城市污水处理厂设计(氧化沟工艺)

城市污水处理厂设计（氧化沟工艺）

贾琳琳

（复旦大学化学与环境科学学院环境工程专业071班）

指导老师：岳思羽

[摘要]本设计是某城市污水处理厂的初步设计和施工图设计，此污水处理厂主要处理城市生活污水,水质较为复杂。根据设计要求，该污水处理厂进水中N、P含量均偏高，在去除BOD5和SS的同时，还需要进行脱氮除磷处理，故采用采用以Carrousel氧化沟为主体的污水处理工艺流程，以及以重力式浓缩池为主体的污泥工艺流程。该工艺具有工艺流程短、处理效果好、出水水质稳定、剩余污泥少、运行管理方便、基建与运行费用低等特点。因此,更具有广泛的适应性，完全适合本设计的实际要求。

[关键词]城市污水处理厂Carrousel氧化沟重力式污泥浓缩池

The Primary Design of an Urban Sewage Treatment Plant

Jia Linlin

(Grade06, Class1, Environmental Engineering,School of Chemical and Environmental Sciences,

Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi)

Tutor:Yue Siyu

Abstract: It is a primary design and construction drawing for the sewage treatment plant development zone. The municipal sewage is mainly treated in this plant. Its water quality is more complicated.According to the demands for the design, the contents of nitrogen and phosphorus are high in the water quality of this project .So they should be dealed with,while BOD5 and SS are cleared. The plant adopts the major technology process for Carrousel Oxidation Ditch and Gravitate Thickeners. The technology has characterize for short-period process, high efficiency, steady water quality, small rest solids and low fees for the construction and operation and so on. And what’s more, it will be operated and managed in a convenient manner. So the comprehensive craft exists extensive adaptability and is totally suitable for the practical purpose of the originally design.

Key words: Urban sewage treatment plant Carrousel Oxidation ditch Gravitate Thickeners

目录

[摘要] (1)

ABSTRACT (1)

目录 (2)

引言 (5)

1 概述 (5)

1.1设计依据及设计任务 (5)

1.1.1 设计题目 (5)

城市污水处理厂设计（氧化沟工艺） (5)

1.1.2 设计原始资料 (5)

1.1.3 设计内容及要求 (5)

1.2处理程度 (5)

1.2.1 进出水水质 (6)

2 城市污水处理方案的确定 (6)

2.1确定污水处理方案的原则 (6)

2.1.1 确定污水处理方案的原则： (6)

2.1.2 最佳的处理方案要体现以下优点： (6)

2.2污水处理方案的确定 (6)

2.2.1 A2/O 工艺与改良的A2/O 工艺 (7)

2.2.2 氧化沟工艺 (8)

2.2.3 设计方案的确定 (9)

2.3工艺流程的确定 (10)

2.4主要构筑物的选择 (10)

2.4.1 事故溢流闸井 (10)

2.4.2 格栅 (10)

2.4.3 污水泵房 (10)

2.4.4 沉砂池 (11)

2.4.5 沉淀池（二沉池） (12)

2.4.6 氧化沟 (13)

2.4.7 消毒 (14)

2.4.8 浓缩池 (15)

3 城市污水处理系统的设计计算 (15)

3.1进水闸井和进水格栅间的设计 (15)

3.1.1 污水厂进水管 (15)

3.1.2 进水闸井工艺设计 (16)

3.1.3 格栅的设计 (16)

3.2污水泵房的设计 (19)

3.2.1 一般规定 (19)

3.2.2 水泵设计计算 (19)

3.2.4 泵房附属设施及尺寸的确定 (20)

3.3细格栅的设计计算： (20)

3.3.1 设计参数 (20)

3.3.2 设计计算 (20)

3.3.3 细格栅选用 (21)

3.3.4 皮带输送机选用 (22)

3.3.5 格栅间尺寸的确定 (22)

3.4旋流沉砂池的设计 (22)

3.4.1 设计要求 (22)

3.4.2 设计参数 (22)

3.4.3 设计计算 (22)

3.5生物选择器——厌氧池的设计 (23)

3.5.1 设计参数 (23)

3.5.2 污泥回流量计算 (23)

3.5.3 生物选择池（厌氧混合池）设计计算 (23)

3.5.4 生物选择池污泥负荷 (24)

3.5.5 搅拌设备的选择 (24)

3.6氧化沟的设计 (24)

3.6.1 已知条件 (24)

3.6.2 设计参数 (24)

3.6.3 氧化沟设计计算 (25)

3.6.4 氧化沟表面曝气机选用 (29)

3.6.5 氧化沟推流器选用 (29)

3.7堰式配水井 (29)

3.7.1 设计参数 (29)

3.7.2 设计计算 (30)

3.8二沉池的设计 (30)

3.8.1 设计要求 (30)

3.8.2 设计参数 (31)

3.8.3 设计计算 (31)

3.8.4 刮泥设备的选择 (34)

3.9接触消毒 (34)

3.9.1 设计依据 (34)

3.9.2 设计计算 (34)

3.9.3 加氯机的选择 (35)

3.9.4 氯库及加氯间的设计 (35)

3.10计量设施 (36)

3.10.1 计量设备的选择 (36)

3.10.2 设计依据 (36)

3.10.3 设计计算 (36)

4 污泥处理工艺的设计及计算 (36)

4.1污泥泵站的设计 (36)

4.1.1 回流污泥泵设计 (37)

4.2浓缩池的设计 (37)

4.2.1 设计要求 (37)

4.2.2 设计参数 (37)

4.2.3 设计计算 (37)

4.3污泥脱水机房 (39)

4.3.1 设计计算 (39)

4.3.2 压滤机的选用 (40)

5 污水厂总体布置 (40)

5.1 平面布置的一般原则 (40)

5.2 厂区平面布置形式 (40)

5.3 污水厂平面布置的具体内容 (41)

致谢 (41)

参考文献 (41)

引言

生命起源于水环境，水是所有生物生存不可缺少的重要因素，亦是人类发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。据21世纪城市水资源国际学术研讨会透露，联合国已经把我国列为世界上13个最缺水的国家之一，目前我国人均用水量是世界人均用水量的30%左右，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。中国经济的高速发展，我们为止付出的是环境污染的代价。眼下环境问题受到了人们的普遍关注，为保护环境，解决城市污水的排放对水体的污染，为了保护自然环境和自然生态系统，为了保证人民的身体健康，就必须要建立有效的污水处理设施，来解决这一问题。综合废水处理工程是一项保护环境、治理污染、促进健康、造福社会的公益事业。这不仅仅是对现存的污染状况予以有效的治理，而且对将来工、农业的发展以及人民群众健康水平的提高都有极为重要的意义，因此，城市排水问题的合理解决必将带来重大的社会效益。本设计就是基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到城镇污水处理厂污染物排放标准为要求对系统进行全面设计。

1概述

1.1 设计依据及设计任务

1.1.1 设计题目

城市污水处理厂设计（氧化沟工艺）

1.1.2 设计原始资料

B市属于西北地区二线城市，地处黄河上游，市区东西狭长，南北狭窄。市区面积约25km2，人口近19万人，未建污水处理厂。该市属中温带气候带，地处高原，海拔高度在1900m左右，日照比较充足。气候年差较大，温度非周期性变化显著。最大冻土深度0.86m，地震烈度七度。

污水处理厂设计规模为3×104m3/d，设计进出水水质见表1，出水排入夏河。根据《地面水环境质量标准》（GB 3838-88）中水域功能分类，夏河属于水源上游保护区，为Ⅲ类水域。按照《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）规定，GB 3838-88中Ⅲ类水域，执行一级标准。TP根据B市夏河环境容量要求和实际要求，放宽到1mg/L左右。

1.1.3 设计内容及要求

（1）通过阅读中外文文献，调查研究并收集有关资料，确定合适的污水和污泥处理工艺流程，进行各个构筑物的水利计算，经过技术与经济分析，选择合理的设计方案。

（2）完成一套完整的设计计算说明书。说明书应包括：污水处理工程设计的主要原始资料；污水水量的计算、污泥处理程度计算；污水泵站设计；污水污泥处理单元构筑物的详细设计计算；设计方案对比论证；厂区总平面布置说明；污水处理运行分析等。设计说明书要求内容完整，计算正确文理通顺、书写工整，应有300 字左右的中英文说明书摘要。

（3）毕业设计图纸应准确的表达设计意图，图面力求布置合理、正确清晰，符合工程制图要求。此外，其组成还应满足下列要求：

（a）污水处理厂总平面图1 张；

（b）污水处理厂主要构筑物工艺设计图3-4 张；

1.2 处理程度

污水处理程度是由对象和地区排放标准决定。

1.2.1 进出水水质

进出水水质见表1.1。

表1.1 污水处理厂设计进出水水质指标

项目进水(mg/L) 出水(mg/L)

排放标准

(GB 8978-1996)

去除率(%)

BOD5≤150 ≤20 20 87

COD ≤300 ≤60 60 80

SS ≤200 ≤20 20 80

NH3-N ≤30 ≤15 15 50

TP ≤4 ≤1 0.5 75

2 城市污水处理方案的确定

2.1 确定污水处理方案的原则

2.1.1 确定污水处理方案的原则：

（1）基础数据可靠。认真研究各项基础资料、基本数据，全面分析各项影响因素，充分掌握水质水量的特点和地域特性，合理选择好设计参数，为工程提供可靠的依据。

（2）厂址选择合理。根据城镇总体规划和排水工程专业规划，结合建设地区地形、气象条件，经全面分析比较，选择建设条件好、环境影响小的厂址。

（3）工艺先进实用。选择技术先进、运行稳定、投资和处理成本合理的污水污泥处理工艺，积极慎重的采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备，使污水处理工艺先进，运行可靠，处理后水质稳定达标排放。

（4）总体布置考虑周全。根据处理工艺流程和各建筑物、构筑物的功能要求，结合长治地形、地质和气候条件，全面考虑施工、运行和维护的要求，协调好平面布置、高程布置及管线布置间的相互关系，力求整体布局合理完美。

（5）避免二次污染。污水处理厂作为环境保护工程，应避免或尽量减少对环境的负面影响，如气味，噪声，固体废物污染等；妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂、污泥和臭气等，避免对环境的二次污染。

（6）运行管理方便。以人为本，充分考虑便于污水厂运行管理的措施。污水处理过程中的自动控制，力求安全可靠、经济实用、以利提高管理水平，降低劳动强度和运行费用。

（7）近期远期结合。污水处理厂设计应近远期全面规划，污水处理厂的厂区面积，应按项目总规模控制，并作出分期建设的安排，合理确定近期规模。

（8）满足安全需求。污水处理厂设计需充分考虑安全运行的要求，如适当设置分流设施、超越管线等。厂区消防的设计和消化池。储气罐及其他危险单元设计，应符合相应安全设计规范的要求。

2.1.2 最佳的处理方案要体现以下优点：

(1) 保证处理效果，运行稳定；

(2) 基建投资省，耗能低，运行费用低；

(3) 占地面积小，泥量少，管理方便。

2.2 污水处理方案的确定

根据测量的水量、水质和环境容量降低的结论确定污水及污泥处理应达到的标准，本节对其处理工艺流程进行方案筛选，并通过论证选择合理的污水及污泥处理工艺流程。

我们对活性污泥法和人工生物净化的几个方案进行筛选。初步选到下列两种工艺三个方案，再

进行比较：

(1) A2 /O 同步脱氮除磷工艺；

(2) 氧化沟和改良的氧化沟工艺。

2.2.1 A2/O 工艺与改良的A2/O 工艺

A2/O脱氮除磷工艺(即厌氧一缺氧一好氧活性污泥法，亦称A-A-O工艺)，它是在A2/O除磷工艺基础上增设了一个缺氧池，并将好氧池出流的部分混合液回流至缺氧池，具有同步脱氮除磷功能。其工艺流程如下：

图2.1 A2/O 同步脱氮除磷工艺

图2.1 A2/O法工艺流程图

（1）主要特点：

①工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，节省基建投资。

②)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱N 除P 的功能；

③该土艺不需要外加碳源，厌氧、缺氧池只进行缓速搅拌，节省运行费用。

④便于在常规活性污泥工艺基础上改造成A2/O。

⑤该工艺脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥夹带的溶解氧和硝态氮的影响，因而脱氮除磷效果不可能很高。

⑥沉淀池耍防止产生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释磷而降低出水水质和反硝化产生N:而干扰沉淀。但溶解氧含量也不易过高，以防止循环混合液对缺氧池的影响。

(2)存在问题

(a)除P效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD 值高时更是如此；

(b)脱N 效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q 为限，不宜太高；

(c)进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的DO，减少停留时间，防止厌氧状态和污泥释放P 的现象出现，但DO 浓度也不宜过高，以防循环混液对缺氧反应器的干扰。

改良型A2/O 工艺,其工艺流程如下：

城市污水

粗格栅

细格栅

初沉池

厌氧池

缺氧池

好氧池

二沉池 出 水

剩余污泥

图2.2 改良的A 2

/O 同步脱氮除磷工艺

（1）对A 2/O 工艺的改进

将回流污泥分两点加入，减少加入到厌氧段的回流污泥量，从而减少进入厌氧段硝酸盐和DO ，在保证总的污泥回流比为60%—100%的情况下，一般到厌氧段的回流污泥比为10%，既可满足磷的需要，而其余的回流污泥回流到缺氧段以保证N 的需要；A 2/O 工艺系统中剩余污泥含P 量较高，在其消化过程中P 会重新释放和溶出。同时由于剩余污泥沉淀性能好，所以可取消污泥消化池，直接经浓缩后作为肥料使用。在硝化好氧段，污泥负荷率应小于0.18kgBOD 5/kgMLSS ·d ，而在除P 厌氧段污泥负荷率应在0.10kgBOD 5/kgMLSS ·d 以上。

（2）相关分析

A 2/O 工艺在去除污水中有机碳污染（BOD 污染）的同时，还能有效的去除污水中N 和P 污染，为污水复用和资源化开辟了新的途径，它与普通回流污泥法二级处理后再进行三级物化处理相比，不仅投资和运行成本低，而且无大量难以处理的化学污泥，具有良好的环境效益和经济效益，改良型A 2/O 工艺不仅具有A 2/O 工艺的各种优点，而且增加了部分污泥回流在缺氧池提高了脱N 除P 的效果。 2.2.2 氧化沟工艺

工艺流程如下：

图2.3 氧化沟工艺

（1）特点：

氧化沟又称连续循环式反应池或“循环曝气池”，是 1950 年由荷兰公共工程研究所研究成功的，因其构筑物成封闭的沟渠型而得名。故有人称其为“无终端的曝气系统”。其本特征是曝气池呈封闭的沟渠形。污水和活性污泥的混合液在其中不停地循环流动，其水力停留时间一般较长，为15～16h ，泥龄长达15～30 天，属于延时曝气法。

氧化沟处理系统的构造形式较多，有圆形或马蹄形的，有平行多渠道形式以侧渠作为二沉池的，有将二沉池建在渠上或单独分建的等等，其供氧和水流动力都是靠提升曝气设备，这种设备分为早

污水提升泵房

沉砂池

期使用的水平中心轴旋转叶轮和后来出现的卡鲁塞尔氧化沟所用的垂直或带叶片的曝气器，由于氧化沟水深较浅（一般3 米左右），而流程较长，可以按照曝气器前作缺氧与曝气器后作富氧段的方式设计运行，提供兼氧菌与好氧菌交替作用的条件，在缺氧段脱硝，在好氧段除碳源需氧量及达到脱N 的目的。

（2）技术特性 主要技术参数：

负荷：N=2.0～4.0 kgBOD 5/d m ?3

N=0.05～0.15kgBOD 5/kg d MLSS ?

水力停留时间：HRT=10～30h 泥龄：SRT=10～30d MLSS ：X=2000～6000mg/l 出水BOD 5：10～15mg/l 出水SS ：Se=10～20 mg/l 出水NH 3-N ：Ne=1～3mg/l 沟内水流速度：V=0.3～0.5m/s 环流周期：T=15～30min 沟内水深：H=2.5～4.5m 宽深比：B ：H=2：1 (3)优点 （1）处理效果稳定，出水水质好，不仅可满足BOD 5、SS 的排放标准，还可以达到脱N 除P 的效果，具有一定的抗冲击负荷能力。

（2）工程费用相当于或低于其他污水生物处理技术。

（3）处理厂只需最低限度的机械设备，增加了污水处理厂正常运转的安全性。 （4）管理简化，运行简单。

（5）由于氧化沟的水力停留时间和泥龄都很长，悬浮物、有机物在沟内可获得较彻底的降解。剩余污泥较少，污泥不经消化也容易脱水，污泥处理费用较低。

（6）处理厂与其他工艺相比，臭味较小。 （7）构造形式和曝气设备多样化。 （8）曝气强度可调节。

（9）具有推流式流态的某些特征。 (4)缺点

氧化沟运行管理费用高；氧化沟沟体占地面积大。 2.2.3 设计方案的确定

本设计选用三个方案：A 2/O 同步脱氮除磷工艺，Carrousel 氧化沟工艺和奥贝尔氧化沟工艺进行比较。如下表所示：

表 2.1 三个方案的比较

A 2/O 脱氮除磷工艺 Carrousel 氧化沟工艺 奥贝尔氧化沟工艺 污泥负荷 中 低 低 污泥龄（d ） 5～15 20～30 20～30 污泥量 较多 少

少

污泥处理方式 消化浓缩脱水 直接浓缩脱水 直接浓缩脱水 曝气方式 鼓风曝气 表曝机 曝气转刷 能耗水平 高 低 中 碳化效果 好 好 好 脱氮效果 好 好 好 除磷效果 好 较好 较好 厂区环境

一般

好

好

综上所述 ： 在本次设计中采用在国内广泛使用， 技术相对成熟Carrousel 氧化沟工艺，污泥处理采用浓缩脱水工艺。

粗格栅 污水提升泵房

细格栅

沉砂池

二沉池

厌氧选择池

脱水车间 氧化沟

加氯消毒

浓缩池

2.3 工艺流程的确定

本工艺设计的工艺流程图2-4：

进水

出水

回流污泥 剩余污泥

泥饼

图2.4 设计氧化沟工艺流程图

2.4 主要构筑物的选择 2.4.1 事故溢流闸井

进水闸井于厂区进水管和中格栅之间。 2.4.2 格栅

格栅是一组平行的金属栅条或筛网组成，在污水处理系统（包括水泵）前，均须设置格栅，安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部，用以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。

截留污物的清除方法有两种，即人工清除和机械清除。大型污水处理厂截污量大，为减轻劳动强度，一般应用机械清除截留物。

本工程设计确定采用两道格栅， 20mm 的中格栅和8mm 的细格栅。 2.4.3 污水泵房

城市污水处理厂的运行费用大部分来自于电能，其中40%的电能为水泵消耗，所以，确定合理的水泵及泵站具污水处理厂的关键所在。

泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价，其它考虑因素还有：泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。目前污水泵站主要有以下几种形式：

（1）干式泵房；干式泵房集水池和机器间用隔墙分开，只有水泵的吸水管和叶轮淹没在水中，机器间能保持干燥，也避免了污水的污染。具有养护管理条件好，便于机组检修的优点。已经成为城镇排水泵站普遍采用的形式。

（2）湿式泵房；立式电动机设在上部的电机间内，水泵及管件淹没在电机间下面的集水池中。优点是结构简单，集水池有效容积的范围大。缺点是养护管理条件差，设备直接受污水腐蚀。适合在半永久雨水泵站采用。

潜水泵由于电动机、水泵特有的潜水功能，设置成湿式泵房是完全合适的。

(a)合建式矩形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数为4 台或更多时，采用矩形，机器间、机组管道和附属设备布置方便，启动简单，占地面积大；

(b)合建式圆形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数不超过4 台，圆形结构水力条件好，便于沉井施工法，可降低工程造价，水泵启动方便。

(c)对于自灌式泵房，采用自灌式水泵，叶轮（泵轴）低于集水池最低水位，在最高、中间和最低水位都能直接启动，其优点为启动及时可靠，不需引水辅助设备，操作简单，便于自控。缺点是泵房深度达，增加地下工程的造价和施工难度，上下巡视也不方便，在地下水高的地方，电机容易受潮，必须加设通风和烘干空气的设施。自灌式泵房在排水泵站应用广泛，特别是在要求开启频繁的污水泵站要求及时启动的立交泵站，应尽量采用自灌式泵房，并按集水池的液位变化自动控制运行。

(d)非自灌式泵房，泵轴高于集水池最高水位，不能直接启动，由于污水泵水管不得设低阀，故需设引水设备。但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。

(e)潜水泵站，潜水泵的电机防水密封，可以长期侵入污水中，不存在受潮问题，潜水泵电机机组整体安装，结构紧凑，运行稳定，便于就位和更换，所以潜水泵站无需上部厂房，也简化了地下结构，降低了工程造价。但是潜水泵在水下运行，所以要有可靠的产品质量、自动化控制和保护功能作技术依托，潜水泵价格较高。

本设计因水量较小，并考虑到占地、造价、自动化控制等因素，以及施工的方便与否，采用潜污式矩形泵房。

2.4.4 沉砂池

沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒，他一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。沉砂池的类型，按池内水流方向的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。

（1）平流沉砂池，是常用的形式污水在池内沿水平方向流动。它由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成。

优点：截留无机颗粒效果好，沉淀效果好，耐冲击负荷，适应温度变化。工作稳定，构造简单，排沉砂方便，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）竖流沉砂池，是污水由中心管进入池内后自下而上流动，无机颗粒借重力沉于池底处理效果一般较差。

优点：占地少，排泥方便，运行管理易行。

缺点：池深大，施工困难，造价较高，对耐冲击负荷和温度的适应性较差，池径受到限制，过大的池径会使布水不均匀。

（3）曝气沉砂池，池断面呈矩形，池底一侧具有集砂槽，曝气装置设在集砂槽一侧，是池内水流产生与主流垂直的横向旋流；再选流产生的离心作用下，密度较大的无机颗粒被甩向外部沉入集砂槽。另由于水的旋流运动，增加了无机颗粒间的相互碰撞与摩擦的机会，把表面附着的有机物除去，使沉砂中的有机物含量低于10%。

优点：克服了平流沉砂池的缺点，使砂粒与外裹的有机物较好的分离，通过调节布气量可控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化影响小，同时起预曝气作用，其沉砂量大，且其上含有机物少。

缺点：由于需要曝气，所以池内应考虑设消泡装置，其他型易产生偏流或死角，并且由于多了曝气装置而使费用增加，并对污水进行预曝气，提高水中溶解氧。

（4）旋流沉砂池（钟式沉砂池），是利用机械力控制水流流态与流速，加速沙粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置，由流入口、流出口、沉砂区、砂斗及带变速箱的电动机、传动齿轮、压缩空气输送管和砂提升管以及排砂管组成。

优点：占地面积小，可以通过调节转速，使得沉砂效果最好，同时由于采用离心力沉砂，不会破坏水中的溶解氧水平（厌氧环境）。

缺点：气提或泵提排砂，增加设备，水厂的电气容量，维护较复杂。

基于以上四种沉砂池的比较，本工程设计确定采用旋流沉砂池。

2.4.5 沉淀池（二沉池）

由于本设计主要构筑物采用氧化沟，可不设初沉池。二沉池设在生物处理构筑物的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生物膜）。

（1）平流沉淀池,平流式沉淀池呈长方形，污水从池的一端流入，水平方向流过池子，从池的另一端流出。在池的进口处底部设贮泥斗，其他部位池底设有坡度，坡向贮泥斗，也有整个池底都设置成多斗排泥的形式。

优点：

(a)沉淀效果好；

(b)对冲击负荷和温度的变化适应性强；

(c)施工容易，造价低。

缺点：

(a)池子配水不均匀；

(b)采用多斗排泥时，每个泥斗需要单设排泥管各自排泥，操作量大，采用链带式刮泥机排泥时链带的支撑件和驱动件都浸于水中，易锈蚀；占地面积大。

适用条件:适用于大、中、小型污水处理厂；适用于地下水位较高和地质条件较差的地区。

(2)辐流沉淀池，亦称辐射式沉淀池，多呈圆形，有时亦采用正方形。池的进水在中心位置，出口在周围。水流在池中呈水平方向向四周辐射，由于过水断面面积不断变大，故池中的水流速度从池中心向池四周逐渐减慢。泥斗设在池中央，池底向中心倾斜，污泥通常用刮泥机（或吸泥机）机械排除。

优点：

(a)多为机械排泥，运行较好，管理较简单；

(b)排泥设备已趋定型。

缺点：

(a)池内水速不稳定，沉淀效果较差；

(b)机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。

适用条件：适用于大、中型污水处理厂；适用于地下水位较高的地区。

(3)竖流沉淀池，多为圆形，亦有成方形或多角形的，污水从设在池中央的中心管进入，从中心管的下端经过反射板后均匀缓慢的分布在池的横断面上，由于出水口设置在池面或池壁四周，故水的流向基本由下而上。污泥贮积在底部的污泥斗中。

优点：

(a)排泥方便，管理简单；

(b)占地面积较小。

缺点：

(a)池子深度大，施工困难；

(b)对冲击负荷和温度变化的适应性能力较差；

(c)造价较高；

(d)池径不宜过大，否则布水不均匀。

适用条件：适用于处理水量不大的小型污水处理厂。

(4)斜板（管）沉淀池

优点：

(a)沉淀效率高，停留时间短；

(b)占地面积小。

缺点：

(a)用于二沉池时，当固体负荷较大时其处理效果不太稳定，耐冲击负荷的能力较差。

(b)运行管理成本高

综上所述，四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体资料可知，本工程二沉池采用中心

进水、周边出水的辐流式沉淀池。

2.4.6 氧化沟

氧化沟又称“循环曝气池”，污水和活性污泥的混合液在环状曝气渠道中循环流动，属于活性污泥法的一种变形，氧化沟的水力停留时间可达10~30h，污泥龄20~30d，有机负荷很低，

[0.05~0.15kgBOD5/(kgMLSS?d)]，实质上相当于延时曝气活性污泥系统。由于它运行成本低，构造简单，易于维护管理，出水水质好，耐冲击负荷，运行稳定，并可脱氮除磷，可用于处理水量为72~200Х104m3/d。氧化沟技术发展加快，类型多样，氧化沟技术发展较快，类型多样，根据其构造和特征，主要分为帕斯维尔氧化沟（Pasveer）；卡鲁塞尔氧化沟（Carrousel）；交替工作式氧化沟；奥贝尔氧化沟（Orbal）；一体化氧化沟（合建式氧化沟）。各种氧化沟的类型及技术特点如下：

(1)帕斯维尔氧化沟

(a)性能特点：出水水质好，脱氮效果较明显;构筑物简单，运行管理方便;结构形式多样，可根据地形选择合适的构筑物形状;单座构筑物处理能力有限，流量较大时，分组太多占地面积大，增加了管理的难度。

(b)结构形式：单环路，有同心圆型，折流型和U 型等形式，多为钢筋混凝土结构。

(c)曝气设备：转刷式转盘，水深较深时，配置潜水推进器。

(d)适用条件：出水水质要求高的小型污水处理厂。

(2)卡鲁塞尔氧化沟，它的典型布置，为一个多够串联系统，进水与活性污泥混合后在沟内不停循环流动；采用表面机械曝气器，每沟渠的一端各安装1个，靠近曝气器下游的区段为好氧区，处于曝气器上游和外环的区段为缺氧区，混合液交替进行好氧和缺氧，这不仅提供了良好的生物脱氧条件，而且有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉淀。

(a)性能特点：出水水质好，由于存在明显的富氧区和缺氧区，脱氮效率高；曝气设施单机功率大，调节性能好，并且曝气设备数量少，既可以节省投资，又可以使运行管理简化；有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能力；氧化沟沟深加大，使占地面积减少，土建费用降低；用电量较大，设备效率一般；设备安装较为复杂，维修和更换繁琐。

(b)结构形式：多沟串联。

(c)曝气设备：立式低速表曝机，每组沟渠只在一端安设一个表面曝气机。

(d)适用条件：大中型污水处理厂，特别是用地紧张的大型污水处理厂。

(3)交替工作式氧化沟，由丹麦Kruger公司发明。

(a)性能特点：出水水质好；可以不单独设置二沉池，处理流程短，节省占地；不需单独设置反硝化区，通过运行过程中设置停曝期，进行反硝化，具有较高的氮去除率；设备闲置率高；自动化程度要求高，增加了运行管理难度。

(b)结构形式：单沟（A 型）双沟（B 型）和三沟（T 型），沟之间相互连通。

(c)曝气设备：水平轴曝气转盘。

(d)适用条件：出水要求高的大中型污水处理厂。

(4)奥贝尔氧化沟，是由多个通信的椭圆形或圆形沟渠组成，污水与回流污泥均进入最外一条沟渠，在不断循环的同时，依次进入下一个沟渠；他相当于一系列完全混合反应池串联而成，最后混合液从内沟渠排出。

(a)性能特点：出水水质好，脱氮率高，同时硝化反硝化；可以在未来负荷增加的情况下加以扩展；易于适应多种进水情况和出水要求的变化；容易维护；节能，比其他任何氧化沟系统在运行时需要的动力都小；受结构形式的限制，总图布置困难。

(b)结构形式：三个或多个沟道，相互连通。

(c)曝气设备：水平轴曝气转盘（转碟），可以进行多个组合。

(d)适用条件：出水要求高的大中型污水处理厂。

(5)一体化氧化沟，又称合建式氧化沟，它是集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流功能为一体，无需建造单独的二沉池。

(a)性能特点：工艺流程短，构筑物和设备少；不设置单独的二沉池，氧化沟系统占地面积较小；沟内设置沉淀区，污泥自动回流，节省基建投资和运行费用；造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；固液分离比一般二沉池高； 运行和启动存在一定问题；技术尚处于研究开发阶段。

(b)结构形式：单沟环形沟道，分为内置式固液分离和外置式分离式 (c)曝气设备：水平轴曝气转盘 (d)适用条件：中小型污水处理厂

综上所述，各种氧化沟各有优缺点，结合本设计用地较为紧张，以及基建费用、运 行成本、运行管理、处理要求等方面考虑，设计采用卡鲁塞尔氧化沟，现将卡鲁塞尔氧 化沟再做以下较为全面的介绍。

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 5 的去除率可达到95%～99%,脱氮效率约为 90%，除磷率约为60% 。

卡鲁塞尔氧化沟的表面曝气机单机功率大（可以达到150kw ）,其水深可达5m 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的强度高得多，使得氧的转移效率大大提高，平均传氧效率达到111.2--??h kw kg 。 2.4.7 消毒

水消毒处理的目的是解决水中的生物污染问题。城市污水经过二级处理后，水质改善，细菌含量大幅度减少，但细菌的绝对值仍很可观，并存在病原菌的可能，为防止对人类健康产生危害和对生态造成污染，在污水排入水体前应进行消毒。 接触池：采用折板往复式池子。

表2.2五种方案的比较

项目 液氯 次氯酸钠 二氧化氯 臭氧 紫外线 杀菌有效性 较强 中 强 最强 强 效能：对细菌

对病毒 对芽孢 有效 部分有效 无效 有效 部分有效 无效 有效 部分有效 无效 有效 有效 有效 有效 部分有效 无效 一般投加量 /(mg/L) 5~10 5~10 5~10 10 接触时间 10~30min

10~30min 10~30min 5~10min 10~100s 一次投资 低 较高 较高 高 高 运转成本

便宜 贵 贵 最贵 较便宜

优点

技术成熟， 投配设备简 单，有后续消 毒作用

可用海水 或浓盐水作 原料.也可 购买商品次 氯酸钠，使 用方便

使用安全 可靠.有定 型产品

能有效去 除污水中残 留有机物、 色、臭味，

受 pH 、温度 影响

杀菌迅 速，无化学 药剂

缺点

有臭味、残

毒.使用时安

全措施要求高

现场制备

备复杂，

护管理要

求高

须现场制备

维修要求较

高

须现场制备

管理复杂，

剩

余臭氧需作

消毒处理

消毒效果

受出水水质

影响较大。

设备无定型

产品，货源

不足

适用条件

大、中型污水

处理厂，最常用

方法

中、小型

污水处理

厂

中、小型

污水处理厂

要求出水

水质较好、

排入水体的

卫生条件高

的污水厂

小型污水

厂，

随着设备逐

渐成熟，正

日益广泛采

用

2.4.8 浓缩池

污泥浓缩池主要是降低污泥中的间隙水，来达到使污泥减容的目的。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法、离心法。

浓缩池可分为气浮浓缩池、重力浓缩池和离心浓缩池。重力浓缩池按其运行方式分

为间歇式或连续式。

(a)气浮浓缩池：依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩。气浮法适用于浓缩活性污泥和生物滤池等的较轻污泥，能把含水率99.5%的活性污泥浓缩到94%一96%。其含水率低于采用重力浓缩池所达到的含水率，但运行费用较高，贮泥能力小；

(b)连续式重力浓缩池：连续流污泥浓缩池可采用沉淀池形式，一般为竖流式或辐流式。用于浓缩初沉池污泥和二沉池的剩余污泥，只用于活性污泥的情况不多；

(c)间歇式重力浓缩池：主要靠阀门控制污泥的进出和上清液的排出，无刮泥系统，管理简单，运行费用低，动力消耗小；

(d)离心浓缩池：利用污泥中的固、液相的密度不同，在高速旋转的离心机中受到不同的离心力二是两者分离，达到浓缩目的。活性污泥的含固率在0.5%左右时，经离心浓缩，可增至6%。离心浓缩过程封闭在离心机内进行，因而一般不会产生恶臭。对于富磷污泥，用离心浓缩可避免磷的二次释放，提高污泥处理系统总的磷的去除率。离心分离一般要加入助凝剂，且耗电量大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10 倍。

综上所述，根据本工艺设计水量情况，结合氧化沟工艺污泥稳定，且污泥量较少，本设计采用辐流式重力浓缩池。

3 城市污水处理系统的设计计算

3.1 进水闸井和进水格栅间的设计

3.1.1 污水厂进水管

(1)设计依据：

(a)进水管流速在0.9～1.1m/ s；

(b)进水管管材为钢筋混凝土管； (c)进水管按非满流设计，n=0.014。 (2)设计计算

(a)进水管径为D=1500mm ； (b)s L h m d m Q /2.347/1250/103334==?= 3.1.2 进水闸井工艺设计

进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。进水闸井设超越管，超越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入水体，避免对后续工艺的影响，跨越管的管径比进水管略大，取为1600mm 。

其设计要求如下：

设在进水闸、格栅、集水池前； 形式为圆形、矩形或梯形；

尺寸可根据来水管渠的断面和数量确定，但直径不得小于1.5m ； 井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水官管顶。

考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取3×6m ，井深5.3m ，井内水深1.2m ，闸井井底标高为-5.2 m ，进水闸井水面标高为-4.225m ，超越管位于进水管顶1m 处，即超越管管底标高为-2.7m 。采用ZMQF 型明杆式铸铁方闸门：尺寸为L ×B=1.6×1.6m ；重量=2992kg 。

启闭机的选择：

根据启闭力在给水排水手册 11 上查得采用XLQ-5 型手、电两用螺杆式启闭机，其性能如下表：

表 3.1 XLQ-5 型手、电两用螺杆式启闭机性能表

型号 形式 启闭能力 （t ） 启闭速度（m/min ） 启闭高度

（m ） 生 产 厂 家 XLQ-5 手、电

螺杆式

启 闭

手 电 1～4

湖北省咸宁 县机械厂

5 0.05 0.18

3.1.3 格栅的设计

本设计采用中细两种格栅，两道中格栅、三道细格栅。中格栅与泵站合建，细格栅与旋流沉砂池合建。

(1)设计原则

(a)中格栅间隙一般采用10～40mm ；

(b)格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用； (c)过栅流速一般采用0.4～0.9m/s ； (d)格栅倾角一般采用45o～75o；

(e)通过格栅的水头损失一般采用0.08 m/s ～0.17m/s ；

(f)格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位 0.5m ，工作台有安全和冲洗设施； (g)格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m ，工作台正面过道宽度：人工清除，不小于1.2m ；机械清除，不小于1.5m ；

(h)机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施； (i)设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。 (2)设计参数

(a)栅前水深h=1m ； (b)过栅流速v=0.6m/s ； (c)格栅间隙b=20mm ； (d)格栅安装倾角θ=70o。 (3)格栅的设计计算

(a)栅条间隙数：

v

h b a

Q n ???=

sin max 中

式中：中n ---中格栅间隙数；

m a x Q --最大设计流量，s m /3

； b ----栅条间隙，取20mm ； h ----栅前水深，取1.0m

v ----过栅流速，取0.6m/s ； a ----格栅倾角，设计70°；

4.12.34772

.272.2108

.0108.0≈==

Q K z

s

m s m K Q Q z

/486.0/4.1102.3473

3

3

max

=??=?=-

个4025.396

.00.1020.070sin 486.00≈=???=n

本设计选用两台中格栅，为了减少格栅磨损，格栅全部使用，则20=n 个 （b)栅槽宽度：

m

m bn

n S B 6.059.02002.0)120(01.0)1(≈=?+-?=+-= 式中：B ——栅槽宽度，m ；

S ——格条宽度，取0.01m 。 (c)进水渠道渐宽部分的长度：

设进水渠宽m B 8.01=，渐宽部分展开角α1=20o，进水渠道内的流速为0.45m/s

m tg tga B B L 27.020

28

.00.120

111=-=-=

(d)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L 2：

m L L 14.02/27.02/12===

(e)通过格栅的水头损失：

设栅条断面为锐边矩形断面，取k=3，

m

a

g

v b S k a

g v k h 050.070sin 8

.926.0)020.001.0(42.23sin 2)(sin 202

)34

(2

)3/4(2

2=?????=????=???=βδ

(f)栅后槽总高度 H ，m:

设栅前渠道超高 m h 3.01=

m h h h H 35.1050.03.00.121=++=++=

(g)栅槽总长度 L ，m ：

m tg tga

H L L L 38.2)70

3

.00.1(5.00.114.027.05.00.10

121=+++++=+

+++=

式中: H 1----栅前渠道深11h h H +=,m

(h)每日栅渣量 W,m 3/d 取 333110/07.0m m W =

d m d m K W Q W z /2.0/1.240

.1100007

.0486.086400100086400331max >=???==

宜采用机械清渣。

图3.1 中格栅设计计算草图

(4)中格栅选用

根据格栅间距、宽度在《给水排水设计手册》第9 册上查得采用GH 型链条式回转格栅除污机，其性能见表3.2。

表3.2 GH 型链条式回转格栅性能规格表

型号

格栅宽 度(mm) 格栅净 距（mm ） 安装角 度a(0) 过栅流

速（m/s ）

电动机

功率（kw ） 栅条截面积（mm 2） 整机重量 （kg ） 生产厂家 GH-1000 1000 20 70 0.7 1.5

50?10

3500-5500

无锡通用机械厂

(5)格栅间尺寸的确定

工作平台设在格栅上部，高出格栅前最高设计水位0.5m ，工作台上设有安全和冲洗措施，工作台正面过道宽度与栅槽宽度相同。

格栅间的尺寸为：6400×7500mm 。 (6)皮带输送机选用

栅渣用皮带输送机传送到格栅间外，卸入小推车中再运至垃圾堆放场所。根据栅渣量、输送距离采用与中格栅相同型号的皮带输送机——LD 型皮带输送机，其性能见表3.3。

表3.3 LD 型皮带输送机性能参数表

3.2 污水泵房的设计 3.2.1 一般规定

(a)应根据远近期污水量，确定污水泵站的规模，泵站设计流量一般与进水管之设计流量相同； (b)应明确泵站是一次建成还是分期建设，是永久性还是半永久性，以决定其标准和设施； (c)并根据污水经泵站抽升后，出口入河道、灌渠还是进处理厂处理来选择合适的泵站位置； (d)污水泵站的集水池与机器间在同一构筑物内时，集水池和机器间须用防水隔墙隔开，允许渗漏，做法按结构设计规范要求；分建式，集水井和机器间要保持的施工距离，其中集水池多为圆形，机器间多为方形；

(e)泵站构筑物不允许地下水渗入，应设有高出地下水位0.5 米的防水措施。 3.2.2 水泵设计计算

(1)污水泵站选泵应考虑因素

(a)选泵机组泵站泵的总抽生能力，应按进水管的最大时污水量计，并应满足最大充满度时的流量要求；

(b)尽量选择类型相同（最多不超过两种型号）和口径的水泵，以便维修，但还须满足低流量时的需求；

(c)由于生活污水，对水泵有腐蚀作用，故污水泵站尽量采用污水泵，在大的污水泵站中，无大型污水泵时才选用清水泵。

(2)设计计算

泵站选用集水池与污水泵房合建式的。 (a)流量的确定

h m Q /7.29163max =

本设计拟定选用4 台潜污泵（3 用1 备），则每台泵的设计流量为：

h m Q Q /2.9723/7.29163/3max ===

(3)水泵的选用

根据水泵h m Q /2.9723=在《给水排水设计手册》第11册上查得采用QW 型潜水排污泵，其性能见表3.4。

表3.4 QW 型潜水排污泵的规格性能表

型号 流量Q （h m /3

） 扬程H

（m ） 转速n （r/min ） 功率W （kw ） 效率

（0/0） 重量（kg ） 出口直径（mm ） 生产 厂家

350QW1100-10

-45

1100

10

980

45

74.6

1500 350 石家

庄水

泵厂

型号

皮带宽度(mm) 输送距离（m ） 运输能力（m3/h ）

功率（kw ）

生产厂家

带速

0.8m/s

带速1.0m/s LD75

800

4.5

210

278

1.1

河南红星矿山机器有限公司

3.2.3 集水池

（1）集水池形式

污水泵站的集水池宜采用敞开式，本工程设计的集水池与泵房和共建，属封闭式。 （2）集水池的通气设备

集水池内设通气管，并配备风机将臭气排出泵房。 （3）集水池清洁及排空措施

集水池设有污泥斗，池底作成不小于 0.01 的坡度，坡向污泥井。从平台到池底应设下的扶梯，台上应有吊泥用的梁钩滑车。

（4）集水池容积计算

泵站集水池容积一般按不小于最大一台泵5 分钟的出水量计算，有效水深取1.5— 2.0 米。本次设计集水池容积按最大一台泵6 分钟的出水量计算，有效水深取2m 。

324.971.270606m V =??=

取3

100m V =

则集水池面积A 为：

250m h

V

A ==

结合QW 潜水泵的安装尺寸，集水池的尺寸为：10000mm ?6200mm ?2000mm

则集水池的有效容积为10?6.2?2=1243m >97.243

m (合格)

（5）集水池的排砂

污水杂质往往发表沉积在集水池内，时间长了腐化变臭，甚至堵塞集水坑，影响水泵正常吸水，因此，在压水管路上设压力冲洗管DN150mm 伸入集水坑，定期将沉渣冲起，由水泵抽走。 3.2.4 泵房附属设施及尺寸的确定

(1)水位控制

为适应污水泵房开停频率的特点，采用自动控制机组运行，自动控制机组启动停车的信号，通常是由水位继电器发出的。

(2)计量设备

由于污水中含有机械杂质，其计量设备考虑被堵塞的问题，可采用电磁流量计，采用压水干管的弯头作为计量设备。 3.3 细格栅的设计计算： 3.3.1 设计参数

(a)栅前水深h=0.65m ； (b)过栅流速v=0.7m/s ； (c)格栅间隙b=8mm ； (d)格栅安装倾角θ=60o。 3.3.2 设计计算

(a)栅条的间隙数

4.1297

.065.0008.060sin 486.0sin 0

max =???==bhv a Q n 个

取130 设计安装3 台格栅，则单台格栅间隙数：3.433/1303

===n

n 单 取44个

(b)栅槽宽度