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某污水管理目标设计详细计算介绍及其说明(cass标准工艺规范标准~).doc

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-_某污水厂设计计算说明书 姓名: 班级: 学号: 指导老师: 2013-6-28目 录 一 总论1二 工艺流程2CASS工艺的优点3与其他工艺对比5 三 处理构筑物设计…………………………………………………………7㈠集水井的设计7㈡格栅的设计与计算81.泵前中格栅的设计与计算82.泵后细格栅的设计与计算11㈢提升泵站141.设计参数152.提升泵房设计计算15㈣曝气沉砂池的设计与计算151.曝气沉砂池152.曝气沉砂池的设计与计算163. 设计计算164.吸砂泵房与砂水分离器205.鼓风机房20㈤CASS池的设计与计算201.CASS工艺运行过程202.CASS反应池的设计计算21㈥污泥浓缩池351.设计参数352.设计计算35㈦贮泥池设计37四污水厂总体布置……………………………………………………………39 ㈠ 主要构(建)筑物与附属建筑物……………………………………… 39 ㈡ 污水厂平面布置……………………………………………………… 40㈢污水处理构筑物高程布置41五 设计体会43一 总论1.课程设计的内容和深度目的:加深理解所学专业知识,培养运用所学专业知识的能力,在设计、计算、绘图等方面得到锻炼。内容:对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算,确定污水处理厂的平面布置和高程布置。完成设计计算说明书和设计图(污水处理厂平面布置、高程布置图、某构筑物工艺图各一张)。深度: 初步设计2.基本资料(1).水质水量项目规模:长沙某污水处理厂主要处理该市某地区的工业及居民废水。考虑远期发展,设计水量扩大一倍。进水水质:BOD5=160mg/L;COD=280 mg/L; SS=150 mg/L; TN=335mg/L; 磷酸盐(以P计)= 1.8mg/L。(2).处理要求(1)要求出水水质满足GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级B排放标准,即:pH=6~9; BOD5≤20mg/L; COD≤60mg/L; SS≤20mg/L; TN≤20mg/L; NH3-N≤8mg/L, 磷酸盐(以P计)≤1mg/L。(3).厂区地形污水厂选址区域高程为44~47米(黄海高程);平均地面标高45m。污水通过干渠以自流方式到厂边,厂边干渠管底标高为39米(黄海高程),出水排入厂址北部的北湖,北湖最高水位41m。 (4).城市概况1) 地理位置长沙市位于湖南省东部偏北, 湘江下游和长浏盆地西缘。其地域范围为东经111°53′~114°15′,北纬27°51′~28°41′。东邻江西省宜春地区和萍乡市,南接株洲、湘潭两市,西连娄底、益阳两市,北抵岳阳、益阳两市。2) 地形、地貌地形起伏较大,整个地势为东西南高,北部低。东西长约230公里,南北宽约88公里。全市土地面积11819.5平方公里,其中城区面积556平方公里。3)气候、气象①气候:属亚热带季风性湿润气候,四季分明,春末夏初多雨,夏末秋季多旱,夏冬季长,春秋季短,夏季约118—127天,冬季117—122天,春季61—64天,秋季59—69天。春温变化大,夏初雨水多,伏秋高温久,冬季严寒少。② 风向:冬季主导风向为北风,夏季主导风向为东南风。③ 降雨:年降水量约1300毫米。④ 气温:市内平均气温16.8——17.2°C,全年无霜期约275天。年极端最低气温仅-2.9℃,极端最高气温为38℃。(5). 水文地质(1)水文:北湖水位二十年一遇洪水位为43米,五十年一遇的洪水位为45米,常年水位41米(以上标高均为吴淞高程)。(2) 地质:该区为平原地带,地基承载力均在18 t/m2以上。地震烈度为六级二 工艺流程循环式活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System,简称CASS)是在SBR基础上发展起来的一种新型污水处理工艺。该工艺最早是在美国森维柔废水处理公司于1975年研究成功并推广应用的废水处理新技术专利。CASS工艺集曝气与沉淀于一池内,取消了常规活性污泥的初沉池和二沉池。它是在CASS反应池前部设置了生物选择区,后部设置了可升降的自动滗水装置。工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段,周期循环进行。运行中可根据进水水质和排放标准控制运行参数,如有机负荷、工作周期、水力停留时间等,通过调整这些参数使污水处理厂在满足出水水质要求的条件下降低运行成本。CASS工艺分预反应区和主反应区。在预反应区内,微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物,经历一个高负荷的基质快速积累过程,这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用,同时对丝状菌的生长起到抑制作用,可有效防止污泥膨胀;随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体,污染物的降解在时间上是一个推流过程,而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中,从而达到对污染物去除作用,同时还具有较好的脱氮、除磷功能。CASS工艺的优点(1)工艺流程简单,占地面积小,投资较低CASS的核心构筑物为反应池,没有二沉池及污泥回流设备,一般情况下不设调节池及初沉池。因此。污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。 (2)生化反应推动力大在完全混合式连续流曝气池中的底物浓度等于二沉池出水底物浓度,底物流入曝气池的速率即为底物降解速率。根据生化动力反应学原理,由于曝气池中的底物浓度很低,其生化反应推动力也很小,反应速率和有机物去除效率都比较低;在理想的推流式曝气池中,污水与回流污泥形成的混合流从池首端进入,成推流状态沿曝气池流动,至池末端流出。作为生化反应推动力的底物浓度,从进水的最高浓度逐渐降解至出水时的最低浓度,整个反应过程底物浓度没被稀释,尽可能地保持了较大推动力。此间在曝气池的各断面上只有横向混合,不存在纵向的返混。 CASS工艺从污染物的降解过程来看,当污水以相对较低的水量连续进入CASS池时即被混合液稀释,因此,从空间上看CASS工艺属变体积的完全混合式活性污泥法范畴;而从CASS工艺开始曝气到排水结束整个周期来看,基质浓度由高到低,浓度梯度从高到低,基质利用速率由大到小,因此,CASS工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器,生化反应推动力较大。 (3)沉淀效果好CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用,沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多,虽有进水的干扰,但其影响很小,沉淀效果较好。实践证明,当冬季温度较低,污泥沉降性能差时,或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时,均不会影响CASS工艺的正常运行。实验和工程中曾遇到SV高达96%的情况,只要将沉淀阶段的时间稍作延长,系统运行不受影响。 (4)运行灵活,抗冲击能力强CASS工艺在设计时已考虑流量变化的因素,能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放,特别是CASS工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变化。当进水浓度较高时,也可通过延长曝气时间实现达标排放,达到抗冲击负荷的目的。在暴雨时。可经受平常平均流量6倍的高峰流量冲击,而不需要独立的调节池。多年运行资料表明。在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值2~3倍时,处理效果仍然令人满意。而传统处理工艺虽然已设有辅助的流量平衡调节设施,但还很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失,严重影响排水质量。当强化脱氮除磷功能时,CASS工艺可通过调整工作周期及控制反应池的溶解氧水平,提高脱氮除磷的效果。所以,通过运行方式的调整,可以达到不同的处理水质。 (5)不易发生污泥膨胀污泥膨胀是活性污泥法运行过程中常遇到的问题,由于污泥沉降性能差,污泥与水无法在二沉池进行有效分离,造成污泥流失,使出水水质变差,严重时使污水处理厂无法运行,而控制并消除污泥膨胀需要一定时间,具有滞后性。因此,选择不易发生污泥膨胀的污水处理工艺是污水处理厂设计中必须考虑的问题。由于丝状茵的比表面积比茵胶团大,因此,有利于摄取低浓度底物,但一般丝状茵的比增殖速率比非丝状茵小,在高底物浓度下茵胶团和丝状茵都以较大速率降解物与增殖,但由于胶团细菌比增殖速率较大,其增殖量也较大,从而较丝状茵占优势。而CASS反应池中存在着较大的浓度递度,而且处于缺氧、好氧交替变化之中,这样的环境条件可选择性地培养出茵胶团细菌,使其成为曝气池中的优势茵属,有效地抑制丝状茵的生长和繁殖,克服污泥膨胀,从而提高系统的运行稳定性。 (6)适用范围广,适合分期建设CASS工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程,比SBR工艺适用范围更广泛;连续进水的设计和运行方式,一方面便于与前处理构筑物相匹配,另一方面控制系统比SBR工艺更简单。对大型污水处理厂而言,CASS反应池设计成多池模块组合式,单池可独立运行。当处理水量小于设计值时,可以在反应池的低水位运行或投入部分反应池运行等多种灵活操作方式;由于CASS系统的主要核心构筑物是CASS反应池,如果处理水量增加,超过设计水量不能满足处理要求时,可同样复制CASS反应池,因此CASS法污水处理厂的建设可随企业的发展而发展,它的阶段建造和扩建较传统活性污泥法简单得多。 (7)剩余污泥量小,性质稳定传统活性污泥法的泥龄仅2~7天,而CASS法泥龄为25~30天,所以污泥稳定性好,脱水性能佳,产生的剩余污泥少。去除1.0kgBOD产生0.2~0.3kg剩余污泥,仅为传统法的60%左右。由于污泥在CASS反应池中已得到一定程度的消化,所以剩余污泥的耗氧速率只有l0mgO2/gMISS·h以下,一般不需要再经稳定化处理,可直接脱水。而传统法剩余污泥不稳定,沉降性差,耗氧速率大于20mgO2/gMLSS·h,必须经稳定化后才能处置。与其他工艺对比1.与传统活性污泥法相比①建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备,建设费用可节省20%—30%。工艺流程简单,污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CAS曝气池、污泥池,布局紧凑,占地面积可减少35%。(以10万吨的城市污水处理厂为例:传统活性污泥法的总投资约1.5亿,CASS工艺总投资约1.1亿;传统活性污泥法占地面积约为180亩,CASS法占地面积约120亩。)②运行费用省。由于曝气是周期性的,池内溶解氧的浓度也是变化的,沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低,重新开始曝气时,氧浓度梯度大,传递效率高,节能效果显著,运行费用可节省10%—25%。③有机物去除率高,出水水质好,不仅能有效去除污水中有机碳源污染物,而且具有良好的脱氮除磷功能。(对城市污水,进水COD为400mg/L时,出水小于30mg/L以下。)④管理简单,运行可靠,不易发生污泥膨胀,污水处理厂设备种类和数量较少,控制系统简单,运行安全可靠。⑤污泥产量低,性质稳定,便于进一步处理与处置。2.与SBR或CAST相比①CASS反应池由预反应区和主反应区组成,预反应区控制在缺氧状态,因此,提高了对难降解有机物的去除效果;②CASS进水是连续的,因此进水管道上无电磁阀等控件元件,单个池子可独立运行,而SBR或CAST进水过程是间歇的,应用中一般要2个或2个以上交替使用,增加了控制系统的复杂程度。③CASS每个周期的排水量一般不超过池内总水量的1/3,而SBR则为1/2—3/4;CASS抗冲击能力较好。④CASS比CAST系统简单。该工艺流程比较简单,主要有粗格栅、提升泵、细格栅、曝气沉砂池、CASS池等。该工艺占地少,投资省,运行管理方便,处理效率优良。工艺流程图如下:图2-1:工艺流程图提升泵房 细格栅粗格栅格栅曝气沉砂池CASS池砂水分离器栅渣外运污泥浓缩池出水污泥脱水外运三 处理构筑物设计设计进、出水水质及去除率如下表:表3—1:设计进、出水水质及去除率CODBODSS进水水质280 mg/L160mg/L150 mg/L出水水质要求《60 mg/L《20 mg/L《20 mg/L㈠集水井的设计集水井即集水池,由于城市的污水水量基本是按照时间段来变化的,而且各个季节的水量也不相同,为了使水泵启动不会过于频繁,调蓄进水与水泵送水之间的不均衡,因此在粗格栅后与提升泵前设计一口集水井。设计流量为20000,即0.232,取变化系数K=1.51 ,则q=0.35。 设计集水井水力停留时间HRT=1h,则集水井的容积为1小时进水总量,V=0.353600=1260。 设计该集水井深8m ,宽12m ,长15m 。则实际体积为1440>1260(符合要求)。㈡格栅的设计与计算格栅是一种简单的过滤设备,格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属网、框架及相关装置组成,倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端,用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物,如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等,防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口,减少后续处理产生的浮渣,保证污水处理设施的正常运行。 按照格栅形状,可分为平面格栅和曲面格栅;按照格栅净间距,可分为粗格栅(50-100mm)、中格栅(10-40mm)、细格栅(1.5-10mm)三种,平面格栅和曲面格栅都可以做成粗、中、细三种。本设计采用粗细两种格柵,一道粗格柵,一道细格柵,粗细格柵分别建置于提升泵站前后。该污水处理工程的处理规模:日处理量为20000m3/d,即平均日流量为Qp=833.3m3/h=0.232m3/s,最大设计流量为Qmax=1258.3 m3/h=0.35 m3/s,设计中取水量变化系数Kp=1.511.泵前中格栅的设计与计算泵前格栅为污水厂的第一道预处理设施,用于去除污水中较大的悬浮物和漂浮物,保证后续处理设施的正常运行。建于泵站集水池的前方。本格栅使用栅条断面为矩形的栅条,设计两道中格栅,其主要设计参数如下:流量总变化系数k取1.51,则 栅前流速,过栅流速栅条宽度,格栅间隙栅前部分长度,格栅倾角=单位栅渣量取栅渣/污水栅前水深,设计中取两组格栅,N=2,每组格栅单独设置,每组格栅的设计流量为0.175m3/d。(1) 栅条间隙数 (2)格栅的宽度:设格栅槽比格栅宽0.2m,则:(3)进水渐宽部分长度 根据公式 式中 ——进水渠道宽度,取进水渠宽;进水渠道渐宽部分的长度L1,其渐宽部分角度a1=25o,进水渠道内流速为0.6m/s,则 即,=0.41m(4) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 根据公式 则 m(5)通过格栅的水头损失, 式中 --------设计水头损失,m--------计算水头损失,mg---------重力加速度,取9.8m/s2k---------系数,取3---------阻力系数,与栅条断面形状有关,取=2.42则: (6) 栅后槽总高度H,设栅前渠道超高 (7) 栅槽总长度l, 式中,为栅前渠道深,则, (8) 每日栅渣量W, 式中,为栅渣量,格栅间隙为16~25mm时,=0.10~0.05;格栅间隙为30~50mm时,=0.03~0.1。本工程格栅间隙为20mm,取=0.06;取k=1.5 应采用机械除渣,采用机械栅渣打包机将栅渣打包,汽车运走。泵前中格栅图2.泵后细格栅的设计与计算细格栅可进一步去除污水中的悬浮物和漂浮物,保证后续设备和工艺的正常运行。细格栅采用连续运行方式,栅渣由一台无轴螺旋压实输送机收集脱水后运往厂外填埋。为了方便管理和维护,细格栅间与沉砂池合建,细格栅间出水直接进入沉砂池。栅前流速,过栅流速栅条宽度,格栅间隙栅前部分长度,格栅倾角=单位栅渣量取栅渣/污水栅前水深,(1)栅条间歇数, 个(2)格栅的宽度:设格栅槽比格栅宽0.2m,则 (3)进水渐宽部分长度 根据公式 式中 ——进水渠道宽度,取进水渠宽;进水渠道渐宽部分的长度L1,其渐宽部分角度a1=25o,进水渠道内流速为0.6m/s,则即,L1=0.64 m(4) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 根据公式 则 m(3)通过格栅的水头损失, 式中 h1--------设计水头损失,m h0--------计算水头损失,m g---------重力加速度,取9.8m/s2 k---------系数,取3 ---------阻力系数,与栅条断面形状有关,取=2.42则:(4)槽总高度H设栅前渠道超高 (5) 栅槽总长度l,式中,为栅前渠道深,则, (6)进水与出水渠道格栅与沉砂池合建,格栅出水直接进入沉砂池,进水渠道宽度B1=B=1.1m,渠道水深h水=h=0.6m(7) 每日栅渣量W, 式中,为栅渣量,格栅间隙为16~25mm时,=0.10~0.05;格栅间隙为30~50mm时,=0.03~0.1。本工程格栅间隙为20mm,取=0.06;取k=1.5。 >0.2采用机械清除格栅,采用机械栅渣打包机将栅渣打包,汽车运走。泵后细格栅与曝气沉砂池合建图㈢提升泵站提升泵用以提高污水的水位,保证污水能在整个污水处理流程过程中流过 ,从而达到污水的净化。提升泵房用于将流入污水提升至后续处理单元所需要的高度,使其实现重力流,以便自流进入各后续处理单元。1.设计参数设计流量:2.提升泵房设计计算采用CASS工艺方案,污水处理系统简单,对于新建污水处理厂,工艺管线可以充分优化,故污水只考虑一次提升。污水经提升后流入曝气沉砂池,然后流入CASS池,经滗水器滗水排除CASS池。污水提升前水位(既泵站吸水池最低水位),为了保证后续各处理单元进水能通过自流形式进入,提升后水位(即细格栅前水面标高)。所以,提升净扬程水泵水头损失取从而需水泵扬程再根据设计流量,采用WQ300-22-37型潜水泵10台5用5备,流量300m3/h,扬程22m。㈣曝气沉砂池的设计与计算1.曝气沉砂池曝气沉砂池是一长形渠道,沿渠壁一侧的整个长度方向,距池底60-90cm处安设曝气装置,在其下部设集砂斗,池底有i=0.1-0.5的坡度,以保证砂粒滑入。由于曝气作用,废水中有机颗粒经常处于悬浮状态,砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力,砂粒上附着的有机污染物能够去除,有利于取得较为纯净的砂粒。 在旋流的离心力作用下,这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽,而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。另外,在水中曝气可脱臭,改善水质,有利于后续处理,还可起到预曝气作用。 普通沉砂池截留的沉砂中夹杂有15%的有机物,使沉砂的后续处理难度增加,采用曝气沉砂池,可在一定程度上克服此缺点。沉砂池的作用是从污水中分离相对较大的无机颗粒,沉砂池一般设在倒虹吸管、泵站、沉淀池前,保护水泵和管道免受磨损,防止后续处理构筑管道的堵塞,减小污泥处理构筑物的容积,提高污泥有机组分的含量,提高污泥作为肥料的价值。污水中的砂粒是指相对密度较大,易沉淀分离的一些大颗粒物质,主要是污水中的无机性砂粒,砾石和少量较重的有机颗粒,如树皮、骨头、种粒等。在颗粒物质的表面还附着一些粘性有机物,这些粘性有机物是极易腐烂的污泥,因此,这些颗粒物质都应在沉砂池中被去除。平流曝气沉砂池是最常用的型式,污水从池一端流入,呈水平方向流动,从池的另一端流出,它的构造简单,处理效果好,工作稳定且易于排除沉砂。本设计采用平流式曝气沉砂池。2.曝气沉砂池的设计与计算 设计说明:污水经螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池,共两组对称于提升泵房中轴线布置。沉砂池池底采用多斗集砂,沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至砂水分离器,污水回至提升泵前,净砂直接由汽车外运。设计流量为Qmax=0.175m3/s,设计水力停留时间t=2.0min,水平流速v1=0.1m/s。 3. 设计计算设计选择两组曝气沉砂池,分别与格栅链接,每组设计流量0.175m3/s.(1)沉砂池有效容积式中V——沉砂池有效容积(m3)Q——设计流量,m3/s t----停留时间(min),一般1~3min。设计取t=2minV=60*2*0.175=21m3(2)水流过水断面面积()v1----水平流速(m/s),一般采用0.06~0.12min设计取v1=0.06m/sA=0.175/0.06=2.92m2(3)池总宽度()B=A/h2h2----有效水深(m),一般取2-3m.设计取h2=2mB=2.92/2=1.46m B/h2=0.73<2(4)沉砂池长度(5)每小时所需空气量q=3600Qd,d---1m3污水所需的空气量,设计取的d=0.2m3/m (6)沉砂室所需容积()式中——污水沉砂量,采用污水——排砂间隔时间 设计,即考虑排泥间隔天数为2天=== (7)每个沉砂斗容积()设每一组有1个沉砂斗(8)沉砂斗各部分尺寸及容积:设计斗底宽,斗壁与水平面的倾角为,斗高=,则沉砂斗上口宽()(取)沉砂斗容积()(大于,符合要求)(9)进水渠道由于是格栅与沉砂池合建,格栅出水直接进入沉砂池,进水渠道宽度B1=B=1.1m,渠道水深h水=h=0.6m(10)出水装置出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水,出水堰可保证沉砂池内水位标高恒定,堰上水头 H1----堰上水头,mQ1----沉砂池内设计流量,m3/sm----流量系数,0.4-0.5b2----堰宽(m),等于沉砂池宽度设计取m=0.4,b2=1.5m 出水堰后自由跌落0.15m,出水流入出水槽,出水槽宽度B2=0.6m,出水槽水深h2=0.35m,超高0.3m,水流速度v2=0.83m/s。采用出水管道在出水槽中部与出水槽连接,出水管道采用钢管,管径DN2=500mm,管内流速v2=0.89m/s,水力坡度i=0.15%。 (11)排砂装置采用吸砂泵排砂,吸砂泵设置在沉砂斗内,借助空气提升将沉砂排除沉砂池,吸砂泵管径DN=200mm.4.吸砂泵房与砂水分离器选用直径0.5m钢制压力式旋流砂水分离器一台,两组曝气沉砂池共用。每组曝气沉砂池设吸砂泵两台,一用一备,共4台。砂水分离后将砂集中运走,水回流至细格栅前。5.鼓风机房选用TSO-150罗茨鼓风机12台,6用6备,为曝气沉砂池和CASS曝气。泵房面积取20mx8m(考虑远期)㈤CASS池的设计与计算CASS工艺是将序批式活性污泥法(SBR)的反应池沿长度方向分为两部分,前部为生物选择区也称预反应区,后部为主反应区。在主反应区后部安装了可升降的滗水装置,实现了连续进水间歇排水的周期循环运行,集曝气沉淀、排水于一体。CASS工艺是一个厌氧/缺氧/好氧交替运行的过程,具有一定脱氮除磷效果,废水以推流方式运行,而各反应区则以完全混合的形式运行以实现同步硝化一反硝化和生物除磷。1.CASS工艺运行过程CASS工艺运行过程包括充水-曝气、沉淀、滗水、闲置四个阶段组成,具体运行过程为: (1)充水-曝气阶段边进水边曝气,同时将主反应区的污泥回流至生物选择区,一般回流比为20%。在此阶段,曝气系统向反应池内供氧,一方面满足好氧微生物对氧的需要,另一方面有利于活性污泥与有机物的充分混合与接触,从而有利于有机污染物被微生物氧化分解。同时,污水中的氨氮通过微生物的硝化作用转变为硝态氮。 (2)沉淀阶段停止曝气,微生物继续利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解。随着反应池内溶解氧的进一步降低,微生物由好氧状态向缺氧状态转变,并发生一定的反硝化作用。与此同时,活性污泥在几乎静止的条件下进行沉淀分离,活性污泥沉至池底,下一个周期继续发挥作用,处理后的水位于污泥层上部,静置沉淀使泥水分离。 (3)滗水阶段沉淀阶段完成后,置于反应池末端的滗水器开始工作,自上而下逐层排出上清液,排水结束后滗水器自动复位。滗水期间,污泥回流系统照常工作,其目的是提高缺氧区的污泥浓度,随污泥回流至该区内的污泥中的硝态氮进一步进行反硝化,并进行磷的释放。 2.CASS反应池的设计计算图2-4 CASS工艺原理图(1)基本设计参数处理规模:Q=2000m3/d,总变化系数1.51混合液悬浮固体浓度(MLSS):取Nw=3000mg/L反应池有效水深H一般取3-5m,本水厂设计选用4.0m排水比:λ= ==0.4(2)BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率)(Ns)Ns=Ns——BOD-污泥负荷(或称BOD-SS负荷率),kgBOD5/(kgMLSS·d);K2——有机基质降解速率常数,L/(mg·d),生活污水K2取值范围为0.0168-0.0281,本水厂取值0.02;η——有机基质降解率,%;η=f——混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值,一般在生活污水中,f值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。代入数值,得η=,之后把本数值代入得Ns= kgBOD5/(kgMLSS·d)(3)曝气时间TA 取2.0h 式中 TA—曝气时间,h S0—进水平均BOD5,㎎/L λ—排水比 1/m = 0.4Nw—混合液悬浮固体浓度(MLSS):X=3000mg/L(4) 沉淀时间TS 活性污泥界面的沉降速度与MLSS浓度、水温的关系,可以用下式进行计算。Vmax = 7.4×104×t×XO -1.7 (MLSS≤3000) 式中 Vmax—活性污泥界面的初始沉降速度。t—水温,取20℃X0—沉降开始时MLSS的浓度,X0=Nw=3000mg/L,则Vmax = 7.4×104×20×3000 -1.7 = 1.82 m/s 沉淀时间TS用下式计算 式中 TS—沉淀时间,h H—反应池内水深,m —安全高度,取1.0m(5) 排水时间TD及闲置时间Tf 根据城市污水处理厂运行经验,本水厂设置排水时间TD取为0.5h,闲置时间取为0.1h。运行周期T= TA +TS+TD+Tf=4.0h每日运行周期数n==6(6) CASS池容积 CASS池容积采用容积负荷计算法确定,并用排水体积进行复核。 (ⅰ)采用容积负荷法计算:式中:Q—城市污水设计水量,m3/d ;Q=20000m3/d; Nw—混合液MLSS污泥浓度(kg/m3),本设计取3.0 kg/m3; Ne—BOD5污泥负荷(kg BOD5/kg MLSS·d),0.34kgBOD5/kgMLSS·d; Sa—进水BOD5浓度(kg/ L),本设计Sa = 160 mg/L; Se—出水BOD5浓度(kg/ L),本设计Se = 10 mg/L; f—混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值,本设计取0.75;则:本水厂设计CASS池六座,每座容积Vi=m3(ⅱ)排水体积法进行复核单池容积为 (m3) 反应池总容积 (m3)式中 —单池容积,m3 n—周期数; m—排水比 1/m = 1/2.5 N—池数; —平均日流量,m3/d由于排水体积法计算所得单池容积大于容积负荷法计算所得,因此单池容积应按最大容积值计,否则将不满足水量运行要求,则单池容积Vi=1389 m3,反应池总容积V=8334 m3。(7)CASS池的容积负荷CASS池工艺是连续进水,间断排水,池内有效容积由变动容积(V1)和固定容积组成,变动容积是指池内设计最高水位至滗水器最低水位之间高度(H1)决定的容积,固定容积由两部分组成,一是活性污泥最高泥面至池底之间高度(H3)决定的容积(V3),另一部分是撇水水位和泥面之间的容积,它是防止撇水时污泥流失的最小安全距离(H2)决定的容积(V2)。CASS池总有效容积V(m3):V=N×(V1+V2+V3)(ⅰ)池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度,H1(m);式中:n—一日内循环周期数,n=6; H——池内最高液位H(m),本设计H=4.0m。则 (ⅱ)滗水结束时泥面高度,H3(m)已知撇水水位和泥面之间的安全距离,H2==1.0m;H3=H-(Hl+H2)=4-1.6-1.0=1.4m(ⅲ) SVI—污泥体积指数,(ml/g) SVI=代入数值,则 SVI=(ml/g), 此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。(8)CASS池外形尺寸(ⅰ) 式中:B—池宽,m,B:H=1—2,取B=8m,8/4=2,满足要求; L=,取L=44m.L/B=44/8=5.5m, L:B=4—6,满足要求。(ⅱ)CASS池总高,H0(m)取池体超高0.5m,则H0=H+0.5=4.5m(ⅲ)微生物选择区L1,(m)CASS池中间设1道隔墙,将池体分隔成微生物选择区(预反应区)和主反应区两部分。靠进水端为生物选择区,其容积为CASS池总容积的10%左右,另一部分为主反应区。选择器的类别不同,对选择器的容积要求也不同。L1=10﹪L=10%44=4.4m (ⅳ)反应池液位控制排水结束时最低水位(m)基准水位h2为4.0m;超高0.5m;保护水深 = 1.0m。污泥层高度(m) 则:撇水水位和泥面之间的安全距离,H2=hs=1.4m图2-5 CASS外形尺寸图(9) 连通孔口尺寸隔墙底部设连通孔,连通两区水流,因单格宽8m,根据设计规范要求,此时连通孔的数量取为3。(ⅰ)连通孔面积A1A1按下式进行计算:式中: U—孔口流速,取U=70m/h将各数值代入,计算得:(ⅱ)孔口尺寸设计孔口沿墙均布,孔口宽度取0.8m,孔高为0.81/0.8=1.0m。为:0.8m×1.0m(10) 复核出水溶解性BOD5处理水中非溶解性BOD5的值:DOD5=7.1bXaCeCe——处理水中悬浮固体浓度10mg/LXa——活性微生物在处理水中的所占比例取0.4b——微生物自身氧化速率 本设计取0.6 DOD5=7.10.075×0.6×10=3.19mg/L故水中溶解性DOD5要求小于10-3.19=6.81 mg/L而该设计出水溶解性DOD5: Se’===6.8mg/L 设计结果满足设计要求。(11)计算剩余污泥量 理论分析,知温度较低时,产生生物污泥量较多。本设计最冷时是冬季平均最冷温度是0.2℃。0.2℃时活性污泥自身氧化系数: Kd(0.2)=Kd(20)=0.06×1.04(0.2-20)=0.028 剩余生物污泥量:△XV=YQ-Kd(0.2)VifnN=0.6×20000×-0.028×1389× ×0.75××6×6=1575.88kg/d 剩余非生物污泥量:△XS =Q(1-fbf)× =20000×(1-0.7×0.75)×=1330kg/d公式中,fb——进水VSS中可生化部分比例,取fb =0.7;C0——设计进水SS,m3/d;Ce——设计出水SS,m3/d; 剩余污泥总量:X=△XV+△XS=1575.88+1330=2905.88kg/d 剩余污泥浓度NR:NR=剩余污泥含水率按99.3%计算,湿污泥量为(12)复核污泥龄=式中:——污泥龄 Y——污泥产率系数,本设计取0.4 Kd——衰减系数,一般为0.04~0.075 取0.07 代入数值,= = =29.4d硝化所需最小污泥龄:=(1/×1.103(15-T)×fs——硝化所需最小污泥龄d-1;——硝化细菌的增长速率d-1:T=0.2摄氏度时,取为0.35;fs——安全系数:为保证出水氨氮小与5mg/L 取2.3~3.0;取2.3;T——污水温度:取冬季最不利温度0.2摄氏度。=(1/×1.103(15-T)×fs=(1/0.35)×1.103(15-0.2)×2.3=28d经校核,污泥龄满足硝化要求。(13)需氧量设计需氧量包括氧化有机物需氧量,污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量及出水带走的氧量。设计需氧量考虑最不利情况,按夏季时高水温计算设计需氧量。(ⅰ) 氧化有机物需氧量,污泥自身需氧量O1以每去除1㎏BOD需要0.48㎏Oa的经验法计算。 = 4440.2(㎏O2/d) 式中 Oa —需氧量,㎏O2/d; —活性污泥微生物每代谢1㎏BOD需氧量,一般生活污水取为0.42㎏~0.53㎏,本设计取0.48㎏; —1㎏活性污泥每天自身氧化所需要的氧量,一般生活污水取为0.11㎏~0.188㎏,本设计取0.12㎏。(ⅱ)氨氮硝化需氧量Ob按下式计算; =4.57×[20000×(35-5)×10-3-0.12×] = 523.5(㎏O2/d) 式中 4.57—氨氮的氧当量系数; Nk—进水总凯氏氮浓度,g/L;Nke—出水总凯氏氮浓度,g/L; —系统每天排出的剩余污泥量,㎏/d;总需氧量 ㎏/d=206.8㎏/h (14)标准需氧量 标准需氧量计算公式:SOR=Csb(T)=Cs(T)(+)Ot=式中SOR——水温20℃,气压1.103×105pa时,转移到曝气池混合液的总氧量,㎏/h;AOR——在实际条件下,转移到曝气池混合液的总氧量,㎏/h;Cs(20)——20℃时氧在清水中饱和溶解度,取Ca(20)=9.17mg/L; ——杂质影响修正系数,取值范围=0.78~0.99,本例选用=0.90;——含盐量修正系数,本例取=0.95; ——气压修正系数,取0.95; Pa——所在地区大气压力,Pa; T——设计污水温度,本设计考虑最不利水温,取夏季T=27℃; CSb(T)——设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度mg/L; Cs(T)——设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度,水温27℃时,CS(27.3)=8.05;Pb——空气扩散装置处的绝对压力,pa,Pb =P+9.8×103H;P——大气压力,P=1.013×105; H ——空气扩散装置淹没深度,取微孔曝气装置安装在距池底0.5m处,淹没深度3.5m; Ot——气泡离开水面时,氧的百分比,%; EA——空气扩散装置氧转移效率,本设计选用水下射流式扩散装置,氧转移效率EA按26%计算; C——曝气池内平均溶解氧浓度,取C=2mg/L。Pb=P+9.8×103H =1.013×105+9.8×103×3.5=1.356×105(Pa)Ot=×100%=16.4%CSb(27.3)=Cs(27.3)(+)=8.05×()=8.43mg/L 标准需氧量SOR: SOR= = =279.4㎏/h 空气扩散装置的供气量,可通过下式确定: G===3581.8m3/h(15)空气管系统设计曝气系统管道布置方式为,相邻的两个廊道的隔墙上设两根干管,共四根干管,在每根干管上设5条配气竖管,全曝气池共设6×5=30条配气竖管。每根竖管的配气量为: m3/h 曝气池平面面积为: 每个空气扩散器的服务面积按1.0 m3计,则所需空气扩散器的总数为:个为安全计,本设计采用1320个空气扩散器,每个竖管上安设的空气扩散器的数目为:每个空气扩散器的配气量为 m3/h图2-6 曝气系统管道布置图空气管道的流速,一般规定为:干、支管为10~15m/s,通向空气扩散装置的竖管、小支管为4~5m/s。根据对于管道流速的规定,确定本设计管道系统各管段管径为:1~2段DN50mm,2~3段DN75mm,3~4段DN100mm,4~5段DN150mm,5~6段DN200mm,6~7段DN300mm。空气管道一般敷设在地面上,接入曝气池的管道,应高出池水面0.5m以免产生回水现象。(16)污泥回流系统、剩余污泥系统排出系统设计(ⅰ) 污泥回流系统污泥回流比按20%设计,每天回流污泥量每周期回流污泥量,而每周期T=4h,本设计回流污泥进泥时间每周期取t=2h,回流污泥泵在运行过程中是间歇运行的。则单格CASS池进泥流量为,根据流量选用污泥回流泵型号:WQS65-12-5.5,流量65,出口直径100mm,重量165kg,每座CASS池内设该种泵一台。出泥管管径取d=200mm。(ⅱ) 剩余污泥排出系统由上述计算知道,剩余污泥产生量Q=581.2,每个周期单个池体产生的污泥量,每个周期排泥时间利用周期后0.5h,则泵的流量为:32.24。根据流量选用剩余污泥泵型号:WQ40-10-2.2,出口直径d=65mm,重量45kg,每座CASS池内设该种泵一台。出泥管管径取150mm。 (iii)泵房设计尺寸污泥回流泵6用6备,排泥泵6用6备,泵房长50米,宽8米,高4米。㈥污泥浓缩池污泥中含有大量的水分,所含水分大致分为四类:颗粒间的空隙水,约占总水分的70%;毛细水,即颗粒间毛细管内的水,约占20%;污泥颗粒吸附水,约占10%。降低污泥中的含水率,可以采用污泥浓缩的方法来降低污泥中的空隙水,通过降低污泥的含水率,减少污泥体积,能够减少池容积和处理所需的投药量,缩小用于输送污泥的管道和泵的尺寸。污泥浓缩机房内的浓缩脱水一体机对剩余污泥进行浓缩和脱水处理,减少污泥的含水率和污泥体积。经脱水处理后,污泥的含水率可降低,成为滤饼,便于最终处置。采用辐流式浓缩池,用带栅条的刮泥机刮泥,采用静压排泥。1.设计参数设计4座污泥浓缩池,每座的设计进泥量:=污泥固体负荷:污泥浓缩时间:,贮泥时间:进泥浓度:进泥含水率:99.3%,出泥含水率97%2.设计计算(1).浓缩池的计算浓缩池面积:=浓缩池直径:=浓缩池有效水深,取浓缩池有效容积:校核水利停留时间污泥在池中停留时间:=,符合要求确定泥斗尺寸浓缩后的污泥体积为:=贮泥区所需容积:按泥量计,则=泥斗容积:==()=5.65池底坡度为0.06,池底坡降为:=故池底可贮泥容积:==()=1.33故总贮泥容积为:=5.65+1.33=6.98,满足要求浓缩池总高度:超高取,缓冲层高度取,浓缩池总高度为:=++++=(2).刮泥机的选择刮泥机选用型周边传动刮泥机,型号配套。型周边传动刮泥机主要有中心旋转座、型工作桥、刮臂、刮板、导流筒、排渣装置等组成,工作时,污水从中心支座处经导流筒扩散后均匀流向池周,混合液中粗大的颗粒经沉淀后在池底形成污泥层,比重较轻的浮于液面,工作桥在周边驱动机构的带动下沿中心支座作缓慢旋转,支式刮臂依据重力带动刮板将污泥逐层由池周刮向中心集泥坑,通过池内水压将污泥排出池外,浮渣刮板沿导流筒将浮于液面的浮渣撇向池周的排渣斗内,通过自动冲洗机构将浮渣排出池外。型系列吸泥机用于污水处理厂圆型二沉池,将沉降在池底上的污泥刮集至一组沿半径方向布置的吸泥管管口,再通过中心排泥管排出,以便污泥回流或浓缩脱水;此外,还可以撇除液面浮渣。㈦贮泥池设计计算1.贮泥池容积 Q----每日产泥量(m3/d)t----贮泥时间(h),取8hn----贮泥池个数。 贮泥池设计容积 设计取n=2,a=5.0m,h2=3.0m,污泥斗底边围为正方形,边长为1.0m。 2. 贮泥池高度 脱泥间经浓缩后的污泥中含有水分,经脱泥后外运。该项目设置一脱泥间位于污泥浓缩工艺之后,用于脱去污泥中的绝大部分水分。该项目选用卧式螺旋卸料沉降离心脱泥机来脱掉污泥中的水分。本项目选用LW-350 卧螺离心脱泥机,卧式螺旋卸料沉降离心脱泥机(简称卧螺离心机)是利用离心沉降原理分离悬浮液的设备。对固相颗粒当量直径=3um、重量浓度比:10%或体积浓度比=70%、液固比重差:0.05g/cm3的各种悬浮液均适合采用该类离心机进行液固分离或颗粒分级。脱泥间尺寸取20*8m.该处理能脱掉污泥中的80%左右水分,经脱水后污泥干饼外运。四.污水厂总体布置㈠主要构(建)筑物与附属建筑物则构筑物所占面积为:5564.2m2预留地面积占总面积的20%积的20%绿地占总面积的40%计算,则污水厂总占地面积为27821m2为了计算方便,取为210*140=29400 m2㈡污水厂平面布置1、总平面布置原则总图平面布置时应遵从以下几条原则。1) 处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑,以便于节约用地和运行管理。2)工艺构筑物(或设施)与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异,分别相对独立布置,并协调好与环境条件的关系(如地形走势、污水出口方向、风向、周围的重要或敏感建筑物等)。3) 构(建)之间的间距应满足交通、管道(渠)敷设、施工和运行管理等方面的要求。4) 管道(线)与渠道的平面布置,应与其高程布置相协调,应顺应污水处理厂各种介质输送的要求,尽量避免多次提升和迂回曲折,便于节能降耗和运行维护。5)协调好辅建筑物,道路,绿化与处理构(建)筑物的关系,做到方便生产运行,保证安全畅道,美化厂区环境。6) 平面布置按功能分区、配置得当,功能明确、布置紧凑,顺流排列、流程简洁,充分利用地形、平衡土方、降低工程量,必要时预留适当余地,考虑扩建和施工的可能,构筑物布置应注意风向和朝向。课程设计时重点考虑厂区功能区划、处理构筑物布置、构筑物之间及构筑物与管渠之间的关系。7)厂区平面布置时,除处理工艺管道之外,还应有空气管,自来水管与超越管,管道之间及其与构筑物,道路之间应有适当间距。8)污水厂厂区主要车行道宽6~8m,次要车行道3~4m,一般人行道1~3m,道路两旁应留出绿化带及适当间距。 9)污水处理厂厂区的绿化面积不得小于30%。2、各个构筑物布置 按照上述原则,结合设计规范的要求,绘制污水处理厂的平面布置图。㈢污水处理构筑物高程布置污水处理构筑物高程布置的主要任务是:确定各处理构筑物的标高,确定各处理构筑物之间连接管渠的尺寸及标高,确定各处理构筑物的水面标高,从而能够使污水沿处理构筑物之间顺畅流动。保证污水厂正常运行。1、各处理构筑物及连接管渠的水头损失计算 污水处理厂的水流常依靠重力流动,以减少运行费用。为此,必须精确计算其水头损失(初步设计或扩初设计时,精度要求可较低)。水头损失包括: (1)水流流过各处理构筑物的水头损失,包括从进池到出池的所有水头损失在内;在作初步设计时可按下表5-3估算。 (2)水流流过连接前后两构筑物的管道(包括配水设备)的水头损失,包括沿程与局部水头损失。 (3)水流流过量水设备的水头损失。表5-3 构筑物水头损失表构筑物名称水头损失(m)构筑物名称水头损失(m)细格栅0.20中格栅0.15沉砂池0.20接触池0.30CASS池 1.0计量槽0.252、管渠水力计算表5-4 污水管渠水力计算表管渠及构筑物名称流量(L/S)管渠设计参数水头损失D(mm)I(‰)V(m/s)L(m)沿程局部合计出水口至计量堰3507001.140.911600.50.30.8计量堰至接触池3507001.140.9150.20.10.3接触池至cass池3507001.140.91700.30.20.5cass池至沉砂池3503001.590.83900.30.20.5沉砂池至集水池1755001.880.89250.30.10.4集水池至进水口3507001.880.91300.30.10.43、 污水处理高程布置污水处理厂高程计算以接受处理后污水水体的最高水位作为起点,沿污水处理流程倒推计算,以使处理后的污水在洪水季节也能自流排出。根据各处理构筑物的之间的水头损失,推求其它构筑物的设计水面标高。再根据各处理构筑物的水面标高和其尺寸求出各构筑物水面标高及池底标高。如下表所示: 各个构筑物的水面标高和池底标高构筑物名称水面标高(m)有效水深(m)池底标高(m)构筑物名称水面标高(m)有效水深(m)池底标高(m)细格栅4.480.63.88CASS池3.54.0-0.5沉砂池4.2522.25接触池0.02.0-2.05、 设计体会
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