污水厂卡鲁塞尔氧化沟系统的设计.doc

污水厂卡鲁塞尔氧化沟系统的设计设计水量 3000m 3 ／d，设计最低水温 10℃，ρ（COD）≤350 mg／L，ρ （BOD5） ≤140mg／L ，可采用卡鲁塞尔氧化沟进行污水的脱氰除磷处理在分析、介绍卡鲁塞尔氧 化沟设计的基础上，还得出以下设计经验：氧化沟中间隔墙与曝气机叶轮边缘的距离宜为 80-100mm ，氧化沟液面距曝气机基础平台的高度庄为 1.45m，曝气机的防冻可采取保温房 或通蒸汽加热的方法随着出水水质标准的提高，越来越多的新建污水处理厂要求采用脱氮除磷工艺本文 针对北方某一污水处理工程采用 Carrousel （卡鲁塞尔）氧化沟脱氮除磷，介绍了该厂工艺 计算、设备、仪表选型等1、设计参数及污水处理工艺流程的确定进出水水质参数见表 1. 表 1 设计水质 控制项目 进水 出水 水量/（m 3 ·d -1 ) 30000 最低水温/℃ 10 ρ（COD ）/（mg·L -1 ） ≤350 ≤60 ρ（BOD ）/（mg·L -1 ） ≤140 ≤20 ρ（SS）/ （mg·L -1 ） ≤200 ≤20 ρ（NH 3 -N ）/ （mg·L -1 ） ≤30 ≤15 ρ（TP ）/（mg·L -1 ） ≤4 ≤1该厂位于北纬 38.5 度，东经 106.2 度，海拔 1100m. 该地区一月份平均最高气温-1.2℃， 最低气温-14.3 ℃，降雨量 1.2mm ；7 月份平均最高气温 29.3℃，最低气温 17.7℃，降雨量 42.2 mm，冬夏温差较大。

①由进水水质可知：m （BOD ）／m （COD ）：0.4＞0.3，生化性较好；②理论上 m （BOD）／m （TN）＞2.86 时反硝化过程才能进行，实际运行要求 m（BOD）／m（TN）应大于 3.本工程 m（BOD ）／m（NH 3 -N ）=4.67＞4，因此可采用 脱氮工艺；③进水中的 BOD 是作为营养物质供给聚磷菌活动的基质，故 m（BOD）／m（TP） 是衡量能否达到除磷的重要指标，一般认为该值大于 20，比值越大，除磷效果越明显本 工程 m （BOD）／m（TP）=30-45，可采用生物除磷工艺处理工艺流程见图 1 污水处理工艺流程图2、构筑物设计与技术说明设计采用两组脱氮除磷氧化沟系统2.1 选择池容积的确定由于选择池内基质浓度梯度大，菌胶团的基质利用速率要高于丝状菌，因此丝状微生 物难以生存，数量逐渐减少经过该部分的接触，可通过选择器对微生物进行选择性培养 以防止污泥膨张娩枝生，污泥的沉降性能将会锝到很大提高同时，在选样池中氧的质量 浓度为零，二沉池回流污泥中的微量硝酸盐能很快地被去除，消除了对磷去除的不利影响 本工艺还具有将二沉池回流污泥按比例分配到选择池和厌氧池的功能，可有，效保证在实 际运行中进水水质波动时除磷对有机物的需求。

选择池工艺尺寸 L×B×H=9.0m×5.5m×5.0m，超高 1.0m2.2 厌氧池容积的确定泥水混合液由选择池进入厌氧池，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细 菌可将溶解性 BOD 转化成低分子发酵产物，聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵物，并将 其运送到细胞内、同化成细胞内碳源存储物、所需能量来源于聚磷的水解及细胞内糖的水 解，并导致磷酸盐的释放经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷 能力，吸收、存储超出生长需求的磷量，并合成新的聚磷菌细胞、产生富磷污泥，最终通 过剩余污泥的排放将磷从系统中除去一般污水在厌氧段停留 1.0—2.0h 就可以使磷的释放 达约 80％，此后磷的释放将会很缓慢，因此本工程设计厌氧停留时间为 1.5 h厌氧池工艺尺寸：L×B×H=9.0m×5.5m×5.0m，超高 0.5m设计选择池与厌氧池合建2.3 氧化沟容积的确定以动力学计算方法为主，并用污泥龄法（德国目前使用的 ATV 标准中的计算公式） 及污泥负荷法校核2.3.1 好氧区容积①确定出水中溶解性 BOD 含量，使出水中 BOD 的质量浓度为 20mg／L.溶解性 ρ （BOD）=6.4mg／L，其中设 BOD 速率常数为 0.23d -1。

则需要去除的 BOD 质量浓度△S=140-6.4=133.6mg／L ②污泥龄 θ c 是根据理论同时参照经验确定在有硝化的污水处理厂，泥龄必须大于硝 化菌的世代周期，设计通常采用一个安全系数，以应付高峰流量，确保硝化作用的进行， 其计算式为：θ c =S.F （1／μ 0 ） （1）式中：μ0 —— 硝化菌比生长速率，d -1 ，μ0=0.47× e0.098（t-15） ×[ρ（N）+10 （0.05×T-1.158） ） ×[ρ（DO ）／（Ko+ρ （DO ））] ，其中 ρ （N ）=15mg／L、溶解氧 ρ（D0）=2mg／L、氧 的半速常数 Ko 取 1.3S.F——安全系数，取值范围 2.0-3.0，考虑北方地区气温较低，本设计取 3.0.计算得出设计污泥龄 θ c 为 17.5 d（10 ℃），本工程确定污泥龄为 18d污泥自身氧化速率 K d 取 0.05，污泥产率系数 Y=0.6kg[VSS]/kg[BOD]，混合液悬浮固 体的质量浓度 X=ρ[MISS]=4000mg／L，f=ρ[MLVSS]／ρ[MLSS]=0.75，则好氧区容积 V1=（Y×θ c ×Q×△S ）/ρ[MLVSS]× （1+Kd×θ c ）]=3797m 3 ，其中 Q 为水量。

水力停留时间 t 1 =V 1 ／Q=6.08h 2.3.2 缺氧区容积缺氧区容积 V 2 =脱硝需要的污泥量（VX） dn ／混合液中 ρ[MLVSS]需要去除的氮量△N 为：△N=ρ（N O ）-ρ （Ne ）-△X×ψ N =9.77mg ／L式中：ρ （N O ），ρ（Ne ）——进、出水总氮的质量浓度，mg ／L ；△X——生物污泥产量， △X=Q×△S×[Y/ （1+K d ×θ c ）]=632.84kg／dψ N ——生物污泥中氮的质量分数，取 12.4％由需要去除的氮量，确定反硝化污泥量：（VX） dn =△NQ ／q dn =1750.6kg／d式中：（VX）dn——参与脱氮反应的污泥量，kg／d；q dn ——脱氮负荷，kg[NO3-N]／[kg[MLVSS]·d]；T=10℃时，q dn =0.02×1.08 （T-20 ） =0.0093kg[NO 3 -N] ／[kg[MLVSS]·d]；由此计算出缺氧区的容积 V2=（VX） dn /ρ[MLVSS]=5251.9m 3 ，水力停留时间 t 2 =V 2 ／Q=8.40h ；则氧化沟好氧区加缺氧区之和 V 总 =V 1 +V 2 =9048.9m 3 ，水力停留时间 t=V 总 ／Q=14.48h.前 置反硝化区容积 V3 按完成 20 ％反硝化和取 40min 除磷所需容积计算，即 V 3 =1467 m 3 ，占 氧化沟池容的 16％，水力停留时间 t 3 =2.35 h.内回流比取 100％-400％。

氧化沟总池容为 9203m 3 ，水力停留时间 t=14.7 h，污泥负荷=0.0726 kg[BOD] ／[kg[VSS]·d].2.3.3 氧化沟池容校核——污泥龄法 由德国目前使用的 ATV 标准中的计算公式可知剩余污泥产率（每去除 1kgBOD 产生 的剩余污泥量）取决于曝气池进水 SS 与 BOD 的质量比、水温、污泥泥龄等因素：污泥产率系数 Y=K×0.6[m（SS）／m （DOD）+1]—（O.072×0.6×θ c X×1.072 （T-15）） ／（1+0.08θ c ×1.072 （T-15 ） ）=1.055kg[SS]／[kg（BOD]·d]其中修正系数 K 取 0.9，θ c =18d.ρ（MISS ）=4000mg／L，T=10℃，则 V=24×Q×θ c ×Y× △S ／ρ（MLSS）=9371m 3 ，水力停留时间 t=14.9h（包括缺氧区）污泥负 荷=0.071kg[BOD]／[ks[VSS]·d] ，在 0.05-0.15kg （BOD ）／[kg[VSS]·d]范围内由污泥龄法计算出的污泥负荷与动力学计算方法基本一致，故此设计合理2.3.4 氧化沟需氧量的确定在氧化沟系统中，考虑以下几个过程的需氧量：总需氧量（D）=氧化有机物需氧+细 胞内源呼吸需氧+硝化过程需氧—脱氮过程产氧计算得出需氧量 AOR=205kg／h，利用下列公式转化为标准状态需氧量（SOR）。

SOR=AOR×Cs （20） ／[α×β×ρ×Cs （T） -C×1.024 （T-20 ） ]式中：α——不同污水的氧转移速率参数，对生活污水取值 0.5-0.95 ，取 0.9；β——不同污水的饱和溶解氧参数，对生活污水取值 0.90-0.97 ，取 0.97；ρ——大气压修正参数，海拔 1100m 时大气压为 88300Pa；（ρ=88300 ／101300=0.8715 ）Cs （T） ——温度 T 时饱和溶解氧计算得出 SOR=358Kg[O 2 ] ／h.曝气机动力效率取：2.1kg[O 2 ]／kW；需配置功率数（N）=358/2.1=170.4KW.3、设备选型及说明3.1 选择池及厌氧池为满足选择池内污水与二沉池回流污泥快速混合的需求，设计搅拌功串密度为 13W／m 3 （一般在 10-15W ／m 3 ）采用 2 台型号为 GQT015×325（功率=1.5kW）的潜水 高速推进器，有效搅拌混合和防止颗粒状杂物在池壁或池底沉积在选择池中还配置有型 号为 L3100 的全不锈钢污泥分配槽，调节范围 20％-100 ％（以 20％为一档），采用手动控 制方式厌氧池为防止污泥沉降及保证≥0.3m／s 的流速，设汁搅拌功率密度为 8.5W／m 3 （一 般在 7.0-9.0W／m 3 ），采用 2 台 GOT040×480 （功率=4.0kW ）的潜水高速推进器。

3.2 氧化沟前置反硝化段 该段对搅拌器功能要求以推流为主，设计采用 2 台 DOT055×1800（功率=5.5kW）的 潜水低速推进器，功率密度 7.4W／m 3 （一般在 6.5—8.5W／m 3 ）混合液回流至氧化沟主 体内采用 LB4.0×1.2 型的内回流控制闸门，控制范围：100％=600％3.3 氧化沟主体反应区3.3.1 根据计算，本工程选用 90kW，DS350 型大倒伞表面曝气机两台，总供氧量（以 O 2 计，下同）90×2.1×2=378kg ／h，氧富余 20kg／h.从节能方面考虑采用一台变速曝气机 （充氧量 90-189 中 h）、一台恒速曝气机（充氧量 189 kg／h）根据水力模型数据，氧 化沟沟宽与倒伞直径的最佳比例为 2.2-2.4 倍，沟深与直径的比例约为 1.1-1.2 倍，在此条 件下，曝气机可达到最佳的椎流及曝气效果本工程曝气机叶轮直径 D=3500mm，确定氧 化沟最佳沟宽：B=8.0m 、有效水深 h=4.2m.则氧化沟主体工艺尺寸为 L×W=74.0×32m（分 4 廊道），超高 600mm3.3.2 在氧化沟中，弯道的水头损失占全部水头损失的 90％以上，为防止外沟弯道发生 污泥沉淀，确定在该处设置 DQT055×1800 型潜水低速推进器 2 台，功率 5.5kW，位于出 水堰下游，为避免由于底部水流搅动带动较高浓度的污水上翻，影响出水水质，采用 DY5000 型出水堰，可调范围 500mm。

校核氧化沟内功率密度=N／V=（180+5.5×4）×1000／9203=21.9kW／m 3 ，在 15- 25kW／m 3 范围内，可同时满足充氧及推流、搅拌的功能 氧化沟平面布置见图 2 氧化沟平面布置结构示意图 4、仪表选型及说明4.1 选择池设置一台 MLSS 检测仪，用于控制并保证进入氧化沟系统的污泥质量浓度在 2500-4500ms／L 范围内，并与二沉池回流污泥管道上的电磁流。