CASS工艺污水处理厂设计计算书解读Word格式.docx
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Abstract:
ThedesignismainlytoasewagetreatmentplantinGuangzhou.ThewaterqualitydischargedofthesewagetreatmentplantmustachieveattheDegreeAandthestanderofGreeningwaterqualityinthe“Urbansewagetreatmentplantpollutantdischargestander（GB18918-2002）”.Finally,weadoptthecurrentSBRdeformationformofCASSprocessaccordingtothecomparisonofthefeasibletwoprocessingtechnologyofCASSprocessandoxidationditchprocess.ThebodyoftheCASSprocessadoptsthecircularPhilipscansformsandthesewageisfromtheinnercircletobeout.Theselector,theanaerobiczone,andanaerobiczoneisinlinefromtheinnertooutside.AndtheremovalofnitrogenandphosphorusisbychangingtheCASScell
Cycle.Therearehorizontalflowsedimentationpool,grille,pumpingstationinthestructureofthesewageplantdesign.Thecondensedsludgeneedtohandleinthesludgedigesterbeforesendingout.Atlast,theformofthesewageplantlayoutadoptstherelevantruleoftheWatersupplyanddrainage.
Keywords:
Sewagetreatmentplant;
CASS;
Horizontalflowsedimentation
1引言
1.1设计任务及依据
1.1.1设计任务
污水处理厂毕业设计任务主要包括以下几部分：
（1）污水处理厂系统方案的比较
1）污水处理方法、流程比较和污水处理构筑物型式的选择；
2）污泥处理方法、流程比较和污水处理构筑物型式的选择。
（2）污水处理厂系统的设计计算
1）污水处理构筑物的设计计算
2）污泥处理构筑物的设计计算
3）污水处理厂高程计算
（3）设计图纸的绘制
绘制设计图纸共9张，其中计算机画图8张，手工画图1张（限选主要构筑物工艺图）。
1）污水处理厂平面布置图一张：
1#图纸；
2）污水处理厂高程图一张：
3）主要构筑物工艺图共7张：
污水提升泵站（必选）、沉沙池（必选）、初沉池、二级构筑物（必选）、二沉池（如有必选）、消化池（如有必选）、深度处理构筑物（至少选其一）等，均为1#图纸；
（4）设计说明计算书，达到扩初设计的要求。
1.1.2设计依据
（1）《排水工程》（第四版）教材（下册）
（2）《给水排水设计手册》第一、五、九、十一和十二册
（3）《室外排水设计规范》
（4）李圭白、张杰.水质工程学.中国建筑工业出版社
（5）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）
（6）《再生水水质标准》SL368-2006
1.2设计水量、水质、出水要求及该污水厂设计规模
1.2.1污水量
目前该区范围内日最大排水量已达6.5万m3/d，污水处理厂设计处理水量为7万m3/d。
1.2.2污水水质
污水混合进入污水处理厂，进水水质如表1：
表1进水水质
指标
BOD（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
NH3-N（mg/L）
TN（mg/L）
TP（mg/L）
数值
160
350
200
35
45
3.5
污水温度：
夏季28℃，冬季5℃，平均温度为20℃。
1.2.3出水要求
为了节约水资源，处理水再生利用，作为城市绿化用水，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准和绿化水质标准。
污泥经过消化处理。
1.2.4工程设计规模
该市排水系统为完全分流制，污水处理厂二期规模按7×
104m3/d设计。
2工艺设计方案的确定
2.1原水水量及水质分析
由原始资料可得，该污水厂设计用水量为：
根据原始资料，该污水厂出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准和绿化水质标准。
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准见表2。
表2城镇污水处理厂污染物排放标准
基本控制项目
一级标准（A/B）
二级标准
三级标准
化学需氧量（CODcr）（mg/L）
50/60
100
120
生化需氧量（BOD5）（mg/L）
10/20
30
60
悬浮物（SS）（mg/L）
50
总氮（TN）（mg/L）
15/20
—
总磷（TP）（mg/L）
0.5/1
3
5
绿化水质标准见表3：
表3绿化水质标准
城市绿化水质标准
10
20
由表一、表二得该污水厂的出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）一级A标准：
CODcr≤50mg/L；
BOD5≤10mg/L；
SS≤10mg/L；
TN≤15mg/L；
TP≤0.5mg/L。
2.2污水处理程度
（1）求SS的处理程度：
（2）求BOD5的处理程度：
出水中非溶解性BOD5值为：
BOD5=7.1bXaCe
式中：
Ce——出水中悬浮固体（SS）浓度，mg/L，取10mg/L；
b——微生物自身氧化率，一般介于0.05-0.1之间，取0.08
Xa——活性微生物在出水中所占的比例，取0.4.
代入各值，得：
BOD5=7.1×
0.08×
0.4×
10=2.27mg/L
因此，出水中溶解性BOD5的值为10-2.27=7.73mg/L，则BOD5去除率为：
所以该污水厂BOD5的处理程度为95.2%。
（3）求COD的处理程度：
（4）求TN的处理程度：
（5）求TP的处理程度：
2.3污水处理工艺流程选择
基于水循环和物质循环的基本思想，污水处理工艺的选择应考虑如下原则：
（1）节省能源、节省资源。
（2）节省占地。
（3）结合当地地方条件充分考虑处理水的有效利用。
（4）根据排放水体、污水回用对象的要求正确确立污水处理程度，并且要充分考虑
将来水处理程度的提高。
（5）在满足处理程度与出水水质条件下，选择工艺成熟、有运行经验的先进技术。
（6）特别注意，任何工艺技术、流程都有一定的适用条件，所以要认真研究当地气象、地面与地下水资源、地质、给排水现状与发展规划，根据现状与预测污水产量来选择水处理工艺流程布置。
基于上述污水处理工艺选择原则，拟定一下两种污水处理工艺：
一种是氧化沟法；
另一种是CASS法。
2.3.1氧化沟方案
氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。
它是活性污泥法的一种变型。
因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。
氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。
氧化沟的技术特点：
（1）氧化沟结合推流和完全混合的特点，有力于克服短流和提高缓冲能力，通常在氧化沟曝气区上游安排入流，在入流点的再上游点安排出流。
（2）氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度，特别适用于硝化－反硝化生物处理工艺。
（3）氧化沟沟内功率密度的不均匀配备，有利于氧的传质，液体混合和污泥絮凝。
（4）氧化沟的整体功率密度较低，可节约能源。
氧化沟缺点
尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。
但是，在实际的运行过程中，仍存在污泥膨胀的问题、泡沫问题、污泥上浮问题、流速不均及污泥沉积问题等一系列问题。
2.3.2CASS工艺方案
CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）是周期循环活性污泥法的简称，又称为循环活性污泥工艺CAST（CyclicActivatedSludgetechnology），是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水。
设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。
生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累--再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段（基质积累），随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。
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
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SV30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比。
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信的高峰流量冲击，而不需要独立的调节地。
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信时，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。
由于丝状菌的比表面积比菌胶团大，因此，有利于摄取低浓度底物，但一般丝状菌的比增殖速率比非丝状菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物与增殖，但由于胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也较大，从而较丝状菌占优势。
而CASS反应池中存在着较大的浓度梯度，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菌胶团细菌，使其成为曝气池中的优势菌属，有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，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，可以在反应地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10mgO2/gMLSS.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。
2.3.3方案的确定
由以上知，两种工艺都能达到预期的处理效果，且都为成熟工艺，但经分析比较，CASS工艺方案在该污水厂的建立有以下方面具有明显优势：
（1）工艺流程简单，占地面积小，投资较低，不需设置二沉池。
（2）不易发生污泥膨胀，而氧化沟在实际的运行过程中，仍存在污泥膨胀的问题、泡沫问题、污泥上浮问题、流速不均及污泥沉积问题等一系列问题。
（3）CASS工艺适用范围广，适合分期建设，而该污水厂就是需要预留二期。
综合以上对比分析，本工程以CASS工艺作为污水处理厂二级处理的处理工艺。
2.3.4工艺流程图
根据我国发展规划,2010年全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%,设市城市的污水处理率不低于60%,重点城市的污水处理率不低于70%。
为了引导城市污水处理及污染防治技术的发展,加快城市污水处理设施的建设,2000年5月国家建设部、环境保护局和科技部联合印发了《城市污水处理及污染防治技术政策》。
本文将结合该政策的内容,主要研究日处理能力为10万m3以下,特别是1～5万m3/d规模的城市污水处理厂适用的各种处理工艺流程的比较和选择,从而确定不同条件下适用的较优工艺流程。
该污水厂设计采用的处理工艺流程如图1：
进水
图1污水处理厂工艺流程图
污泥处理工艺流程如图2：
图2污泥处理工艺流程图
2.4污水厂各处理构筑物的计算与选型
2.4.1中格栅计算
中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。
（1）格栅的设计要求
1）水泵前格栅栅条间隙，应符合下列要求：
人工清除25～40mm
机械清除16～25mm
最大间隙40mm
2）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s.
3）格栅倾角一般用450～750。
机械格栅倾角一般为600～700。
4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s.
5）栅渣量与地区的特点、格栅间隙的大小、污水量以及下水道系统的类型等因素有关。
在无当地运行资料时，可采用：
格栅间隙16～25mm适用于0.10～0.05m3栅渣/103m3污水；
格栅间隙30～50mm适用于0.03～0.01m3栅渣/103m3污水.
6）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。
（2）格栅尺寸计算
设计参数确定：
（设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的）
设计流量Q1=0.81m3/s（设计2组格栅）；
栅前流速：
v1=0.7m/s，过栅流速：
v2=0.9m/s；
渣条宽度：
s=0.01m，格栅间隙：
e=0.02m；
格栅倾角：
α=60°
；
单位栅渣量：
w1=0.06m3栅渣/103m3污水。
中格栅计算草图如图3。
图3格栅计算简图
（3）栅槽宽度
栅条的间隙数：
取n=106根
设二座中格栅：
n1=53根
栅槽宽度：
B—栅槽宽度，m；
S—栅条宽度，m；
e—栅条净间隙，粗格栅e=50-100mm，中格栅e=10-40mm，细格栅e=3-10mm；
n—栅条间隙数；
Qmax—最大设计流量，m3/s；
α—栅条倾角，度；
h—栅前水深，m；
v—过栅流速，m/s，
sinα—经验系数。
（4）栅槽总长度
取进水渠宽度B1=1.125m，则进水渠的水流速度为：
取渐宽部分展开角α1=20°
，则进水渠道渐宽部分长度为：
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽高为：
H1=h+h2=0.7m
则栅槽总长度为：
L—栅槽总长度，m；
H1—栅前槽高，m；
l1—进水渠道渐宽部分长度，m；
l2—栅槽与出水渠道连接的渐缩长度，m；
α1—进水渠展开角，一般用20°
。
（5）过栅水头损失
栅条为矩形断面，取β=2.42。
计算水头损失为
h1—过栅水头损失，m；
g—重力加速度，9.81m/s2;
k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3;
（6）栅槽总高度
H=h+h1+h2=0.4+0.11+0.3=0.81m
H—栅槽总高度，m；
h—栅前水深，m；
h2—栅前渠道超高，m，一般取0.3m。
（7）每日栅渣量
取W1=0.06m3栅渣/103m3污水
则每日栅渣量为：
所以采用机械清渣。
W—每日栅渣量，m3/d；
W1—栅渣量（m3/103m3污水），取0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值。
（8）格栅选型
由《给排水设计手册》第九册查得，该污水厂中格栅选用链条回转式格栅GH—1600型两台，格栅槽有效格栅宽度1600mm，整机（每台）功率1.3Kw，格栅倾角60°
（9）格栅工作平台
由《给排水设计手册》第五册得，机械格栅工作平台应高出栅前最高水位设计0.5m。
工作台上应有安全和冲洗设施。
工作平台正面过道宽度不应小于1.5m，两侧过道宽度不宜小于0.7m。
2.4.2污水提升泵房计算
为了节省水厂的生产费用，污水经粗格栅清渣后，进入提升泵房集水井，水泵将污水提升到一定的高度使后续的处理工艺在重力流下进行。
水厂的进水流量为810L/s，采用大流量低扬程式水泵，选用水泵型号为350QW1200-10-45型潜污泵（流量1100m3/h，扬程10m，转速980r/min，功率45kw），共6台，4用2备。
每台泵的流量
集水井的容积（按每台水泵不少于五分钟的水量确定）
集水井有效水深取H=1.5m，则集水井的面积
集水井采用钢筋混凝土结构，地下式，尺寸为3×
14m。
进水渠的底面标高为-6.5m，水面标高为-6m，格栅的水头损失为0.22m，因此格栅后出水渠的水面标高为-6.22m。
集水井的水面与出水渠的水面平齐，则集水井的底面标高为-7.72m。
水泵为自灌式。
计算草图如图4。
图4泵房计算简图
2.4.3泵后细格栅计算
污水经提升泵房提升后，进入细格栅间，除去较为细小的杂质颗粒便于后续处理工艺的进行。
细格栅的计算草图与粗格栅相同（此处省略）。
（1）栅槽宽度
污水设计水量为：
Qmax=0.8102m3/s
设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙e=0.008m，格栅安装倾角α=60°
取n=262根
设二座细格栅：
n1=131根
（取栅条宽度S=0.01m）
sinα—经验系数。
（2）栅槽总长度
取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽高为：
H1=h+h2=0.7m
H1—栅前槽糕，m；
（3）过栅水头损失
g—重力加速度，9.81m/s2
k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；
（4）栅槽总高度
H=h+h1+h2=0.4+0.36+0.3=1.06m
h—栅前水深，
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