氧化沟设计计算

氧化沟一般材建设为环状沟渠形，奇屏迷案可谓圆形和椭圆形或长方形的组合，二沉池、厌氧区与缺氧区、好氧区可合建也可分建；氧化沟的渠宽、有效水深视占地面积、氧化沟分组和宝器设备性能等情况而定。一般情况下，曝气转刷式，有效水深H=2.6~3.5m，曝气转盘式，H=3.0~4.5m，表面曝气机，H=4.0~5.0m，当同时配备搅拌设施和鼓风曝气时，水深和适当加大；氧化沟渠的直线长度不小于12m或不小于水面处渠宽的2倍（不包括奥贝尔氧化沟）；氧化沟狂度与曝气器宽度相关；沟渠超高不小于0.5~0.6(表面曝气其设备平台宜高出设计水面1.0~1.2m。

焦作市污水处理厂一期工程设计规模为10×104m3/d，远期设计规模为25×104m3/d。一期工程建设利用法国政府混合贷款，全厂设备均为法国进口设备，采用改良型Carrousel氧化沟工艺，分为预处理、生化处理、污泥处理三部分。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准，产生的污泥不经消化直接进行机械脱水。具体工艺流程见图1。

2运行中存在的缺陷

焦作市污水处理厂于2003年2月正式投入运行，经过3年多对工艺的不断调整，出水BOD、COD、NH3-N、SS、TP等均达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918--2002)中的二级标准，但同时在运行过程中也暴露出一些问题。

2.1厌氧除磷效果差

现有的选择池本是作为厌氧选择池设计的，但是该厂选择池容积只有960.4m3，按满负荷进水10×10m/d计算，曝气沉砂池出水在选择池中的厌氧停留时间仅为13.8min，而要满足厌氧条件，污水在选择池中的停留时间至少为1.5～2h，目前的停留时间远不能满足反应条件，而且现工艺中活性污泥没有回流到选择池，而是直接回流到了氧化沟。这样，选择池仅仅起到分配井的作用，根本达不到有效除磷的效果。

2.2氧化沟积泥严重

2005年12月在对氧化沟检修时，对1、2氧化沟进行了放水观测，发现氧化沟底积泥较为严重，几乎每个沟渠内都存在积泥现象，尤其在每道沟渠的中部及出水槽大廊道积泥最为严重，部分区域积泥厚度在2m左右(见图2)。

表9氧化沟常用技术参数

参

数

取

值

有机物容积负荷／[kgBODs／(m3•d)]

0.2～O．4

有机物污泥负荷／[kgBOD5／(kgVSS•d)3

0．O5～0.15

水力停留时间／h

10～24

污泥龄／d

10～30

活性污泥浓度／(m9／L)

2000～6000

BODs：10～1S

出水水质／(m9／L)

SSl

l0～20

NH3．N：1～3

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污泥负荷N=0.05~0.1 kgBOD5/(kgMLVSS.d)

氧化沟之(Carrousel)卡鲁塞尔设计与计算

原理概述

卡鲁塞尔氧化沟是为了满足在较深氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并维持较高的传质效率而研制的；卡鲁塞尔氧化沟也是一个多沟串联的系统。其特点是在每个沟渠的一端安装垂直低速表面曝气器。

为满足越来越严格的水质排放标准，卡鲁塞尔氧化沟已在原有的基础上开发出新的设计，实现新的功能。这些氧化沟在提高处理效率的同时，能够降低运行能耗、改进活性污泥性能和生物脱磷脱氮的效果。主要有Carrousel 2000、Carrousel 3000、以及四阶段和五阶段Carrousel BardenpHo工艺等。

技术特点

1、表曝机上游为缺氧，下游为富氧区，利于脱氮除磷。

2、混合液流量大，约是进水量的50-100倍，能提高氧化沟的耐冲击负荷的能力。

3、表曝机的使用能使氧化沟深度增加到5米，减少了构筑物的建筑面积。

4、能针对有机负荷的浓度大小，可停止表曝机或切换到低转速，减少能耗！

5、曝气功率密度大，传氧效率比传统活性污泥法高。

设计参数

混合液悬浮固体浓度(MLSS)X=4000~4500mg/L

污泥负荷N=0.05~0.1 kgBOD5/(kgMLVSS.d)

水力停留时间T=18~28h

沟渠深H≥5m

污泥回流比为100%

污泥泥龄θc一般为25~30d

一般沟深是表曝机叶轮直径的1.2倍，沟宽是沟深的2倍

沟中的水流速0.3m/s

典型例题解析

某污水处理厂采用卡鲁塞尔氧化沟，设计水量Q=100000 m³/d(不考虑变化系数)进水水质BOD5浓度S0=190mg/L,TSS浓度X0=250mg/LVSS=175 mg/LTKN=45mg/L；NH3-N=35mg/L；碱度SALK=280 mg/L；最低温度14℃，最高温度25℃。

设计出水水质BOD5浓度Se=20mg/L,TSS浓度Xe=20mg/LTN=20mg/L，NH3-N=15 mg/L。

其中污泥产泥系数Y=0.55混合液悬浮固体浓度(MLSS)X=4000 mg/L,混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS) XV=2800 mg/L污泥龄θc=30d；自身氧化系数Kd=0.055 d-1；20℃时脱氮速率qdn=0.035kgNO3⁻-N/(kgMLVSS.d)。

求卡鲁塞尔氧化沟相关参数？

(1)去除BOD5计算

①氧化沟出水所含溶解性BOD5的量S, mg/L

S=Se-1.42*TSS(1-e-kt)*VSS/TSS

=20-1.42*20*(1-e-0.23*5)*0.7

=6.41 mg/L

②好氧区容积V1，m³

V1=Yθc Q(S0-S) /XV(1+Kd*θc)

=0.55*30*100000*(0.19-0.00641)/2.8*(1+0.055*30)

=40825 m³

③好氧区水力停留时间t1，h

t1=V1/Q

=40825/100000

=0.408(d)

=9.79h

④剩余污泥量

ΔXV=[Q(S0-S)*Y/(1+Kd*θc)]+Q(X1-Xe)

式中：X1为进水悬浮固体惰性部分的浓度(进水TSS-进水VSS), mg/L

Xe为出水TSS的浓度

X1=0.25-0.175

=0.075kg/ m³

Xe=20 mg/L

=0.02kg/ m³

故：ΔXV=[105*(0.19-0.00641)*0.55/(1+0.55*30)]+105*(0.075-0.02)

=9310.36kgDS/d

每去除1KgBOD5产生的干污泥量为：

ΔX/ Q(S0-Se)

=9310.36/105*(0.19-0.02)

=0.548 kgDS/kg BOD5

(2)脱氮

①氧化的氨氮量。

氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮N0为

N0=0.124*Y*(S0-S)/( 1+Kd*θc)

=0.124*0.55*(190-6.41)/( 1+0.055*30)

=4.72 mg/L

需要氧化的氨氮量N1=进水TNK-出水氨氮-生物合成所需要的N0

=45-15-4.4.72

=25.28 mg/L

②脱氮量Nr

Nr=进水总氮量-出水总氮量-生物合成所需的氮量

=45-20-4.72

=20.28 mg/L

③碱度平衡

每氧化1mg氨氮需要消耗7.14 mg/L的碱度，每氧化1mg的BOD5产生0.1 mg/L的碱度，每还原1mg的NO3⁻-N产生3.57 mg/L的碱度。一般认为剩余碱度达到100 mg/L(CaCo3计)，即可保持PH≥7.2

剩余碱度SALK1=原水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产碱度+氧化BOD5产碱度

=280-7.14*25.28+3.57*20.28+0.1*(190-6.41)

=190.26mg/L

此时可保持PH≥7.2，硝化和反硝化能够正常进行。

④脱氮所需池容V2, m³及停留时间t2,h

脱硝速率 qdn(T)=qdn(20)*1.08T-20

14℃时，

qdn(t)=0.035*1.0814-20

=0.022 kgNO3⁻-N/(kgMLVSS)

脱氮所需的容积

V2=QNr/qdnXv

=105*20.28/0.022*2800

=32922 m³

t2= V2/Q

=32922/105

=0.329d

=7.9h

(3)氧化沟总容积V及停留时间t

V= V1+V2

=40825+32922

=73747 m³

t= t1+t2

=9.79+7.9

=17.7h

(4)设计需氧量AOR

AOR=去除BOD5需氧量-剩余污泥中BOD5需氧量+去除氨氮耗氧量-剩余污泥中氨氮的耗氧量-脱氮产氧量

去除BOD5需氧量为D1

D1=a′Q(S0-S)+b′VXV

式中：a′为微生物对有机底物氧化分解的需氧量，取0.52

b′为活性污泥微生物自身氧化的需氧率，取0.12

D1=0.52*105*(0.19-0.00641)+0.12*73747*2.8

=34325.67kg/d

剩余污泥中BOD5需氧量为D2

D2=1.42*ΔX1

=1.42*YQΔS/1+Kd*θc

=1.42*0.55*105*(0.19-0.00641)/1+0.055*30

=5410.71 kg/d

1Kg氨氮硝化需要消耗4.6 kgO2,则去除氨氮的需氧量D3

D3=4.6*(进水TKN-出水氨氮)

=4.6*（45-15）*105/1000

=13800 kg/d

剩余污泥中氨氮耗氧量D4

D4=4.6*0.124* YQΔS/1+Kd*θc

=4.6*0.124*0.55*105*(0.19-0.00641)/1+0.055*30

=2173.43 kg/d

每还原1kgNO3⁻-N产生2.86kgO2，则脱氮产氧量D5

D5=2.86*20.59*105/1000

=5800.08 kg/d

总需氧量

=34325.67-5410.71+13800-2173.43-5800.08

=34741.45 kg/d

考虑安全系数1.4

则AOR=1.4*34741.45

=48638.03 kg/d

(5)标准需氧量SOR

SOR=AOR*CS(20)/α[βρCS(t)- C]*1.024T-20

CS(20)是20℃水中溶解氧饱和度，取值9.17 mg/L

CS(25) 取值8.38mg/L

α取值0.85

β取值0.95

ρ压力修正系数.

为所在地区实际气压/1.013*105

=0.921*105/1.013*105

=0.909

C溶解氧浓度，取2 mg/L

则供氧量

SOR =48638.03*9.17/0.85*(0.95*0.909*8.38-0.2)*1.02425-20

=89024.1 kgO2/d

=3709.34 kgO2/h

(6)氧化沟池容计算

设氧化沟6座,则单座氧化沟有效容积V单,m³

V单=V总/6

=73747/6

=12291 m³

设计有效水深5m，则单沟的面积

A单沟=12291/5

=2458.2 ㎡

(7)出水堰计算

Q=1.86bH3/2

则b= Q/1.86 H3/2

取堰上水头高H=0.2m

b=0.386/1.86*0.23/2

=2.32m

普通的A2O工艺采用200%的内回流，50%的外回流，但是设计容积还是按照进水水量来考虑的。

如图所示：

氧化沟工艺处理污水的简易技术。在反应原理上一般采用延时曝气，保持进出水连续，不用初沉池，在沟中所产生的微生物在污泥中得到稳定的存活生长，并在污水曝气净化中发生反应，大大简化了处理步骤。氧化池一般承狭长的首尾相连的环形沟渠形状，曝气装置多采用表面曝气器。

污水进入氧化沟和活性污泥充分混合，再通过曝气装置特定的定位作用进而产生曝气推动，使得污水与污泥在闭合渠道内成悬浮状态做不停的循环，污泥在循环中进一步与污水充分混合，其中微生物与有机物充分反应，然后混着污泥的污水进入二沉池，进行固液分离，使污水得到净化。

扩展资料

氧化沟工艺的技术与活性污泥法去除有机物有相似之处，但也有自身的独特工艺特征，表现在以下几个方面：

一是氧化沟可以将污水与污泥充分混合和并且推流。在一个长期的阶段内呈现完全污水与污泥充分混合的特征，而在短期呈现推流循环的特征，氧化沟这种首尾相接的封闭环形反应器中的水流特征有利于提高氧化能力与反应时间，实现充分反应。

二是氧化沟在溶解氧浓度梯度上区分明显。由于曝气设备的定位分区以及氧化沟的结构，使沟内沿水流方向存在明显的溶解氧浓度梯度，使氧化沟内兼顾好氧区和缺氧区两个区域，并能够呈现出好氧区和缺氧区的交替变化的特点。

在缺氧区可以在污泥中反硝化细菌的作用下，将硝态氮还原为氮气，在好氧区中可以进行有机物去除、硝化作用、聚磷菌吸磷等多项反应，从而实现了脱氮除磷。

三是氧化沟同时具备高能区和低能区两个能量区。在装置曝气设备附近处呈现高能区，有利于氧与液体的充分混合以及氧气的充分移动。同时，在高能区域低能区的交替与差异过程中，在环流的低能区，增加了污泥絮凝的机会，使污泥更好的呈现出悬浮状态。

四是曝气和推流相互混合与分离。在不断的混合分离再混合的过程中，提高了氧化沟的污水与污泥混合的效率，加速了细菌与有机物的结合反应速度，氧化池的运行更为灵活。

解决了曝气设备很难同时满足曝气量控制和推流速度大小要求的矛盾，进而大大增加了脱氮除磷效果，提高了氧化沟的处理性能。

参考资料来源：百度百科-氧化沟工艺