三溝式氧化溝課程設(shè)計

1、蘭州理工大學(xué)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目: 南方某城市污水處理廠氧化溝工藝主體方案初步設(shè)計 課程名稱 水污染控制 學(xué)生姓名 錢九州 專業(yè)班級 環(huán)境工程二班 學(xué) 號 13180207 指導(dǎo)教師 趙霞 學(xué) 院 石油化工學(xué)院 時 間 2015年 秋 學(xué)期 摘 要本設(shè)計是污水處理廠的初步設(shè)計。該處理廠處理城市污水。根據(jù)設(shè)計要求，該污水處理工程進水中氮含量偏高，在去除bod5和ss的同時，還需要進行脫氮處理，故采用當代水處理工藝中常用的三溝式氧化溝工藝。本設(shè)計采用了三溝式氧化溝主體工藝，工藝流程簡單，省去了初沉池和污泥消化系統(tǒng)，節(jié)省了基建投資和運行費用，同時曝氣設(shè)備和構(gòu)造形式多樣，運行靈活，管理方便，保證出水

2、達到污水排放標準，做到了水資源的合理利用。關(guān)鍵詞：三溝式氧化溝；脫氮；達標排放abstractthe design is the preliminary design of the sewage treatment plant.the treatment plant to treat municipal sewage. according to design requirements, the high nitrogen content in the influent of the sewage treatment works, the removal of bod and ss at the

3、 same time, the need for nitrogen removal process, it is the contemporary water treatment processes used in three oxidation ditch process. this design uses three oxidation ditch the main process, the process is simple, eliminating the primary sedimentation tank and sludge digestive system, investmen

4、t in infrastructure and operating costs savings, while the aeration equipment and construction of various forms, flexible and easy management to ensure that the effluent can meet the effluent standards, so that a reasonable use of water resources.key words: types of three ditch oxidizing ditch，nitro

5、gen remvol，discharge to reach standard前 言水資源是經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的基本保證，污水的任意排放或處理不徹底的排放，都會給水資源環(huán)境帶來嚴重的污染問題。我國水體污染主要來自兩方面，一是工業(yè)發(fā)展超標排放工業(yè)廢水，二是城市化中由于城市污水排放和集中處理設(shè)施嚴重缺乏，大量生活污水未經(jīng)處理直接進入水體造成環(huán)境污染。本設(shè)計是南方某城市污水處理廠的設(shè)計.其中，對進水水質(zhì)、出水水質(zhì)進行分析，對污水處理工藝流程的選擇給予說明，對具體污水及污泥構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)進行了詳細計算。此次設(shè)計要求處理水量100000m3/d，設(shè)計水質(zhì)：bod5 320 mg/l，tss 260 mg/l，vs

6、s 215 mg/l，氨氮 45 mg/l，總氮 62 mg/l。堿度salk 280 mg/l，最低水溫t 10，最高水溫度t 25.設(shè)計出水水質(zhì)：bod5 20mg/l ，tss 20 mg/l，氨氮 15 mg/l，總氮 20 mg/l。污泥產(chǎn)率系數(shù)y=0.55目錄1.氧化溝的概述11.1氧化溝的類型11.2三溝式氧化溝的簡介11.3三溝式氧化溝的具體工藝流程52. 三溝式氧化溝工藝設(shè)計計算52.1設(shè)計參數(shù)62.2去除bod的計算72.3 脫氮的計算72.4氧化溝總?cè)莘e及停留時間的計算92.5 需氧量的計算92.6 進水管和出水管的計算122.7排泥管的計算122.8氧化溝尺寸的計算13

7、2.9出水堰和出水井的計算142.10設(shè)備選擇143.計算結(jié)果匯總164.設(shè)計主體三溝式氧化溝各參數(shù)匯總表184.1三溝式氧化溝尺寸設(shè)計參數(shù)匯總表184.2三溝式氧化溝工藝設(shè)計參數(shù)匯總表19參考文獻21總結(jié)22致謝231.氧化溝概述1.1氧化溝的類型 根據(jù)構(gòu)造特征和運行方式的不同，常用的氧化溝系統(tǒng)有以下幾種：carrcusel式氧化溝，orbal型氧化溝，三溝式氧化溝。本次工藝采用三溝式氧化溝。1.2三溝式氧化溝的簡介氧化溝也稱氧化渠，又稱循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變形。三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構(gòu)造形式，目前采用的三溝式氧化溝工藝是丹麥在間歇式運行的氧化溝基礎(chǔ)上開創(chuàng)的，它實際上仍是一

8、種連續(xù)流活性污泥法，只是將曝氣、沉淀工序集于一體，并具有按時間順序交替輪換運行的特點，其運轉(zhuǎn)周期可根據(jù)處理水質(zhì)的不同進行調(diào)整，從而使其運行操作更趨于靈活方便。這種工藝流程簡單，無需另設(shè)一次、二次沉淀池和污泥回流裝置，使氧化溝工藝的基建投資和運行費用大為降低，并在一定程度上解決了以往氧化溝占地面積大的缺點。三溝式氧化溝工藝主要按下面六個階段輪換運行。階段一：污水經(jīng)配水井進入溝，溝內(nèi)轉(zhuǎn)刷以低速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在僅能維持水和污泥混合，并推動水流循環(huán)流動，但不足以供給微生物降解有機物所需的氧。此時，溝處于缺氧狀態(tài)，溝內(nèi)活性污泥利用水中的有機物作為碳源，活性污泥中的反硝化菌則利用前一段產(chǎn)生的硝酸鹽中的氧來

9、降解有機物，釋放出氮氣，完成反硝化過程。同時溝i的出水堰自動升起，污水和污泥混合液進入溝溝內(nèi)的轉(zhuǎn)刷以高速運行，保證溝內(nèi)有足夠的溶解氧來降解有機物，并使氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，完成硝化過程，處理后的污水流入溝，溝中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，起沉淀池的作用，進行泥水分離，由溝處理后的水經(jīng)自動降低的出水堰排出。階段二：進水改從處于好氧狀態(tài)的溝流入，并經(jīng)溝互沉淀后排出。同時溝中的轉(zhuǎn)刷開始高速運轉(zhuǎn)，使其從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)，并使階段一進入溝的有機物和氨氮得到好氧處理，待溝內(nèi)的溶解氧上升到一定值后，該階段結(jié)束。 階段三：進水仍然從溝注入，經(jīng)溝排出但溝中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，開始進行泥水分離，待分離完成，該階段結(jié)束。階段一、二

10、、三組成了上半個工作循環(huán)。階段四：進水改從溝流入，溝出水堰升高，溝出水堰降低，并開始出水。同時，溝中轉(zhuǎn)刷開始低速運轉(zhuǎn)，使其處于缺氧狀態(tài)溝則仍然處于好氧狀態(tài)，溝起沉淀池作用。階段四與階段一的水流方向恰好相反，溝起反硝化作用，出水由溝排出。階段五：類似于階段二，進水又從溝流入，溝仍然起沉淀他作用，溝中的轉(zhuǎn)刷開始高速運轉(zhuǎn)，并從缺氧狀態(tài)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。階段六：類似于階段三，溝進水，溝沉淀出水。溝中的轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)，開始泥水分離。至此完成整個循環(huán)過程。通常一個工作循環(huán)需4-8小時，在整個循環(huán)過程中，中間的溝始終處于好氧狀態(tài)，而外側(cè)兩溝中的轉(zhuǎn)刷則處于交替運行狀態(tài)，當轉(zhuǎn)刷低速運轉(zhuǎn)時，進行反硝化過程，轉(zhuǎn)刷高速運轉(zhuǎn)

11、時，進行硝化過程，而轉(zhuǎn)刷停止運轉(zhuǎn)時，氧化溝起沉淀池作用。不難看出，若調(diào)整各階段的運行時間，就可達到不同的處理效果，以適應(yīng)水質(zhì)、水量的變化。目前運行的這種工藝，大部分是預(yù)先將各階段的運行時間，根據(jù)具體的水質(zhì)、水量，編入運行管理的計算機程序中，從而使整個管理過程運行靈活、操作方便。本工藝采用的氧化溝工藝屬于交替工作式氧化溝，三條同體積的溝槽串聯(lián)組成，兩側(cè)邊池交替作為曝氣池與沉淀池，中間池一直作為曝氣池。原污水交替進入兩側(cè)邊池，處理出水相應(yīng)地從作為沉淀池的另一邊池流出，這樣，提高了曝氣轉(zhuǎn)刷的利用率，使其達到59%左右，另外也有利于生物脫氮。1.3三溝式氧化溝的具體工藝流程2.溝式氧化溝工藝設(shè)計計算2

12、.1設(shè)計參數(shù)污泥齡一般取c=30d；污泥負荷一般取n=0.050.1kgbod5/(kgmlvss·d)；混合液懸浮固體濃度x=4000 mg/l污泥產(chǎn)率系數(shù)：y0.55kgss/kgbod；內(nèi)源代謝系數(shù)：kd=0.055?；旌弦簱]發(fā)性體濃度xv =2800 mg/l20時的脫硝率0.035設(shè)計要求:進水水質(zhì)bod5 320 mg/l，tss 260 mg/l，vss 215 mg/l，氨氮 45 mg/l，總氮 62 mg/l。堿度salk 280 mg/l，最低水溫t 10，最高水溫度t 25.出水水質(zhì)bod5 20mg/l ，tss 20 mg/l，氨氮 15 mg/l，總氮

13、20 mg/l2.2去除bod的計算氧化溝出水溶解性bod5 濃度s0，為了保證氧化溝出水bod5 濃度，必須控制氧化溝出水所含的溶解性bod5 濃度s。 s=s0-s1s1為出水中vss 所構(gòu)成的bod5 濃度。s1=1.42（vss/tss）×出水tss×【1-exp（-0.23×5）】 =1.42×0.83×20×【1-exp（-0.23×5）】 =16.05 mg/l s=20-16.05=3.95 mg/l 好氧區(qū)容積v1 式中：污水設(shè)計流量，m3/d；混合液揮發(fā)懸浮固體濃度，取2800；、進出水濃度，內(nèi)源代謝系數(shù)

14、，取0.055；污泥產(chǎn)率系數(shù)，取0.55kgss/kg bod。v1=7.0281好氧區(qū)水力停留時間t1t1=剩余污泥量 ()式中，出水水質(zhì)tss濃度 進水tss濃度 進水vss濃度 ，本設(shè)計取x2=215x= =6559.53-2500 =4059.53kgds/d去除每1kgbod5產(chǎn)生的干污泥量為 2.3脫氮的計算需氧化的氨氮量n1，氧化溝產(chǎn)生的剩余污泥中含氮率為12.4%，則用于生物的總氮量為：n0=8.13mg/l需要氧化的nh3-n量n1=進水tnk -出水nh3-n-生物合成所需氮n0n1=62-15-8.13=38.87 mg/l 脫氮量nrnr=進水tnk -出水tnk-用于

15、生物合成所需氮n0 =62-20-8.13 =33.87 mg/l 堿度的平衡硝化反應(yīng)需要保持一定的堿度，一般認為，剩余堿度達到100mg/l（以caco3計），既可保持ph7.2，生物反應(yīng)能夠正常進行，每氧化1mgnh3-n需要消耗7.14mg堿度，每氧化1mg bod5 產(chǎn)生0.1mg堿度，每還原1mgno-n產(chǎn)生3.57mg堿度。剩余堿度=原水堿度-硝化消耗堿度+反硝化產(chǎn)生的堿度+氧化bod5 產(chǎn)生的堿度 =280-7.14×38.87+3.57×33.87+0.1×（320-3.95） =154.99mg/l此值可保持ph7.2，硝化和反消化反應(yīng)能夠正常進

16、行。脫氮所需要的容積v2脫硝率10時qdn=0.035=0.016kg(還原的脫氮所需的容積v2 =75603脫氮水力停留時間t2t2 =0.756d=18.14h2.4氧化溝總?cè)莘ev及停留時間tv=v1+v2=70281+75603=145884t =145884100000=1.46d=35.04h校核污泥負荷 = =0.078 kg bod /(kg mlvss *d)2.5需氧量計算設(shè)計需氧量aoraor=去除需氧量-剩余污泥中的需氧量+去除nh3-n耗氧量-剩余污泥中nh3-n的耗氧量-脫氮需氧量a. bod需氧量d1 =0.52100000(0.32-0.00395)+0.1214

17、58812.8 =16434.6+49017.02 =65451.62kg/d式中：a活性污泥微生物對有機污染物分解過程的需氧量率，即活性污泥微生物每代謝1kgbod所需要的氧量，以千克計，取0.52；q污水流量，；經(jīng)活性污泥微生物代謝活動被降解的有機污染物量，以bod值計；b活性污泥微生物同國內(nèi)原代謝的自身氧化過程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg計，取0.12；v氧化溝容積，；xv單位氧化溝容積內(nèi)的揮發(fā)性懸浮固體（mlvss）量，。b. 剩余污泥中bod的需氧量d2（用于生物合成的那部分bod需氧量）d2 =1.426559.53=9314.53 kg/d c. 去

18、除nh3-n的需氧量d3。每1kgnh3-n硝化需要消耗4.6kg o2。 =4.6(62-15) 100 =21260 kg/d d. 剩余污泥中nh3-n的耗氧量d4 =4.60.1246559.53 =3741.56 kg/de. 脫氮產(chǎn)氧量d5。每還原1kgn2產(chǎn)生2.86kg o2。d5=2.86×脫氮量=2.86×33.87×100000/1000=9686.82 kg/d =65451.62-9314.53+21260-3741.56-9686.82 =64328.71 kg/d考慮安全系數(shù)1.4，則aor=1.4×19816.52=277

19、43(kg/d) =90060.19/100000(0.32-0.00395) =2.85kgo2/kg bod5標準狀態(tài)下需氧量sor式中：20時氧的飽和度，取=9.17mg/l; 25時氧的飽和度，取=8.38mg/l;溶解氧濃度；修正系數(shù)，取0.85；修正系數(shù)，取0.95；t進水最高溫度，；=0.921/1.013=0.909sor= =164840.71 kg/d去除1kgbod5的標準需氧量= =5.22 kgo2/kg bod52.6進水管和出水管的計算進出水管流量q1=q/3=100000/10=10000m3/d=0.116m3/s，管道流速v=0.9m/s則管道過水斷面 =0

20、.116/0.9=0.129 =0.405m 取0.4m v=0.92m/s2.7排泥管的計算設(shè)污泥的含水率為99.5%qs=811.906/dqs= qs/10=81.19/d=9.40×/s管道流速0.03m/sa= qs/v=9.40×/0.03=3.13d=0.199m 取0.2m校核管道流速 v= qs/a=0.0299m/s.2.8氧化溝的尺寸計算設(shè)氧化溝十座，工藝反應(yīng)的有效系數(shù)=0.58，單座氧化溝有效容積三組溝道采用相同的容積，則每組溝道容積v單=v/（10）=145884/（10×0.58）=25152 每組溝道采用相同的容積，則每組溝道容積,v

21、單溝=25152/3=8384取每組溝道單溝寬度b=12m，有效水深h=3.5m，超高為0.5m，中間分隔墻厚度b=0.25m。每組溝道面積a= v單溝/h=8384/3.5=2395直線段部分面積a2=a-a1=2395-462=1933m2 =1933/24 =80.55m 取80m。2.9出水堰和出水井的計算。出水堰。出水堰計算按薄壁堰來考慮。式中 b堰寬； h堰上水頭，取0.03m。 =0.176/（1.86） =12m出水堰分為三組，每組寬度b1=b/3=12/3=42 m出水豎井?？紤]可調(diào)式出水堰安裝要求，在堰兩邊各留0.3m的操作距離。出水豎井長l=0.3×2+4=4.

22、6 m出水豎井寬b=1.4m（滿足安裝需要）；則出水豎井平面尺寸為l×b=4.6m×1.4m。2.10設(shè)備選擇轉(zhuǎn)刷曝氣機單座氧化溝需氧量sor1:式中，n為氧化溝個數(shù)。sor1 =164840.71/10=16484.071 kgo2/d=686.84 kgo2/h采用直徑d=1000mm的轉(zhuǎn)刷曝氣機，充氧能力25kgo2/(m·h)，單臺轉(zhuǎn)刷曝氣機有效長度為6m。每組氧化溝需曝氣機有效長度l= sor1/25=686.84/25=27.47 m 取28m所需曝氣轉(zhuǎn)刷臺數(shù)n=28/6=5臺（中間為3，兩邊溝各1臺）通過計算，選用mammoth-1000型轉(zhuǎn)刷曝氣機

23、，具體規(guī)格如下：轉(zhuǎn)刷曝氣機規(guī)格和性能型號直徑/m有效長度/m電動機功率/kw葉片浸深/mm充氧能力/m-1000100060003025-306.5-8.5潛水推進器。兩側(cè)邊溝各設(shè)兩臺臺潛水推進器，共四臺，每臺電機功率n=3kw·h。電動可調(diào)旋轉(zhuǎn)堰門。氧化溝每個邊溝設(shè)電動可調(diào)旋轉(zhuǎn)堰門三臺，共六臺。堰門寬度b=4.5m，可調(diào)高度h=0.3m,電機功率n=0.55kw。3.計算結(jié)果匯總?cè)コ齜od出水中vss 所構(gòu)成的bod5 濃度s1 =16.05 mg/l出水所含的溶解性bod5 濃度s=3.95 mg/l好氧區(qū)容積v1 =7.0281好氧區(qū)水力停留時間t1 =16.87h剩余污泥量

24、=4059.53 kgds/d去除每1kgbod5產(chǎn)生的干污泥量為0.135 kgds/ kg bod5脫氮用于生物合成的總氮量n0=8.13mg/l需要氧化的nh3-n量n1=38.87 mg/l脫氮量nr=33.87 mg/l剩余堿度salk=154.99mg/l脫氮所需要的容積v2=75603脫氮水力停留時間t2=18.14h氧化溝總?cè)莘ev=145884停留時間t=35.04h需氧量計算bod需氧量d1=65451.62kg/d剩余污泥中bod的需氧量d2=9314.53 kg/d去除nh3-n的需氧量d3=21260 kg/d剩余污泥中nh3-n的耗氧量d4=3741.56 kg/d脫

25、氮產(chǎn)氧量d5=9686.82 kg/d總需氧量aor=64328.71 kg/d去除每千克bod5的需氧量=2.85kgo2/kg bod5標準狀態(tài)下需氧量sor=164840.71 kg/d去除1kgbod5的標準需氧量=5.22 kgo2/kg bod5氧化溝尺寸單溝寬度b=12m，有效水深h=3.5m，超高為0.5m，中間分隔墻厚度b=0.25m，氧化溝十座，單座氧化溝有效容積三組溝道采用相同的容積v單溝=25152/3=8384每組溝道面積a=2395彎道部分面積a1=462直線段部分面積a2=1933m2直線段長度l=80m進水管和出水管進出水管流量q1=0.116m3/suu管道流

26、速v=0.9m/s管道過水斷面a=0.129管徑d=0.4m排泥管設(shè)污泥的含水率為99.5%qs=811.906/dqs=9.40×/s管道流速0.03m/sa=3.13d=0.2m出水豎井平面尺寸為l×b=4.6m×1.4m潛水推進器 4臺n=3kw·h電動可調(diào)旋轉(zhuǎn)堰門 六臺 門寬度b=4.5m，可調(diào)高度h=0.3m,電機功率n=0.55kw。4.設(shè)計主體三溝式氧化溝各參數(shù)匯總表4.1三溝式氧化溝尺寸設(shè)計參數(shù)匯總表氧化溝總?cè)莘ev145884氧化溝座數(shù)n10座單座氧化溝有效容積v單25152每組溝道容積v單溝8384單溝寬度b12m有效水深h3.5m超高

27、h10.5m中間分隔墻厚度b0.25m每組溝道面積a2395彎道部分面積a1462直線段部分面積a21933m2直線段長度l80m總停留時間t35.04h進出水管管徑d0.4m出水堰堰寬b142 m堰上水頭損失h0.03m出水豎井長l4.6 m出水豎井寬b1.4m轉(zhuǎn)刷臺數(shù)n5臺轉(zhuǎn)刷有效長度l6m排泥管直徑d0.2m好氧區(qū)容積v17.0281好氧區(qū)水力停留時間t116.87h脫氮水力停留時間t218.14h轉(zhuǎn)刷直徑d1000mm4.2三溝式氧化溝工藝設(shè)計參數(shù)匯總表出水中vss 所構(gòu)成的bod5 濃度s116.05 mg/l出水所含的溶解性bod5 濃度s3.95 mg/l剩余污泥量 4059.53 kgds/d用于生物合成的總氮量n08.13mg/l需要氧化的nh3-n量n138.87 mg/l脫氮量nr33.87 mg/l剩余堿度salk154.99mg/l修正系數(shù)0.8510脫硝率qdn0.01620氧飽和度cs（20）9.1725氧飽和度cs（25）8.38去除1kgbod5的標準需氧量sor5.22 kgo2/kg bod5進出水管流速v0.9m/s標準狀態(tài)下需氧量sorsor164840.71 kg/d去除每1kgbod5產(chǎn)生的干污泥