， kgO2/kgBOD5,a=1.47 kgO2/kgBOD5； b――氨氮硝化需氧系数，kgO2/kgN，b=4.57 kgO2/kgN； c――微生物的氧当量，kgO2/kgVSS，c=1.42 kgO2/kgVSS； NK――进水凯氏氮，mg/L； Nke――出水凯氏氮，mg/L.经过好氧反应后，进水有机氮全部被氨化，出水 凯氏氮数值上等于氨氮。 夏季时水温较高，污泥龄较长，在有机物氧化的同时，氨氮的硝化也在进行。 设计需氧量应包括氧化有机物需氧量，污泥自身氧化量和氨氮硝化需氧量。33材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算夏季设计需氧量 AOR（25）为119 ? 13.6 20 ? 2.2 ? 4.6 ? (30000 ? ? 50 ? 4000 ? 0.75 4250 ? 4000 ? 0.75 0.12 ? ) ? 1.42 ?
? 4648 ? 1923 ? 1372 ? 51999kg / d ) ? 216.7( kg / h) AOR(25) ? 1.47 ? 30000 ?冬季设计需氧量 AOR（10）为119 ? 13.6 20 ? 0.78 ? 4.6 ? (30000 ? ? 50 ? 4000 ? 0.75 4250 ? 4000 ? 0.75 0.12 ? ) ? 1.42 ? 1000 ? 9.3 1000 ? 9.3 ? 4648 ? 1896 ? 1947 ? 4597( kg / d ) ? 191.5( kg / h) AOR(10) ? 1.47 ? 30000 ?(13) 标准需氧量 SOR 和用气量SOR(25) ? ?标准需氧量计算公式为AOR(25) ? Cs (20) a[ ?? Csb (25) ? C ] ?1.024T ? 20216.7 ? 9.17 ? 357.4(kg / h) 0.85 ? (0.95 ? 0.9 ? 9.14 ? 2) ?1.024 25? 20式中 Cs(20)――200C 时氧在清水中饱和溶液溶解度，mg/L, Cs(20)=9.17mg/L； α――氧总转移系数，α=0.85； β――氧在污水中饱和溶解度修正系数，β=0.95； ρ――因海拔高度不同而引起的压力修正系数， ? ? p――所在地区大气压力，Pa； Csb(t) ―― 设 计 水 温 条 件 下 曝 气 池 内 平 均 溶 解 氧 饱 和 度 ， mg/L ，Csb (T ) ? Cs (T ) ( pb O ? t) 5 2.026 ?10 42 p ； 1.013 ? 105Cs（T）――设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，mg/L； Pb―― 空 气 扩 散 装 置34处的绝对压力，Pa,材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算pb ? p ? 9.8 ?103 H ? 1.013?105 ? 9.8 ?103 ? 4.2 ? 1.42 ?105 ( P a) ；H――空去扩散装置淹没深度，m； Ot――气泡离开水面时含氧量，%，Ot ? 21(1 ? EA ) 21? (1 ? 0.25) ?100% ? ?100% ? 16.7% ； 79 ? 21(1 ? EA ) 79 ? 21? (1 ? 0.25)EA――空气扩散装置氧转移效率，可由设备样本查得； C――曝气池内平均溶解氧浓度，mg/L，取 C=2mg/L。 工程所在地海拔高度 P=900m,大气压力 p=0.91× 105Pa,压力修正系数 ρ 为??p 0.91?105 ? ? 0.9 1.013 ?105 1.013 ?105微孔曝气头安装在距离池底 0.3m 处，淹没深度 4.0m，其绝度压力为pb ? p ? 9.8 ?103 H ? 1.013?105 ? 9.8?103 ? 4.0 ? 1.4 ?105 (P a)微孔曝气头安氧转移效率 EA 为 25%，气泡离开水面时含氧量 Ot 为Ot ? 21(1 ? EA ) 21? (1 ? 0.25) ?100% ? ?100% ? 16.7% 79 ? 21(1 ? EA ) 79 ? 21? (1 ? 0.25)夏季清水氧饱和度 Cs（25）为 8.4mg/L，曝气池里面平均溶解氧饱和度 Csb（25）Csb (10) pb Ot 1.4 ?105 16.7 ? Cs (10) ( ? ) ? 11.33 ? ( ? ) ? 12.33(mg / L) 5 5 2.026 ?10 42 2.026 ?10 42夏季标准需氧量 SOR(25)为SOR(10) ? ?AOR(10) ? Cs (20) a[ ?? Csb (10) ? C ] ?1.024T ?20191.5 ? 9.17 ? 306.5(kg / h) 0.85 ? (0.95 ? 0.9 ?12.33 ? 2) ?1.02410?20夏季空气用量 QF(25)为QF (25) ?SOR(25) 0.3EA?357.4 ?
/ h) ? 79.4(m3 / min) 0.3 ? 0.25冬季清水氧饱和度 Cs（10）为 11.33 mg/L，曝气池里面平均溶解氧饱和度 Csb（10）Csb (10) pb Ot 1.4 ?105 16.7 ? Cs (10) ( ? ) ? 11.33 ? ( ? ) ? 12.33(mg / L) 5 5 2.026 ?10 42 2.026 ?10 4235材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算冬季标准需氧量 SOR(25)为SOR(10) ? ?AOR(10) ? Cs (20) a[ ?? Csb (10) ? C ] ?1.024T ?20191.5 ? 9.17 ? 306.5(kg / h) 0.85 ? (0.95 ? 0.9 ?12.33 ? 2) ?1.02410?20冬季空气用量 QF(25)为QF (10) ?(14) 曝气池布置SOR(10) 0.3EA?306.5 ?
/ h) ? 68.1(m3 / min) 0.3 ? 0.25设曝气池 2 座，单座池容积为V单 =V / 2 ? 4250 / 2 ? )曝气池有效水深 h=4.5 m，单座曝气池有效面积A单 =V单 / h ? 2125 / 4.5 ? 472.2 （m2 )采用 3 廊道式，廊道宽 b=5m，曝气池宽度为B ? 3b ? 3 ? 5 ? 15(m)曝气池长度为L ? A单 / B ? 472.2 /15 ? 31.5(m)校核宽深比：廊道宽/水深=b/h=5/4.5=1.1 宽深比大于 1，小于 2，满足 GB 的要求。 校核长宽比：池长/廊道宽=L/b=31.5/5=6.3； 长宽比大于 5，小于 10，满足 GB 的要求。 曝气池超高取 0.8 m,曝气池总高为 H=4.5+0.8=5.3 (m) (15) 曝气设备布置 选用某微孔曝气器， 其技术性能参数如下： 氧转移效率 16%～30%:阻力损失 3～8kPa；服务米阿尼基 0.3～0.75m2/(h? 个)；曝气器均与布置，每 个廊道布置 8 列 45 排，两座曝气池共布置曝气器 2160 个。 每个曝气器服务面积=2 LB 2 ? 31.5 ?15 ? ? 0.44( m 2 / 个） n 216036材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算夏季每个曝气器供气量=QF/n=0=2.2[m3/(h? 个)] 冬季每个曝气器供气量= QF/n=0=1.9[m3/(h? 个)] 以上复核结果表明，曝气器服务面积和冬季和夏季曝气器供气量在设备允许范 围之内。 4.4 二次沉淀池的选择与设计计算 4.4.1 二次沉淀池的选择 通常把生物处理后的沉淀池称为二沉池或最终沉淀池。二沉池的作用是泥水分 离，使混合液澄清、污泥浓缩并将分离的污泥回流到生物处理段。其工作效果直接 影响回流污泥的浓度和活性污泥处理系统的出水水质。二沉池与初沉池的主要区别 在于处理对象和所起的作用不同。二沉池的处理对象是活性污泥混合液，它具有浓 度高（mg/L） 、有絮凝性、质轻、沉速较慢等特点。沉淀时泥水之间有 清晰的界面， 属于成层沉淀。 二沉池除了进行泥水分离外，还起着污泥浓缩的作用。 在二沉池中同时进行两种沉淀， 即层状沉淀和压缩沉淀。 层状沉淀满足澄清的要求， 压缩沉淀完成污泥浓缩的功能。 (1) 平流式沉淀池 优点：沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，易施工，多个池 子易于组合为一体，可以节省占地面积。 缺点：池子配水不易均匀，易出现短流和偏流，排泥间距较多，采用多斗排泥 时，每个斗需单独设计排泥管各自排泥，操作量大；采用链式刮泥机排泥时，链带 的支承件和驱动件都浸于水中，易腐蚀。 (2) 竖流式沉淀池 优点：无机械刮泥设备，排泥方便，管理简单，占地面积较小。 缺点：池子深度大，施工困难。对冲击负荷和温度变化的适应能力较差， 造价较高，池径不宜过大，否则布水不均匀。 (3) 辐流式沉淀池 优点：多为机械排泥，运行较好，管理较方便；机械（刮）排泥设备已为定型； 结构受力条件好。 缺点：占地面积大，机械排泥设备复杂，对施工质量要求很高。 (4) 斜板（管）式沉淀池 优点：沉淀效率高、停留时间短；占地面积小37材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算缺点：斜板（管）设备在一定条件下，有滋长藻类等问题，维护管理不方 便；排泥有一定的困难；活性污泥容易黏附在斜板（管）上，影响沉底效果， 甚至可能堵塞斜板（管）引起泛泥。 由于辐流式沉淀池运行效果好，管理较方便，结构受力条件好，所以选择 辐流式沉淀池。 3.4.2 辐流式沉淀池设计计算 (1) 已知条件 Q=3.0× 104 （t/d） =1250 （m3/h） ， Qmax=1750 m3/h=0.486 m3/s， 变化系数 K=1.4； 混合液悬浮固体浓度 X=4000 mg/L；二沉池底流生物固体浓度 Xr=10000 mg/L；回 流比 R=50%。 (2) 设计计算 a 沉淀部分水面面积 F 根据生物处理段的特性，选取二沉池表面负荷q=0.9m3/(m2? h),设 2 座沉淀池即 n=2。F? Qmax 1750 ? ? 972.2 ? m2 ? nq 2 ? 0.9b 池子直径 DD? 4F ? 4 ? 972.2 ? 35.2 ? m ? ，取 D=35m。 3.14?c 校核堰口负荷 q 'q' ?d 校核固体负荷 GG?Q0 875 ? ? 2.2 ? ? L / ? s m ?? ? ? 4.34 L / ? s m ? 3.6? D 3.6 ? 3.14 ? 3524 ?1 ? R ? Q0 X 24 ? ?1 ? 0.5? ? 875 ? 4 2 ? ? ? 129.6 ? ? kg / ? m d ?? F 972.2' e 澄清区高度 h2 设沉淀池沉淀时间 t=2.5 h。' h2 ?Q0t 875 ? 2.5 ? qt ? ? 2.3m F 972.238材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算'' f 污泥区高度 h2设污泥停留时间 2 h'' h2 ?2T ?1 ? R ? QX 2 ? 2 ? ?1 ? 0.5? ?15000 ? 4 ? ? 1.1? m? 24 ? ? X ? X r ? F 24 ? ? 4 ? 10? ? 972.2g 池边水深 h2' '' h2 ? h2 ? h2 ? 0.3 ? 2.3 ?1.1? 0.3 ? 3.7 ? m?h 污泥斗高 h4 则设污泥斗底直径 D2=1.0 m， 上口直径 D1=2.0 m， 斗壁与水平夹角 60° ，?D D ? h4 ? ? 2 ? 1 ? ? tan 60 =0.87 ? m ? 2 ? ? 2i 池总高 H 二次沉淀池拟采用单管吸泥机排泥，池底坡度取 0.01，排泥设备中心立柱的直径为 1.5 m。池中心与池边落差h3 ?40 ? 2.0 ? 0.01 ? 0.19 ? m ? 2超高 h1=0.3m，故池总高 H=h1+h2+h3+h4=0.3+3.7+0.19+0.87=5.06(m) j 流入槽设计 采用环形平底槽， 等距设布水孔， 孔径 50 mm， 并加 100 mm 长短管。① 流入槽。设流入槽宽 B=0.8 m，槽中流速 v=1.0 m/s。槽中水深h? Q0 ?1 ? R ? 875 ? ?1 ? 0.5? ? ? 0.46 ? m ? 3600vB
? 0.8② 布水孔数 n。布水孔平均流速计算公式为vn ? 2tvGm式中 vn――平均流速，m/s，一般为 0.3～0.8 m/s； t――导流絮凝区平均停留时间，s，池周有效水深为 2～4 m 时，取 360～720 s； v――污水的运动粘度，m2/s，与水温有关； Gm――导流絮凝区的平均速度梯度，一般可取 10～30 s-1.39材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算取 t=450 s，Gm=20s-1，水温为 20 ℃ 时，v=1.06× 10-6 m2/s，故vn ? 2tvGm ? 2 ? 450 ?1.06 ?10?6 ? 20 ? 0.62 ? m / s ?布水孔数n?Q0 ?1 ? R ? 8 7? 5? ?1 0 ? . 5 ? 300 个 ? ? ? 3600vn S 3600 ? 0.62 ? 3.14 ? 0.052 4③ 孔距 l ④ 校核 Gm 式中l?? ? D ? B?n?3.14 ? ? 35 ? 0.8? ? 0.375 ? m ? 300Gm ?2 v12 ? v2 2tvv1――布水孔水流收缩断面的流速，m/s， v1 ? vn / ? ，因设有短管，取 ? =1； v2――导流絮凝区平均向下流速，m/s， v2 ? Q / f ； f――导流絮凝区环形面积，m2。 设导流絮凝区的宽度与配水槽同宽，则v2 ?Q0 ?1 ? R ? 875 ? ?1 ? 0.5? ? ? 0.0041? m / s ? 3600? ? D ? B ? B 3600 ? 3.14 ? ? 35 ? 0.8? ? 0.8Gm ?2 v12 ? v2 0.622 ? 0.00412 ? ? 20.1? s ?1 ? ?6 2tv 2 ? 450 ?1.06 ?10Gm 在 10～30 s-1 之间，合格。4.5 紫外线消毒工艺设计计算 3.5.1 紫外线消毒工艺特征 紫外线消毒是细菌、病毒和其他病原微生物细胞吸收紫外线能量后，其遗传物 质（DNA） ，发生突变，使其不再繁殖而达到对水和废水进行消毒的目的。紫外光 波长为 200～280mm 的杀菌能力最强。紫外线消毒应用于污水处理工程，随着紫外 线消毒技术日益成熟和设备的不断完善而被逐渐推广使用。近年来随着公众对环境、 健康问题的关注，紫外线消毒以其安全、环保的优势取代液氯消毒，被《室外排水 设计规范》 （GB 5） 确定为“宜采用”的消毒方法。 紫外线消毒具有高效、 经济、环保、安全的优点，具体体现在以下几方面。 ① 紫外线消毒具有广谱性，即对细菌、病毒、原生动物均有效。40材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算② 紫外线消毒合乎环境保护要求，不会产生三卤甲烷、高分子诱变剂、致癌物 质等毒副产物。 ③ 不需要运输、使用、贮藏有毒或危险化学药剂，维护简单方便，操作安全。 ④ 消毒接触时间极短，无需巨大的接触池、药剂库等建构筑物，大大减少了土 建费用。 ⑤ 占地面积小。 ⑥ 运行成本较氯消毒低。 ⑦ 紫外线消毒无残余消毒作用。 ⑧ 紫外线消毒效果受出水水质影响较大。 4.5.2 紫外线消毒工艺设计计算 (1) 已知条件 Q=3.0× 104（t/d）=1250（m3/h） ，K=1.4 (2) 设计计算 a 峰值流量Q峰 =3 ? 42000 ? m3 / d ?b 灯管数 初步选用 UV4000PLUS 紫外消毒设备，每 3800m3/d 需 10 根灯管n平 =n峰 ?30000 ?14 ? 79 ? 根 ? 380042000 ? 10 ? 111? 根 ? 3800拟选用 6 根灯管为一个模块，则模块数 N 13.2 个&N&18.5 个 c 消毒渠设计 按设备要求渠道深度为 129 cm，设渠中水流速度为 0.3 m/s。每个渠道过水断面积为A?渠道宽度Q 42000 ? ? 1.62 ? m 2 ? v 0.3 ? 24 ? 3600B = A / H = 1 . 6 2 / 1 . 2 9 ，取 =1.2 6( m ) 1.3 m 。41材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算复核流速：v峰 =Q峰 A=4 ? m / s ? 1.29 ?1.3 ? 24 ? 3600v平 =Q平 30000 = =0.207 ? m / s ? A 1.29 ?1.3 ? 24 ? 3600若灯管间距为 12.6 cm， 沿渠道宽可安装 10 个模块。 故选用 UV3000PLUS 系统， 两个 UV 灯组，每个灯组 9 个模块。 每个模块长度为 2.4 m，两个灯组间距 1.0 m，渠道出水设堰板调节。调节堰与 灯组间距 1.5 m，则渠道总长 L 为L ? 2 ? 2.4 ? 2 ?1.0 ?1.5 ? 8.3? m?复核辐射时间t峰 =2? 2 . 4 = 1 6 . ?5 s? 5 （符合要求） 0.29 2 ? 2.4 =23.29 ? s ? 0.207t平 =4.6 污泥浓缩池设计计算 4.6.1 剩余污泥量的计算按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算：?X ? YQ ? S0 ? Se ? ? K dVX v ? fQ ? SS1 ? SSe ? ? 0.6 ?104 ? (0.119 ? 0.02) ? 0.019 ? 4250 ? 2.8 ? 0.6 ?10 4 (0.16 ? 0.02) ? 1782 ? 226.1 ? 2520 ? 4075.9( kgss / d )式中： ΔX ―― 剩余污泥量，kgSS/d； Y ―― 污泥产率系数，不设初沉池时 0.5-0.8kgVSS/kgBOD5m3，取 0.6kgVSS/kgBOD5m3 ； Q ―― 设计平均日污水量，3.0× 104m3/d； So ―― 反应池进水五日生化需氧量，0.119kg/m3； Se ―― 反应池出水五日生化需氧量，0.02kg/m3；K d ― KdeT ? Kde 201.08?T ?20? ? 0.04 ? 1.08?10?20? ? 0.019kgNO3 -N / ? kgMLSS d ? ；42材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算V ―― 反应池的总容积，为 4250m3； XV ―― 反应池混合液挥发性悬浮固体平均浓度，为 Xv=2.8 kgMLVSS/m3； f ―― 进水悬浮物的污泥转换率， kgMLSS/kgSS， 宜根据试验资料确定， 无试验资料时可取 0.5～0.7,取 0.6 kgMLSS/kgSS； SS1 ―― 反应池进水悬浮物浓度，0.16 kg/m3； SSe ―― 反应池出水悬浮物浓度，0.020 kg/m3。 代入数据得：?X ? YQ ? S0 ? Se ? ? K dVX v ? fQ ? SS1 ? SSe ? ? 0.6 ?104 ? (0.119 ? 0.02) ? 0.019 ? 4250 ? 2.8 ? 0.6 ?10 4 (0.16 ? 0.02) ? 1782 ? 226.1 ? 2520 ? 4075.9( kgss / d )剩余污泥含水率按 99.4%计算，湿污泥量 Q 为Q? ?X 4075.9 ? ? 679.3 ? m3 / d ? ， 取 680m3/d。 3 (1 ? 99.4%) ?10 ?1 ? 99.4% ? ?1034.6.2 设计计算 (1) 设计依据 ① 污泥浓缩时间不宜小于 12 h。 ② 当浓缩池不设刮泥机时，污泥斗斜壁与水平面形成的角度不小于 50° ，设刮 泥机时，池底坡度为 1/20。 ③ 刮泥机周边线速度一般为 1～2 m/min。 (2) 设计计算 采用间歇式排泥，剩余污泥量 Q=680 m3/d，含水率 p0＝99.4；浓缩后使污 泥固体浓度为 Cu=30 kg/ m3。 ① 浓缩池面积 A 浓缩污泥为剩余活性污泥，污泥固体通量选用 30kg/(m2? d)。 浓缩池面积 A ? 式中 Q――污泥量，m3/d；43QC 0 G材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算C0――污泥固体浓度，kg/ m3； G――污泥固体通量，kg/(m2? d)，取 25 kg/(m2? d)。A?QC0 680 ? 6 ? ? 136 ? m 2 ? G 30② 浓缩池直径 D 设计采用 n=1 个圆形辐流池。 单池面积A1 ? A/ n ? 1 1 6 /?14 A1m? 6 ?1 12浓缩池直径 D ???4 ?136 ? 13.2 ? m ? ，取 D=14 m。 3.14③ 浓缩池深度 H 浓缩池工作部分的有效水深为h2 ?式中 T――浓缩时间，h，取 T=15 h。QT 24 Ah2 ?QT 680 ?15 ? ? 3.663 ? m ? 24 A 24 ?116超高 h1=0.3 m，缓冲层高度 h3=0.3 m，浓缩池设机械刮泥，池底坡度 i=1/20， 污泥斗下底直径 D1=1.0 m，上底直径 D2=2.4 m。 池底坡度造成的深度?D D ? ? 1 4 2 .?4 h4 ? ? ? 2 ? ? i? ? ? ?? 2? 2 ? 2 ? ?21 ? 0 . 2 ?9 m ? 20污泥斗高度 浓缩池深度?D D ? ? 2.4 1.0 ? h5 ? ? 2 ? 1 ? ? tan55 ? ? ? ? ? tan55 ? 1.0 ? m ? 2 ? 2 ? ? 2 ? 2H=h1+h2+h3+h4+h5 =0.3+3.663+0.3+0.29+1.0=5.55(m)44材料科学与工程学院毕业论文（设计）4 构筑物计算45材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计5 平面布置和高程设计5.1 污水处理构筑物高程计算 5.1.1.构筑物水头损失 由于各构筑物的水头损失比较多，计算起来比较烦琐，本设计中若在设计计算 过程中计算了的就用计算的结果，若在设计计算过程中没计算的就用经验数值。 构筑物水头损失见表表 5-1 构筑物水头损失表Table 5-1 loss table of structures head构筑物名称 粗格栅 细格栅 单管出水井 曝气沉砂池水头损失（m） 0.128 0.28 0.153 0.55构筑物名称 推流式曝气池 辐流式二沉池 紫外消毒间 提升泵水头损失（m） 0.80 0.55 0.30 2.05.1.2.管渠水头损失 在污水处理工程中，便于计算一般认为水流是均匀流。管渠水头损失主要有沿 程水头损失和局部水头损失。 沿程水头损失按下式计算：hf ??2C2RL? i L式中 ： Hf――为沿程水头损失，m；46材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计L――为管段长度，m； R――为水力半径，m； v――为管内流速，m/s； C――为谢才系数。 I―― 为管渠的坡度 b)局部水头损失为：v2 hm ? ? 2g式中：? ――局部阻力系数。c)管渠水头损失计算见下表表 5-2 污水管渠水力计算表Table 5-2 Hydraulic calculation table of the sewage pipe channel管渠设计参数 流量 管渠及构筑物 名称 (L/S)D?m m?I水头损失（m）v ? m s ? L?m?沿程局部合计出水口至紫外 消毒间 紫外消毒间至486.11.60300.0620.1140.236243.05 集水井 集水井至二沉 池 二沉池至配水9002.331.43800.1860.1740.320486.11.60250.0510.1520.253243.057502.001.3547250.0500.1680.200材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计井 配水井至推流 式曝气池 推流式曝气池 池至配水井 配水井至曝气 沉沙池 曝气沉砂池至 细格栅 细格栅至提升 泵房 粗格栅至进水 观察井 进水观察井486.11.60300.0620.2070.169243.059002.331.43500.1160.1300.386486.11.60200.0420.1290.131486.17002.001.28150.0300.1680.128486.19002.331.43200.0470.2070.197486.11.60100.0220.1020.102486.11.60-------Σ=2.1 22水头总损失由计算的工艺流程的总扬程损失为=4.761+2.122=6.883 (m)。 5.2.污水处理高程计算及布置 本设计处理后的污水排入水体， 取河水洪水位比正常水位高 3m， 故以河水洪水 位作为起点，逆流向上推算各水面高程，以使处理后的污水在洪水季节也能自流排 出，再考虑挖土埋深的状况。 由于城市的排水系统采用分流制排水系统，城市污水主干管进入污水处理厂处 的管径为 1200 mm，当地的地面标高为 155.0（作为相对标高 ?0 ） 。 设计受纳水体的河底标高为：148.0 m；平均水深为：2.5 m；取受纳水体的水面标 高为：147.0 m（相对标高为+0.3）48材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计表 5.2 构筑物的标高 Table 5.2 Elevation of structures 构筑物名称 水面(m) 池底（m） 建筑物名称 水面(m) 池底(m)进水管 粗格栅 泵房吸水井 细格栅前 细格栅后 5.3 泵型的选择-2.93 -3.23 -3.40 3.65 3.39-3.41 -3.83 -4.60 3.18 2.92沉砂池 推流式曝气池 二沉池 紫外消毒池 污泥浓缩池3.26 2.02 1.00 0.3 1.001.07 -2.48 -3.76 -2.97 -4.55根据单泵流量，查《城镇污水处理技术装备实用指南》常用设备，选用 600QW―10―160 型的潜水泵。该泵的规格性能为流量 1.07m3/s，扬程 为 10m，转速为 740r/min，功率为 160kW。 提升泵的杨程为 10（m）& 3.65-（-4.60）=8.25（m）&总扬程损失（6.883m） 故污水处理厂的高程设计是合理的。 5.4 污水处理厂的平面布置 污水处理厂的平面布置应包括： 处理构筑物的布置，以及绿化的布置，管道德布置。作平面布置时，要根据各 构筑物的功能要求和流程的水力要求。还要结合厂址的地形，地貌，以及地理位置 的常年主导风向， 地质条件等等， 确定它们在平面图上的位置。 在这一工作过程中， 应该使得各构筑物，渠道更加的便捷，避免迂回曲折。运行时工人的巡视路线更加 的简短方便，在铺设管道的过程中更加的经济。因此在确定构筑物的未位置时，应 该使得各构筑物相隔更加的紧密，缩短管线，以节约用地，减少用地成本。但是同 样也必须使构筑物之间有一定的距离，这一间距主要考虑管，渠的要求，施工时地 基的相互影响，以及远期发展的可能性。如果构筑物之要布置管道时，它的间距一49材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计般可以取 5-8m,有些构筑物还有特殊的要求。 厂内管线布置污水管线是，主要的是联系各个构筑物的。管道以及渠道的布置 应该使得各处理构筑物或者处理单元能够独立的运行，当某一个处理构筑物或者是 处理单元因为故障导致停止运行时也不会导致影响其他构筑物的正常运行。如果构 筑物时分期施工，那么管道，渠道在布置上也应该要瞒住分期施工的要求。所有管 线的安排既要有一定的施工位置同时又要紧凑，并且应该尽可能的平行布置和不要 有不必要的交叉，这样就会在检修的时候更加的方便。减少维修成本 污水处理厂里面应该有完善的雨水管道系统，防止因为积水二导致的污水处理 厂的正常运行。辅助建筑物的布置时整个污水处理厂布置过程中不可避免的。辅助 构筑物的位置应该根据方便，安全的原则来确定辅助构筑物的布置。如鼓风机房设 在曝气池附近以节省管道和动力；变电柜所在的位置应该更加的靠近用电量大的构 筑物。化验室应该远离机器间和污泥干化场所，以保证良好的工作条件。值得注意 的是，污水处理厂应该考虑绿化的比例。总平面布置图可根据污水厂的规模采用 1:200-1:1000 的比例尺进行图表的绘制，常用的比例尺是 1:1000。有的污水处理厂 时分期的，有一期，二期，三期，因此还要根据具体的要求来布置污水处理厂的构 筑物的布置。50材料科学与工程学院毕业论文（设计）5 平面布置与高程设计51材料科学与工程学院毕业论文（设计）6 经济分析6.经济分析污水处理厂的设计的经济分析包括污水处理厂的征地成本，设备的成本，职工 成本，管理成本，构筑物的建设成本，绿化等的成本等等。 设备以及构筑物的成本如小表所示:表 6.1 经济分析 Table 5.1 Analysis of economy序 号 1 2 3 4 6 7 8 9 10 15 18 19名称建筑费 （万元） 设备费（万元） 总计（万元）粗格栅间及污水泵房 细格栅及沉砂池 推流式曝气池 二沉池 回流污泥泵房 紫外线消毒渠 污泥储存池 污泥浓缩池 配电间 综合楼 宿舍 食堂30 20 150 50 15 30 20 25 15 150 40 3090 50 400 200 20 50 20 30 100120 70 550 250 35 80 40 55 115 50 40 3052材料科学与工程学院毕业论文（设计）6 经济分析21 23 25厂区绿化 征地费用 总计40 300040 该污水处理厂时以小型的城镇污水处理厂，总的普通职工以及绿化的员工位 5 人，行政人员 5 名。根据当地的一般生活标准，普通员工的月工资为 2500 元/月， 行政人员额平均工资为 2800 元/月。一年按 12 个月计算工资，加上每人美年的奖金 福利为 1000 元/年。那么所有员工的一年的成本是 32.8 万。53材料科学与工程学院毕业论文（设计）7 参考文献7.参考文献【 1 】崔玉 川 . 《城 市污水处理 设施设计 计算》 ( 第二版 ) 出版 [J]. 给水排 水,. 【2】 高廷耀， 顾国维， 周琪.水污染控制工程 版, 1985 【4】高峻发，王社平 编. 污水处理厂工艺设计手册. 北京： 化学工业出版社. 2003. 【 5 】崔玉川主编 . 城市污水厂处理设施设计计算 [M]. 北京市：化学工业出版 社.2011. 【6】张自杰主编. 环境工程手册水污染防治卷. 北京：高等教育出版社，1996 【7】 魏先勋主编. 《环境工程设计手册》 （修订版） .湖南科学技术出版社 2002.6 【8】唐彬.水短缺背景下的中国污水处理市场[J].每月聚焦，-38. 【9】张丽莉，赵旭德，刘子国.SBR 处理城镇污水中除磷反应进程研究[J].工 业安全与环保，） ：35-37. 【10】 郑晓飞， 李燕.生物除磷新工艺及展望[J].华北给排水， 2007,25 （9） ： 36-39. 【11】李悦，宋晓明.传统污水处理厂脱氮除磷改造工艺评选[J].西南给排水， ） ：8-9. 【12】岑超平，张德见，韩琪.城市污水处理厂处理处置的政策分析 [J].生态环 境，） ：806-903. 【13】郝桂珍，马立山，代学明.论城市污泥特征及其处理处置状况 [J].河北建 筑工程学院学报，）;22-27. 【14】谢少镇，郑晓彬，徐春秀 .污水处理厂污泥成分的分析及探讨其利用 [J] 广州化工，） ：54-56. 【15】喻洋斌，王郭球，张学洪，城市污水处理技术发展回顾与展望[J],广西师 范大学学报（自然科学版） ，） ；81-86. 【16】赵耀，赵素君，孙成才，等.浅析氧化沟污水处理技术[J],中州建设，2006 （7） ；60-61. 【17】 马军， 邱立平.曝气生物滤池及其研究进展[J],环境工程.2002,20 （3)； 7-11. 【18】徐丽花，李亚新，一种好养生物处理有机废水的新工艺设备―生物曝气 滤池[J],给水排水.)：1-4. 【 19 】 Rittmann B E,Langeland W E,2006.Simultaneous denitrification with nitrification in single-channel oxidation ditches[J],J WPCF,57(4);300-308. 【20】陈龙，丁年龙，传统活性污泥法工艺头家粉末活性炭的生产实验性应用54下册.北京:高等教育出版社,2007【3】闪红光主编. 环境保护设备选用手册――水处理设备. 化学工业出版社出材料科学与工程学院毕业论文（设计）7 参考文献[J],污染防治技术.） ；32-43. 【21】 田志梅， 传统活性污泥法工艺该着的探讨 【J 】 ,江苏环境科技.)； 80-88. 【22】俞庭康，杨健，城镇污水处理最佳实用技术新进展[J],环境污染治理技术 与设备.)；13-24. 【23】Lawrence K .Wang ,Zucehng Wu,Nazih K.Shammas in Biological Treatment Processes.)；208-229. 【24】James R.Simpson in Encyclopedia of Hydrology and Lake .)； 101-132. 【25】E．Sahar ,M.Ernst, M.Godehardt, A.Hein in Advanced Water Supply and Wasterwater treatment .)；86-97. 【 26 】 R ． Mailler,J.Gaseper,V.Rocher in Environmental Science and Pollution Research .)；15-30.55材料科学与工程学院毕业论文（设计）8 致谢8. 致谢在本实验即将完成之际，谨对这学期来谆谆教导我的老师梁华银表示深深的谢 意。 梁老师渊博的学识、 严谨的治学态度、 富于钻研的创新精神， 是我坚持的源泉； 这也坚定了我学习的信心和目标；梁老师悉心的教诲对我影响至深，并让我终身受 益! 通过本次毕业课题的实践，不但使我熟悉了运用传统活性污泥法工艺来处理城 镇污水，而且让我学到了作为一个科学工作者应该具备的谦虚、谨慎、认真、敢于 失败与不断尝试的精神。 虽然在设计中遇到了许多困难， 但在梁老师的帮助指导下， 都得到一一解决，在此表示我真诚的谢意! 在大学最后的一段时间里是课程设计让我再次享受了当学生的乐趣，让我最后 一次在校园里真正的为学业努力奋斗了一次，回想起自己在大学里的点点滴滴难免 会有些许的感伤，除了感伤之外更多的是不舍。对同学情谊的不舍，对师生感情的 不舍，对学校教化的不舍。感谢在我大学生涯中为我们付出的老师，是你们陪伴着 我走过了学校生活的最后一段时光，感谢你们的教诲，愿老师们在以后的时光里健 康，快乐！ 最后深深的感谢学校对我此次课题研究的支持，正是在您的培育和支持下，我 才得以不断成长、进步，并顺利完成学业。我惟有加倍努力工作，回馈社会，才能 真正回报您一直对我的关怀与支持。 由于时间仓促，错误和不足之处在所难免，恳请各位老师和同学指正。 谢谢！ ！56材料科学与工程学院毕业论文（设计）8 致谢57
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