生化处理中的氧化沟工艺
- 氧化沟处理设施概述
- 氧化沟的构造及类型
- 氧化沟的工艺原理
- 氧化沟反应池的工艺设计
- 石家庄炼油厂氧化沟实例
- 沧州炼油厂氧化沟实例
- 抚顺石化公司石油厂氧化沟实例
石家庄炼油厂氧化沟实例
由于原油品种不断变化以及碱渣处理不够彻底，造成石家庄炼油厂污水处理场的进水水质严重乳化、pH值波动范围较大，加之污水处理场内除油设施的收油效率不高，合建式曝气池处理能力没有达到设计值等因素，严重制约了污水处理场的达标运行。为确保石家庄炼油厂污水处理场的处理水质达到国标(污水综合排放标准)(GB 8978-1996)中规定的二类一级标准，决定按流程在原生化处理设施后增建氧化沟处理设施。
设计水质详见表4-6。
设计水质
| 项目 |
进水/(mg/L) |
出水/(mg/L) |
| CODcr |
400 |
60 |
| NH3-N |
60 |
15 |
| 石油类 |
20 |
10 |
设计水量：500m3/h(12000m3/d)；
批复投资额：1250万元。
氧化沟处理设施的型式很多，考虑到Orbal氧化沟与其他形式氧化沟相比具有运行费用低、工艺操作灵活、反应池内反硝化作用的恒定性能较高，可以达到较高的去除效果，较好地调节输出量及混合功能等优点。为此，选择了Orbal氧化沟工艺。
- 奥贝尔(Orbal)氧化沟工艺流程及设计
(1)工艺流程
本实例基本流程见图4-12。从图中可以看出，Orbal氧化沟工艺包含 两项内容：氧化沟反应池和二次沉淀池。在此仅介绍氧化沟反应池的工程实例。
(2)反应池工艺设计
①反应池工艺设计计算参数
Orbal氧化沟反应池的工艺设计计算参数值见表4-5。
②反应池工艺设计
a.确定反应池容积
本实例由于污水中NH3-N含量较高要求脱氮，反应池容积采用BOD5或相当CODcr计算出污水碳化和硝化阶段的容积(Vc)；用NHx-N计算脱氮反硝化阶段所需要的容积(VN)。需要的总容积(V)将是两者之和。V=VC+VN
b.确定曝气设备所需功率
曝气设备所需功率决定于处理污水所需要的氧量。
本实例计算求得的反应池需氧量后，再根据曝气设备标准氧转换率计算反应池所需的总功率。然后根据Orbal氧化沟反应池的几何形状及布置确定曝气设备的数量和尺寸。
c.自动控制系统
本实例Orbal氧化沟反应池设置手动溶解氧测定仪，定期测定不同位置水中溶解氧含量。
d.反应池工艺设计
容积分配比例：本实例Orbal氧化沟反应池为三沟式，以从外沟到内沟为序容积分配比例为总容积的0.50:0.33:0.17；沟间壁底部设连通孔，采用过流速度≥0.3m/s来确定连通孔的面积。氧化沟反应池设备及管道平立面布置见图4-13。
曝气设备的布置：本实例采用曝气转盘，反应池水深取4.5m，曝气设备之间的距离取≥30m。
进水和出水口的位置：本实例的进水口及回流污泥口布置在氧化沟的缺氧区，与曝气设备保持一定距离。出水口位置布置在中心岛的南端，出水处设有可升降的调节堰板。
导流墙与导流板：本实例在上游未设挡水导流板，而在下游设了压水导流板。参见图4-14。
- 设计计算
(1)基本条件
Q=500m3/h(远期)300m3/h(近期)(按远期设汁)；Sco=400mg/L(CODcr)200mg/L(实际)；
Sce=60mg/L(CODcr)(GB 8978-1996)；Sno=60mg/L(NH3-No)40mg/L(实际)；
SNe=15mg/L(NH3-Ne)(CH 8978-1996)；
(2)Orbal氧化沟反应池工艺计算
①基本条件
(O2)=2mg/L；KO2=1.3；MLSS=3000mg/L；MLVSS/MLSS=0.7；NOD=4.6mgO2/mgNH3+-N；a=0.9；
β=0.98；a=0.2kgVSS/kgNH3+-N；b=0.0511/a；剩余碱度=100mg/L；硝化安全系数SF=2.5；
(μMAX)NS(15℃)=0.5L/a；脱硝温度改正系数1.08；
②计算过程
a.Orbal氧化沟反应池好氧区容积：
V1=Q(S0-Se)/Nv=9100m3(Nv=0.448CODcrkg/m3·d)；t1=V1/Q=9100/500=18.2h
b.Orbal氧化沟反应池缺氧区容积：
V2=Q(No-Ne)/Xo·N(N=0.04NH3-Nkg/kg·d)=4500m3；t2=V2/Q=4500/500=9h
c.Orbal氧化沟反应池总容积：
V=V1+V2=9100+4500=13600m3；t=t1+t2=18.2+9=27.2h
d.Orbal氧化沟反应池总需氧量：
O2=Q(So-Se)/f'*103-1.42Y+4.57Q(No-Ne)/103-2.86Q(No-Ne)/103；
f`=0.68(BOD5与BOD20间的换算系数)；
Y=aQSγ/(1+btw)=593(kg/d)；
02=Q(So-Se)/f`*103-1.42Y+4.57Q(No-Ne)/103-2.86Q(No-Ne)=6082(kgO2/d)；
标准传氧速率
Oc=Ocs·s/a(βCcw(γ)-CL)1.024^(T-20)=369(kgO2/h)
转换成空气量：369/0.21=1758(kg/h)；而每分钟所需空气量：29.3(kg/min)；
e.Orbal氧化沟反应池沟渠组合：
Orbal氧化沟反应池沟渠拟采用三条沟渠组合形式。
三沟的中间壁底部应在适当的位置设置连通孔，孔面积按过流速度略大于0.3m/s的过流量来确定。最大过流量为1000m3/h(含污泥回流量约500m3/h)时，每条中间壁所需连通孔面积约0.93m2，经计算需设4个500*500mm方形连通孔。
三沟容积分配：三沟净面积之和为3006.37m2
第一沟(外沟)：设沟宽为7.25m(51.3%)
V1=1542.43m2；;
第二沟：(中沟)设沟宽为5.5m(31.2%)
V2=939.45m2；
第三沟：(内沟)设沟宽为3.75m(17.5%)
V3=524.49m2；
f.确定曝气设备：
曝气设备是满足氧化沟总需氧量、混合和推流功能的关键设备。
根据以上计算求得的氧化沟总需氧量。转盘式曝气设备参数及数量见表4-7、4-8、4-9。
转盘的浸没水深：500mm；转盘的转速：50rpm；
单个转盘充氧量：1.58kg·O2/h(宜兴市水工业器材设备厂)取值1.106kg·O2/h(70%)；
单个转盘耗电量：0.7kW/片(宜兴市水工业器材设备厂)；
转盘数量统计
表4-7
| 沟序 |
需氧量 |
单个转盘充氧量 |
转盘数量 |
| 外沟 |
4527kg/d |
188.6kg/h |
1.106kg·O2/h |
170片 |
| 中沟 |
3114kg/d |
129.8kg/h |
1.106kg·O2/h |
117片 |
| 内沟 |
1983kg/d |
82.6kg/h |
1.106kg·O2/h |
75片 |
| |
|
|
合计 |
362片 |
每沟转盘分配计划 表4-8
| 沟序 |
沟净宽 |
转盘数量 |
盘组数 |
| 外沟 |
725 |
29 |
170/29=5.9/8 |
| 中沟 |
5.5 |
22 |
117/22=5.3/6 |
| 内沟 |
3.75 |
15 |
75/15=5/4 |
| |
|
合计 |
424片 |
转盘耗电量统计 表4-9
| 沟序 |
转盘数量/片 |
耗电量统计/kW |
| 外沟 |
232 |
162.4 |
| 中沟 |
132 |
92.4 |
| 内沟 |
60 |
42 |
| 合计 |
424 |
296.8 |
经实测：YBP1400-A型转盘在浸深为500mm、转速为50rpm时，提升水头为h=0.006-0.007m。沟内有序排列着8组曝气设备，故总提升水头为0.048-0.056m。
氧化沟内的水头损失由三部分组成：摩擦损失、弯道损失和导流板损失。
摩擦损失值 h1=k1 v2/2g=0.0012m；k1=2gn2l/R4/3=0.263178
弯道损失值
h2=k2 v2/2g=0.00459m；k2=1
导流板损失值 h3=k3 v2/2g=4.3β1.5v2/2g=0.00099m；
设导流板在水下：b540mm；w=3969mm；b/w=0.136；k3=0.2165
氧化沟总水头损失值(仅计算外沟)
∑h=h1+8h2+8h3=0.045m
当氧化沟的提升水头h≥∑h时，沟内可不设辅助推进措施。
h=0.048-0.056m>∑h=0.045m
g. Orbal氧化沟反应池工艺尺寸：
氧化沟反应池总容积：13600m3；
采用Ф1400mm曝气转盘，其轴长(净)7.25、5.5、3.75m；
设氧化沟内壁厚度0.30m、内壁厚度0.40m，中间岛厚度2.00m；
计算氧化沟反应池基本尺寸。计算结果见表4-10。
Orbal氧化沟反应池基本尺寸计算结果 表4-10
| 序号 |
项目 |
数值 |
序号 |
项目 |
数值 |
| 1 |
反应池总容积/m3 |
13600(13529) |
6 |
直线段(净)部分面积/m2 |
2009.7 |
| 2 |
有效水深/m |
4.5 |
7 |
沟总宽度/m |
37 |
| 3 |
总(净)平面积/m2 |
3006.37 |
8 |
直线段(净)部分长度/m |
60.90 |
| 4 |
半圆端头半径/m |
18.5 |
9 |
沟(设计)总长度/m |
97.90 |
| 5 |
两半圆端头面积之和/m2 |
996.67 |
|
|
|
- 工程量及投资
(1)工程量
氧化沟反应池处理设施(含二沉池)主要工程量详见表4-11。
氧化沟反应池处理设施主要工程量(含二沉池) 表4-11
| 序号 |
构筑物名称 |
规格 |
数量 |
备注 |
| 1 |
Orbal氧化沟反应池 |
L=79.9m;B=37m;H=4.9m |
1座 |
椭圆三沟式 |
| 2 |
二次沉淀池 |
Ф25m;H=4.0m |
2座 |
周边进水出水 |
| 3 |
单轴式转盘曝气器 |
Ф1400mm;L=7250mm |
4台 |
|
| 4 |
加长轴单轴式转盘曝气器 |
Ф1400mm;L=5500mm |
2台 |
|
| 5 |
三轴式转盘曝气器 |
Ф1400mm;L=7250*5500*3750 |
4台 |
|
| 6 |
中心转动单管吸泥机 |
Ф25000mm,H=4000mm |
2台 |
N=0.55kW |
(2)工程投资估算
氧化沟反应池处理设施(含二沉池)工程投资估算详见表4-12。
工程投资估算表(含二沉池) 表4-12
| 序号 |
工程或费用名称 |
设备购置费/万元 |
安装工程费/万元 |
建筑工程费/万元 |
其他/万元 |
合计/万元 |
| 建设投资 |
345 |
238 |
453 |
223 |
1259 |
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6 |
固定资产费用 |
345 |
238 |
453 |
|
1036 |
| 工程费用 |
345 |
238 |
453 |
|
1036 |
| 建筑费 |
|
|
7 |
|
7 |
| 构筑物 |
|
65 |
446 |
|
511 |
| 电气 |
29 |
79 |
|
|
108 |
| 自控仪表 |
15 |
10 |
|
|
25 |
| 给排水 |
300 |
83 |
|
|
383 |
| 采暖通风 |
1 |
1 |
|
|
2 |
2
2.1 |
无形资产费用 |
|
|
|
33 |
33 |
| 设计废 |
|
|
|
33 |
33 |
3
3.1
3.2 |
预备费 |
|
|
|
190 |
190 |
| 不可预测废 |
|
|
|
128 |
128 |
| 价差预备费 |
|
|
|
62 |
62 |
- 技术经济指标
(1)本项目成本费用依据(石油化工项目可行性研究报告编制规定)(1997年版)及《工业企业财务制度》进行项目划分。
项目计算期15年。
(2)燃料动力价格：电0.50元/度。
(3)固定资产折旧年限15年，残值率5%。折旧费和修理费分别按固定资产原值的6.3%和5%计算。
(4)无形资产投资按10年摊销。
(5)估算结果增量成本见表4-13。
增量成本表(含二沉池) 表4-13
| 序号 |
项目 |
单价/(元/度) |
消耗量/度 |
金额/万元 |
1
1.1 |
燃料及动力 |
|
|
176 |
| 电 |
0.5 |
3521520 |
176 |
2
2.1
2.2 |
制造费用 |
|
|
139 |
| 折旧费 |
|
|
78 |
| 修理费 |
|
|
61 |
3
3.1 |
管理费用 |
|
|
2 |
| 无形资产摊销 |
|
|
2 |
| 4 |
总成本 |
|
|
317 |
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