城市污水处理厂初步设计(完全混合流态CASS工艺)——毕业设计.doc

目 录毕 业 设 计 相 关 材 料题 目:城市污水处理厂初步设计（完全混合流态生物工艺）院 (系)：化工与环境工程学院专 业：环境工程学 生：班 级：毕 业 设 计 相 关 材 料 清 单序 号材 料 名 称份 数1毕业设计选题表12毕业设计开题报告13毕业设计外文资料翻译14毕业设计小组答辩记录15毕业设计成绩考核表1摘 要当今，随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，环境污染日趋严重，加大城市生活污水治理力度势在必行。现拟建一座城市生活污水处理厂，处理规模为100000m3/d。进水水质为CODCr ：250mg/L，BOD5 ：150mg/L，SS：200mg/L， NH3-N：40mg/L，NO3-N：10mg/L， pH=7.08.5,出水水质为CODCr 100mg/L，BOD530mg/L，SS30mg/L， NH3-N 25mg/L，pH=69。根据进出水水质，本设计拟采用完全混合液态的生物工艺，经比选，确定采用周期循环曝气活性污泥（CASS）工艺。CASS工艺污水呈完全混合液态，对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，具有较强的耐冲击负荷能力，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀。此工艺具有投资省，处理效果好，运行管理方便等优点，适用于大中型污水处理厂使用。本设计包含污水处理工艺流程的确定，工艺流程中各单元的计算，图纸的绘制等。本工程的实施将显著改善受纳水体水质，同时间接产生经济效益，促进经济可持续发展。关键词 ：污水处理厂；完全混合；CASS工艺 AbstractNowadays, with rapid economic development, improve living standards, environmental pollution is worsening, and increase efforts to municipal sewage treatment is imperative. Now proposed a city sewage treatment plant for treating scale 100000m3 / d. The ram water quality is CODCr, BOD5, SS, NH3-N, NO3-N,and pH keep at 250mg / L,150mg / L,200mg / L,40mg / L,10mg / L, and 7.0 8.5, respectively.The treated water quality is CODCr, BOD5, SS, NH3-N, NO3-N,and pH keep at 100mg / L, 30mg / L, 30mg / L, 25mg / L,ant pH 6 9, respectively. According to the treated water quality, the design plans to use the completely mixed biotechnology, by comparison, determine to use of cyclic activated sludge system (CASS) process. sawage of CASS process is completely mixed, on water quality, water quantity, PH, toxic and hazardous substances have buffer role effect, with a strong resistance to shock loading capacity, meanwhile growth of filamentous bacteria is be inhibition to be prevent sludge bulking. This process has the advantage of good Less investment, good effect, easy operation and management .朗读显示对应的拉丁字符的拼音Applicable to large or medium sized sewage treatment plants. The design includes the determination of sewage treatment process, process in the calculation of each unit and drawing the construction drawings. The implementation of this project will significantly improve the water quality of receiving water, and indirect economic benefits and promote sustainable economic development.Key word: sewage treatment plants; Completely Mixing; CASS process目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 前 言11.1 设计的目的及意义11.2 设计指导思想11.3设计的内容及要求11.3.1主要内容11.3.2要求21.4 国内外发展概况21.5 设计依据及原则21.5.1 设计依据21.5.2 设计原则31.6设计原始资料31.6.1 设计规模31.6.2 水质指标31.6.3气象资料31.6.4污水排水接纳河流资料31.6.5厂址及场地现状3第二章 污水处理厂工艺方案的选择42.1设计方案论证42.2.1活性污泥法处理系统有效运行的基本条件是：42.2.2环境因素对微生物生长的影响42.2 原污水可生化性分析52.3 污水处理程度的确定62.3.1 水质情况62.3.2处理程度计算62.4污水处理厂工艺方案比选72.4.1 A2/O工艺72.4.2 奥贝尔（Orbal）氧化沟82.4.3 CASS工艺92.4.4 工艺方案选择112.4 处理程度计算122.4.1 CODcr的处理程度122.4.2 溶解性BOD5的处理程度122.4.3 SS的处理程度122.4.4 NH3-N的处理程度12第三章 单元构筑物的设计计算143.1粗格栅设计计算143.1.1 设计说明143.1.2 栅前明渠宽度143.1.3 栅条的间隙数143.1.4 栅槽宽度153.1.5 进水渠道渐宽部分的长度153.1.6 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度163.1.7 过栅水头损失163.1.8 栅后槽总高度163.1.9 栅槽总长度163.1.10 每日栅渣量计算W173.2 泵站的设计计算173.2.1 泵房规范要求173.2.2 污水泵计算173.2.3 集水池183.3细格栅设计计算183.3.1 设计说明183.3.4 栅条的间隙数193.3.3 栅槽宽度193.3.4 进水渠道渐宽部分的长度203.3.5 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度203.3.6 过栅水头损失203.3.7 栅后槽总高度213.3.8 栅槽总长度213.3.9 每日栅渣量计算W213.4 沉砂池的设计计算213.4.1 沉砂池的选择213.4.2 沉砂池设计计算一般规定223.4.3 设计参数223.4.4 设计计算223.5 CASS池设计计算243.5.1 基本设计参数243.5.2 BOD5去除率的计算243.5.3 污泥负荷率243.5.4 曝气时间253.5.5 沉淀时间TS253.5.6 排水时间TD253.5.7 周期数的确定253.5.8 进水时间TF263.5.9 CASS池运行模式263.5.10 CASS池容积及构造尺寸263.5.11 复核出水溶解性BOD5283.5.12 潜水搅拌器283.5.13 曝气系统设计计算283.5.14供气量的计算293.5.14 进出水管路计算313.6紫外消毒渠道323.6.1 紫外消毒渠道的功能323.6.2紫外消毒渠道设计计算323.7污水计量设备333.8 产泥量及排泥系统343.8.1产泥量343.8.2排泥系统343.8污泥回流353.8.1设计说明353.8.2回流污泥泵设计选型353.9 重力浓缩池设计计算353.9.1设计参数363.9.2设计与计算363.10 贮泥池383.11消化池383.11.1消化池容积计算383.11.2消化池各部分表面积计算393.11.3消化池热工计算393.11.4沼气混合搅拌计算413.11.5产气量及贮气柜413.12污泥脱水设备413.13附属构筑物42第四章 污水处理厂配套工程设计434.1 厂区平面设计434.1.1 平面布置原则434.1.2 平面布置434.2 厂区高程设计444.2.1 高程布置注意事项444.2.2 高程计算45第五章 环境保护及劳动卫生485.1 项目施工期对环境影响及对策485.1.1 项目施工期对环境的影响485.1.2 施工期对环境影响的对策495.2 项目运营期对环境影响及对策505.2.1 项目运营期对环境的影响505.2.2 运营期环境影响的对策505.3 劳动保护与安全生产51第六章 工程投资估算及效益分析526.1投资估算526.1.1估算范围526.1.2.编制依据526.1.3投资估算526.2 运行成本估算546.2.1 成本估算的有关单价546.2.3运行成本估算546.2.4 运行成本核算546.3效益分析546.3.1 环境效益546.3.2 社会效益55结 论56致 谢57参考文献58 V第四章 污水处理厂配套工程设计第一章 前 言1.1 设计的目的及意义随着我国社会和经济的高速发展,水环境日益恶化，2007年，我国600多个城市有400多个城市缺水，缺水原因主要不在于水量不足，而在于水质污染严重，属于水质性缺水。我国目前年污水排放量达600亿吨，其中城市就占390亿吨以上，而全国城市污水处理厂不足400座，污水处理能力不足排放量的30，而实际处理量更低。因此，大力发展城市污水处理工程势在必行, 根据“十一五规划”，预计到2010年,我国要新建城市污水处理厂1000余座,污水厂的投资将达1800亿元.随着社会和政府的环境治理要求不断提高,城市污水处理工艺的设计必然获得一个广阔的市场前景。本次设计旨在通过对某城市10万m/d污水处理厂进行独立设计，并根据原始资料要求确定处理流程和核心工艺选择，并提供设计计算结果，绘制污水处理厂总平面布置图，工艺流程图、高程图及某些主要构筑物的平剖面图等，通过完成这次毕业设计，强化专业知识，为今后的专业工作奠定良好的基础。1.2 设计指导思想决定城市污水处理厂投资和运行成本的很重要因素是污水处理工艺的选择。目前，在城市污水处理领域，很多城市普遍存在着追求“新工艺”的倾向。一座城市污水厂处理工艺的选择，虽然应由污水水质、水量、排放标准及受纳水体性质等因素来确定，但是，忽略污水处理厂投资和运行成本，过分强调污水处理工艺的先进是不足取的。实际上，有些城市采取的高投资、高运行费的“新工艺”，由于水质不稳定，水量波动大等缘故，并未收到理想的处理效果。CASS（cyclic activated sludge system）工艺污水在流态上属于完全混合型，是在SBR工艺的基础上发展起来的，是与活性污泥法并列的一种污水生物处理技术，发展起步早，技术比较成熟，是近年来国际公认的生活污水及工业废水先进处理工艺。1.3设计的内容及要求1.3.1主要内容根据所给的原始资料完成完全混合法城市污水厂初步设计，内容包括：1、进行污水处理厂方案的总体设计：按照所给资料，通过比较选择确定污水处理工艺方案； 2、进行污水处理厂各构筑物工艺计算：包括污水和污泥处理的主要构筑物设计计算（附必要的草图），说明书中应有计算所得的设备工艺参数一览表。3、进行辅助建筑物(包括鼓风机房、泵房、配水井、脱水机房等)的简单设计：包括尺寸、面积、层数的确定；完成设备选型。4、进行总体布局、竖向设计、厂区管道布置、厂区道路及绿化设计；完成污水处理厂总平面布置图、工艺流程图及高程图；5、编写设计说明书、计算书。6、设计图纸（6张）：污水处理厂平面布置图、高程图、工艺流程图各一张和处理厂主要构筑物剖面图三张。1.3.2要求1、了解城市建设污水处理厂的意义；2、掌握城市污水处理的常用流程及相关的单元构筑物的相关专业知识；3、掌握所选构筑物设计的正确计算方法和绘图方法，确保图纸绘制的准确性。1.4 国内外发展概况随着人类社会的不断发展，城市规模不断扩大，城市的用水量和排水量都在不断增加，加剧了用水紧张和水质污染，环境问题日益突出，由此造成的水危机已经成为社会经济发展的重要制约因素。我国污水处理事业的历史始于1921年，但是真正是在80年代才得以发展，改革开放三十年来取得了迅速的发展，但仍然滞后于城市发展的需要，处理量的增加仍远远滞后于污水排放量的增长，两者之间的差距还有进一步拉大的趋势。我国城市污水处理相对于国外发达国家，起步较晚，到现在为止，全国还有60%的城市污水得不到妥善的处理，城市污水处理率较低，很多老城区的排水管网甚至不成系统。在我们大力引进国外先进技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展规划，尤其是当地的实际情况，探索适合我国实际的污水处理系统。1.5 设计依据及原则1.5.1 设计依据1、室外排水设计规范 GBJ14-872、地表水环境质量标准 GB3838-20023、工业企业厂界噪声标准 GB12348-904、泵站设计规范 GB/T 50265-975、城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918-20026、给水排水设计规范 GBJ15-881.5.2 设计原则污水处理工程设计过程当中应遵循下列原则：1、污水处理工艺技术方案，达到治理要求的前提下应优先选择投资和运行费用少、运行管理简便的工艺；2、所用污水、污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠；3、和污水处理厂配套的厂外工程应同时建设，使污水处理厂尽快发挥效益；4、污水处理厂出水应尽可能回用，以缓解城市严重缺水问题；5、污泥及浮渣处理应尽量完善，消除二次污染；6、尽量减少工程用地。 1.6设计原始资料1.6.1 设计规模正常日处理量：100000吨/日1.6.2 水质指标1、污水水量、水质1）设计规模设计日平均污水流量Q=100000m/d；设计最大时流量Q =50000 m/d。2）进水水质CODCr ：250mg/L，BOD5 ：150mg/L，SS：200mg/L， NH3-N：40mg/L，NO3-N：10mg/L， pH=7.08.52、污水处理要求污水经过二级处理后应符合以下具体要求：CODCr 100mg/L，BOD530mg/L，SS30mg/L， NH3-N 25mg/L，pH=691.6.3气象资料该市地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。年平均气温913.2，最热月平均气温21.226.5，最冷月-5.0-0.9。年日照时数2045小时。多年平均降雨量577毫米，集中于7、8、9月，占总量的5060%，受季风环流影响，冬季多北风和西北风，夏季多南风或东南风，市区全年主导风向为东南风，频率为18%，年平均风速2.55米/秒。1.6.4污水排水接纳河流资料该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流，其最高洪水位为380.0m，常水位为378.0m，枯水位为375.0m。1.6.5厂址及场地现状该污水处理厂场地地势平坦，由西北坡向东南，场地标高384.5383.5米之间，位于城市中心区排水管渠未端 ，厂址面积为200000m2。第二章 污水处理厂工艺方案的选择2.1设计方案论证 污水生物处理技术主要是利用自然界中广泛分布的个体微小、代谢营养类型多、适应能力强的微生物的新陈代谢作用，将污水中的污染物质转化为微生物细胞及CO2、H2O、H2S、N2、CH4等多种物质，从而使污水得到净化的过程。污水生物处理技术分为好氧生物处理、缺氧生物处理和厌氧生物处理。好氧生物处理又分为活性污泥法，生物膜法等。目前对于城市生活污水的处理多为好氧处理。2.2.1活性污泥法处理系统有效运行的基本条件是：1、有大量起吸附和分解作用的微生物。2、污水中含有足够的可溶解性易降解有机物，作为微生物生理活动所必需的营养物质。3、混合液中含有足够的溶解氧。4、活性污泥连续回流，同时，还要及时地排出剩余污泥，使曝气池中保持恒定的活性污泥浓度。5、活性污泥在曝气池中呈悬浮状态，能够与污水充分接触。6、没有对微生物有毒害作用物质进入。2.2.2环境因素对微生物生长的影响1、营养物质微生物为合成自生的细胞物质，必须不断地从其周围环境中摄取自身生存所必需的营养物质，主要的营养物质是碳、氮、磷等，微生物还需要硫、钠、钾、钙、镁、铁等元素作为营养，但需要量甚微。对微生物来讲，碳、氮、磷营养有一定的比例，一般为 BOD5：N：P=100：5：1。生活污水中大多含有微生物能利用的碳源，氮和磷的含量也高，可以满足生物法处理时微生物的营养需求。如果某种营养元素低于需求可以加淀粉浆料补充碳源，投加尿素、硫酸铵等补充氮源，投加磷酸钾、磷酸钠等补充磷源。2、温度温度是影响微生物正常生理活动的重要因素之一。温度适宜，能够促进、强化微生物的生理活动，温度不适宜，能够减弱甚至破坏微生物的生理活动。可能使微生物死亡。一般好氧生物处理中的微生物多属于中温微生物，其生长繁殖的最适温度范围为2037。3、pH值微生物的生理活动与环境的酸碱度密切相关，只有在适宜的酸碱度条件下，微生物才能进行正常的生理活动。PH值对微生物的影响主要作用于：引起细胞膜电荷的变化，从而影响了微生物对营养物质的吸收，改变生长环境中营养物质的可给性。PH值的变化还能改变有害物质的毒性。高浓度的氢离子还可导致菌体表面蛋白质和核酸水解而变性。4、溶解氧溶解氧是影响生物处理效果的重要因素。在好氧生物处理中，如果溶解氧不足，其活性将受到影响，新陈代谢能力降低，同时对溶解氧要求较低的微生物将逐步成为优势种属，影响正常的生化反应过程，造成处理效果下降。5、有毒物质（抑制物质）有毒物质对微生物生理功能毒害作用的原因，效果都比较复杂，取决于较多的因素。2.2 原污水可生化性分析 污水处理厂进水营养物比值见下表2.1。表2.1 进水营养物比表项目比值BOD5/ CODCr0.6BOD5/ TN3污水生物处理是以污水中所含污染物质作为营养物质，利用微生物代谢作用使污染物被降解，污水得到净化。因此，对污水营养成分的分析以及判断污水能否采用生物处理是设计污水生物处理工程的前提。BOD5和COD是污水处理过程中常见的两个水质指标，一般情况下，BOD5/ CODCr的比值越大，说明污水可生物处理性越好。综合国内外的研究成果，一般认为BOD5/ CODCr的比值0.45可生化性较好，BOD5/ CODCr的比值0.3较难生化，BOD5/ CODCr的比值0.25不易生化。 BOD5/ TN（即C/N）是鉴别能否采用生物脱氮的重要指标，由于反硝化细菌是在分解有机物的过程当中进行消化脱氮的，在不投加外来碳源的条件下，污水中必须有足够的有机物，才能保证反硝化的顺利进行。一般认为，C/N3，即可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用，才能进行有效脱氮。综上所述，该城市污水处理厂进水水质不仅适宜于采用二级生物工艺，而且还适宜于采用CASS工艺。2.3 污水处理程度的确定2.3.1 水质情况本设计的污水进水及出水水质如下表2.2所示表2.2 污水进水及出水水质项 目 NH3-N PH进水（）250150 200 40 7.08.5 出水（）12030 30 25 6.09.0处理水量:100000/d ；最大小时流量Q max=5000m3/h总变化系数: =1.2 2.3.2处理程度计算1、的去除率:=602、的去除率:活性污泥处理系统中的值是由残存的溶解性(Se)和非溶解性的组的, 非溶解性主要以生物污泥的残屑为主体,活性污泥的净化功能是去除溶解性的,非溶解性将污泥一起经沉淀而去除。进入CASS应池的浓度=150。出水中非溶解性的BOD值为：BOD=7.1bXC式中：C- 水中悬浮固体（SS）浓度，取30mg/L b-微生物自身氧化率，一般介于0.05-0.1之间，取0.08 X-活性微生物在水中所占的比率，取0.4代入各值，得 BOD=7.10.080.430=6.82因此，出水中溶解性BOD为 30-6.82=23.12则BOD的去除率为：（150-23.12）150100%=84.6%3、SS的去除率4、NH3-N的去除率=37.52.4污水处理厂工艺方案比选城市污水处理厂设计处理方案时，要考虑的因素很多。从表2.1原污水可生化性分析结果可以知道可采用的工艺有很多，而相对来说处理效果好而且技术成熟的工艺有以下几种。1、A2/O工艺2、奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺3、周期循环曝气活性污泥法（CASS）工艺2.4.1 A2/O工艺A-A-O工艺，亦称A2/O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称，按实质意义来说，本工艺称为厌氧缺氧好氧法。本法是在70年代，由美国的一些专家在厌氧好氧（An-O）法脱氮工艺的基础上开发的，其宗旨是开发一项能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。A2/O工艺由厌氧段和好氧段组成，两段可以分别建也可以合建，合建时两段应该以隔板隔开。厌氧池中必须严格控制厌氧条件，使其既无分子态氧，也无NO3-等化合态氧，厌氧段水力停留时间为12h。好氧段结构型式与普通活性污泥法相同，且要保证溶解氧不低于2mg/L，水力停留时间24小时。A2/O工艺流程图如图2.1所示。进水厌氧池缺氧池好氧池沉淀池回流污泥排放剩余污泥图2.1 A2/O工艺流程图内循环1、A2/O工艺优点：1） 在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，污泥不易膨胀。2） 脱氮效果难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。3） 基建费用低，具有较好的脱氮、除磷功能。4） 具有改善污泥沉降性能，减少污泥排放量。5） 具有提高对难降解生物有机物去除效果，运转效果稳定。6） 技术先进成熟，运行稳妥可靠。7） 管理维护简单，运行费用低。8） 国内工程实例多，工艺成熟，易获得工程管理经验。9） 出水水质好，较易于深度处理，出水水质稳定，对外界条件变化有一定的适应性。2、A2/O工艺缺点：1） 处理构筑物较多，施工较难。2） 需增加内循环系统。2.4.2 奥贝尔（Orbal）氧化沟 1、 奥贝尔（Orbal）氧化沟的形式奥贝尔（Orbal）氧化沟是由南非的Huisman提出，其后由美国的Envirex公司改进加以推广，一般采用转碟曝气器。奥贝尔氧化沟为多环反应器系统，通常由三个同心的沟渠串联组成，沟渠呈圆形或椭圆形。污水从外沟道进入，然后流入中沟道，再经过内沟道后由中心岛流出。奥贝尔氧化沟有两个特点，其一是使用曝气盘。由于曝气盘上有大量的曝气孔和三角形凸出物，有助于充氧和推进混合液。尽管盘厚很薄，但具有良好的混合功能。在设计中可以采用较深的氧化沟，同时可以借助配置在氧化沟中各槽中曝气盘数目的不同，变化输入每一槽的供氧量。其二是其反应器的形式为独特的同心圆形的多沟槽系统，因为几个串联的完全混合槽和单槽的动力学是不同的，奥贝尔系统中的每一圆形沟渠均表现单个反应器的特性。2、奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺流程图奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺流程图如图2.2所示。进水沉砂池奥贝尔氧化沟沉淀池回流污泥排放剩余污泥图2.2 奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺流程图3、 奥贝尔（Orbal）氧化沟的工艺特点 1）总投资省。一般来说，进氧化沟不需设初沉池，对于城市污水，只需要设置格栅和沉砂池，对于没有砂和大块杂物的工业废水，可以直接进入氧化沟。此外，氧化沟的缓冲能力较强，污水可以不设调节池。2）污泥量少。奥贝尔氧化沟一般为延时曝气，由于污泥龄较长，污泥量少，因此污泥处理费用较低。3）处理效果好，有较稳定的脱氮除磷功能。奥贝尔氧化沟的出水有机物比其他的活性污泥法都低，在外沟道形成交替的耗氧和大区域的缺氧环境，较高程度地发生“同时消化反硝化”，即使在不设内回流的条件下，也能获得较好的脱氮效果。4）有抗冲击负荷的能力，对高浓度废水有很大的稀释能力。5）技术先进成熟，管理维护简单。6）处理构筑物较多，回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响。7）容积及设备利用率不高。8）转盘曝气的充氧效率低。这是奥贝尔氧化沟的缺点，其转盘动力效率不超过2.0kgO2/(kWh)。2.4.3 CASS工艺1、CASS工艺工作原理CASS（cyclic activated sludge system）是在SBR是基础上发展起来的，即在SBR池前端加了一个生物选择器，实现连续进水，间歇排水的周期循环运行。设置周期选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性能好，抗冲击性强的优质细菌，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，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工艺对污染物质的降解是一个时间上的推流过程，其构筑物集反应、沉淀、排水于一体，是一个好氧/缺氧/厌氧交替运行的过程，因此具有一定的脱氮除磷效果。2、CASS工艺主要技术特征1）连续进水，间歇排水传统SBR工艺为间断进水，间歇排水，而实际污水排放大都是联系或半连续的，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在设计运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。2）运行上的时序性CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。3）运行过程的非稳态性每个工作周期内排水开始时CASS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排水标准及生物降解的难易程度有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。4）溶解氧周期性变化，浓度梯度高CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。因此，反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、转移效率高，这对提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗是有利的。实践证实对同样的曝气设备而言，CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。3、CASS工艺流程CASS工艺流程图如图2.3所示。图2.3 CASS工艺流程图出水此外清毒 进水沉砂池CASS池回流污泥剩余污泥格栅4、CASS工艺主要优点1）工艺流程简单，占地面积小，投资较低。CASS工艺的核心构筑物为CASS池，没有二沉池，一般情况不设调节池及初沉池。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底物浓度，底物流入曝气池的速率即为底物降解速率。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，虽然有进水的干扰，但其影响很小，沉淀效果较好。4）运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标。CASS工艺在设计时已考虑流量变化的因素，能确保污水系统内停留预定的时间后经沉淀排放，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。5）不易发生污泥膨。6）适用范围广，适合分期建设。CASS工艺可以应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛。7）剩余污泥量小，性质稳定。传统活性污泥法的泥龄仅27天，而CASS法泥龄为2530天，所以污泥稳定性好，脱水性能佳，产生的剩余污泥少。去除1BOD产生0.20.3剩余污泥，仅为传统法的60%左右。8）生化池分为生物选择器、厌氧区和主曝气区，利用生物选择器及厌氧区对磷的释放、反硝化作用以及对进水中有机底物的快速吸附及吸收作用，增强了系统的稳定性；同时，曝气区和静止沉淀的过程中都同时进行着消化和反硝化反应，因而具有脱氮除磷的作用。9）自动化程度高，保证出水水质。CASS工艺主要缺点为：设备闲置率高，因采用降堰排水，水头损失大；由于自动化程度高，故对操作人员的素质要求也高。三种污水处理工艺方案具体比较如下表：表2.3 三种工艺方案比较如下表 工艺内容A2/O奥贝尔（Orbal）氧化沟CASS工艺技术可行性先进、成熟、应用广先进、成熟、应用广先进、成熟、应用广水质指标出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化有一定的适应性出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化的适应性较好出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化的适应性较好基础建设费用 较高高高运行费用较高高较高运行管理运转操作单元较多复杂操作单元较少方便操作单元较少方便维修设备多、维修量大设备少、维修量低设备少、维修量低占地较大较大较小要求管理水平高高较高环境影响噪音较大、臭味较小噪音小、臭味较小噪音较大、臭味较小2.4.4 工艺方案选择综上所述， 此三种方法都能达到处理的效果，且出水水质良好，但相对而言，CASS工艺一次性投资较少，占地面积较小，运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标，不易发生污泥膨，剩余污泥量小，性质稳定。A/A/O法除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此 。脱氮效果也难于进一步提高，运行费用高。从节约投资、处理效果及运行管理方面考虑，结合项目时间情况，本次设采用周期循环曝气活性污泥法（CASS）工艺。2.4 处理程度计算2.4.1 CODcr的处理程度 式中 ECODcr的处理程度，（）Ci未处理污水中CODcr的平均浓度，（mg/L）Ce允许排入水体的已处理污水中CODcr的平均浓度，（mg/L）2.4.2 溶解性BOD5的处理程度 式中 EBOD5的处理程度，（）Ci未处理污水中BOD5的平均浓度，（mg/L）Ce允许排入水体的已处理污水中BOD5的平均浓度2.4.3 SS的处理程度 式中 ESS的处理程度，（）Ci未处理污水中SS的平均浓度，（mg/L）Ce允许排入水体的已处理污水中SS的平均浓度，（mg/L）2.4.4 NH3-N的处理程度 式中 ENH3-N的处理程度，（）Ci未处理污水中NH3-N的平均浓度，（mg/L）Ce允许排入水体的已处理污水中NH3-N的平均浓度表2.4 各种污染物处理程度项目BOD5(mg/L)CODcr(mg/L)SS(mg/L)NH3-N (mg/L)进水15025020050出水301202030去除率84.6608537.5第三章 单元构筑物的设计计算3.1粗格栅设计计算3.1.1 设计说明粗格栅设在泵站之前，去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。处理规模：100000 m3/d，最大时流量（最大设计流量）： 3.1.2 栅前明渠宽度B= 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.3889 m3/s V1 栅前明渠内污水流速 m/s，取v=1.0m/s H1 明渠内有效水深 m， 取0.6m N 格栅渠道数，本设计取N=2B= = =1.16 3.1.3 栅条的间隙数 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.3889 m3/s 格栅倾角，取b 栅条间隙，m，取b50 mmn 栅条间隙数，个h 栅前水深，m，取h0.6m v 过栅流速，m/s，取v8.0m/s。则 50个3.1.4 栅槽宽度设栅条宽度S10mm（0.01m）则栅槽宽度BS(n-1)+bn 0.01(50-1)+0.050502.99m,实际设计中取3m由栅槽宽度B可以知道，栅槽宽度较宽，为了便于检修，可以设置两套粗格栅，则每套粗格栅栅槽宽度为3m/2=1.5m。选用FH1500型旋转式机械格栅除污机，具体参数见表3.1。 表3.1 FH500型型旋转式格栅除污机参数型号格栅宽度/mm栅条间距/mm耙齿栅度/mm电机功率/KW格栅倾角耙行速度/（m/min）FH150015005013361.5602数量：两台粗格栅图如下图3.1所示：图3.1 粗格栅设计计算示意图3.1.5 进水渠道渐宽部分的长度进水渠宽B1=1.16 m，其渐宽部分开角度a1=20。= = 0.470m 3.1.6 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度=0.235m 3.1.7 过栅水头损失 式中h1过栅水头损失，m； H0计算水头损失，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；阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时，2.42。为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿见图4。 0.024 m设计中取0.10m3.1.8 栅后槽总高度设栅前渠道超高h2 =0.3m H = h + h1 + h2 = 0.6+ 0.10 + 0.30 =1.00 m 式中 H栅后槽总高度，m h栅前水深，mh2栅前渠道超高，一般采用0.3m3.1.9 栅槽总长度 =2.9 m3.1.10 每日栅渣量计算W在格栅间隙50mm的情况下，设栅渣量为每1m3污水每天产0.02 m3。 W = = = =2.0m3/dW0.2 m3/d，所以宜采用机械清渣。3.2 泵站的设计计算3.2.1 泵房规范要求1、污水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的最高日最高时流量计算确定。2、单独设置的泵站与居住房屋和公共建筑物的距离，应满足规划、消防和环保部门的要求。泵站的地面建筑物造型应与周围环境协调，做到适用、经济、美观，泵站内应绿化。3、泵站室外地坪标高应按城镇防洪标准确定，并符合规划部门要求；泵房室内地坪应比室外地坪高0.20.3m；易受洪水淹没地区的泵站，其入口处设计地面标高应比设计洪水位高0.5m以上；当不能满足上述要求时，可在入口处设置闸槽等临时防洪措施。4、排水泵站的建筑物和附属设施宜采取防腐蚀措施。5、污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵5min的出水量。6、雨水泵站和合流污水泵站集水池的设计最高水位，应与进水管管顶相平。当设计进水管道为压力管时，集水池的设计最高水位可高于进水管管顶，但不得使管道上游地面冒水。7、集水池的设计最低水位，应满足所选水泵吸水头的要求。自灌式泵房尚应满足水泵叶轮浸没深度的要求。8、集水池池底应设集水坑，倾向坑的坡度不宜小于10。9、集水池应设冲洗装置，宜设清泥设施。10、泵房应采用正向进水，应考虑改善水泵吸水管的水力条件，减少滞流或涡流。3.2.2 污水泵计算污水泵流量： 2500 m3/h根据污水高程计算结果，设泵站内总损失为2m，吸压水管路的总损失为2m,则可确定水泵的扬程为：H=H+=（385.318-379.895）+2+2=9.43m 取15m根据流量和扬程，选用500QW2600-15-160潜水排污泵具体参数见表3.2。 表3.2 250QW520-15潜水排污泵参数型号排出口径/mm流量/（m3/h）扬程/m转速/（r/min）电机功率/KW泵重/kg500QW2600-15-1605002600157451603214数量：4台，2用2备 3.2.3 集水池 污水泵总提升能力按Q考虑，及Q=5000m3/h，选两台泵，则每台流量为2500m3/h。选用500QW潜水排污泵四台，另备用两台（两备两用），单泵提升能力为2600 m3/h。集水井容积按最大一台泵5min出流量计算，则其容积为216.67 （m3）设有效水深h为4.0米，则水池面积F为: F=V/h=216.67/4=54.17m 水池宽度取5m,则长度，取8m保护水深为1.2m,实际水深为5.2m池底坡度就小于0.5%集水井最高水位与格栅连接，最低水位374.790m。3.3细格栅设计计算3.3.1 设计说明功能：去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。 处理规模：100000 m3/d，最大时流量（最大设计流量）： 3.3.2 栅前明渠宽度B= 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.3889 m3/s v 栅前明渠内污水流速 m/s 取v=1.0m/s h 明渠内有效水深，取0.6m N 格栅渠道数 本设计取N=2B= = =1.16 3.3.3 栅条的间隙数 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.3889 m3/s 格栅倾角，取b 栅条间隙，m，取b10 mmn 栅条间隙数，个h 栅前水深，m，取h0.6m v 过栅流速，m/s，取v1.0m/s。则 250.6个，取251个3.3.4 栅槽宽度设栅条宽度S10（0.01m）则栅槽宽度BS(n-1)+bn0.01(251-1)+0.0102515.0m由栅槽宽度B可以知道，栅槽宽度较宽，为了便于检修，可以设置三套粗格栅，则每套粗格栅栅槽宽度为5.0m/2=2.5m。选用FH1500型旋转式机械格栅除污机，具体参数见表3.3。 表3.3 FH2500型旋转式格栅除污机参数型号格栅宽度/mm栅条间距/mm耙齿栅度/mm电机功率/KW格栅倾角耙行速度/（m/min）FH25002501010861.5602数量：四台粗格栅图如下图3.2所示：图3.2 细格栅设计计算示意图3.3.5 进水渠道渐宽部分的长度进水渠宽B1=1.16 m，其渐宽部分开角度a1=20。= = 1.84m 3.3.6 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度=0.92m 3.3.7 过栅水头损失 式中h1过栅水头损失，m； H0计算水头损失，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；阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时，2.42。为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿。 0.21m3.3.8 栅后槽总高度设栅前渠道超高h2 =0.3m H = h + h1 + h2 = 0.6+ 0.21 + 0.30 =1.11 m 式中 H栅后槽总高度，m h栅前水深，mh2栅前渠道超高，一般采用0.3m3.3.9 栅槽总长度 =3.40m3.3.10 每日栅渣量计算W在格栅间隙50mm的情况下，设栅渣量为每1m3污水每天产0.05 m3。 W = = = =5.0m3/dW0.2 m3/d，所以宜采用机械清渣3.4 沉砂池的设计计算3.4.1 沉砂池的选择沉砂池的作用是从污水中将比重较大的颗粒去除，其工作原理是以重力分离为基础。我国城市污水处理中，常用的沉砂池类型主要有平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池。平流式沉砂池靠重力自然沉降而达到砂水分离的目的，其特点是占地面积较大，排泥难度高；曝气沉砂池应用比较广泛，通过池中一侧的空气管控制曝气，使污水形成具有一定速度的螺旋形滚动，具有稳定的除砂效果；旋流沉砂池利用水力涡流除砂，粒径在0.20mm以上的颗粒沉砂去除率达85%，砂粒含水率低于60%。为保证除磷效果，按生物除磷设计的污水处理厂，一般不采用曝气沉砂池。目前，国际上广泛应用的旋流沉砂池主要为钟式和比式两大类，钟式优于比式，应用较多，该池形有基建、运行费用低和处理效果好，占地少的优点。钟式沉砂池采用270的进出水方式，池体主要由分选取、集砂区两部分构成，起构成特点是在两个分区之间采用斜坡连接。钟式沉砂池的斜坡式设计，使砂粒主要依靠重力沉降。其排砂方式有两种：一种是靠砂泵排砂，其优势在于设备少、操作简便，但是砂泵磨损严重。另一种是气提排砂，其优势在于系统可靠、耐用，气提之前可以进行气洗，将砂粒上的有机物分离出来，但设备相对较多。综上所述，本工程预处理阶段拟采用钟式沉砂池除砂，气提排砂。3.4.2 沉砂池设计计算一般规定1、 沉砂池按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒设计。 2、当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算，在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。3、沉砂池个数或分格数不应少于2，并宜按并联系列设计。当污水量较小时，可考虑一格工作，一格备用。4、城市污水的沉砂量可按106 m3污水沉砂30 m3计算，其中含水率为60%，容重为1500kg/ m3，合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。 5、砂斗容积应按不大于2d的沉砂量计算，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55。6、沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。7、 沉砂池的超高不宜小于0.3m。3.4.3 设计参数1、最大流速为0.1m/s，最小流速为0.02m/s；2、