三沟式氧化沟工艺污水处理厂设计.doc
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本科生毕业设计
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三沟式氧化沟工艺污水处理厂设计
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三沟式氧化沟工艺污水处理厂设计
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摘要:
三沟式氧化沟工艺污水处理厂设计污水日处理能力为62440m3。
污水主要来源为生活污水、公共建筑污水和工业废水,主要污染物质为SS、BOD、COD、NH3-N,适宜采用生物法处理。
经过该污水厂的处理,出水指标符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18978-2002)中的一级B标准。
本设计采用三沟式氧化沟法处理城市污水,其特点是出水水质好,水质较为稳定,处理流程简单,节省占地,脱氮效果好。
设计中分别对污水处理系统、污泥处理系统、中水回用系统进行设计计算,同时对污水处理厂进行了平面、高程布置,并按要求绘制了厂区平面图、高程图、构筑物平剖面图等图纸。
关键词:
城市污水处理,三沟式氧化沟,中水回用
3
目录
1设计概述 1
1.1设计依据及设计任务 1
1.1.1设计题目 1
1.1.2设计原始资料 1
1.1.3设计内容和要求 2
1.2设计水量 3
1.2.1污水来源及状况 3
1.2.2污水量的计算 3
1.3设计水质 4
1.3.1生活污水水质 4
1.3.2工业污水水质 4
1.3.3混合污水水质 4
1.3.4排水水质 5
1.4设计当量人口数 6
1.4.1当量人口 6
1.4.2当量人口 6
2城市污水处理方案的确定 6
2.1污水处理工艺流程的影响因素 6
2.2污水处理工艺的确定 7
2.2.1污水处理方案的确定 7
2.2.2污水处理工艺的确定 7
2.3污水处理工艺流程的确定 9
2.4主要处理构筑物的比选确定 9
2.4.1污水处理构筑物的比选 9
2.4.2污泥处理构筑物的选择 12
2.4.3中水处理构筑物的选择 13
3污水一级与二级处理系统的设计 15
3.1进水闸井的设计 15
3.1.1污水厂进水管的设计 15
3.1.2进水闸井工艺设计 15
3.2格栅的设计 16
3.2.1中格栅的设计 16
3.2.2细格栅的设计 19
3.2.3格栅除污机的选择 21
3.3污水提升泵房的设计 22
3.3.1水泵的选择 22
3.3.2集水池的设计 23
3.3.3机组和管道的布置 23
3.3.4泵房高度的确定 24
3.3.5单管出水井的设计 24
3.3.6泵房附属设施 24
3.4 曝气沉砂池的设计 25
3.4.1设计参数 25
3.4.2设计计算 25
3.5三沟式氧化沟的设计 27
3.5.1设计要点 27
3.5.2设计参数 27
3.5.3设计计算 28
3.6接触池的计算 33
3.6.1设计参数 33
3.6.2设计计算 33
3.7计量设备 34
3.7.1设计要点 34
3.7.2设计计算 35
4污泥处理系统的设计 35
4.1污泥浓缩池的设计计算 35
4.1.1设计要点 35
4.1.2设计计算 36
4.1.3刮泥设备的选型 39
4.2贮泥池的设计 39
4.3污泥脱水机房 40
5污水回用系统的设计 40
5.1溶液池的设计 41
5.1.1设计要点 41
5.1.2设计参数 41
5.1.3设计计算 41
5.2溶解池的设计 42
5.2.1设计要点 42
5.2.2设计计算 42
5.3圆锥形涡流式反应池的设计 43
5.3.1设计要点 43
5.3.2设计计算 43
5.4水力循环沉清池的设计 45
5.4.1设计说明 45
5.4.2设计参数 45
5.4.3设计计算 46
5.5重力式无阀滤池的设计 52
5.5.1设计说明 52
5.5.2设计要点 52
5.5.3设计参数 54
5.5.4设计计算 54
5.6中水池的设计 57
5.7紫外线消毒 57
5.7.1设计说明 57
5.7.2设计要点 58
5.7.3设计计算 58
6污水处理厂的总体布置 59
6.1平面布置及总平面图 59
6.1.1平面布置的一般原则 59
6.1.2污水厂平面布置的具体内容 59
6.2污水厂的高程布置 60
6.2.1污水处理厂高程布置应满足下列要求 60
6.2.2污水厂的高程布置 60
6.2.3高程计算 60
参考文献 66
致谢 68
1设计概述
1.1设计依据及设计任务
1.1.1设计题目
三沟式氧化沟工艺污水处理厂设计
1.1.2设计原始资料
(一)排水体制:
完全分流制
(二)污水量
1.城市设计人口30万人,居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备。
2.城市公共建筑污水量按城市生活污水量的30%计。
3.工业污水量为25000米3/平均日,其中包括工业企业内部生活淋浴污水。
4.城市混合污水变化系数:
日变化系数K日=1.15,总变化系数Kz=1.40。
(三)水质:
1.当地环保局监测工业废水的水质为:
BOD5=225mg/LCOD=500mg/LSS=220mg/L
TN=45mg/LNH3-N=26mg/LTP=4mg/L
PH=7~8
2.城市生活污水水质:
COD=410mg/LNH3-N=29mg/LTN=45mg/LTP=3mg/L
3.混合污水:
⑴重金属及有毒物质:
微量,对生化处理无不良影响;⑵大肠杆菌数:
超标;
⑶冬季污水平均温度15℃,夏季污水平均温度25℃。
(四)处理厂处理程度及污水回用要求
处理后水的60%排入水体—滏阳河,污水处理厂出水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准,并尽量争取提高出水水质,因此确定本污水厂出水水质控制为:
CODCr≤60mg/L,SS≤20mg/L,BOD5≤20mg/L,TN=20mg/L,NH3-N=8mg/L,TP≤1mg/L。
城市污水经处理后,40%作为市政的杂用水,用于园林绿化、街道喷洒、建筑施工等。
出水水质应执行《污水回用设计规范》(试用)要求:
CODCr≤50mg/l,SS≤15mg/l,总大肠菌群≤3个/L。
(五)气象资料
1.气温:
年平均13.5℃,夏季平均30℃,极端最高气温42.5℃,冬季平均-8℃极端最低气温-21℃。
2.风向风速:
主导风向夏季为南风,冬季为北风,最大风速19m/s
3.冰冻深度70cm,无霜期220d。
(五)水体、水文资料
l、水体资料
⑴河流最高水位55.00m(五十年一遇洪水位),正常水位53.90m,最低水位53.00m;
⑵河道宽度6.0m,河底高程51.50m。
2、厂区地下水为自由水,含水层为砂质粘土层,地下水深度2.30~7.65m,受大气降水影响。
水质对混凝土无侵蚀性。
(七)污水处理厂地形图,厂区地面设计标高为57.50m。
(八)污水处理厂进水干管数据
管内底标高50.80m,管径1200mm,充满度0.75。
1.1.3设计内容和要求
设计内容如下:
1.完成一套完整的设计计算说明书。
说明书应包括:
污水水量的计算;设计方案的确定;污水、污泥、中水处理工艺流程确定;污水、污泥、中水处理单元构筑物的详细设计计算,(包括设计流量计算、参数选择、计算过程等,并配相应的单线计算草图);厂区总平面布置说明等。
2.绘制图纸不得少于5张,应满足下列要求:
(1)污水处理厂工艺及污水回用总平面布置图1张,包括处理构筑物、附属构筑物、配水、集水构筑物、污水污泥管渠、回流管渠、放空管、超越管渠、空气管路、厂内给水、污水管线、中水管线、道路、绿化、图例、构筑物一览表、说明等;
(2)污水处理厂污水和污泥及污水回用工程高程布置图1张,即污水、污泥、中水处理高程纵剖面图,包括构筑物标高、水面标高、地面标高、构筑物名称等;
(3)污水处理、污泥处理单项构筑物施工平面图和剖面图3张。
3.按照学校要求完成毕业设计文件
1.2设计水量
1.2.1污水来源及状况
1.城市设计人口30万人,
2.城市公共建筑污水量
3.工业污水量
4.城市混合污水变化系数:
日变化系数K日=1.15,总变化系数Kz=1.40。
1.2.2污水量的计算
(1)生活平均日污水量(据人口数计算)
式中:
——居住区生活污水设计流量,m3/d;
——设计人口数,人;
——居住区居民生活用水量定额,;本设计取
——污水排放系数;本设计取
则有:
(2)城市公共建筑水量:
(3)工业污水量(包括厂区生活与淋浴用水)
(4)平均日混合污水量
(5)城市混合污水总变化系数:
①日变化系数取:
②总变化系数取:
表1-1水量表
项目
设计水量
平均日水量
最大日水量
最大日最大时水量
1.3设计水质
1.3.1生活污水水质
根据《给水排水设计手册》第5册城镇排水的公式
(1)BOD5的计算:
式中:
——每人每天排放的BOD5,经查阅本设计取
——每人每天排放污水的升数,经查阅本设计取
则有
(2)SS的计算:
(3)
校核,故可生化性强。
1.3.2工业污水水质
1.3.3混合污水水质
1.3.4排水水质
去除率:
处理水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准,根据《给水排水设计手册》第5册,结合排放水要求和出水水质,计算去除率,如表1—2所示:
式中:
——进水物质浓度;
——出水物质浓度
表1-2 水质去除率计算表
序号
基本控制项目
一级B标准
进水水质
去除率
1
2
3
4
5
6
NH3-N
7
PH
1.4设计当量人口数
当量人口数
式中:
——当量人口数,人;
——混合污水中,;
——混合污水量,;
——每人每天排放的或SS的克数,;
根据规范规定:
按计时,;
按BOD5计时,。
1.4.1当量人口
取,
则
1.4.2当量人口
取,
则
2城市污水处理方案的确定
2.1污水处理工艺流程的影响因素
污水处理工艺流程的影响因素[1]:
⑴污水的处理程度;
⑵处理规模和水质特点;
⑶工程造价我运行费用;
⑷污水处理控制要求;
⑸选择合理的污泥处理工艺;
2.2污水处理工艺的确定
2.2.1污水处理方案的确定
本工程的污水为城市污水,可生化性良好,适应采用生物法处理。
目前比较流行的生物处理方法主要有生物膜法和活性污泥法。
因活性污泥法应用比较广泛,工艺较为成熟,故本工程确定采用活性污泥法。
活性污泥法有多种派生工艺,这一类工艺的共同特性[2]表现在以下几个方面:
⑴发挥净水作用的主体是悬浮态微生物絮凝体;
⑵采用曝气设备为生物处理系统提供氧气;
⑶为增加接触并加快反应速度,需对生物处理系统进行充分混合搅拌;
⑷为使出水达到排放标准,通常采用沉淀池进行固液分离,以减少出水中微生物有机体含量;
⑸为了使反应系统保持相对恒定的活性污泥浓度和细胞平均停留时间,通常将沉淀池浓缩的微生物固体按一定的比例回流,并经常排放一部分污泥。
2.2.2污水处理工艺的确定
结合污水的水质特点和出水水质要求,通过综合分析,本工程确定采用三沟式(T型)氧化沟污水处理工艺。
1.三沟式氧化沟的概况
⑴结构特征[3]
三沟式氧化沟的水深为3.5米左右,一般采用表面曝气机进行曝气。
两侧沟内是曝
气间歇工作的,以使污水处于缺氧状态。
中间沟道是采用连续曝气的。
⑵基本运行方式[3]
三沟式氧化沟的基本运行方式大体为6个阶段,工作周期为8小时,由自动控制系
统根据其运行程序自动控制进出水的方向,溢流堰的升降以及曝气转刷的开启或停止。
阶段A:
2.5小时,污水经配水井进入第一沟内。
沟内转刷低速运行,保证维持沟内活性污泥处于悬浮状态下环流。
沟内处于缺氧反硝化状态,反硝化细菌将上阶段产生的NOx—N还原成N2逸出,达到脱氮的效果。
在此过程中,原污水作为碳源而不必另外投加碳源。
同时沟内出水堰能自动调节,混合液进入第二沟、第三沟曝气转刷在此阶段均处于高速运行状态。
使沟内的混合液保持恒定的环流,其DO=2mg/L。
在此进行有机物的氧化、降解和氨氮的硝化。
处理后的混合液再进入第三沟,此时第三沟内的曝气转刷处于闲置状态,所以这个阶段第三沟仅用于沉淀池,使泥水分离,澄清水通过已降低的出水堰从第三沟内排除。
阶段B:
0.5小时,污水入流从第一沟调到第二沟。
此时第一沟内的转刷高速运行,第一沟由缺氧状态逐渐转为富氧状态。
第二沟转刷仍高速运转。
所以阶段B时第一、二沟内均处于好氧状态都进行有机物的降解和氨氮的硝化。
经过第二沟处理过的混合液进入到第三沟内,第三沟仍为沉淀池,沉淀后的水通过第三沟出水堰排除。
阶段C:
1.0小时,第一沟转刷停止运转,开始进行泥水分离,需要设过渡段约为1.0小时,至该阶段末分离过程结束。
在C阶段,入流污水仍然进入到第二沟,处理后的污水仍然通过第三沟出水堰排出。
阶段D:
2.5小时,污水入流从第二沟调至第三沟,第一沟出水堰降低,第三沟出水堰升高,第三沟内转刷低速运转。
使混合液悬浮环流,处于缺氧状态,进行反硝化脱氮。
然后混合液流入到第二沟,第二沟的转刷高速运转,使污水处于好氧状态,进行有机物降解和氨氮的硝化。
经处理后再流入到第一沟。
此阶段于阶段A相似,所不同的是硝化发生在第三沟,而沉淀发生在第一沟。
阶段E:
0.5小时,污水从第三沟转向第二沟,第二沟转刷高速运行,以保证在该阶段末沟内有剩余的扬弃。
第一沟仍作沉淀池,处理后污水通过该沟出水堰排出。
第二沟转刷高速运转,仍处于有机物降解和氨氮硝化过程,这一阶段与阶段B相对应。
不同的是两个阶段的功能相反。
阶段F:
1.0小时,该阶段基本与C阶段相同,第三沟内专刷停止运转,开始泥水分离,入流污水仍然进入第二沟,处理后的污水经第一沟出水堰排出。
三沟式氧化沟除了上述最基本的运行方式外,它还可以根据不同的入流水质及出水
要求而改变。
所以该系统运行灵活、操作方便,但要求自动控制程度较高。
三沟式氧化沟又称作三沟轮换式氧化沟,它将曝气与沉淀工序集于同一构筑物内。
如果要将具有三沟式氧化沟工艺的污水处理厂进行扩建,可以把三沟氧化沟作为单独的
曝气池,在其后再增建二次沉淀池和污泥回流设备,可以将原来的污水处理厂的处理能
力提高一倍。
2.三沟式氧化沟的特点[4]
(1)工艺流程简单,管理方便。
三沟式氧化沟按好氧、缺氧、沉淀三种不同的工艺条件运行,所以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,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。
整个工艺输入的运行模式,由PLC系统自动控制和切换,使整个装置实现了自动化管理。
2.3污水处理工艺流程的确定
本设计采用的主体构筑物为三沟式氧化沟,污水处理的主要工艺流程如下图:
中格栅
污水泵房
细格栅
沉砂池
配水井
三沟式氧化沟
外运
原污水
接触消毒池池
污泥泵房
贮泥池池
浓缩池
脱水机房
中水提升泵房
水力循环澄清池
无阀滤池
中水池
中水回用
鼓风机
空气
流量计
砂泵
砂水分离器
砂外运
涡流式反应池
排入河流
紫外消毒
2.4主要处理构筑物的比选确定
2.4.1污水处理构筑物的比选
1.格栅[1]
格栅是一组(或多组)相平行的金属栅条制成的框架,倾斜地安装在进水渠道、或布置在进水泵站集水井的进口处或污水处理厂的前端,用来拦截污水中的较大的漂浮物和悬浮物,减少后续处理构筑物的固体负荷,保证污水处理设施的正常运行。
本工程采用中细两道格栅,中格栅设于污水提升泵房集水池前,细格栅设于污水提升泵房出水方井与曝气沉砂池之间。
2.污水泵房[3]
污水泵站的形式主要有干式泵房、湿式泵房、圆形泵房及下圆上方形、矩形泵房或组合形泵房、分建式、全地下式、自灌式、非自灌式、合建式、半地下式等,各种形式泵房的优缺点比较如下:
表2-1泵站形式
种类
优缺点
干式泵房
⑴机器间可保持干燥;
⑵便于维修和保养;
⑶零部件不受污水腐蚀。
湿式泵房
⑴结构简单;
⑵管理人员工作条件差;
⑶水泵部件腐蚀较严重。
圆形泵房及
下圆上方形
⑴圆形仅限于台泵时选用;
⑵便于沉井法施工;
⑶直径D=7-15时,工程造价比矩形低。
矩形泵房或
组合形泵房
⑴工艺适用的大型泵房;
⑵可利用的空间较大。
自灌式
⑴启动及时可靠,操作不便,不需引水的辅助设备;
⑵泵房较深,增加地下部分的工程造价。
非自灌式
⑴泵房较浅,结构简单;
⑵有利于自然采风和通风,室内干燥;
⑶不能直接启动,需要引水设备。
合建式
⑴紧凑,占地少,结构较省;
⑵多用于自灌式。
分建式
⑴结构处理简单,无渗漏问题,水泵检修方便;
⑵吸水管较长,水头损失大;
⑶仅限于非自灌式 。
半地下式
见非自灌式及自灌式之优缺点。
全地下式
⑴地面以上占地少;
⑵地下泵房潮湿,对一般电机的正常运转会产生影响,应采用潜水泵。
通过比较,本工程确定采用污水提升泵房设计为自灌式半地下污水提升泵房。
3.沉砂池
沉砂池的功能是去除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。
常见的沉砂池有平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。
各种类型的沉砂池的
优缺点[1,5]比较如下:
表2-2沉砂池优缺点比较
池型
优缺点
平流式沉砂池
1.构造简单,截留无机颗粒物效果较好;
2.流速不易控制,沉砂中有机颗粒含量较高;
3.排砂需要洗砂处理。
竖流式沉砂池
1.占地少,排砂方便;
2.处理效果差。
曝气沉砂池
1.除砂效率较为稳定,处理效果受流量变化影响较小;
2.可以对污水起预曝气作用;
3.曝气对后续生物除磷影响较大;
4.曝气需消耗能量。
旋流沉砂池
1.砂粒的沉淀速度快,效果好;
2.占地省,土建费用低。
3.技术成本比较高;
4.沉砂池配水比较困难,占地面积较大。
通过比较,本工程沉砂池确定采用曝气沉砂池。
4.氧化沟
本工程污水处理系统采用三沟式氧化沟系统。
5.消毒
污水处理厂常用的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒,各种消毒方法的优缺点[6]比较如下:
表2-3消毒方法优缺点比较
消毒剂
优缺点
液氯
1.技术成熟,投配简单;
2.液氯有后续消毒作用;
3.有臭味,残毒,使用时安全措施要求高。
二氧化氯
1.使用安全可靠,有定形产品;
2.须现场制备,维修管理要求较高。
臭氧消毒
1.能有效去除污水中残留有机物、臭味、PH等的影响;
2.须现场制备,设备管理复杂;
3.剩余臭氧需作消除处理;
紫外线
1.运行成本低;
2.杀菌迅速,无化学药剂;
3.消毒效果受出水水质影响较大;
4.设备无定形产品,货源不足。
通过比较,本工程二级出水确定采用液氯消毒。
2.4.2污泥处理构筑物的选择
1.污泥浓缩[6]
污泥浓缩的目的在于去除污泥颗粒间的空隙水,以减少污泥体积,为污泥的后续处理提供便利条件。
污泥浓缩的常见方法有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩等,各种浓缩方法的适用条件比较如下:
⑴重力浓缩
重力浓缩主要适用于活性污泥、活性污泥与初沉污泥的混合体以及消化污泥的浓缩,不宜用于脱氮除磷工艺产生的剩余污泥;
⑵气浮浓缩
气浮浓缩适用于相对密度接近1.0的轻质污泥,如脱氮除磷系统的污泥;
⑶离心浓缩
离心浓缩的适用范围较广,但运行与维修费用较高。
通过比较,本工程浓缩池确定采用重力式浓缩池。
2.污泥脱水[6]
污泥脱水的主要方法有自然脱水和机械脱水。
自然脱水受气候和污泥性质的影响较大,故本工程污泥脱水确定采用机械脱水,即选用带式压滤机进行污泥脱水。
2.4.3中水处理构筑物的选择
1.絮凝池
絮凝池可分为隔板絮凝池、旋流絮凝池、涡流絮凝池等,絮凝阶段的主要任务是,创造适当的水力条件,使药剂与二级出水混合后产生微絮凝体,在一定的时间内凝结成具有良好物理性能的絮凝体,为杂质颗粒在澄清分离创造好条件[7]。
各池优缺点[7]比较如下:
表2-4絮凝池优缺点比较
池型
优缺点
隔板絮凝池
往复式
1.絮凝效果较好,构造简单,施工方便;
2.容积较大,水头损失较大,出水流量分配不易均匀。
回转式
1.絮凝效果较好,构造简单,施工方便;
2.水头损失小;
3.出水流量分配不易均匀,出口处易积泥。
旋流絮凝池
1.水头损失较小,容积较小;
2.池子较深,施工较困难,絮凝效果差。
涡流絮凝池
1.絮凝时间短,容积小,造价较低;
2.池子较深,施工难度大。
折板絮凝池
1.絮凝时间短,容积小,絮凝效果好;
2.造价较高。
穿孔旋流絮凝池
1.构造简单,施工方便;
2.絮凝效果较差。
网格絮凝池
1.絮凝效果好,水头损失小,絮凝时间短;
2.存在末端池底积泥现象,网格上可能滋生藻类,造成孔眼堵塞。
机械絮凝池
1.絮凝效果好,水头损失小,可适应水质、水量的变化;
2.需机械设备和经常维修。
通过比较分析,本工程中水回用絮凝池采用涡流式絮凝池。
2.澄清池
澄清池的常见类型有机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池、悬浮澄清池。
各池优缺点[7]比较如下:
表2-5澄清池优缺点比较
池型
优缺点
机械搅拌沉清池
1.单位面积产水量大,处理效率高,处理效果稳定,适应性强;
2.加工和安装要求高,维修较麻烦。
水力循环沉清池
1.构造较为简单,无机械搅拌设备;
2.投药量大,消耗水头大。
脉冲沉清池
1.部水较均匀,充分混合;
2.池深较浅,便于布置;
3.所需真空设备较为复杂,水头损失是大,操作管理要求高;
4.对水质和水量变化适应性差。
悬浮沉清池
1.构造简单,能处理高浊度水,池型
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- 三沟式 氧化 工艺 污水处理 设计