污水处理厂CAST设计计算

《水污染控制工程》课程设计班级：环工0702学号：071601433姓名：左燕指导老师：陈广元扬州大学环境科学与工程学院二零一零年一月2/23目录一、设计任务……………………………………………………………………3（一）工程概述……………………………………………………………3（二）原始资料……………………………………………………………3（三）设计要求……………………………………………………………3二、设计计算……………………………………………………………………4（一）设计水量……………………………………………………………4（二）设计水质……………………………………………………………4（三）设计方案……………………………………………………………4（四）工艺计算……………………………………………………………81、粗格栅………………………………………………………………82、集水间………………………………………………………………93、泵房…………………………………………………………………104、细格栅………………………………………………………………105、沉砂池………………………………………………………………116、CASS池……………………………………………………………137、空气管系统…………………………………………………………188、消毒池………………………………………………………………189、污泥浓缩池…………………………………………………………18三、平面布置和高程布置…………………………………………………20（一）平面布置……………………………………………………………20（二）高程布置……………………………………………………………20四、主要参考文献……………………………………………………………223/23一、设计任务（一）、工程概述某城镇位于长江下游，现有常住人口90000人。该城镇规划期为十年（2000-2010），规划期末人口为100000人，生活污水排放定额为220L/(cap·d)，拟建一城镇污水处理厂，处理全城镇污水，同时，要求所有工业污水均处理达到国家排放下水道标准后再排放城镇下水道。污水处理厂排放标准为中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级标准的B标准，主要控制指标如下：CODcr:≦60mg/LBOD5≦20mg/L石油类：≦3mg/LSS:≦20mg/LpH:6-9色度：≦30倍NH3-N:≦15mg/L总磷：≦1.5mg/L（二）、原始资料1、气象资料：(1)气温：全年平均气温为18.5℃，最高气温为42.0℃，最低气温为-6.0℃(2)降雨量：年平均1125.5mm，日最大238.0mm(3)最大积雪深度600mm，最大冻土深度30mm(4)主要风向：冬季——西北风夏季——东南风(5)风速：历年平均为3.15m/s，最大为15.6m/s2、排水现状：城镇主干道下均敷设排污管、雨水管道，雨污分流。3、排放水体：污水处理厂厂址位于镇西北角，厂区地面标高为6.30m，排放水体常年平均水位标高为3.20m，最高洪水位为5.20m。该水体为全镇生活和灌溉水源，镇规划确保其水质不低于三类水标准。（三）、设计要求1、工艺选择要求技术先进，在处理出水达到排放要求的基础上，鼓励采用新技术。2、充分考虑污水处理与废水利用相结合，如：废水灌溉、污泥还田、废水养殖等。3、除磷脱氮是工艺选择中关键之一，方案设计中必须全面考虑。4/234、工程造价是工程经济比较的基础，控制工程总造价是小城镇生活污水处理的关键之一。5、工程运行管理方便，处理成本低。结合小城镇的特点，设计污水运行管理系统，该系统主要解决如下几个问题：（1）最大限度降低处理成本，具体包括处理动力、人员工资、设备维修等费用。（2）污水处理厂间隙运转情况下，如何保证出水水质。二、设计计算（一）、设计水量Q=220×100000=2.2万t/d=254.6L/sKz=0.112.7Q=0.112.7254.6=1.47则Q设=1.47×254.6L/s=374.3L/s=3.234万t/d（二）、设计水质项目进水(mg/L)出水(mg/L)去除量(mg/L)去除率﹪CODCr3006024080BOD51802016089SS2002018090NH3-N30151550总磷51.53.570（三）、设计方案对于处理能力小于10万吨/天的中小型污水处理场来说，氧化沟和SBR及其改良工艺如：CASS;CAST;ICEAS等工艺是首选工艺。其原因是：1、去除有机物及N、P效率高；抗冲击负荷能力强；可不设初沉池及二沉池，设施简单，省基建费，方便管理；2、基建费低，且规模越小，优势越明显；处理设备基本可实现国产化，设备费大幅降低。3、由于中小城市水量、水质负荷变化大，经济水平有限，技术力量相对薄弱，管理水平相对较低等特点，采用氧化沟和SBR及其改进型是适宜的。传统活性污泥及其改进型A/0、A2/0、AB工艺，处理单元多，操作管理复杂，尤其是污泥厌氧消化工艺，对管理水平要求较高。污泥厌氧消化可回收一部分能量，根据我国污水处理的实践经验，污水处理厂设计规模达到20×104m3/d5/23以上，才具有经济性。这里对CASS和Carrousel氧化沟做一对比：1、优缺点比较CASS池：优点：（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污染物的冲击。（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。（7）CASS系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。（8）适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。（9）工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。缺点：（1）容积利用率低、出水不连续、运行控制复杂。（2）需曝气能耗多，污泥产量大。卡罗塞（Carrousel）氧化沟：优点：工艺的可靠性高；运行简单；能在不影响出水水质的前提下，处理冲击/有毒负荷；适用于小型处理厂的经济工艺；与延时曝气相比，能耗更少；能去除营养物；出水水质好；污泥稳定；污泥产量少。缺点：结构大，需要的空间更大；F/M低，容易引起污泥膨胀；一些改进的氧化沟工艺是有专利权的，可能就需要使用许可费；与传统CMAS和推流式处理工艺相比，曝气能耗更高；很难进行厂区扩建。2、体积比较氧化沟体积计算1、硝化容积总污泥龄一般取10～30d左右,取25d;曝气池溶解氧浓度DO=2mg/L.要求出水水质NH3-N=2mg/L，NO3-N=10mg/L(1)由于设计的出水5BOD为20mg/L,处理水中非溶解性5BOD值可用下列公式求得,此公式适用于氧化沟。0.23550.71.421feBODCe0.2350.7201.421e=13.6mg/L式中Ce———出水中5BOD的浓度,mg/L。6/23因此,处理水中溶解性5BOD为:20-13.6=6.4mg/L(2)采用污泥龄25d,则日产泥量据公式0.622000(1806.4)916.611000(10.0530)rwaQLbtkg/d式中Q———氧化沟设计流量,m3/d;a———污泥增长系数,一般为0.5～0.7,取0.6;b———污泥自身氧化率,一般为0.04～0.1,取0.05(1/d);rL———(oeLL),去除的5BOD浓度,mg/L;mt———污泥龄,d;oL———进水5BOD浓度,mg/L;eL———出水溶解性5BOD浓度,mg/L。一般情况下,其中有12.4%为氮,近似等于总凯式氮(TKN)中用合成部分为0.124×916.6=113.66kg/dTKN中有113.66100022000=5.2mg/L用于合成需用于氧化的NH3-N=30-5.2-2=22.8mg/L需用于还原的NO3-N=22.8-10=12.8mg/L（3）原假定污泥龄为25d,则硝化速率n=10.0425L/d。单位基质利用率U=nba=0.040.050.6=0.15kg5BOD/(kgMLVSS·d)式中n———硝化速率1/d;a———污泥增长系数,一般为0.5～0.7,取0.6;b———污泥自身氧化率,一般为0.04～0.1,取0.05(1/d)。活性污泥浓度MLSS一般为2000～4000mg/L(也可采用高达6000mg/L),这里取MLSS=4000mg/L,在一般情况下,MLVSS(混合液可挥发性悬浮固体浓度)与MLSS的比值是比较的固定的,在0.75左右。在这里取0.75。故MLVSS=0.75×4000=3000mg/L;所需MLVSS总量=214220000.1771000=26598.9kg;硝化容积:Vn=(26598.9/3000)×1000=8866.3m3;2、反硝化区容积18.5℃时,反硝化速率为7/23(20)[0.03()0.029]TdnFqM(18.520)31800.030.0291.081641024=0.028kg/（kg·d）式中F———有机底物降解量,即5BOD的浓度，mg/L;M———微生物量，mg/L;θ———脱硝温度修正系数,取1.08。还原NO3-N的总量=12.8220001000=281.6kg;脱氮所需MLSS=281.610057.140.028kg;脱氮所需池容:Vdn=10057.143352.43.0m3。3、氧化沟总容积总池容为V=Vn+Vdn=8866.3+3352.4=12218.7m3。CASS池体积计算计算1）有机基质降解率：η=（Sa－Se）/Sa=18020180=89%2）BOD-污泥负荷sN：2esKSfN0.018200.750.89=0.303kgBOD5/(kgMLSS·d)K2——有机基质降解速率常数，生活污水的K2值取0.018L/(mg·d)Se——混合液中残存的有机基质浓度，已知为20mg／Lf——混合液中挥发性悬浮物固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，一般在生活污水中，f=0.753）污泥指数（SVI）值：德国ATV标准SVI设计值处理目标SVI（mL/g）工业废水影响小工业废水影响大无硝化100~150120~180硝化（及反硝化）100~150120~180污泥稳定75~120120~150由表知：SVI=1108/234）混合液污泥浓度wN一般CASS池的活性污泥浓度wN控制在2.5—4.0kg/m3内,污泥指数SVI大时，wN取下限，反之应取上限。在本工艺中，SVI=110，取wN=3.0kg/m3CASS池容积（负荷计算法）3516475.00.3303.0)02.018.0(22000)(mfNNSSQVwsea，取5200m3sN——BOD-污泥负荷率，kgBOD5/(kgMLSS·d)比较得知CASS工艺主体构筑物比氧化沟小很多，更经济。由上总结确定选用CASS工艺（四）、工艺计算1、粗格栅设两组粗格栅，一用一备。栅前水深为h=0.4m(取0.3~0.5m)，过栅流速为v=0.9m/s(取0.6~1.0m/s），格栅安装倾角为60(取60~75)格栅计算草图如下:1）栅条间隙数n选用粗格栅栅条间隙为30mmmaxsin0.38sin60330.030.40.9Qnehv2)格栅宽度(栅条宽度s取0.01m)B=S（n－1）+en=0.01×32+0.03×33=1.31m9/23