某污水处理厂设计计算说明书(cass工艺).doc
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某污水厂设计计算说明书
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2013-6-28
目录
一总论 1
二工艺流程 2
CASS工艺的优点 3
与其他工艺对比 5
三处理构筑物设计…………………………………………………………7
㈠集水井的设计 7
㈡格栅的设计与计算 8
1.泵前中格栅的设计与计算 8
2.泵后细格栅的设计与计算 11
㈢提升泵站 14
1.设计参数 15
2.提升泵房设计计算 15
㈣曝气沉砂池的设计与计算 15
1.曝气沉砂池 15
2.曝气沉砂池的设计与计算 16
3.设计计算 16
4.吸砂泵房与砂水分离器 20
5.鼓风机房 20
㈤CASS池的设计与计算 20
1.CASS工艺运行过程 20
2.CASS反应池的设计计算 21
㈥污泥浓缩池 35
1.设计参数 35
2.设计计算 35
㈦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………………………………………………………40
㈢污水处理构筑物高程布置 41
五设计体会 43
47
、
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=280mg/L;SS=150mg/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GB18918－2002《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18t/m2以上。
地震烈度为六级
二工艺流程
循环式活性污泥法（CyclicActivatedSludgeSystem，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
COD
BOD
SS
进水水质
280mg/L
160mg/L
150mg/L
出水水质要求
《60mg/L
《20mg/L
《20mg/L
㈠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=1258.3m3/h=0.35m3/s，设计中取水量变化系数Kp=1.51
1.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，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：
（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=0.64m
（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=2min
V=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/s
A=0.175/0.06=2.92m2
（3）池总宽度（）
B=A/h2
h2----有效水深（m），一般取2-3m.
设计取h2=2m
B=2.92/2=1.46mB/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，m
Q1----沉砂池内设计流量，m3/s
m----流量系数，0.4-0.5
b2----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）
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