精品污水课程设计cass工艺设计.docx
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精品污水课程设计cass工艺设计
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摘要
现拟建一处理规模为4.5万m3/d的某城市污水处理厂，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002二级排放标准。
本设计采用周期循环曝气活性污泥法（CASS）工艺，此工艺具有投资省，处理效果好，运行管理方便等优点，适用于中小型污水处理厂使用。
本设计包含污水处理工艺流程的确定，工艺流程中各单体的计算，施工图纸的绘制等。
本污水处理厂的建设将有效改善受纳水体水质，促进环境与经济的的可持续发展。
关键词：
污水处理厂，CASS工艺，设计
1.污水处理工艺的选择
1.1概述
1.1.1设计的目的及意义
CASS工艺是循环式活性污泥法德缩写。
的整个工艺为一间间歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气——非曝气过程的不断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。
目前，此工艺在国外广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理。
所以在本设计中应用本工艺来处理城镇生活污水，是其达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002二级排放标准。
1.2工程概况
（1）设计水量Q=5.85万m3/d，
（2）水质及处理要求
表1-1进出水水质要求
BOD5
CODcr
SS
TN
NH4+-N
TP
进水mg/l
200
300
210
出水mg/l
（二级排放标准）
20
60
20
（3）厂址概况：
污水处理厂选址西部偏高，东西高程差2m，选址北侧有公路，南侧有河流经过，总面积根据建设规划选取。
1.3国内外处理现状
CASS反应器工艺是以生物反应动力学原理及合理的水利条件为基础而开发的一种具有系统组成简单、运行灵活和可靠性好等优良特点的废水处理新工艺，尤其适合含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理，目前已在欧美等国家得到较多的应用，国内也已开始对此进行研究并逐步在制药、啤酒、印染和化工等行业废水处理的实际工程中得到应用。
1.4工艺流程
图1-1工艺流程图
（1）工艺说明：
处理水主要分三部分：
一、物理处理部分：
进水经格栅后，大部分悬浮物被阻截，之后进沉淀池，水质水量得到调节，大部分污泥下沉。
再进沉淀池，调节水质水量。
二、生化处理部分：
污水由泵抽入CASS池，进入生化处理阶段，经CASS池进水、曝气、沉淀、出水四阶段后水质几近可达到要求。
加药后外排。
三、污泥处理部分，从沉淀池和CASS池出来的污泥进污泥浓缩池，上清液直接外排。
含泥量多的由污泥泵抽入脱水机房，由袋式压滤机压滤成泥饼外运。
（2）工艺比选：
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，目前使用最多的是氧化沟，三沟式氧化沟是未来氧化沟工艺发展的一个主要方向。
下面对CASS和三沟式氧化沟做一对比。
工艺比选见下表1-2
表1-2工艺比选
主体工艺
优缺点比较
CASS法
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法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、脱氮除磷，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。
生物接触
氧化法
缺点：
1.由于池内填充了大量的生物膜载体填料，填料上下两端多数用网格状支架固定，当填料下部的曝气系统发生故障时，维修工作将十分麻烦。
2.填料易老化，一般4－6年需更换一次。
3.由于前端物化处理后废水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜，挂膜不稳定。
脱落的生物膜和絮状污泥在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS超标。
2.粗格栅的计算
2.1污染物去除效率
（1）CODcr去除效率为：
（2）BOD5去除效率为：
（3）SS去除效率为：
2.2粗格栅计算依据
（1）计算依据见表2-1
表2-1粗格栅参数表
重要参数的取值依据
取值
安装倾角一般取60º～70º
θ=60º
栅前水深
h=0.7m
栅条间距宽：
粗：
>40mm中：
15～25mm细：
4～10mm
水流过栅流速一般取0.6～1.0m/s
v=0.8m/s
格栅受污染物阻塞时水头增大的倍数一般采用3
k=3
栅前渠道超高一般采用0.3m
h1=0.3m
栅渣量（m3/103m3污水）取0.1~0.01
W1=0.01W2=0.2
进水渠道渐宽部分的展开角度一般为20º
K
=1.76
栅条断面形状
阻力系数计算公式
形状系数
栅条尺寸（mm）
迎水背水面均为锐边矩形
=β（s/b）4/3
=2.42
长=50，宽S=10
2.3计算过程
取24根
栅条宽度S取0.01m
设计格栅断面形状，迎水背水面均为锐边矩形。
则，形状系数=2.42
则
格栅前渠道超高h取0.3m，格栅的水头损失h=k,水头损失增大倍数k取3
W=
=
=0.45m3/d
W>0.2m3/d，所以宜采用带溢流旁通的机械清渣格栅。
2.4格栅草图
图2-1格栅草图
3.污水提升泵房
3.1设计参数
设计流量：
719L/s
吸水管设计流速宜为0.7~1.5m/s，出水管流速宜为0.8~2.5m/s
3.2泵房设计计算
，采用5台水泵（4用1备），每台设计流量为700m³/h。
、提升净扬程Z=提升后最高水位-泵站吸水池最低水位
、水泵水头损失取h=2m
、水泵的扬程H=Z+h=
根据水泵吸水流量和规范对流速的要求，设计水泵吸水管管径为，流速为；出水管管径为，流速为。
4.细格栅的计算
4.1计算过程
取120根
设计格栅断面形状，迎水背水面均为锐边矩形。
则
，形状系数
=2.42
则
格栅前渠道超高h
取0.3m，格栅的水头损失h
=k
水头损失增大倍数k取3
其中：
-进水渠道渐宽部位的长度，m
（
取20
，B1取0.6m）
W=
=
=4.5m3/d
W>0.2m3/d，所以宜采用带溢流旁通的机械清渣格栅。
5.沉砂池的选择
5.1设计参数
设计流量：
总流量719L/s，分两组，每组流量359.5L/s；
设计流速：
v=0.2m/s；
停留时间：
t=50s；池底坡度：
i=0.06
5.2设计计算
，每格宽b=1m，B=2×1.0=2.0m
，即考虑排泥间隔天数为2d）：
V=（QmaxXT×86400）/（kz×106）=（0.3595×30×2×86400）/（1.38×106）=1.35m3
式中，X为单位污水量沉淀的悬浮泥砂量。
V’=V/2=0.675m3
设计斗底宽a1=0.4m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高h1=0.5m。
则砂斗上口宽：
沉砂斗容积：
，设池底坡度为0.06，坡向砂斗
h2=h1+0.06×l=h1+0.06×3.7=0.7m
池总高度H：
设超高h3=0.3m
H=h+h3+h2=0.3+0.9+0.7=1.9m
6.CASS反应池设计计算
6.1曝气时间ta
设混合液污泥浓度X=3000mg/L（一般取1500~5000mg/L）
污泥负荷一般取0.1～0.4KgBOD5/（KgMLSS·d），本设计取Ns=0.2KgBOD5/（KgMLSS·d）
排出比：
设计取1/m=1/2（一般取1/4～1/2之间）
则
（取ta=5h）
6.2沉淀时间ts
当污泥浓度小于3000mg/L时污泥界面沉降速度为：
设计水温在15oC时，
所以：
设计曝气池水深为H=5.0m（缓冲层高度
）
沉淀时间ts：
6.3运行周期
设排水时间td=1.0h
则整个运行周期时间：
t=ta+ts+td=4+2.3+1.0=7.3小时
每天运行次数n=24/7.3=3.29,取4次
6.4曝气池容积V
设计6个反应池即n0=6
则有：
6.5曝气池平面尺寸
式中F—单组曝气池面积m2
H—曝气池的有效水深m
设每组曝气池宽20m，长52m，则长宽比为2.6
6.6复核出水溶解BOD5
根据设计出水水质，出水溶解性BOD5应小于20mg/L设计中的出水水质中溶解性BOD5为：
计算结果符合要求。
6.7计算剩余污泥
15oC时活性污泥的自身氧化系数Ka（15）
Ka（15）=Kd（15）
其中：
Kd------活性污泥自身氧化系数典型值Kd（20）=0.06
每日产生的污泥量
式中Sa—曝气进水BOD5的浓度；
Se—曝气出水BOD5的浓度；
Y—污泥产率系数，一般取0.5~0.7
Q—污水平均日流量
V—曝气池容积
XV—挥发性污泥浓度，本设计取180mg/L
Ka—污泥自身氧化率
每日排出的污泥量
式中f—0.75
Xr—回流污泥浓度，取1.2kg/m3
6.8复核污泥龄
6.9复核滗水高度
曝气池有效水深H=5m，则滗水高度h：
符合结果与设定值相符合。
6.10需氧量
式中Q2—混合液需氧量（kgO2/d）
a'—活性污泥微生物代谢1kgBOD所需的氧气kg数，取0.42~0.53之间；
Q—污水的平均流量（m3/d）；
Sr—被降解的BOD浓度（g/L）；
b'—每1kg污水每天自身氧化所需的氧气kg数，取0.188~0.11之间；
XV—挥发性总悬浮固体浓度，取3000mg/L。
6.11标准需氧量计算
如果采用鼓风曝气，设曝气池有效水深6.0m,曝气扩散器安装距池底0.2m，则扩散器上静水压为5.8m。
值取0.7，
值取0.95，曝气设备堵塞系数F取0.8，采取管式微孔扩散设备，
25%，扩散器压力损失为300mmH2O，程所处地区为平原地区，大气压力为标准大气压，压力修正系数：
15℃水中溶解氧饱和度为10.2mg/L
，气泡含氧体积分数：
6.11.320℃时，曝气池混合液中平均氧饱和度：
，脱氧清水）充氧量：
选择8台风机，6用2备，单台风机风量为3195.5m3/h。
选8台RF-240型罗茨鼓风机，单台风机风量3258m3/h。
6.11.6曝气器布置
选用膜片式微孔曝气器，通气量1.5~3m3/（h·个），服务面积0.35~0.70m2/个；氧利用率18％-25％；充氧动力效率4~6kgO2/（kw·h）；材质：
合成橡胶，取服务面积为0.5m2/个，则每个CASS池曝气头数量n=62.5×14/0.5=1750个
7.消毒
7.1设计参数
流量
接触时间
水深
隔板间隙
池底坡度2%~3%
排泥管
7.2加氯量的计算
二级处理出水采用液氯消毒时，液氯投加量一般为6—15mg/L，本设计中液氯投加量采用8.0mg/L。
每日加氯量为：
式中q—每日加氯量（kg/d）
—液氯投量（mg/L）
Q—污水设计流量（m3/s）
7.3加氯设备
液氯由真空转子加氯机加入，加氯机设计两台，采用一用一备，每小时加氯量：
。
设计中采用ＺＪ—１型转子加氯机。
7.4消毒接触池计算
本设计采用2个3廊道平流式消毒接触池，单池设计计算如下：
式中V—消毒接触池容积（m3）；
Q—单池污水设计流量（m3/s），
；
t—消毒接触时间（h），一般取30min。
，取260m2。
式中F—消毒接触池表面积（m2）；
h—消毒接触池有效水深（m）。
式中L—消毒接触池廊道总长（m）；
B—消毒接触池廊道单宽（m），设计取4m。
校核长宽比：
符合要求。
式中H—消毒接触池池高（m）；
h—有效水深（m）；
h1—超高（m），一般采用0.3m。
7.5进水部分
每个消毒接触池的进水管径D=700mm，v=0.93m/s。
7.6混合
采用管道混合方式，加氯管线直接接入消毒接触池进水管，为增强混合效果，加氯点后接D=700mm的静态混合器。
水流过静态混合器的水头损失：
静态混合器设3节混合元件，即n=3
7.7出水部分
H—堰上水头（m）；
n—消毒接触池个数；
m—流量系数，一般采用0.42；
b—堰宽，数值上等于池宽（m）。
8.计量设备
8.1计量设备选择
污水厂常用的计量设备有巴氏计量槽、薄壁堰、电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计等。
各种计量设备的比较见表8-1。
污水测量装置的选择原则是精度高、操作简单，水头损失小，不易沉积杂物，其中以巴氏计量槽应用最广泛，其优点是水头损失小，不易发生沉淀。
名称
优点
缺点
适用范围
巴氏计量槽
水头损失，小不易发生沉淀，操作简单。
施工技术要求高，不能自动记录数据
大中小型污水厂
薄壁堰
稳定可靠，操作简单
头损失大，堰前易沉积污泥，不能自动记录数据
小型污水厂
电磁流量计
水头损失小，不易堵塞，精度高，能自动记录数据
价格昂贵，维修困难
大中型污水厂
超声波流量计
水头损失小，不易堵塞，精度高，能自动记录数据
价格昂贵，维修困难
大中型污水厂
涡轮流量计
精度高，能自动记录数据
精度高，能自动记录数据
小型污水厂
本设计的计量设备选用巴氏计量槽，选用的测量范围为：
0.13-0.17m/s。
设计中取喉宽b=0.75m。
8.2巴氏计量槽设计
式中A1—渐缩部分长度（m）；
b—喉部宽度（m）；
A2—喉部长度（m）；
A3—渐扩部分长度（m）；
B1—上游渠道宽度（m）；
B2—下游渠道宽度（m）。
计量槽应设在渠道的直线段上，直线段的长度不应该小于渠道宽度的8-10倍，在计量槽上游，直线段不小于渠宽的2-3倍，下游不小于4-5倍。
计量槽上游直线段长L1为：
计量槽下游直线段长L2为：
计量槽总长L：
当b=0.75m时，
式中H1—上游水深（m）
H1=0.56m
B=0.3-2.5m时，H2/H1
0.7时为自由流，
（1）上游渠道：
过水断面面积A：
湿周f：
水力半径R：
流速v：
水力坡度i：
式中n—粗糙度，一般采用0.013。
（2）下游渠道
过水断面积A:
湿周f：
水力半径R：
流速v：
水力坡度i：
采用重力流铸铁管，Q=0.719m3/s，DN=1000mm，v=0.92m/s。
9.污泥浓缩池
9.1污泥浓缩的目的
污泥浓缩的对象是颗粒间的间隙水，浓缩的目的在于缩小污泥的体积，便于后续污泥处理，如后续处理为机械脱水，浓缩后调理污泥的混凝剂用量、机械设备的处理量可大大减小。
9.2污泥浓缩池设计计算
设计中一般采用浓缩池处理剩余活性污泥，污泥浓缩前含水率99%，浓缩后含水率97%。
式中：
Kd—活性污泥自身氧化系数典型值Kd（14.6）=0.048
Sa=220mg/L,Se=20mg/L,Y=0.6,Q=45000m³/d，V=6900m³，XV=180mg/L，Kd=0.1。
式中Q2—曝气池每日排出的剩余污泥量（m³/d）；
f—0.75；
Xr—回流污泥浓度（mg/L）。
进入浓缩池的剩余污泥量0.0068m3/s=24.48m3/h，采用两个圆形辐流浓缩池，单池流量为：
Q=0.0034m3/s=12.24m3/h
式中F—沉淀部分有效面积（m2）
Q—入流剩余污泥量（m³/d）
G—固体通量[kg/（㎡h）]，一般采用0.8-1.2kg/（m³h）
C—流入浓缩池的剩余污泥浓度（kg/m³），一般采用10kg/m³。
式中V—浓缩池的容积（m³）；
T—浓缩池浓缩时间（h），一般采用10-16h，本设计采用16h。
式中h2—沉淀池有效水深
浓缩池进泥的含水率
浓缩污泥的含水率
选用两台潜污泵来提升污泥（一用一备）。
辐流沉淀池采用中心驱动刮泥机，池底需做成1%的坡度，刮泥机连续转动将污泥推入污泥斗。
池底高度：
，本设计中取0.06m。
式中h4—池底高度（m）；
i—池底坡度，一般采用0.01.
式中h5—污泥斗高度（m）；
—泥斗倾角，为保证排泥顺畅，圆形污泥斗倾角一般采用55°；
a—污泥斗上口半径（m），本设计采用1.5m；
b—污泥斗底部半径（m），本设计采用0.5m。
污泥斗的容积：
污泥斗中污泥停留时间：
，取3.9m。
式中h—浓缩池总高（m）；
h1—超高（m），一般采用0.3m；
h3—缓冲层高度（m），一般采用0.3-0.5m，本设计采用0.5m。
浓缩池溢流出水经过溢流堰进去出水槽，然后汇入出水管排出。
出水槽流量q=0.0023m³/s，设出水槽宽0.2m，水深0.06m，则水流速为0.19m/s。
溢流堰周长：
溢流堰采用单侧90°三角形出水堰，三角堰顶宽0.16m，深0.08m，每格沉淀池有三角堰34.6/0.16=217个。
每个三角堰流量：
式中
为三角堰水深（m）
三角堰后自由跌落0.1m，则出水堰水头损失为0.107m。
溢流水量0.0023m³/s，设溢流管管径DN100mm，管内流速v=0.29m/s。
浓缩池采用中心驱动刮泥机，刮泥机底部设有刮泥板，将污泥推入污泥斗。
剩余污泥量0.0011m³/s，泥量很小，采用污泥管道最小直径DN150mm，间歇将污泥排入贮泥池。
10.贮泥池
10.1贮泥池设计进泥量
Q=Q1+Q2
式中Q—每日产生的污泥量（m3/d）
Q1—初沉污泥量（m3/d）
Q2—浓缩后剩余污泥量（m3/d）
由前面结果可知，Q1=0，Q2=95.04×2=190.08m3/d，每日排泥2次，排泥时间间隔为12小时，每次排泥量为95.04m3/d。
10.2贮泥池的容积
式中V—贮泥池计算容积（m3）
Q—每日产泥量（m3/d）
t—贮泥时间（h），一般采用8~12h
n—贮泥池个数，取2
10.3贮泥池设计容积
V=50.2m3>47.52m3，符合要求
式中V—贮泥池容积（m3）
h2—贮泥池有效深度（m），取2m
h3—污泥斗高度（m）
a—污泥贮池边长（m），取4m
b—污泥斗底边长（m），取1m
n—污泥贮池个数，采用2
—污泥斗倾角，一般采用60°
10.4贮泥池高度
h=h1+h2+h3=0.3+2+2.6=4.9m
式中h1—为超高，取0.3m
10.5管道部分
每个贮泥池设DN150mm的吸泥管一根，2个贮泥池互相连通，连通管用DN200mm，两根来自污泥浓缩池的进泥管DN150mm。
11.污泥脱水
11.1脱水后污泥量计算
11.2脱水机的选择
机械脱水方法有真空吸滤法、压滤法和离心法。
目前常用的脱水机械主要有：
转筒离心机、板框压滤机和带式压滤机，各种脱水机的主要特点见表10-1
表10-1
名称
优点
缺点
适用范围
转筒离心机
构造简单，脱水效果好
动力消耗大，噪声较大
适用大中小型污泥处理装置
板框压滤机
构造简单，劳动强度大
不能连续工作
适用小型污泥处理装置
带式压滤机
可以连续工作，脱水效率高，噪音小，能耗低，操作管理方便
适用小型污泥处理装置
11.3污泥脱水工艺流程
图9-1污泥脱水工艺流程图
12.污水处理厂平面布置
12.1平面布置的一般原则
处理构筑物是污水处理厂的主体构筑物，在做平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区内平面的位置。
对此，应考虑：
（1）贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折；
（2）土方量作到基本平衡，并避免劣质土壤地段；
（3）在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、消化气贮罐等，其间距应按有关规定确定；
（4）各处理构筑物在平面布置上，应考虑适当紧凑。
12.2辅助构筑物的平面布置
污水处理厂内的辅助建筑物有：
泵房、鼓风机房、变电所、机修、仓库、食堂、办公室、集中控制室、水质分析化验室、等。
它们是污水处理厂不可或缺的组成主要组成部分。
可设立试验车间，来不断研究与改进污水处理技术。
辅助建筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。
如变电所宜设于耗电量大的构筑物附近；鼓风机房应设于曝气池附近，来节省管道与动力。
办公室、化验室等均应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物的夏季主风向的上风向处化验室应远离机器间和污泥干化场，以保证良好的工作条件。
操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察个处理构筑物运行情况的位置。
此外在污水处理厂内应广为植树绿化美化厂区，改善卫生条件，以此来改变人们对污水处理厂“不卫生”的传统看法。
规定污水处理厂厂区的绿化面积不少于总面积的30%。
在污水处理厂内部，应合理的修筑道路，方便运输；应设置通向各处理构筑物和辅助建筑物之间的通道，其通道的设计应符合如下要求：
（1）人行道的宽度为：
1.5～2m；
（2）车道的转弯半径不宜小于6m；
（3）主要车行道的宽度：
单车道为：
3.5m，双车道为6～7m.并应有回车道；
（4）天桥宽度不宜小于1m；
（5）通向高架构筑物的扶梯倾角不宜大于45度。
12.3管道、管路及绿化带的布置
（1）应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。
（2）在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。
此外，还应设有能使各处理构筑物独立运行的管、渠，当某一处理构筑物因故停止工作时，使其后接处理构筑物，仍能够保持正常的运行。
（3）在厂区内还设有：
给水管、蒸汽管、空气管、消化气管以及输配电线路。
这些管线有的敷设在地下，但大部都在地上，对其安排，既要便于施工和维护管理，但也要紧凑，少占用地，也可以考虑采用架空的方式敷设。
污水处理厂内各种管渠应全面安排，避免相互干扰，管道复杂时可设置管廊。
12.4平面布置
工艺流程布置根据设计任务书提供的厂区面积和地形，采用直线型布置。
这种布置方式生产联络管线段，水头损失小，管理方便，且有利于日后扩建。
按照功能，将污水厂布置分成三个区域：
（1）、污水处理区，该区域位于污水厂中部，由各项污水处理设施组成，呈直线型布置。
包括污水总泵站，格栅间、沉砂池、cass反应池，消毒接触池、计量堰、鼓风机房、加氯间及氯库。
（2）、污泥处理区，该区域位于位于污水厂主导风向的下风向，由各项污泥处理设施组成，呈直线型布置。
包括污泥回流泵房、污泥浓缩池、贮泥池、污泥堆场等。
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