水质工程学（下）课程设计
1. 设计依据、原则及范围
1.1 设计依据
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本设计贯彻和执行国家关于环境保护的基本国策，严格依据国家所颁布的如下有关防治水污染方面的法律和法规进行：
《中华人民共和国环境保护法》 《中华人民共和国水污染防治法》 《建设项目环境保护管理办法》 《建设项目环境保护设计规范》 《污水处理设施环境保护监督管理办法》
并且遵守国家为具体执行上述法规而颁布的各项规范和标准： 《地面水环境质量标准》 ( GB3838-2002 ) 《污水综合排放标准》 ( GB8978-96 ) 《给水排水工程结构设计规范》 ( GBJ69-84 ) 《城镇污水处理厂污染物排放标准》 ( GB18918-2002 ) 《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》 ( GBJ31-89 )
《室外排水设计规范》 ( GBJ14-87 ) 《课程设计任务书》
1.2 设计原则
（1） 执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规规范及标准； （2） 在批准的可行性研究报告的基础上，对城镇污水实施综合治理，采用全面规划，分期实施的原则，使工程建设和城镇的发展相协调，既保护环境，又最大程度的发挥工程的环境效益、经济效益和社会效益；
（3） 考虑当地实际情况，采用高效节能，简便易行的污水处理工艺，在确保污水处理效果的同时，尽量降低工程投资和日常运行费用；
（4） 妥善处理、处置污水处理过程中产生的栅渣、污泥，避免产生二次污染； （5） 选择国内外先进、可靠、高效，运行管理方便，维修简便的排水专用设备；
（6） 采用可靠的控制系统，实现自动化管理，做到技术可靠，经济合理；
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程顺畅，实现一次提升，减少运行费用；
（8） 扩大绿化面积，美化厂区环境，实现厂区景观化。
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（7） 厂区平面及高程布置合理，各处理构筑物相对集中，节约用地，工艺流
1.3 设计范围
污水处理厂界区内水处理工艺专业初步设计。
2. 城镇概况
2.1 收水情况
该城镇主要由工业污水（占70%）和居民生活排水（30%）构成，总排水量10×104m3/d，总变化系数1.3，污水处理厂总占地面积89000m2。厂区地坪标高为50.0m，污水管管底标高为47.0m，管径1200mm。
2.2 自然条件
该区域属于温暖带大陆性季风气候。多年平均气温13.3℃；极端最高气温39.3℃；极端最低气温-18.4℃；多年平均降雨量549mm；最大冻土深度49cm；主导风为西北风。
2.3 进出水水质
进出水水质见表1。
表1 进出水水质
项目 进水 出水
COD(mg/L)
500 100
BOD(mg/L)
300 30
SS(mg/L) 200 20
TP(mg/L)
8 3
TN(mg/L)
50 20
氨氮(mg/L)
40 15
3. 污水处理工艺方案选择
城市污水处理厂的污染物质以有机物为主，一般采用生物处理法。生物处理法主要有活性污泥法和生物膜法两种。目前，国内外城镇污水处理厂采用二级处理工艺的，绝大部分采用了活性污泥法。活性污泥工艺主要有：普通曝气法，A／O脱氮工艺；A／0除磷工艺；A2／O脱氮除磷工艺；AB法；氧化沟工艺（卡鲁塞氧化沟，双沟式氧化沟，奥贝尔氧化沟，一体氧化沟等）；SBR工艺（传统SBR 工艺；ICEAS；DAT
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—LAT；CAST；CASS；MSBR等）；传统活性污泥法与氧化沟结合工艺（ OOC；OCO；AOR；AOE）；改进型A2／O氧化沟与SBR结合工艺 （三沟式氧化沟）等。
氧化沟，又称循环曝气池，是于50年代由荷兰的Pasveer所开发的一种污水处理技术，属于活性污泥法的一种变法。氧化沟主要采用特殊设计的卧式转盘或转刷为曝氧设备，曝氧的同时可以保正足够的混合液流速，使水与活性污泥完全混合后；将混合液从上游经曝氧区推进到下游，并不停地循环流动。在流态上，氧化沟介于完全混合和推流之间，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得脱氮效应。
奥贝尔氧化沟l960年在南非开发并使用，它是由三个相对独立的同心椭圆形沟道组成，每条沟道都是一个闭路连续循环的完全混合反应器。运行时，污水由外沟道进入内沟道。然后依次进入中间沟道和内沟道，每条沟道中的污水及污泥在沟内循环数百次后再流入下一沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池进行固液分离，因此，奥贝尔氧化沟相当于一系列串连的完全混合反应器。其三个环形沟道相对独立，溶解氧浓度分别控制在0、1、2mg/L。其中外沟道容积达50％ 一60％ ，处于低溶解氧状态，大部分有机物和氨氮在外沟道氧化去除。内沟道体积约为10％ ～20％ ，维持较高的溶解氧浓度(2mg/L)， 为出水把关。在各沟道横跨安装有不同数量转盘曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。
奥贝尔氧化沟除具备一般氧化沟的优点：流程简单、抗冲击负荷能力强、出水水质稳定和易于维护管理。其独特之处还在于：
（1） 有较好的节能性能。由于外沟道溶解氧平均值很低，在部分区域DO为O，氧的传递作用是在亏氧条件下进行的，具有较高的效率，由于大部分氧化和硝化反应在外沟道发生，且具有较高的反硝化率，因而节能效益显著。通常可以节省电耗15％ 以上。
（2） 具有较好的脱氮功能。在外沟道的脉冲曝气和大区域的缺氧的环境下，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果，总脱氮效率可达到80%。即使在不设内回流的条件下，也具有较高的脱氮效率。
（3） 奥贝尔氧化沟作为一种多级串联的反应器，有利于难降解有机物的分解，一般可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。
（4）奥贝尔氧化沟在实际运行中有更大的灵活性和适应性。可适用于雨污合流
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系统。
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（5）奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，具有较高的充氧能力和动力效率．优化控制方便．并可提高水深，相对节省用地。
由于上述特点，奥贝尔氧化沟作为较优化的工艺之一，可以在城市污水处理工程中推广应用．尤其适用于中小规模的污水处理厂。
4.污水处理工程设计
本设计污水处理厂确定采用三组orbal型氧化沟,单池容积为27814m3,其主要设计参数为：污泥负荷0.095BOD/kg.MLSS.d,混合液悬浮固体浓度4000mg/L,曝气池水力停留时间20.25h，污泥龄30d。
设置三座二沉池，每座对应一组二沉池，池径50m，设机械刮吸泥设备一套。
4.1 工艺流程
工艺流程见图4。
图4 工艺流程图
流程简述：污水中含有大量悬浮物和漂浮物，经过粗格栅截留，去除大的悬浮物和漂浮物，对水泵组和后续处理构筑物起到重要的保护作用。污水经集水池用潜水
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泵提升至配水井，由配水井分配至三组细格栅，再流至旋流沉砂池，去除比重较大的无机颗粒,然后分别进入三座orbal氧化沟。污水首先由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，在每个沟道流动上百圈，最后经中心岛流出，至二次沉淀池，进行固液分离。回流污泥从二沉池,加氯，进入接触池充分接触消毒后排放。由污泥回流泵打回氧化沟，在氧化沟始段与污水充分混合。剩余污泥经污泥缩池，流入污泥脱水机房，经加药，带滤机脱水，最后泥饼外运。
工艺流程详见附图 水-01。
4.2工艺设计计算
平均日流量： 10×104m3/d（4167m3/h，1.16m3/s） 总变化系数： 1.3
平均设计流量：10×104（m3/d）
最大设计流量：1.3×104（m3/d）（5417m3/h，1.50m3/s） 4.2.1 粗格栅及进水泵房
粗格栅渠、集水池、进水泵房合建。 4.2.1.1 设计说明
格栅的主作用是拦截污水中的大块污物，对后续处理单元进行保护。拟采用回转式格栅，该格栅具有不易堵塞，维修方便等特点。格栅前后渠道内均设闸门，以便调节水量及维修之用。污水实现一次提升，靠重力流进入后续处理单元。污水泵选用占地少，维修容易，噪音小，安装方便的潜水泵。潜水泵安装在集水池中，集水池容积为最大一台泵5min的流量。 4.2.1.2 粗格栅
拟选用4组回转式格栅，设计参数： 栅条间距 b=20mm；栅前水深 h=0.6m； 过栅流速 v=0.9m/s；安装角度 α=75°。 （1） 格栅间隙数
n=
Qmaxsin?0.3775?sin75?==34.35 （个） 0.02?0.6?0.9bhv取n=35个。 （2） 格栅有效宽度