氧化沟工艺城市污水处理厂设计全流程干货 | 附计算+选型+图纸+答辩问题

【环工毕设】氧化沟工艺城市污水处理厂设计全流程干货 | 附计算+选型+图纸+答辩问题

氧化沟工艺城市污水处理厂设计是环境工程、给排水科学与工程专业最经典的毕设题目之一，涵盖了污水处理工艺选择、构筑物设计、设备选型、平面布置、高程设计等所有给排水/环工专业的核心知识点，难度适中，知识点全面，是最经典的水处理毕设题目。

很多同学做这个题目的时候，容易出现工艺选择不合理、构筑物设计计算错误、设备选型不对、平面布置不合理、高程计算错误这些问题，要么设计说明书错漏百出，要么答辩的时候被老师问住。本文完整拆解氧化沟工艺城市污水处理厂设计的全流程，包含设计任务、工艺选择、各构筑物设计计算、设备选型、平面与高程设计、图纸绘制、常见问题、答辩高频题，做课程设计、毕设都可以直接参考。

一、设计任务与要求

1.1 设计任务

典型的城市污水处理厂设计任务：

设计任务参数示例：
- 处理规模：Q = 5万 m³/d（平均日流量）
- 变化系数：Kz = 1.34（5万规模的总变化系数）
- 进水水质：
  CODcr = 350 mg/L
  BOD5 = 180 mg/L
  SS = 200 mg/L
  NH3-N = 35 mg/L
  TP = 4 mg/L
- 出水水质：执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准
  CODcr ≤ 50 mg/L
  BOD5 ≤ 10 mg/L
  SS ≤ 10 mg/L
  NH3-N ≤ 5 mg/L
  TP ≤ 0.5 mg/L
- 设计内容：污水处理工艺设计、污泥处理工艺设计、
  总平面布置、高程设计、主要构筑物设计计算、设备选型
  绘制总平面图、工艺流程图、主要构筑物平剖面图

1.2 设计要求

• 出水达标：处理后水质必须稳定达到一级A排放标准，满足环保要求。

• 运行稳定可靠：工艺成熟可靠，抗冲击负荷能力强，运行管理方便，适合中小城市污水处理厂。

• 经济合理：在满足处理要求的前提下，尽量降低工程造价和运行成本，节省占地。

• 节能降耗：选用高效节能的设备和工艺，降低能耗，减少运行费用。

• 便于管理：自动化程度高，操作简单，维护方便，减少运行管理人员。

二、工艺方案选择

2.1 常见污水处理工艺对比

城市污水处理常用的工艺主要有活性污泥法和生物膜法两大类，活性污泥法应用最广泛，常见的有：

• 传统活性污泥法：工艺成熟，处理效果好，但是占地大，能耗高，脱氮除磷效果一般，现在用得越来越少。

• A²/O工艺：同步脱氮除磷，效果好，但是流程长，构筑物多，管理复杂，占地大，适合大型污水处理厂。

• 氧化沟工艺：流程简单，运行稳定，管理方便，脱氮效果好，抗冲击负荷能力强，占地适中，适合中小规模污水处理厂。

• SBR工艺：占地省，脱氮除磷效果好，但是自动化要求高，运行管理复杂，设备闲置率高，适合小规模污水处理厂。

• 生物膜法：比如生物接触氧化、曝气生物滤池，占地小，但是处理效果不如活性污泥法，容易堵塞，适合小规模或者用地紧张的情况。

2.2 氧化沟工艺的特点

氧化沟又名循环曝气池，是活性污泥法的一种变型，和传统活性污泥法比，有很多优点：

• 工艺流程简单，构筑物少：一般不需要初沉池，污泥回流比小，甚至可以不用回流，流程简单，管理方便。

• 运行稳定，抗冲击负荷能力强：水力停留时间长，污泥龄长，对水质水量变化的适应性强，运行稳定。

• 脱氮效果好：沟内存在好氧区和缺氧区，能实现硝化反硝化，脱氮效率高，一般能达到70%-80%的脱氮率。

• 污泥产量少，污泥稳定：污泥龄长，污泥好氧稳定，不需要污泥消化，简化了污泥处理流程，减少了污泥处理成本。

• 运行管理方便：设备少，操作简单，维护方便，对运行管理人员的要求不高，适合中小城市污水处理厂。

缺点是占地比A²/O略大，除磷效果一般，需要加化学除磷辅助，但是总体来说，对于中小规模的城市污水处理厂，氧化沟是性价比很高的选择。

2.3 氧化沟的类型

常见的氧化沟类型有：

• 卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟：多沟串联，立式表面曝气机，水深大，占地小，处理规模大，适合大中型污水处理厂。

• 奥贝尔（Orbal）氧化沟：多沟道同心圆，转碟曝气，沟道多，运行灵活，脱氮效果好，适合中小型污水处理厂。

• 交替式氧化沟：双沟或三沟交替运行，不用单独建二沉池，流程更简单，但是设备利用率低，适合小规模。

• 一体化氧化沟：把二沉池建在氧化沟里面，占地更省，流程更短，但是运行稳定性一般，适合小规模。

5万m³/d的规模，选奥贝尔氧化沟或者卡鲁塞尔氧化沟都可以，奥贝尔氧化沟运行更灵活，脱氮效果更好，管理更方便，用得比较多。

2.4 工艺选择理由

本设计选择奥贝尔氧化沟工艺，理由：

第一，处理效果好，能稳定达到一级A排放标准，脱氮效果好，配合化学除磷，能满足出水要求。

第二，运行稳定，抗冲击负荷能力强，适合城市污水水质水量波动大的特点。

第三，工艺流程简单，构筑物少，运行管理方便，适合中小城市的管理水平。

第四，污泥产量少，污泥稳定，不需要消化，简化了污泥处理流程，降低了运行成本。

第五，技术成熟，国内应用很多，运行经验丰富，设备国产化程度高，投资和运行成本适中。

三、污水处理构筑物设计计算

污水处理流程：进水 → 粗格栅 → 进水泵房 → 细格栅 → 旋流沉砂池 → 氧化沟 → 二沉池 → 消毒池 → 出水。

3.1 格栅

格栅用来去除污水中较大的漂浮物和悬浮物，保护水泵和后续处理设备。分粗格栅和细格栅两道。

格栅设计参数：
1. 粗格栅
   - 栅条间隙：b = 20 mm
   - 过栅流速：v = 0.8 m/s
   - 栅前水深：h = 0.8 m
   - 安装倾角：α = 60°
   - 数量：2台，1用1备
   - 设备：回转式格栅除污机，自动控制，根据格栅前后水位差自动运行

2. 细格栅
   - 栅条间隙：b = 6 mm
   - 过栅流速：v = 0.9 m/s
   - 栅前水深：h = 0.7 m
   - 安装倾角：α = 60°
   - 数量：2台，1用1备
   - 设备：回转式细格栅除污机

3.2 沉砂池

沉砂池用来去除污水中的砂粒，防止砂粒磨损水泵和设备，防止在后续构筑物中沉积。常用旋流沉砂池，占地小，除砂效率高。

旋流沉砂池设计参数：
- 数量：2座，并联运行
- 设计流量：每座Q = 2.5万 m³/d = 289 L/s
- 水力停留时间：t = 30 s
- 最大流速：v = 0.3 m/s
- 池径：D = 3.6 m
- 有效水深：h = 1.2 m
- 设备：旋流沉砂器，配砂水分离器，
  自动排砂，定期运行

3.3 氧化沟设计

氧化沟是核心处理构筑物，采用奥贝尔氧化沟，三沟道，外沟、中沟、内沟，容积比大概50:33:17，溶解氧梯度0-1-2mg/L，脱氮效果好。

奥贝尔氧化沟设计参数：
1. 设计参数
   - 设计流量：Q = 5万 m³/d
   - BOD5去除负荷：N = 0.12 kgBOD5/(kgMLSS·d)
   - 混合液浓度：MLSS = 4000 mg/L
   - 污泥龄：SRT = 20 d（脱氮要求污泥龄长）
   - 水力停留时间：HRT = 16 h
   - 回流污泥比：R = 100%

2. 池体容积计算
   总有效容积 V = Q × HRT = 50000 × 16 / 24 ≈ 33333 m³
   三沟道容积比：外沟:中沟:内沟 = 50:33:17
   外沟容积 V1 = 33333 × 0.5 ≈ 16667 m³
   中沟容积 V2 = 33333 × 0.33 ≈ 11000 m³
   内沟容积 V3 = 33333 × 0.17 ≈ 5666 m³

3. 池体尺寸
   有效水深 h = 4.0 m
   沟宽 B = 8 m
   总长度 L = V / (B × h) = 33333 / (8×4) ≈ 1042 m
   三沟道同心圆布置，外沟直径约60m，中沟约44m，内沟约28m

4. 曝气设备选型
   需氧量计算：去除每kgBOD5需氧1.2kg，硝化每kg氨氮需氧4.6kg
   总需氧量 ≈ 50000×(180-10)/1000×1.2 + 50000×(35-5)/1000×4.6
           ≈ 10200 + 6900 = 17100 kgO2/d ≈ 712.5 kgO2/h
   选用转碟曝气机，单台充氧量约80 kgO2/h，
   外沟4台，中沟3台，内沟2台，共9台，总充氧量720 kg/h，满足要求

5. 出水堰
   采用可调式出水堰，调节堰门高度，控制氧化沟水位，
   保证曝气设备的淹没深度合适

3.4 二沉池

二沉池用来进行泥水分离，澄清出水，同时浓缩回流污泥。采用辐流式沉淀池，中心进水，周边出水，运行稳定，效果好。

二沉池设计参数：
- 数量：4座，并联运行
- 设计流量：每座Q = 1.25万 m³/d = 144.7 L/s（包括回流污泥，按总流量算）
- 表面负荷：q = 1.0 m³/(m²·h)（辐流式二沉池的表面负荷）
- 水力停留时间：t = 2.5 h
- 池径计算：
  每座面积 A = Q_max / q = (1.25万 / 24) / 1.0 ≈ 521 m²
  池径 D = √(4A/π) ≈ √(4×521/3.14) ≈ 25.8 m，取D = 26 m
- 有效水深：h = q × t = 1.0 × 2.5 = 2.5 m，取3.0 m
- 污泥斗：底部设污泥斗，坡度1:2，方便排泥
- 设备：周边传动刮吸泥机，每池1台，
  连续刮泥，回流污泥泵从污泥斗抽走

3.5 消毒池

消毒池用来杀灭出水中的病原微生物，保证出水卫生学指标达标。现在常用紫外线消毒，或者次氯酸钠消毒，紫外线消毒更环保，没有余氯问题，用得越来越多。

设计参数：接触时间30s，紫外线剂量30mJ/cm²，选用模块化紫外线消毒设备，安装方便，运行管理简单。

四、污泥处理构筑物设计

污泥处理流程：剩余污泥 → 污泥浓缩池 → 污泥脱水机房 → 泥饼外运处置。

氧化沟的污泥龄长，污泥已经好氧稳定，不需要污泥消化，直接浓缩脱水就可以了，流程简单。

4.1 污泥浓缩池

剩余污泥含水率很高，一般99.2%以上，体积很大，先浓缩，降低含水率，减小体积，方便后续脱水。

污泥浓缩池设计参数：
- 剩余污泥量：约 500 m³/d，含水率99.2%
- 数量：2座，并联运行
- 固体负荷：q = 30 kg/(m²·d)（重力浓缩）
- 水力停留时间：t = 16 h
- 池径：D = 10 m
- 有效水深：h = 4.0 m
- 浓缩后含水率：97%左右，体积减少到原来的1/4左右
- 设备：中心传动刮泥机，每池1台，
  连续刮泥，浓缩后的污泥从底部排出

4.2 污泥脱水机房

浓缩后的污泥再进行机械脱水，进一步降低含水率，方便运输和处置。常用的脱水设备有带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机。

选带式压滤机，操作简单，运行稳定，维护方便，脱水后泥饼含水率80%左右，满足运输要求。

设备选型：2台带式压滤机，1用1备，带宽2m，处理能力10-15 m³/h，配套加药装置，投加PAM絮凝剂，提高脱水效果。

脱水后的泥饼，含水率80%左右，用卡车运到垃圾填埋场填埋，或者堆肥、焚烧处置，根据当地情况定。

五、平面布置与高程设计

5.1 总平面布置

总平面布置的原则：

• 功能分区明确：分为生产区、辅助生产区、管理区，各区相对独立，联系方便，避免交叉干扰。

• 流程顺畅：构筑物按工艺流程顺序布置，管线短，水头损失小，运行方便。

• 节约用地：在满足规范要求的前提下，尽量紧凑布置，节省占地，减少土方工程量。

• 满足消防、卫生、安全要求：构筑物之间的间距满足消防要求，有足够的道路，方便设备运输和检修。

• 绿化美化：厂区适当绿化，改善环境，减少异味对周边的影响。

一般布置顺序：从进水到出水，依次是粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池、氧化沟、二沉池、消毒池、出水，污泥处理设施布置在厂区下风向，减少异味对管理区的影响，管理区布置在厂区上风向，环境好。

5.2 高程设计

高程设计的目的是确定各构筑物的水位标高，保证污水能靠重力自流通过各构筑物，不需要二次提升，节省能耗。

设计原则：

• 尽量采用重力流，减少提升次数，降低能耗和运行成本。

• 各构筑物之间的水头损失要计算准确，留有余量，保证高峰流量时也能顺利流过。

• 出水水位要高于受纳水体的最高水位，保证能自流排放。

• 构筑物的埋深要合适，不能太深，不然土方工程量大，造价高，也不能太浅，不然满足不了水头要求。

水头损失计算：每个构筑物的水头损失，加上连接管渠的水头损失，从后往前推，从出水水位开始，依次加上各构筑物和管渠的水头损失，算出各构筑物的水位标高。

一般各构筑物的水头损失：格栅0.2-0.3m，沉砂池0.2-0.3m，氧化沟0.3-0.5m，二沉池0.3-0.5m，消毒池0.2-0.3m，连接管渠0.2-0.5m，总水头损失大概3-4m左右。

六、图纸绘制要点

污水处理厂设计的图纸一般包括：

• 工艺流程图：用图例表示各构筑物和设备，标注工艺流程、流向、主要参数，A1或A2图幅。

• 总平面布置图：表示厂区各构筑物、建筑物、道路、管线的位置，标注尺寸、坐标、标高，A0或A1图幅。

• 高程布置图：表示各构筑物的水位、地面标高、构筑物高度，标注各点的标高，A1图幅。

• 主要构筑物平剖面图：比如氧化沟、二沉池、泵房等，画平剖面图，标注详细尺寸、设备位置、材料等，A1或A2图幅。

画图的时候要注意：图层清晰，线型正确，比例合适，标注规范，符合给排水制图标准，图例统一，文字清晰，图框、标题栏、明细栏齐全。

七、常见问题与解决方法

做污水处理厂设计的时候，经常会遇到这些问题，对应的解决方法：

• 出水氮磷不达标：氧化沟脱氮效果一般不错，要是氨氮不达标，就延长污泥龄，增加曝气量，提高溶解氧；总磷不达标，就加化学除磷，在二沉池前投加PAC或者PFS，化学除磷效率高，稳定达标。

• 构筑物尺寸算不对：严格按规范上的设计参数来算，不要自己瞎定参数，表面负荷、停留时间这些关键参数一定要在规范规定的范围内，不然答辩的时候老师一问就露馅。

• 高程计算错了：从后往前算，从出水水位开始，一个一个往上加水头损失，不要从前往后算，容易错，而且每个构筑物的水头损失要留余量，不要卡得太死，不然高峰流量的时候不够用。

• 平面布置不合理：按流程顺序布置，尽量紧凑，但是也要留够间距，满足消防和检修要求，道路要通，设备能运进去，不要把大设备放在小空间里，进不去也出不来。

• 设备选型不对：查设备样本，选标准型号，不要自己编型号，流量、扬程、功率这些参数要匹配，留有余量，但是也不要选太大，浪费钱。

八、答辩常见问题

1. 你为什么选氧化沟工艺？和其他工艺比有什么优点？

答：我选的是奥贝尔氧化沟工艺，主要原因有几个：第一，氧化沟工艺运行稳定，抗冲击负荷能力强，适合城市污水水质水量波动大的特点；第二，脱氮效果好，沟内有好氧区和缺氧区，能实现硝化反硝化，脱氮效率高，能满足一级A的氨氮和总氮要求；第三，工艺流程简单，构筑物少，不需要初沉池，污泥也不需要消化，运行管理方便，适合中小城市的管理水平；第四，污泥产量少，污泥稳定，处理成本低。和传统活性污泥法比，氧化沟脱氮效果好，运行更稳定；和A²/O比，流程更简单，管理更方便，投资更低；和SBR比，运行更稳定，设备利用率高，管理更简单。

2. 氧化沟的脱氮原理是什么？怎么实现的？

答：氧化沟的脱氮是通过硝化和反硝化两个过程实现的。首先是硝化过程，在好氧区，硝化细菌把氨氮氧化成硝态氮；然后是反硝化过程，在缺氧区，反硝化细菌把硝态氮还原成氮气，释放到空气中，从而达到脱氮的目的。奥贝尔氧化沟有三个沟道，外沟溶解氧低，是主要的反硝化区，中沟和内沟溶解氧高，是硝化区，污水在沟内循环流动，反复经过好氧区和缺氧区，所以脱氮效率很高，一般能达到70%-80%的脱氮率。

3. 你的设计怎么保证总磷达标？

答：氧化沟本身有一定的生物除磷能力，但是生物除磷不稳定，而且一级A标准要求总磷≤0.5mg/L，要求很高，单靠生物除磷很难稳定达标，所以我采用生物除磷+化学除磷联合的方式。生物除磷作为基础，去除一部分磷，然后在二沉池前投加聚合硫酸铁（PFS）作为混凝剂，进行化学除磷，通过化学沉淀把磷去除，这样就能稳定达到一级A的总磷标准。化学除磷效率高，运行稳定，操作简单，是现在常用的除磷方式。

4. 你的高程是怎么设计的？为什么这么设计？

答：我的高程设计是从出水往进水方向算的，也就是从受纳水体的水位开始，依次加上消毒池、二沉池、氧化沟、沉砂池、细格栅、粗格栅的水头损失，还有连接管渠的水头损失，最后算出进水泵房的吸水井水位，这样就能保证整个流程都是重力流，不需要二次提升，节省能耗。这么设计的原因是，重力流最节能，运行成本最低，也最可靠，不会因为水泵故障导致整个流程停摆。每个构筑物的水头损失都留了一定的余量，保证高峰流量的时候也能顺利流过，不会出现壅水的情况。

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氧化沟工艺污水处理厂设计这个题目，只要你工艺选择合理，计算正确，图纸规范，一般都能拿到不错的成绩，而且涵盖了给排水/环工专业的所有核心知识点，做一遍能把水处理的内容都复习一遍，性价比很高。