南通某污水厂设计计算书.docx

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南通某污水厂设计计算书

南通某污水厂设计计算书

南通某污水厂设计

目录1

第一章概述、设计依据2

1.1概述2

1.2设计依据2

第二章工程规模、设计水质及处理工艺确定2

2.1设计规模2

2.2原水设计水质3

2.3设计出水水质：

3

2.4工艺确定4

2.5CASS工艺流程5

第三章污水处理系统的设计与计算6

3.1流量计算6

3.2格栅井及泵房设计7

3.3沉淀池计算9

3.4厌氧水解池设计与计算12

3.5CASS工艺的设计与计算14

3.6纤维过滤工艺19

3.7紫外消毒工艺计算20

3.8污泥池工艺计算21

3.9脱水间22

3.10事故调节池22

第一章概述、设计依据

1.1概述

工程背景：

南通某污水处理厂“BOT”项目

根据通州城镇污水规划，提出了“分片收集，集中处理，达标排放”的思路，近期将在通州区东、西、南、北、中各建一座污水处理厂。

本项目为某污水处理厂，位于通州区某镇。

某镇污水处理厂分多期完成，即一期为5000吨/天，并含约0.8KM能满足尾水排放的尾水管；中期扩至10000吨/天，远期25000吨/天。

原水以工业与生活混合废水为主，原水COD浓度小于500mg/L，出水水质达到城镇污水处理厂一级A排放标准。

1.2设计依据

本设计采用的主要规范及标准：

《城市污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》一级A排放标准

《室外排水设计规范》（GB50014-2006）

《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJ31-89）

《江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标建设技术导则》（第一版）

第二章工程规模、设计水质及处理工艺确定

2.1设计规模

根据当地污水管网建设规划及当地社会区域、经济、人口预测并结合当地发展的实际情况，最终确定某镇污水处理厂近远期规模如下：

2010年污水处理厂规模为0.5万立方米/日。

中期污水处理厂扩至规模为1.0万立方米/日

远期污水处理厂扩至规模为2.5万立方米/日。

2.2原水设计水质

根据当地同类项目监测数据，本项目综合污水水质指标COD范围在450mg/l左右，SS范围在350mg/l左右，NH3－N在40mg/l左右，总磷和总氮大约为8mg/l和54mg/l。

另外，结合当地的实际情况确定最终的污水处理工艺。

项目设计进水水质参数见下表2-1。

表2-1设计进水水质

项目CODcr（mg/L）BOD5

（mg/L）NH3-N（mg/L）SS

（mg/L）总磷

（mg/L）总氮（mg/L）pH值

进水≤500≤200≤40≤350≤8≤546-9

2.3设计出水水质：

污水处理厂的尾水最终通扬运河，根据要求确定本污水处理厂尾水排放标准应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的规定的一级A标准。

由此，可确定本污水处理厂设计出水水质如下：

表2-2设计出水水质

水质

指标CODcr

（mg/l）SS

（mg/l）BOD5

（mg/l）NH3－N

（mg/l）TP

（mg/l）TN

（mg/l）

出水水质≤50≤10≤10≤5（8）≤0.515

表2-2污水处理程度表

水质指标CODcrBOD5SSTNTP

进水（mg/l）500200350548

出水（mg/l）≤50≤10≤10≤15≤0.5

去除率（%）≥90≥95≥97≥72≥94

2.4工艺确定

污水处理厂规模大小对处理工艺选择影响较大。

一般大型污水处理厂多用常规活性污泥法，中、小型污水处理厂则多用氧化沟法和SBR法及其改进法。

污水处理厂的环境条件也是确定处理工艺的重要因素，在城市、人口稠密等环境质量要求高的地区或占地受限的地区，直接采用占地少、卫生条件好的工艺，如SBR工艺、间歇式活性污泥法工艺、MSBR工艺等。

CASS工艺是循环式活性污泥法（CyclicActivatedSludgeSystem）的简称，是间歇式活性污泥法的一种变形。

其主要原理是：

把序批式活性污泥法（SBR）的反应池沿长度方向分为两部分，前部为预反应区，后部为主反应区。

在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附废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，对进水水质、水量、pH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，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，完成对废水中有机物质的降解。

CASS工艺同时能够比较充分发挥活性污泥的降解功能。

也能够减轻二沉淀池的负荷，有利于提高二沉池固液分离效果。

CASS工艺在实践上已经得到了大量的应用，积累有非常丰富的经验，是一种适用于各种规模的经济高效的污水处理方法，在一个（或多个平行运行）的反应容积可变的池子中，完成生物降解过程和泥水分离过程，由于CASS工艺按“充水—排水”以及“曝气—非曝气”顺序完成污水处理过程并不断重复循环进行，故隶属于序批式活性污泥法（SBR-SequencingBatchReactor）工艺，是SBR工艺的改进。

运行实践来看，CASS工艺与其它废水处理工艺相比确实是一种先进实用的工艺。

具体体现在以下几个方面：

（1）此工艺建设费用低，与常规活性污泥法相比，省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，工艺流程简洁，建设费用可节省10%～25%，占地面积可减少20%～35%。

（2）运转费用省。

由于曝气是周期性的，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%～25%。

此外，本工程采用自吸式射流曝气系统，以取代噪声大、系统复杂的鼓风曝气系统，所以与鼓风曝气系统相比，整个系统运行声音小，设备和管道简单、操作方便，更重要的是射流曝气的生物活性强，反应迅速，可大大缩短处理周期。

　　（3）有机物去除率高，出水水质好。

　　（4）管理简单，运行可靠，能有效防止污泥膨胀。

与传统的SBR工艺相比，CASS最大的特点在于增加了一个预反应区，且可以按连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水）的方式运行，没有明显标志的反应阶段和闲置阶段。

设置预反应区的主要目的是使系统选择出良好的絮凝性生物。

　　据有关资料介绍，污泥膨胀的直接原因是丝状菌的过量繁殖。

由于丝状菌比菌胶团的比表面积大，因此，有利于摄取低浓度底物。

而一般丝状菌的比增殖速率比其它细菌小，在高底物浓度下菌胶团和丝状菌都以较大速率降解底物和增殖，但由于菌胶团细菌比增殖速率较大，其增殖量也很大，从而占优势。

所以CASS池首端设计合理的预反应区可以有效地抑制丝状菌的生长和繁殖，克服污泥膨胀。

　（5）控制系统设计紧密结合CASS工艺特点，管理简单，运行可靠。

（6）污泥产量低，性质稳定。

2.5CASS工艺流程

本项目污水厂出水控制在一级A标准，故污水处理工艺必定要求以“除磷脱氮二级处理（CASS工艺）+深度处理工艺。

对污水处理工艺的选择应当十分慎重，污水处理工艺选择应当充分考虑污水量和污水水质以及经济条件和管理水平，优先选用技术先进、安全可靠、低投入、占地少、操作管理方便的处理工艺。

对于常规的城市污水处理厂的污水（生活污水为主，工业水含量较少）进行活性污泥法处理，满足一级B出水标准后，再进行深度处理，基本能够满足一级A标准的要求，而二级处理可选的工艺很多，如A/O法、A2O及其改进工艺、氧化沟及其改进工艺、SBR法及其改进工艺等等，均能取得良好效果。

但是对于某些城市污水处理厂，由于工业废水所占比例较大而且成分较复杂的情况下，会对常规的A/O、氧化沟法等工艺造成较大的冲击，使得系统运行不稳定，影响处理效果。

由于考虑到工业废水水质的影响，为保证后续处理工艺进水水质的稳定，避免因BOD5/CODcr和C/N比值不稳定影响后续处理效果，本工程工艺前段增加水解酸化池，进一步提高BOD5/CODcr比值，满足易生化处理要求。

水解酸化池的作用是在进水水质B/C和C/N比不稳定的情况下，在水解阶段把固体物质降解为溶解性物质，大分子物质降解为小分子物质，在酸化阶段把碳水化合物降解为脂肪酸，提高废水的可生化性，维持后续处理工艺正常运行，保证出水水质。

因此，本污水处理厂工程最终的工艺流程组成为：

“水解酸化＋CASS生化处理＋纤维转盘过滤+紫外消毒”。

图2-1项目工艺流程简图

污水处理系统的设计与计算

3.1流量计算

一期设计流量：

平均流量：

Qa=5000t/d≈5000m3/d=208.3m3/h=0.058m3/s

总变化系数：

Kz=（Qa－平均流量，L/s）

=

=1.74

∴设计流量Qmax：

Qmax=Kz×Qa=1.74×5000=8700m3/d=362.5m3/h=0.100m3/s

远期设计流量：

平均流量：

Qa=25000t/d≈25000m3/d=1041.5m3/h=0.29m3/s

总变化系数：

Kz=（Qa－平均流量，L/s）

=

=1.44

∴设计流量Qmax：

Qmax=Kz×Qa=1.44×25000=36000m3/d=1500m3/h=0.417m3/s

3.2格栅井及泵房设计

3.2.1进水闸门井的设计

进水闸门井单独设定,为钢筋混凝土结构。

设闸门井一座,闸门尺寸为DN800,共两套。

其具体尺寸为3.3×5400m,有效尺寸为2.5m×4.6m×6.0m。

设一台圆形闸门2个。

当污水厂正常运行时开启,当后序构筑物事故检修时,关闭某一闸门或者全部关闭,使污水通过超越管流出污水处理厂。

3.2.2格栅的设计与计算

其计算简图如图一所示。

格栅按远期25000m3/d计算。

（1）格栅间隙数:

设栅前水深h=1.1m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.01m,格栅倾角70°，建议格栅数为2，一备一用。

==≈37个

Qmax：

按远期25000吨/日时计算，流量变化系数为1.44

（2）格栅宽度:

设栅条宽度S=0.01m,

B=S（n-1）+bn=0.01×（37-1）+0.01×370.73≈0.8m

（3）通过格栅的水头损失：

设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，=3），

=

=

=0.232m

（4）每日栅渣量：

在格栅间隙为10mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.07m3，

=m3/d

考虑到格栅与提升井一体设计，深度较大采用机械清渣。

图3-1格栅计算示意图

2.2.3污水提升泵房的设计

（1）设计流量和扬程的确定

设计流量一般按最高日最大时的污水流量确定，同时考虑一期与远期规划的相容。

远期按Qmax=417L/s

设4台水泵，三用一备，预留一个水泵安装位置。

每台的流量为104.25L/s，一期时安装2台

（2）水泵选定

选择型号为WQ300-13-22污水泵。

其额定性能参数为：

扬程13m，流量300m3/h,转速1470r/min，功率22Kw,效率72%.

（3）集水池容积的确定

集水池的容积设计为最大一台泵15分钟的流量，即集水池的容积为104.25*3600*15/60*10-3=93.8m3。

取长×宽×高为9.5m×8.0m×2.3m，则集水池的容积为174.8m3。

可以满足要求。

（4）机组尺寸的确定

机组安装在共同的基础上，基础的作用是支撑并固定机组，使它运行平稳，不致发生剧烈的震动，更不容许产生基础沉降。

因此对基础的要求是：

坚实牢固，除承受机组静荷载外还能承受机组震动荷载。

基础尺寸一般按所选水泵的安装尺寸确定。

基础长为L=8000mm

基础宽为B=1675mm

在池底板预埋800mm*300mm，10mm厚钢板。

3.3沉淀池计算

该沉淀池采用中心进水，周边出水的辐流式沉淀池，采用刮泥机进行刮泥。

设计1座辐流式。

1．沉淀池面积（A）

设：

最大进水量（单个沉淀池）Qmax

Qmax==362.5m3/h=0.10m3/s

平均进水量为Qa=0.058m3/s

表面负荷：

q范围为1.5—3.0m3/m2.h，取q=1.8m3/m2.h

m2

2.沉淀池直径（D）

3.有效水深为（h1）

设：

水力停留时间（沉淀时间）：

t=1.45h，初沉池1-2h

则：

h1=qt=1.81.45=2.61m

校核（介于6～12,符合要求）

4.沉淀区有效容积（V1）

V1=A×h1=201.3×1.45=291.9m3

5.贮泥斗容积：

污泥量（G）计算：

G=q（C0-Ce）/106=5000*（350-10）/106=1.7t/d

则：

污泥区所需存泥容积V泥：

则污泥区高度为

≈0.50m

6.沉淀池总高度：

设：

缓冲层高度h3=1.0m（采用机械排泥缓冲层上缘高出刮泥板0.3m以上）

超高为h4=0.5m

则：

池边总高度为

h=h1+h2+h3+h4=2.61+0.50+1.0+0.5=4.61m，设计取4.7m

设：

池底坡度为i=0.062

则：

池底坡度降为

则：

池中心总深度为

H=h+h5=4.70+0.44=5.14m

7.校核堰负荷：

径深比

最大堰负荷

以上各项均符合要求。

8.辐流式沉淀池计算草图如下：

图3-2幅流沉淀池计算图

（一）

图3-3幅流沉淀池计算图

（二）

3.4厌氧水解池设计与计算

3.4.1设计参数

设计流量为5000m3/d，设计为两座每座的设计流量为2500m3/d。

由于

水力停留时间：

h（反应区t1=6.1h，泥水分离区t1=1.5h）

污泥浓度：

=2500mg/L

污泥回流液浓度：

=15000mg/L

污泥回流比R：

10-20%

3.4.2设计计算

（1）水解池的反应区容积：

=2500×6.1/24=635.0m3

（2水解池的反应区尺寸：

有效水深取为=4.80m,则厌氧池的面积：

=128.04m2

设计水解池宽度为B为7.0m,长度L:

≈19.4m

考虑0.4m的超高，故池总高为=5.2m。

（3）污泥回流量的计算

回流比计算：

=0.20

污泥回流量：

=0.20×2500=500m3/d=20.8m3/h

（4）泥水分离区尺寸：

v为1.5-3.0m/h，取2.5m/h

分离区有效面积f2：

f2=m2

（5）沉淀区有效水深h2

H2=v*t*3600=2.5*1.5=3.75m，取3.80m

t为沉淀时间,一般取值为1.0-2.0h,取1.5h.

（6）中心管有效面积f1

f1=

v0为中心管流速,一般取值为30mm/s.

（7）中心管直径d0

d0=

（8）沉淀区总面积A

A=f1+f2=49.6+0.964=50.56m2

（9）沉淀区边长L,

采用与反应区合建,B=7.0,采用长方形.

L=A/B=50.56/7.0=7.2m

设计采用7.2m

（10）污泥斗尺寸

斗底宽度0.8m，泥斗斜壁与水平角度为54度，污泥斗高度h为4.0m

（11）总高度H

超高h1为0.57m，，喇叭口与反射板高度h3为0.4m缓冲层高度h4为0.33m。

H=h1+h2+h3+h4+h=0.57+3.80+0.4+0.33+4.0=9.10m

（12）喇叭口直径d1

d1=1.35d0=1.1*1.35=1.485m，取1.5m

（13）反射板直径d2

d1=1.30d1=1.3*1.48=1.92m，取1.9m

图3-4水解池计算图

3.5CASS工艺的设计与计算

3.5.1计算参数

本设计中的CASS反应池分四格。

计算参数如下：

设计流量Q=5000m3/d，设计进水水质BOD5=170mg/L；COD=360mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=40mg/L；污水水温16.7℃。

以上数据为水解池出水预测。

CASS设计出水水质BOD5≤12mg/L；COD≤50mg/L；SS≤15mg/L；NH3-N≤5mg/L；TP≤0.5mg/L。

（考虑最终排放后确定）

污泥产率系数Y=0.55;污泥浓度（MLSS）X=3500mg/L;挥发性污泥浓度（MLVSS）XV=2450mg/L;污泥龄=30d;内源代谢系数Kd=0.055.

3.5.2设计计算

（1）污泥负荷：

NS=K2*Sz*f/η

其中：

f—MLVSS/MLSS，一般为0.7—0.8，取0.7；

K2—有基机质降解速率常数,一般为0.0168-0.0281,取0.0168；

η—有机物去除率,η=（BOD进-BOD出）/BOD进,为0.94；

Sz—出水BOD5浓度；

NS=K2*Sz*f/η=0.7*10*0.0168/0.94=0.125kgBOD5/kgMLSS*d

（2）曝气时间：

设混合液污泥的浓度=3500mg/L,污泥负荷=0.125kgBOD5/kgMLSS,充水比=0.24，曝气时间为：

==2.23≈2.5（h）

（3）沉淀时间：

根据活性污泥界面的沉降速度、排出比确定。

　　活性污泥界面的沉降速度和MLSS浓度有关。

由经验公式得出：

　　当MLSS≤3000mg／l时，Vmax＝7.4×104×t×X0-1.7　　当MLSS＞3000mg／l时，Vmax＝4.6×104×X0-1.26　

　式中　Vmax－活性污泥界面的沉降速度（m／h）　　　　　t－水温℃　　　　　XO－开始沉降时的MLSS浓度（mg／l）

　Vmax＝4.6×104×X0-1.26=4.6×104×3500-1.26=1.57（h）

设曝气池水深=5m，缓冲层高度为m，沉淀时间为：

==1.08≈1.0（h）

（4）排水时间：

设排水时间=0.5h。

（5）运行周期

运行周期=2.5+1.0+0.5=4.0（h）

设计取值为：

4.0小时

（6）每日周期数：

=6

（7）曝气池容积：

曝气池个数=4，每座曝气池容积：

==868（m3）

（8）池体尺寸计算：

池有效水深（He）为5.0m，单池面积为A,

A==6（m2）

设池体宽度（B）为7.0m,则长度（L）,L==（m），取25m。

（9）复核出水溶解性BOD5

根据设计出水水质，

出水溶解性BOD5

=12-7.1*0.06*0.70*15=7.5mg/L

式中：

——出水溶解性BOD5；

——CASS池出水总BOD5，取=12mg/L；

——活性污泥自身氧化系数，为0.06；

——CASS出水SS中VSS所占的比例，取0.70；

——CASS出水SS，为15mg/L。

应小于7.5mg/L。

本设计中出水溶解性BOD5：

==6.3（mg/L）

计算结果满足设计要求。

（10）.计算剩余污泥量

活性污泥自身氧化系数：

==0.041

剩余生物污泥量：

式中——出水溶解性BOD5；

——CASS出水总BOD5，取=12mg/L；

——活性污泥自身氧化系数，为0.06；

——Cass池出水SS中VSS所占的比例，取0.70；

——Cass池出水SS，取15mg/L。

带入数据得

=446.875-318.99=127.89（kg/d）

剩余非生物污泥：

=

=5000×（1-0.7×0.70）×（200-15）/1000

=471.75（kg/d）

剩余污泥总量：

=+=127.89+471.74=599.64（kg/d）

剩余污泥浓度：

==460.5（mg/L）

（11）.复核污泥泥龄

=-3

=39.8（d）

计算结果表明，污泥泥龄可以满足氨氮完全硝化的需要。

（12）复核滗水高度

曝气池有效水深m，滗水高度：

=1.2（m）

复核结果与设定值相同。

（13）设计需氧量

考虑最不利情况，按夏季时高水温计算设计需氧量。

根据《室外排水设计规范GBJ14-1987》（1997年版）第6.7.2条，设计需氧量AOR：

AOR=-

公式中，第二部分为氨氮硝化需氧量，、、为计算系数，

，，。

AOR=

=1.47×5000×+4.6×-1.42×127.89

=1120.88+734.4-181.60

=1673.68（kg/d）

（14）.标准需氧量

SOR=

（CS（20）20℃时氧的饱和度，取9.17mg/L；T=25℃；CS（T）25℃时氧的饱和度，取8.38mg/L；C溶解氧浓度，取1.8mg/L；α=0.85；β=0.95；ρ=0.909）

SOR==2665.44（kg/d）

空气用量：

==38629.6（m3/d）

最大气水比=38629.6/5000=7.7。

（15）.曝气设备的选择：

设28台曝气机，参数如下：

电机功率：

5.5KW，最大工作深度：

6m，实际工作深度5.0，空气量106m3/h,

充氧量：

≥6.5kgO2/h，

实际供氧量:

6.5*28*2.5*6=2730（kg/d）,满足要求.

（16）．CASS池的布置

CASS池共四座，每座主反应区长25.0m,宽7m，水深5m，超高0.5，设0.5m不利水深，总高度为5.0+0.5+0.5=6.0m，有效体积为875m3。

预反应区长3m，有效容积105m3。

单座CASS池布置如图所示。

图3.5CASS曝气池布置示意图

3.6纤维过滤工艺

3.6.1设计参数

设计流量5000m3/d,Qmax==362.5m3/h=0.10m3/s,设计进水水质BOD5≤12mg/L；；SS≤15mg/L；设计出水水质:

BOD5≤10mg/L；；SS≤5mg/L.

3.6.2设计计算

（1）过滤面积（A）计算

取滤速：

V≤15m3/h.m2

=m2

（2）过滤盘数（N）计算

单盘有效面积（A单）为A单=5.2m2

过滤盘数（N）N=A/A单

=24.2/5.2=4.65，实际安装5片

（2）瞬时反洗流量Q反计算

按常规瞬时反洗流量为8%的过滤水量,Q反=Qmax*8%=28.96m3/h

反冲洗泵要求：

Q=30m3/h，H=9m，N=2.2Kw

（3）反冲洗水量V反计算

总反冲洗量小于过滤流量的1%，按0.9%计，V反=Qmax*0.9%=78.3m3/d

（4）反冲洗水含水率p

P=1-（S0-SE）*Qmax/V反

=1-（15-5）*10-8*8700/78.3=0.09999=99.99%

3.7紫外消毒工艺计算

3.7.1设计参数

　　依据设备厂商提供的紫外线消毒系统的主要参数，设计流量为10000m3/d（一二期合用），Q