城市污水处理沉淀池设计 12页

城市污水处理中的沉淀池工艺设计一、设计基本情况介绍：1、结合课程设计任务书，设计污水处理规模为10万吨/天，总变化系数K为1.2。2、结合污水的水质特点和出水要求以及国内外特大型城市污水厂的设计经验，和本人自己的实际考量，以二级生物处理法为主的污水处理工艺，我选用氧化沟和辐流式沉淀池。二、处理工艺的选择和设计（一）氧化沟工艺基本原理和主要设计参数氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。它是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。以下为一般氧化沟法的主要设计参数：水力停留时间：10－40小时；污泥龄：一般大于20天；有机负荷：0.05－0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)；容积负荷：0.2－0.4kgBOD5/(m3.d)；活性污泥浓度：2000－6000mg/l；沟内平均流速：0.3－0.5m/s氧化沟利用连续环式反应池（CintinuousLoop\nReator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。氧化沟法由于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池，初沉池，污泥消化池，有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了CLR形式和曝气装置特定的定位布置，是式氧化沟具有独特水力学特征和工作特性：（二）氧化沟处理工艺的特点1、氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。入流通过曝气区在循环中很好的被混合和分散，混合液再次围绕CLR继续循环。这样，氧化沟在短期内（如一个循环）呈推流状态，而在长期内（如多次循环）又呈混合状态。这两者的结合，即使入流至少经历一个循环而基本杜绝短流，又可以提供很大的稀释倍数而提高了缓冲能力。同时为了防止污泥沉积，必须保证沟内足够的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在沟内的停留时间又较长，这就要求沟内由较大的循环流量（一般是污水进水流量的数倍乃至数十倍），进入沟内污水立即被大量的循环液所混合稀释，因此氧化沟系统具有很强的耐冲击负荷能力，对不易降解的有机物也有较好的处理能力。2、\n氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。氧化沟从整体上说又是完全混合的，而液体流动却保持着推流前进，其曝气装置是定位的，因此，混合液在曝气区内溶解氧浓度是上游高，然后沿沟长逐步下降，出现明显的浓度梯度，到下游区溶解氧浓度就很低，基本上处于缺氧状态。氧化沟设计可按要求安排好氧区和缺氧区实现硝化－反硝化工艺，不仅可以利用硝酸盐中的氧满足一定的需氧量，而且可以通过反硝化补充硝化过程中消耗的碱度。这些有利于节省能耗和减少甚至免去硝化过程中需要投加的化学药品数量。3、氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。传统曝气的功率密度一般仅为20－30瓦/米3，平均速度梯度G大于100秒－1。这不仅有利于氧的传递和液体混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥颗粒。当混合液经平稳的输送区到达好氧区后期，平均速度梯度G小于30秒－1，污泥仍有再絮凝的机会，因而也能改善污泥的絮凝性能。有污水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。4、氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。氧化沟的混合液一旦被加速到沟中的平均流速，对于维持循环仅需克服沿程和弯道的水头损失，因而氧化沟可比其他系统以低得多的整体功率密度来维持混合液流动和活性污泥悬浮状态。据国外的一些报道，氧化沟比常规的活性污泥法能耗降低20%－30%。另外，据国内外统计资料显示，与其他污水生物处理方法相比，氧化沟具有处理流程简单，超作管理方便；出水水质好，工艺可靠性强；基建投资省，运行费用低等特点。（三）氧化沟的优缺点氧化沟优点一体化氧化沟除一般氧化沟所具有的优点外，还有以下独特的优点：①工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池；\n②污泥自动回流，投资少、能耗低、占地少、管理简便；③造价低，建造快，设备事故率低，运行管理工作量少；④固液分离效果比一般二次沉淀池高，使系统在较大的流量浓度范围内稳定运行。氧化沟缺点　　　尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题，以下是常见的问题及其解决对策方案。1、污泥膨胀问题　　当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。　　针对污泥膨胀的起因，可采取不同对策：由缺氧、水温高造成的，可加大曝气量或降低进水量以减轻负荷，或适当降低MLSS（控制污泥回流量），使需氧量减少；如污泥负荷过高，可提高MLSS，以调整负荷，必要时可停止进水，闷曝一段时间；可通过投加氮肥、磷肥，调整混合液中的营养物质平衡（BOD5：N：P=100：5：1）；pH值过低，可投加石灰调节；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%~0.6%投加），能抑制丝状菌繁殖，控制结合水性污泥膨胀。2、泡沫问题\n由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。用表面喷淋水或除沫剂去除泡沫，常用除沫剂有机油、煤油、硅油，投量为0.5~1.5mg/L。通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量，也能有效控制泡沫产生。当废水中含表面活性物质较多时，易预先用泡沫分离法或其他方法去除。另外也可考虑增设一套除油装置。但最重要的是要加强水源管理，减少含油过高废水及其它有毒废水的进入3、污泥上浮问题　　当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。　　发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除污泥，判明原因，调整操作。污泥沉降性差，可投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷大应减小进水量或加大回流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减小曝气量，增大回流或排泥量；如发现污泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件4、流速不均及污泥沉积问题　　在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的流速在沟内循环流动。一般认为，最低流速应为0.15m/s，不发生沉积的平均流速应达到0.3~0.5m/s。氧化沟的曝气设备一般为曝气转刷和曝气转盘，转刷的浸没深度为250~300mm，转盘的浸没深度为480~\n530mm。与氧化沟水深（3.0~3.6m）相比，转刷只占了水深的1/10~1/12，转盘也只占了1/6~1/7，因此造成氧化沟上部流速较大（约为0.8~1.2m，甚至更大），而底部流速很小（特别是在水深的2/3或3/4以下，混合液几乎没有流速），致使沟底大量积泥（有时积泥厚度达1.0m），大大减少了氧化沟的有效容积，降低了处理效果，影响了出水水质。　　加装上、下游导流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游导流板安装在距转盘（转刷）轴心4.0处（上游），导流板高度为水深的1/5~1/6，并垂直于水面安装；下游导流板安装在距转盘（转刷）轴心3.0m处。导流板的材料可以用金属或玻璃钢，但以玻璃钢为佳。导流板与其他改善措施相比，不仅不会增加动力消耗和运转成本，而且还能够较大幅度地提高充氧能力和理论动力效率　　另外，通过在曝气机上游设置水下推动器也可以对曝气转刷底部低速区的混合液循环流动起到积极推动作用，从而解决氧化沟底部流速低、污泥沉积的问题。设置水下推动器专门用于推动混合液可以使氧化沟的运行方式更加灵活，这对于节约能源、提高效率具有十分重要的意义。（四）氧化沟和其他处理工艺的比较氧化沟工艺与A2/O工艺相比，具有如下优势：1、工艺流程简单，处理构筑物少，机械设备少，运行管理方便。与A2/O法比较，可不设初沉池，没有混合液内回流系统，由于污泥相对好氧稳定，一般不设污泥的厌氧消化系统。2、A2/O工艺由于停留时间较短，剩余污泥的稳定性较差，一般需要污泥消化和浓缩过程，这不利于除P，生物除P是通过聚磷菌在好氧条件下，过量吸P而使废水中的P得到去除的，最终P随聚磷菌进入剩余污泥中除去，剩余污泥长时间处于厌氧状态，将导致聚磷菌吸收的P重新释放出来，影响除P效果。\n氧化沟的水力停留时间较长，污泥泥龄较长，具有延时曝气的特点，悬浮有机物在沟内可获得较彻底的降解，污泥在沟内达到相对好氧稳定，剩余污泥量少，根据国内外经验，氧化沟不再设污泥厌氧消化处理系统，剩余活性污泥只须经机械浓缩、脱水即可利用或污泥后处置，简化了污泥后序处理程序。污泥在进行机械浓缩、脱水过程中，停留时间很短，基本没有污泥中磷的释放问题。3、转碟曝气，混合效率较高，水流在沟内的速度最高可达0.6—0.7m/s，在沟道使水流能快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达500—1000次，可同时进行有机物的降解和氮的硝化、反硝化，并可有效的去除污水中的磷。沟道的这种脉冲曝气和大区域的缺氧环境，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果。4、污水进入氧化沟，可以得到快速的有效的混合，由于池容较大，缓冲稀释能力强，耐高流量，高浓度的冲击负荷能力强，具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定。5、供氧量的调节，可以通过改变转碟的转速、浸水深度和转碟安装个数等多种手段来调节整体供氧能力，使池内溶解氧值经常控制在最佳值，保证系统稳定、经济、可靠的运行。6、曝气转碟由高强度玻璃钢制成，使用寿命可达20年以上，独特的结构设计使其具有较高的混合和充氧能力，新型转碟曝气机可以使氧化沟的工作水深达到5.0米以上。氧化沟转碟曝气机工作在水面上，而且安装的数量少，安装、巡检、维修方便，可以即时发现了解设备运行情况，随时解除存在隐患。通过比较，可以看出，这两种种工艺都能达到要求，各具优势，但考虑到城市现状和对工作人员的要求，最终选择氧化沟工艺作为此污水处理厂污水生化处理主体工艺。\n三、沉淀池的选择（一）辐流式沉淀池选用辐流式沉淀池，池体平面圆形为多，也有方形的。直径（或边长）6-60m,最大可达100m，池周水深1.5-3.0m,池底坡度不宜小于0.05.废水自池中心进水管进入池，沿半径方向向池周缓缓流动。悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流出水渠。辐流式沉淀池多采用回转式刮泥机收集污泥，刮泥机刮板将沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗，再借重力或污泥泵排走。为了刮泥机的排泥要求，辐流式沉淀池的池底坡度平缓。辐流式沉淀池半桥式周边传动刮泥活性污泥法处理污水工艺过程中沉淀池的理想配套设备适用于一沉池或二沉池，主要功能是为去除沉淀池中沉淀的污泥以及水面表层的漂浮物。一般适用于大中池径沉淀池。周边传动，传动力矩大，而且相对节能；中心支座与旋转桁架以铰接的形式连接，刮泥时产生的扭矩作用于中心支座时即转化为中心旋转轴承的圆周摩擦力，因而受力条件较好；中心进水、排泥，周边出水，对水体的搅动力小，有利于污泥的去除。（二）辐流式沉淀池的特点优点采用机械排泥，运行较好，设备较简单，排泥设备已有定型产品，沉淀性效果好，日处理量大，对水体搅动小，有利于悬浮物的去除缺点池水水流速度不稳定，受进水影响较大；底部刮泥、排泥设备复杂，对施工单位的要求高，占地面积较其他沉淀池大，一般适用于大、中型污水处理厂。(三)沉淀池的计算\n1、每座沉淀池表面积池径已知Q=10000m3/d，C0=300mg/L污泥含水率为97.5%Qmax=10000/24=417m3/h=0.12m3/s取q0=1.5m3/(m2.h)单池面积A=105m2直径=11.565m取D=12m取水深为2m有效水深h2=q0t1则沉淀时间t1=1.3h在1.5-4.0之间（符合）2、沉淀池总高度《根据污水综合排放标准》可知SS的二级排放标准是30mg/L污泥量W=.t排泥机设置4小时排放一次W=27m3W1=W/nW1=27/2=13.5m33、有《室外排水设计规范》沉淀池设计取h1=0.5mh3=0.5m取储泥斗上口半径r1=1.5m，储泥斗底半径r2=1mV1=(r12+r1r2+r22)=3.14×0.87(1.52+1.5+1)=12.9m3h5=(r1-r2)tg=(1.5-1)tg600=0.87m底坡落差h4=(R-r1)×i=(6-1.5)×0.05=0.23m\n池底可储存污泥V2=(r12+r1R+R2)=3.14×0.23(62+6+1)=31m3共可储存污泥量V=V1+V2=31+12.9=43.9m3>13.5m3,满足。沉淀池总高度H=0.5+2+0.5+0.23+0.87=4.1m沉淀池周边处的高度为h1+h2+h3=0.5+2+0.5=3m4、径深比校核D/h2=17/2=8.5合格（6至9）5、三角堰的计算取三角堰的夹角=900堰高h=60mm时，出水量Q’=106.70m3/d=4.5m3/h出水负荷q10=1.7L/(m.s)总出水量Q1=q10AQ1=642.6m3/h三角堰的个数n1n1=144辐流式沉淀池水面位于三角堰1/2处，有效水深为h则每个三角堰长l=h，r=5m，则周长为L=2rL0=n1l=144×4×0.06=34.56mL=2×3.14×5＝31.4m0.163m3/s(符合)7、管道的选择1）为了保证管道的不堵、不淤积，Vmin0.6m/s.本沉淀池进水管、出水管、排泥管、排渣管、放空管均用铸铁管。取v=0.6m/s，取进水管径为300mmQ=v=0.6×3.14×0.32=0.16m3/s>0.12m3/s(符合)则出水管取300mm也符合。2）排泥量为43.9m3，取v=1.0m/s，取进水管径为300mmV=vtt155s(符合)3）池子的容积Vz=(h2+h3)+V，取v=1.0m/s，取f管径为400mm\ntz650s=11min（符合）4）排渣管的流量很小为了保证管道的不堵所以取200mm的管径。8、中心桶的计算单池流量Qd=0.06m3/s进水l流量Qj=Qd×（１＋Ｒ）=0.06×（１＋0.3）=0.078m3/s取中心桶直径D1为1.0m出水口的尺寸为0.4×0.3m2，共6个延壁均匀分布出水口的流速v2=0.108m/s(0.15-0.2m/s)符合9、紊流桶的计算桶中的流速v3=0.03-0.02m/s(去0.03m/s)紊流桶的过水面积f=2.6m3紊流桶的直径D2=1.4m