一个2000户大型农村生活污水处理工程设计毕业论文
2020-04-15 21:23:39
摘 要
本次的毕业设计是一个2000户大型的、日污水量大概为1000吨的农村生活污水处理工程的设计。该设计的主要内容是是工艺流程的选择及构筑物的设计和计算。初步设计是完成设计说明书1份、污水处理厂的总平面和管线布置图共2张、高程图共1张,单项处理构筑物图共6张图纸。
该农村污水处理厂工程的总规模约为1000m3/d。污水处理工艺上使用了:农村污水→格栅井→集水井→平流沉砂池→调节池→CASS池→消毒池→巴氏计量槽→排放 的污水处理流程。
而污泥处理工艺方面则污泥浓缩池、贮泥池、和污泥脱水机房三部分组成。污泥由污泥泵通过污泥管进入污泥浓缩池,然后进入贮泥池,最终进入污泥脱水泵房,处理好的污泥进行外运。
关键词:农村污水处理 CASS工艺 污泥处理工艺 污水处理厂
第一章 工程设计
1.1 设计任务和要求
1.1.1 设计任务
一个2000户大型农村生活污水处理工程设计。
1.1.2 设计要求
①选择并设计适宜的农村污水处理工艺 |
②计算出处理工艺各构筑物的基本尺寸; |
③对处理工艺各构筑物(包括附属构筑物)进行平面和高程布置; |
④编制设计说明书和设计计算书。 |
1.2 设计基本资料
在我的课题是一个大约2000户的大型农村,人口在10万人以下,属于一个农村小镇,适用于《小城镇污水处理工程技术指南》。
农村生活污水向来都有着水量少、水质简单、污染治理力度小、环保意识薄弱、局部污染问题显著等特点,其收集及处理设施都应该结合当地水力水质条件以及经济发展状况,因地制宜地选择工艺和施工方法,在控制工程造价及运行成本的同时能够尽量做到效果显著、管理方便、操作简单、能耗小等,在达到环保标准的同时也要减轻污水处理对村民带来的经济压力。
而村镇污水处理厂工程是村镇水处理与污染控制的重要组成部分,同时也是村镇基础设施完善程度和衡量村镇现代化的标志之一。我的课题目标是一个农村小镇(2000户左右,进水量1000吨左右),排放污水的水量与水质的比较稳定且单一,而我的方案设计的特点是:利用SBR工艺的升级版——CASS工艺,能够显著提高污水负荷的同时,大大节省了占地与投资,由于CASS中每个池体水位可调、进水多少都是可控的,因此能够很好地根据各个时期地水量进行调整(如出现雨季和旱季),极好地避免了“大马拉小车”的现象,节能经济同时高效。
设计的主要内容为:选择并设计CASS处理工艺;在设计中加入湿地这一自然净化工艺;计算出处理工艺各构筑物的基本尺寸;对处理工艺各构筑物(包括附属构筑物)进行平面和高程布置;对该处理工艺进行初步预算。
第二章 污水厂设计总述
2.1 设计水量分析
经过详细核算,污水厂要求每天处理水量为1000吨,污水处理站每日工作大概24小时,即41.7t/h.由于该污水厂区周围位于农村,考虑到有养殖户和农田灌溉,水质较差,同时处理后的水要排入自然湿地,完全处理的水有着一定的回用水需求,因此工艺要求符合
设计污水量::
总变化系数:z=2.0(受到季节和气温的影响,南方城市的降水和用水变化大,而进行污水处理厂设计的时候设计的是24小时连续进水,因此平均时污水量较小,污水量变化较大,因此将总变化系数定为2.0)
设计最大时污水量:Qmax= 23.2 L/s
2.2 设计水质分析
1、进水水质:
污水厂进水水质按下表考虑:
水质指标 | CODCr | BOD5 | SS | NH3-N | TN | TP | PH |
水质mg/L | 350 | 175 | 150 | 30 | 40 | 3.0 | 6-8 |
2、出水水质:
水质指标 | CODCr | BOD5 | SS | NH3-N | TN | TP | pH |
出水水质(mg/L) | 50 | 10 | 10 | 5 | 15 | 0.5 | 6-8 |
2.3 各污水处理方案的比较与选择
2.3.1 活性污泥法工艺
参考了,对脱氮除磷有要求,应采用二级强化处理。
常见的二级强化处理工艺如A2/O工艺、SBR及其改良工艺以及常见的氧化沟工艺等等。在设计中,如果日处理能力低于十万立方米,那么污水处理设施中常见使用的方法是:氧化沟方法,SBR以及改进方法,水解好氧法,AB方法等。
在我的设计中的处理对象污水属于农村生活污水,我选择了氧化沟工艺、SBR工艺及CASS工艺三种工艺方案。
以下为三种工艺的比较:
2.3.1.1 氧化沟工艺
氧化沟工艺可以同时实现有机物氧化、氮硝化,在我国,氧化沟工艺是使用较多的工艺。
氧化沟工艺有以下技术以及经济方面的特点:
氧化沟工艺优点 | 氧化沟工艺缺点 |
a.工艺流程简单,构筑物省、运行管理方便; | 该工艺的缺点是不适合小水量的处理。 |
b.曝气设备和构造形式多样化,运行灵活; | |
c.处理效果稳定,出水水质量耗,并可实现脱氮除磷; | |
d.基建投资省,运行费用低; | |
e.产泥量少、污泥性能好; | |
f.能承受水量、水质冲击,对高浓度工业废水有很大的稀释能力。 |
2.3.1.2 SBR工艺
SBR工艺是最早出现的活性污泥工艺。
SBR工艺过程包括进水、反应阶段、沉淀、排水排泥以及闲置阶段,有着完整的操作过程。
SBR工艺有以下特点:
SBR工艺优点 | SBR工艺缺点 |
A.生物反应和沉淀池在一个构筑物内完成,节省占地,土建造价低; | A.实际运行中往往削弱脱氮除磷效果 |
B.具有完全混合式和推流式曝气池的优势,承受水量水质冲击负荷能力强; | B.限量或半限量曝气进水方式,将影响磷的释放 |
C.污泥沉降性能好,不易发生污泥膨胀; | C.影响硝化态氮的反硝化作用而影响脱氮效果 |
D.对有机物和氮的去除效果好; |
2.3.1.3 CASS工艺
每一个CASS反应器是由三个主要区域组成,它们分别是生物选择区、兼氧区还有主反应区:
生物选择区 | 位于CASS前端的一小部分,(这部分容积大概占用反应器总容积的10%左右)。生物选择区的水力停留时间一般为0.5-1h,整个阶段通常在厌氧或者是兼氧的条件中。 |
兼氧区 | 兼性厌氧区具有着辅助生物选择区部分的作用——进水的水质与水量的缓冲作用,同时兼氧区还具有着促进磷的进一步释放的作用以及强化氮的硝化的作用。 |
主反应区 | 主反应区是cass工艺中最终去除有机底物的主要场所。运行中,通常将主反应区的曝气强度加以控制,为了使反应区内能够处于好氧状态,但是活性污泥结构内部却基本处于缺氧状态,这样能够使溶解氧向污泥絮体的传递受到一定限制,而硝态的氮从污泥内向主体溶液的传递却不受限制,这样一来,主反应区中同时发生有机污染物的降解、以及同步硝化和反硝化作用。 |
CASS工艺中的运行模式与传统SBR法有些类似,由进水、反应、沉淀和出水及必要的闲置等五个阶段组成。
①充水/曝气过程 | 曝气与充水同时进行,若整个周期循环时间为6小时,则充水/曝气需要4小时。 |
②沉淀过程 | 该过程时候停止进水/曝气,沉淀时间大约为一小时,沉淀形成凝絮层,上层为清液 |
③滗水 | 滗水阶段将继续停止进水/曝气过程,用滗水器排水(滗水器是整个系统中非常关键的设备,它会根据事先设定的高低水位,通过限位开关控制,同时使用变频马达驱动。滗水器有防浮渣装置,能够使出水通过无渣区再经堰板和管道将其排出。 |
④闲置 | 在实际的工艺运行中,常常会出现滗水所需时间小于理论时间,在滗水器返回初始位置三分钟后即开始为闲置阶段,此阶段可充水。 |
在设计CASS系统时候,由于参考了CASS工艺的特点,至少设两个池子,设两个池子的目的在于:双池的交替使用能够使得整个系统连续接纳进水,当第一个池子正处在沉淀/滗水的流程中,第二个池子就会错开第一个池子的流程,进行充水/曝气。
2.3.4 三种工艺进行比较
工艺类型 | 优点 | 缺点 |
SBR工艺 | A.生物反应和沉淀池在一个构筑物内完成,节省占地,土建造价低; B.具有完全混合式和推流式曝气池的优势,承受水量水质冲击负荷能力强; C.污泥沉降性能好,不易发生污泥膨胀; D.对有机物和氮的去除效果好; | 传统的SBR工艺除磷的效果不理想 |
氧化沟工艺 | 与其它生物处理工艺相比,有以下技术、经济方面的特点: a.工艺流程简单,构筑物省、运行管理方便; b.曝气设备和构造形式多样化,运行灵活; c.处理效果稳定,出水水质量耗,并可实现脱氮除磷; d.基建投资省,运行费用低; e.产泥量少、污泥性能好; f.能承受水量、水质冲击,对高浓度工业废水有很大的稀释能力。 | 该工艺的缺点是不适合小水量的处理。 |
CASS处理工艺 | ①出水水质好 ②对冲击负荷的适应性强 ③活性污泥性能好 ④投资和占地面积小 ⑤能耗低 | 1. 冬季或低温会对运行有影响 |
由于本设计的污水处理量很小,对于造价的要求比较严格,要考虑到减少村民的经济压力,经过以上比较,选择CASS工艺。
2.3.2 污泥处理工艺
水处理工程中的很多工艺流程都会产生副产物——也就是污泥,因此如何处理污泥同样是水处理工艺中非常重要的一部分。而水处理产生的污泥通常由沉泥、浮渣和剩余污泥等数个部分构成。
通常情况下,污泥体积中的99.5%-99.7%是水,污泥体积仅仅占有大约0.3%-0.5%左右。
污泥处理工艺的首要目的是对污泥进行减量。
缩小污泥体积的方法主要包括浓缩法、调理法、脱水法和干化法等等;而稳定污泥中有机物则主要有以下途径:污泥消化、污泥焚烧、污泥氧化和消毒等等。
A.污泥调理 | 对于污泥中所含有的物理性质而言,污泥颗粒的大小通常直接影响着污泥的浓缩和脱水。污泥颗粒的大小是影响污泥脱水性能重要因素,污泥颗粒越小,则比表面积就会越大,因此污泥就能够更好地水合,对过滤的阻力就会更大,造成的消极影响就是:改变污泥脱水性能就要用到更多的药剂来达到相同的效率。 污泥调理就是克服水合作用,增大污泥的颗粒,利于浓缩和过滤。 调理的途径大致分为两种:一是在污泥中加入混凝剂,改变颗粒表面静电力性质,使污泥颗粒脱稳,更易凝聚;二是改善污泥颗粒的结构,可减小过滤阻力。 |
B.污泥浓缩 | 在污泥工艺中,污泥浓缩是降低污泥含水率,减少污泥体积的主要方法,进行污泥浓缩能够利于后续处理和利用。 |
C.污泥脱水 | 污泥脱水同样是污泥处理工艺中必不可缺的一个环节,能够使得污泥脱水通常是经过自然干化和机械脱水来完成,其中,以机械脱水方法的应用最为广泛。 |
D.污泥利用和处置 | 污泥经过以上浓缩、调理、脱水、干燥等处理后,就可以进行最后一步——利用和处置,主要有农业利用、工业利用和最终处置。 农业利用方面,可把污泥作为肥料或饲料;工业利用则是将污泥燃烧后的灰做建筑材料,污泥消化产生的气可做动力燃料,污泥最终进行填埋。 |
污泥浓缩的常见方法有:重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。
常用污泥浓缩方法及比较
浓缩方法 | 优点 | 缺点 | 适用范围 |
重力浓缩法 | 贮泥能力强、动力消耗小、操作方便 | 占地面积大、浓缩效果一般、浓缩后含水率较高 | 主要用于浓缩初沉污泥、初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥 |
气浮 浓缩法 | 占地面积小、浓缩效果好、浓缩后含水率低,臭气少 | 占地面积、运行费用小于重力浓缩法,但动力消耗、操作要求高于重力浓缩法 | 主要用于浓缩初沉污泥、初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥;特别适用于浓缩过程中易发生污泥膨胀、易发酵的剩余活性污泥和生物膜法污泥 |
离心 浓缩法 | 占地面积很小、处理能力大、含水率低、全封闭、无臭气 | 专用离心机价格高,电耗是高,操作要求高 | 目的主要用于难以浓缩的剩余活性污泥和场地小,卫生条件要求高,浓缩后污泥含水率很低的场合 |
以下是各脱水方法的对比表格:
方法 | 优点 | 缺点 | 适用范围 | |
机械 脱水 | 板框压滤机 间歇脱水 液压过滤 | 泥饼含固率高、固体回 收率高、药品消耗少、 滤液清澈 | 间歇操作、过滤能力较低基建设备投资大 | 其他脱水设备适用的场合需要减少运输、干燥或焚烧费用,降低填埋用地的场合 |
带式压滤机 连续脱水 机械挤压 | 机器制造容易,附属设备少,投资、能耗低连续操作,管理简便、脱水能力大 | 聚合物价格贵,运行费用高脱水效率不及板框压滤机 | 特别适用于无机性污泥的脱水 | |
离心机 连续脱水 离心力作用 | 基建投资少、占地少、设备结构紧凑不投加或少投加化学药剂、处理能力大且效果好,总处理费用较低自动化程度高,操作简便 | 国内目前多采用进口离心机,价格昂贵电力消耗大,污泥中含有沙砾,容易磨损设备有一定噪声 | 不适用于密度差很小或液相密度大于固相的污泥脱水 | |
自然干化 | 污泥干化场 间歇运行 自然蒸发和渗滤 | 基建投资少、设备投资少操作方便、运行费用低、劳动强度大 | 占地面积大、卫生条件差受污泥性质和气候影响大 | 用于渗滤性能好的污泥脱水气候比较干燥的地区,多雨地区不宜建于露天环境条件允许的地区 |
2.3.3 污水处理与污泥处理工艺选择
该设计的脱氮除磷工艺选择以CASS为核心的工艺,配合其他物理化学法,能有效降低废水中的各项污染指标,从而使废水达标排放。
根据综合分析,为使该废水处理产生的剩余污泥进行有效的处理和处置,应先将污泥的体积缩小,可通过浓缩和脱水来达到,该方法具有运行方便、效果好等特点。污泥浓缩选择重力浓缩法自然浓缩,污泥脱水装置选择带式压滤机
2.4.1 整体工艺处理流程
2.4.2 工艺流程说明
生活污水自流进格栅井,通过粗细格栅去除粗大的固体杂质后汇集至集水井。通过提升泵的提升进入初沉池,利用自然沉降作用,可以达到去除绝大部分悬浮物和泥沙的作用。沉砂池后的水自流至调节池,调节池可以进行对目标水的水质水量进行调节,调解后的水通过污水泵泵入CASS工艺池中。
作为整个污水处理系统的主体部分——CASS池中的活性污泥吸附污水中的悬浮固体以及胶状物质,微生物则利用污水中的可溶性有机物来进行自身繁殖。非溶解性的有机物则要先被转化成溶解性的有机物,转化为溶解性有机物之后才能被微生物代谢和利用,通过这整个流程污水便可以得到净化。CASS池排水通过滗水器排入消毒池,依靠二氧化氯发生装置投加的氯有效杀灭污水中的病原体和细菌。最终出水通过流量计、COD在线监测和NH3-N在线监测达标后排放入小型湿地。在湿地中的水可以取用。
在污泥处理方面,来自于初沉池、CASS池中的污泥先经过污泥浓缩池、贮泥池,通过重力浓缩减少体积后再后泵入带式压滤机进行脱水。脱水后的污泥根据实际需求与情况选择外运堆肥或填埋。
第三章 污水处理构筑物设计说明计算
3.0 工程内容
该农村污水处理厂采用的是CASS工艺,污水处理厂处理总量1000m3/d,其主要工程内容为:
a.预处理系统 |
b.污水二级处理 |
c.污水消毒后处理 |
d.污泥处理 |
e.厂区附属建筑 |
3.1 预处理
预处理部分的设计内容主要包括进水渠、格栅井、集水井以及调节池,这些预处理工艺对进水进行初步处理,能有效去除废水中的大体积、大颗粒污染物。
3.1.1 污水渠
农村污水(包括生活污水、养殖畜牧污水和灌溉污水)经过收集管道进入污水渠,污水渠流经污水处理厂时,设置拦河坝,将污水通过进水渠引入污水处理厂。
进水渠断面为矩形,污水量Qmax = 23.2 L/s,取流速为v = 0.7 m/s,则根据最优水力断面公式计算得进水渠的高度和宽度的比例是1比2,进水渠宽度为B1 = 0.81 m,进水渠有效水深h =0.41 m。进水渠底面取污水渠最低水位以下0.3 m。
为避免地面积水、雨水流入进水渠内,进水渠应高于地面0.1 m,则进水渠总深度为H = 0.61 m。
3.2 格栅井
3.2.1 设计参数
Qmax =23.2L/s;
栅前流速v1 = 0.5 m/s | 过栅流速 v= 0.7 m/s |
栅条宽度s=20mm | 格栅间隙b = 20 mm |
栅前部分长度0.5 m | 格栅倾角α= 60° |
单位栅渣量W1 = 0.05 m3栅渣每103 m3污水。 |
(设计参数参考:
计算公式——栅槽宽度:B=S(n-1) bn ;
过栅水头损失n=Qmax(sinα)1/2/(b*h*v)
栅槽总高度h1=k*h0 h0=ξ*v*sinα/(2g)
栅槽总长度:H=h h1 h2 H1=h h2
设计参数——过栅流速v=0.6~1.0m/s 格栅倾角α=45o~75o
栅前流速 v1=0.4~0.9m/s
栅渣量:b=16~25mm,W1=0.10~0.05m3/104m3
B=30~55,W1=0.10~0.05m3/104m3)
3.2.2 设计计算部分
3.2.2.1粗格栅
- 栅前水深
根据公式
,则栅前槽宽= 0.22m,得栅前水深h= 0.11 m
2.栅条的间隙数n :
n = 0.0232x0.93/(0.02x0.11x0.7)=14.01
取n=14
3.栅槽宽度B
B=S(n-1) b n =0.02x(14-1) 0.02x14=0.54
4.进水渠道至栅槽渐宽部分长
(B=0.54,B1=0.22,渐宽部分展开角度a1 = 20°)
L1 = 0.439=0.44 m
5.栅槽至出水渠道间减缩部分长度
L2 = L1/2 = 0.22 m
6.栅水头损失(h1)
(矩形断面β=2.42,则k=3;s=0.02,b=0.02,v=0.7)
h1 = 0.157 m
- 栅后槽总高度(H)
栅前槽总高度H1 = h h2 = 0.11 0.3 = 0.41m,计算如下表:
栅前渠道超高h1= 0.3 m |
栅前水深h=0.10 |
h2格栅的水头损失=0.1m |
8.每日栅渣量
在栅间隙为0.02m的条件下,粗格栅取较小值,W1 = 0.05 m3/ m3。
每日栅渣量为:
(Qmax=0.0232,W1=0.05,kz=2.0)
W=0.050112lt;0.2m3/d ,所以设计采用得是手动清渣。
3.2.2.2细格栅
1设计参数
Qmax = 23.2L/s; | |
栅前流速v1 = 0.7 m/s | 过栅流速v2 = 0.9 m/s |
栅条宽度s = 0.01 m | 格栅间隙b=5 mm |
栅前部分长度0.5 m | 格栅倾角α= 60° |
单位栅渣量ω1 = 0.10 m3栅渣/103m3污水。 |
2 设计计算
(1)首先确定格栅前水深:
根据计算得,槽前宽度为B1 = 0.25 m,栅前水深。H = 0.12 m
栅条的间隙数:
n = 0.0232x0.93/(0.005x0.12x0.9)=39.95取40
栅槽有效宽度:
B=S(n-1) b n =0.005x(40-1) 0.005x40=0.395
(4)进水渠道的渐宽部分L:
设定的展开角度取:
则
L1 = 0.199=0.20m
- 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分的L2= 0.2m
(6)水损:
(矩形断面β=2.42,则k=3;s=0.01,b=0.005,v=0.9)
h1 = 0.258 m
(7)栅后槽总高度H=h1 h2 h3:
本设计取:
h1(栅前水深)=0.12 |
h2(格栅的水头损失)=0.258m |
h3(栅前渠道超高)= 0.3 m |
H=h1 h2 h3= 0.12 0.258 0.3 = 0.678m
(8)日栅渣量:
W = 0.0442 m3/d
经计算,每日的栅渣量小于0.2 m3/d,所以本设计的清渣方式为手动清渣。
3.3 集水井和提升泵站
3.3.1 设计参数
设计流量:Q = 11.6 L/s,Qmax=23.2L/s
3.3.2 设计计算
(1)流量
(2)扬程
水泵扬程H:
H=Hss Hsd Σhs Σhd
(Hss为集水池最低水位与水泵轴高差,Hsd为水泵轴与压水管出水口高差,Σhs为吸水管水头损失,Σhd为压水管水头损失)
本设计采用CASS工艺方案,规模小、设计简单、同时本设计的日污水量较小。对于新建的污水处理厂而言,污水只考虑一次提升。
污水泵将污水经提升至有效高度再流入平流沉砂池,再以自流方式依次通过调节池、CASS反应池以及消毒池,最后由出水管道排入湿地。
污水提升前水位-2.5m(即泵站吸水池最底水位),提升后水位4.21m(即泵房后水面标高)所以Hss Hsd=6.71m。
水泵以及泵房内阀门等水头损失总计取Σhs Σhd=2m。
从而需水泵扬程H=Hss Hsd Σhs Σhd = 8.81 m。
水泵主要作用为缓冲来水水量,方便水泵的提升,以利于后续处理。水力停留时间取15min,根据最大流量选用潜污泵3台(2用1备),单台泵Q=43m3/h,扬程H=13m,P=3.0kw;采用高、中、低水位分别启动水泵,通过液位变送器来实现自动控制。
(3)集水井设计计算
① 设计要求
机组布置时,根据设计规范,机组与机组之间的距离不应过小,机组和墙壁间也应该保留距离。参照规范考虑到电动机容量小于50kw时,机组净距不小于0.8米,取0.8。机组与墙的距离不小于0.8米,取0.8.机组至低压配电盘的距离不小于1.5米。考虑到检修的可能,应留有足够距离以抽出泵轴和电机转子,如无单独的检修间,则泵房内应留有足够的场地。此外,泵站内的主要通道应并不小于1.0~1.2米。集水池的容积应大于污水泵5分钟的出水量。
该设计中,取三机组的中心距离为3米,最边上的机组与墙的距离为1米,则泵房总长=1 3 3 1=6m。
②设计计算
根据上面选择的泵,单台泵的流量为43m3/h,即0.012m³/s,因此在三台泵同时工作时,五分钟内的出水量为0.012×5×60×3=40.5m³,考虑到有效利用体积
集水井尺寸:3200mm×3200mm×2500mm
有效高度:2.0m
数量:1座
材质:钢筋混凝土
构造:全地埋
(4)泵房计算
根据设计的需求,选择设计泵房一座,污水泵设计建造于集水池旁边,整个泵房(包括集水池在内)的平面尺寸为长8米,宽8米
3.4 沉砂池
3.4.1 设计参数
选用平流沉砂池。
最大设计流量为Qmax=0.0232m3/s,Qd=0.0116m3/s,Kz=2.0
根据查找《室外排水设计规范》,设计要求如下:
最大流速应为0.3m/s,最小流速应为0.15m/s |
最高时流量觉得停留时间不小于30s |
有效水深不应大于1.2m,每格宽度不宜小于0.6m |
设计最大流量:Qmax = 23.2 L/s=0.0232m3/s
设计流速:v = 0.15 m/s
设计的水力停留时间HRT = 40 s
3.4.2 设计计算
(1)沉砂池长度:L = vHRT= 8m
(2)水流断面积:A = Q/v(Qmax=0.0232,v=0.15) = 0.1546m2
(3)池总宽度:
由于污水量较小,而沉砂池规范上设计n至少为2,因此设计n=2格,一用一备。根据规范,每格宽b不小于0.6m,因此选取b = 1.2 m
则池总宽B =nb(2x0.6) =2.4m,设计宽度为3.0m
(4)有效水深:
H2 = A/B = 0.2577m
(5)贮泥区所需容积:
排泥间隔天数T=2
沉砂池容积V=(86400xQmaxxXT)/1000xKz=0.06m3
(式中为城镇污水沉砂量X一般取0.03L/m3.)
计算得污泥体积V1 = 0.06 m3,因此沉砂池池底设有2个沉砂斗,每个沉砂斗的容积取0.03m3。
(6)尺寸及容积计算:
斗底宽a1 = 0.15m |
斗壁与水平面的倾角为60° |
斗高h3 = 0.1 m |
沉砂斗上口宽:a = 2hd/tan60o a1 =0.115 0.15=0.265m |
沉砂斗容积:
V = 0.044 m3
(经计算,V=0.044略大于设计污泥斗体积0.03 m3,则符合要求。)
(7)沉砂池高度:
沉泥区高度为:h3 =0.1 0.06x(8-0.265) =0.564m
池总高度为(设超高h1 = 0.3 m):
H =h1 h2 h3=0.3 0.6 0.564=1.464m
3.5 调节池
3.5.1 设计参数
设计最大处理规模为23.2 L/s。平流沉砂池的出水经调节池流入CASS池,主要对污水进行水质、水量的调节,缓冲高峰时期的污水量,保护后续污水处理设备。
设水力停留时间为4h,则调节池有效容积为4x83.4m3/h=333.6m3。
计算参数:
池子高度H=4.5m | 池子超高0.5m | 有效水深h=4m |
池长L=9.14m | 池宽B=9.14m |
则:A=V/h=83.4m2(池长x池宽=83.4)
池子总尺寸为:LBH=9.14x9.14x4.5=375.3m3
调节池提升泵选型由CASS池决定,CASS池6h为1个周期,每周期进水250m3,进水2h,2池交替运行,则泵的流量为62.5m3。选用3台自吸式排污泵80ZW65-25(2用1备),Q=65m3/h,H=25m,P=7.5kw;水泵运行采用时序控制,并通过液位变送器设置高、低液位报警系统。池中设潜水搅拌机QJB1.5型2台,功率1.5KW,用于起搅拌混合作用。
调节池的设计尺寸为LBH=9.3x9.3x5
3.5.2 设计计算
(1)进水管管径D1:
根据设计最大流量为Qmax = 0.0232 m3/s,若选用进水管管径为250mm,当进水管径为D1 = 250 mm时经计算流速为0.47m/s,流速<1.0m/s,因此满足设计要求,选用250mm的管。
(2)调节池出水管管径:D = 0.25
其中 v2——配水井污水流速,m/s,一般采用0.2-0.4 m/s,本设计取0.3 m/s。
(3) 配水漏斗上口口径
按配水井内径的1.5倍设计,则D = 1.5,D1 =1.5×250=375mm
3.6 CASS池
3.6.1 设计说明
CASS池是整个污水处理系统的主要处理部分。
设计两个CASS反应器,交替运行。
根据设计,进水与曝气同时进行,则设计进水时长2h,曝气4h(进水与曝气同时进行)。第二阶段沉淀1h,滗水1h,则整个周期6h,一天进行4个周期。
排水比设计为1/3,经过计算,,则总的有效容积为250×3=750m3。
池子尺寸为12000mm×10000mm×5500mm。
生物选择区是CASS前端大约占10%的小容积区,水力停留时间为0.5h,则计算出容积为62.5m3
兼氧区停留时间取1.0h,则有效容积为125m3。兼氧区挂弹性填料,高度2.0m,面积14.4m2。
计算过程如下:
3.6.2 设计参数
(1)设计参数
1.CASS池6h为1个周期,每周期进水250m3,进水2h,2池交替运行 |
2.混合液中挥发性悬浮物固体浓度与总悬浮物固体浓度的比值,一般为0.75 |
3.混合液污泥浓度一般控制在2.5-4.5kg/m3之间 |
4.污泥回流比为0.2,选择器容积为主反应区容积的6% |
由污水厂的施行实例得出该污水厂的运行周期为6h。.CASS池6h为1个周期,每周期进水250m3,进水2h,2池交替运行
污泥回流比为0.2,选择器的容积取主反应区容积的6%。
(2)BOD5去除率计算
根据公式据选出水中非溶解性BOD5 = 7.1bXaCe
式中:
Ce——出水中悬浮固体(SS)浓度,mg/L,取10mg/L; |
b——微生物自身氧化率,一般介于0.05-0.1 之间,取0.08 |
Xa——活性微生物在出水中所占的比例,取0.4. |
代入各值,得:
BOD5=7.1× 0.08 × 0.4 × 10 = 2.27mg/L
因此,出水中溶解性BOD5的值为
10-2.27=7.73mg/L
则,BOD5去除率为:
η=(175-7.73)/175=95.58%
所以该污水厂BOD5的处理程度为95.58%。
(3)CASS 池—SS 负荷率(Ns)的确定
取f=0.75,K2=0.020,则:
式中:
Ns——BOD-SS 负荷率,kgBOD5/(kgMLSS . d); |
K2——有机基质降解速率常数,一般为0.0168—0.0281; |
Se——混合液残存的有机基质(BOD)浓度,mg/L,在这里为7.73mg/L, |
η——有机物去除率,%,这里为0.952; |
f——活性污泥中挥发性有机物的含量,取值150mg/L |
(4)CASS 池容积(负荷计算法)
污水设计日流量Q = 1000m3/d,取X=4kg/m3 =4000mg/L,
则CASS 池容积为:
V=Q(So-Se)/Ns X f=1000x(175-7.75)/0.13x4000x0.75=428.84m3
式中:
Q——设计流量,m3/d |
So——进入CASS 池有机物浓度,mg/L; |
Se——CASS 池排放有机物浓度,mg/L |
X——混合液污泥浓度,mg/L,一般将X 控制在2.5—4.5kg/m3范围内 |
(5)CASS 池各部分容积组成及最高水位
单池面积:
A=V/(H n1)=428.84/(5x2)=42.884
CASS池采用长方形,则长方形尺寸为:
长x宽x高=4.5*10*5
最高设计水位至滗水器排放最低水位之间的高度为:
,SVI=110,
泥面:
安全距离H2(滗水面与泥面高差)为:
变动容积计算:
;
安全容积计算:
;
污泥沉淀浓缩容积计算:
。
满足
(6)
预反应区半径为:
(7)
由于污泥回流比设计为0.2,则选择器的容积设计应取主反应区容积的6%,即5.146m3,则选择器的半径R0为:
(8)隔墙底部连通孔口尺寸A1
设计取用孔口数n3=4,孔口流速为u=40m/h,则A1为:
(9)
T=6h(曝气4.0h,进水与曝气同时进行,沉淀1.0h,滗水1.0h)
(10)需氧量计算
取a′=0.45,b′ = 0.15,单位换算:1000kg/m3=1mg/L,则需氧量为:
式中:
O2——混合液需氧量,kgO2/d |
a′——微生物对有机物氧化分解过程的需氧量,即微生物每代谢1kgBOD 所需样的氧气,kg,生活污水为0.42—0.53 |
b′——活性污泥微生物自身氧化的需氧量,即每千克活性污泥每天自身氧化的需氧量,kg,生活污水为0.11—0.188 |
(11)计算脱氧清水充氧量
一般设计参考气压为730.2mm 汞柱,即为P=0.9732× 105Pa
则气压修正系数可以得出:
距池底0.3m 处装有微孔曝气头,则根据池深5m得出淹没水深H=4.7m,计算得绝对压力为:
EA为20%,:
夏季水温为17-27℃之间,CS(17) (清水氧饱和度)由查表得 9.74mg/L,则Csb(CASS 池内时溶解氧饱和度的平均值):
设计中,α = 0.85,β = 0.95,混溶解氧浓度C=2mg/L,查表得CS(20) = 9.17mg/L
标况下,可计算R0(转移到曝气池内混合液的总氧量)为:
(12)供气量计算:
设计max最大气水比=908/1000 = 0.908
(13)
混合液回流比取24%,选用自吸式排污泵65ZW15-30型4台(2用2备),流量15m3/h,扬程15m,功率3.0kw。
(14)污泥产量计算
污泥的产量计算由《给排水设计手册》第五册得:
系统每日产泥量为:
污水处理每千克BOD5时产生的污泥量为:
q剩余污泥量:
(16)
QR = 30.01× 20% = 6.00m3/d = 0.25m3/h
3.7 接触消毒与加氯间
3.7.1 参数
消毒采用二氧化氯消毒剂,由于污水量较小,消毒剂使用量不会太大,因此该消毒药剂设计为通过二氧化氯发生器现场制备。
生活污水有效氯的投加量按8mg/L计,需有效氯投加量1000g/h,选用产有效氯500g/h的KDB-350型二氧化氯发生装置2台,总有效氯产量1000g/h。
生产原料为,反应后通过二氧化氯发生器内的计量泵送至消毒池。
。
:
设计流量:Q = 23.2 L/s | 水力停留时间:T =40 min | 投氯量为:ρ=8.0 mg/L |
平均水深:h = 2.5-3m | 隔板间隔:b = 2.0 m |
3.7.2 设计计算
(1)消毒池计算:
容积:V = QT = 55.68 m3
面积:A = 18.56 m2
单格廊道宽取B = 3 m,设计取1个廊道,则池长取7m。
接触池超高0.3m,则接触池总高度h = 3.3m。
(2)
= 8.0 mg/L,
Ω= ρmaxQ = 0.334 kg/h
选用产有效氯500g/h的KDB-350型二氧化氯发生装置2台,总有效氯产量1.0kg/h。
(3)混合装置:
为保证二氧化氯发生器的正常工作,需接入自来水管一根,压力不小于0.3MPa。
(4)设计尺寸:7000x3000x3000mm
3.7.3 计量排放渠
计量排放渠是整个污水站处理的最终排放口,主要用于在线监测仪的取样分析,同时平缓水流,以便精确计量总出水量。选用巴氏计量槽1套。
排放渠尺寸:6880mm×400mm×1300mm
构造图:
构造图
(1)设计参数
巴氏计量槽各部分尺寸
测量范围(m3/s) | W(m) | B(m) | A(m) | 2/3A(m) | C(m) | D(m) |
0.040~0.500 | 0.30 | 1.350 | 1.377 | 0.918 | 0.60 | 0.84 |
0.055~0.650 | 0.40 | 1.400 | 1.428 | 0.952 | 0.70 | 0.96 |
0.080~0.900 | 0.50 | 1.450 | 1.479 | 0.986 | 0.80 | 1.08 |
0.100~1.100 | 0.60 | 1.500 | 1.530 | 1.020 | 0.90 | 1.20 |
表5 巴氏计量槽的各部分尺寸
W(m) | B(m) | A(m) | 2/3A(m) | C(m) | D(m) |
0.60 | 1.500 | 1.530 | 1.020 | 0.90 | 1.20 |
(2)H1计算
W=0.40时,流量
上游水深H1:
W ——计量槽喉宽,m |
H1——上游水深,m |
Q——水流流量,这里取水厂的设计水量m3/s |
(3)下游水深计算
由于W=0.60,故该污水厂的计量槽为自由流。不需记下下游水深。
第四章 污泥工艺设计说明计算
4.1 工艺流程
为有效的处理和处置废水处理产生的剩余污泥,应进行污泥处理,其中,污泥浓缩选择重力浓缩法自然浓缩,污泥脱水装置选择带式压滤机。
4.2 设计参数表
1.进泥含水率 | 当为初次污泥时,其含水率一般为95%~98%;当为剩余活性污泥时,其含水率一般为99.2%~99.6%;当为混合活性污泥时,其含水率一般为98%~99.5% 。 |
2.污泥固体负荷 | 当为初次污泥时,污泥固体负荷宜采用80~120kg/(m2·d); 当为剩余活性污泥时,污泥固体负荷宜采用30~60kg/(m2·d); 当为混合活性污泥时,污泥固体负荷宜采用25~80kg/(m2·d) |
3.浓缩后污泥含水率 | 由二沉池进入污泥浓缩池的污泥含水率,当采用99.2%~99.6%时,浓缩后污泥含水率宜为97%~98% 。 |
4.污泥停留时间 | 浓缩时间不宜小于12小时,但也不要大于24小时,以防止污泥厌氧腐化。 |
5.有效池深 | 一般为4m,最低不小于3m 。 |
6.污泥量 | 污水处理系统每日排出污泥干重为518kg/d,即为按含水率为99%计的污泥流量Qw=518m3/d=21.6m3/h |
4.3 污泥浓缩池
4.3.1 形式
,通过自然沉降作用,排除污泥中的部分水分,降低污泥含水率,减少污泥体积,减少后续处理费用。浓缩后的污泥用泵泵入脱水机脱水,上清液回集水井再处理。
4.3.2 浓缩池尺寸设计
(1)
Q——污泥量,m3/d |
CO——污泥固体浓度,kg/m3 |
Cu ——污泥固体通量,kg/m2 ∙ d |
(2)污泥浓缩池直径:
半径R=D/2=1.26m,设计则取1.3 m
(3)浓缩池的工作部分高度:
h2有效水深为:
,T=15h,超高h1 = 0.3m,缓冲层高度h3 = 0.3m。池斗壁与水平面的角度α = 55°,污泥斗下底直径D1 = 0.6m。
泥斗高度为:
则浓缩池深度为:
H = h1 h2 h3 h4 = 0.3 3.75 0.3 1.37 = 5.72m
则浓缩池设计尺寸长宽高分别为2x2x6
(4)排泥方式为人工
4.4 贮泥池
4.4.1 贮泥池设计
本设计选择在污泥浓缩池之后,建设一座贮泥池,根据计算,设计进泥量:q = 30.01 m3/d:
按照规范,8h的泥量停留在贮泥池,
设计贮泥池池高:3.0m
浓缩池面积A
将贮泥池设计为圆柱形,贮泥池直径:D = 1.26m,取D =1.3 m
取贮泥池超高h1 = 0.5 m,则贮泥池总高:
H = h h1 = 3.5 m
4.4.2 搅拌设备
选用ZJ-470液下潜水搅拌机1台。
4.5 污泥稳定
该设计使用的是CASS工艺并且设计污水量Q较小,整个工艺流程中的污泥量比较少,在加上CASS工艺的污泥的泥龄比较长,同时污泥负荷比较低。综上考虑,基本可以保障排出的剩余污泥能够处于稳定状态,因此该设计不再需要更多的污泥稳定工艺,亦不需要厌氧消化,只需进行浓缩和脱水即可满足要求。
4.6 污泥脱水机房
污泥脱水机房主要用于污泥的浓缩和脱水。
脱水设备考虑处理量和设备利用率选用带式脱水机DNY-500,该机型处理能力为3-5m3/h,功率2.25kw。
由于污泥脱水机的整机重量在2T左右,因此必须考虑其起吊设备,在脱水机房内设电动单梁悬挂起重机1台,起升高度4.5m,跨度3.0m。
考虑反冲的方便,将清水池修建于污泥脱水机房内。反冲水泵选用管道泵IRG40-200型,Q=6.3m3/h,扬程50m,功率4kw。
清洗池尺寸:1500mm×1500mm×1500mm
污泥浓缩脱水机房整体尺寸:L×B=9.0m×6.0m,高度H=4.5m,砖混结构。
污泥脱水装置选择带式压滤机。
4.7 污泥的最终处置
。
第五章 污水处理厂总体布置
5.1 附属建筑物面积的确定
根据污水厂处理规模1000m3/d,为小型处理厂确定建筑物设计表如下:
综合楼面积:20×15m2(包括:生产管理用房、行政办公用房、化验室) |
维修间:车间面积10×5m2 |
车库:10×5m2 |
仓库:15×10m2 |
传达室:5×5m2 |
5.2 污水厂平面布置
5.2.1 污水处理厂平面布置的原则
(1)处理构筑物的布置应紧凑,节约用地; (2)处理构筑物应尽可能的按流程顺序布置,以避免管线迂回,同时应充分利用地形,减少土方量; (3)经常有人工作的建筑物如办公,化验等用房应布置在夏季主导风向的上风一方; (4)在布置总图时,应考虑安装充分的绿化地带; (5)总图布置应考虑近远期结合; (6)构筑物之间的距离应考虑敷设管道的位置,运转管理的需要和施工的要求,一般采用5—10m ; (7)处理构筑物应尽可能布置成单独的组合,以策安全,并方便管理; (8)污水厂内管线很多,应综合考虑,避免发生矛盾,污水管和污泥管应尽可能考虑重力自流; (9)污水厂内应设超越管线; |
5.2.2 管、渠的平面布置
(1)关于污水处理厂高程布置的注意事项表格:
1)选择一条最长、水头损失最大的流程进行水力计算,并应适当留有余地,以保证任何情况下,处理系统都能够运行正常; 2)计算水头损失时一般以近期最大的流程作为构筑物和管渠的设计流量;计算涉及远期流量的管渠和设备时,应以远期最大流量为设计流量,并酌加扩建时的备用水头; 3)在做高程布置时应注意污水流程与污泥流程的配合,尽量减少需抽升的污泥量。 |
(2)关于污水厂的高程布置的注意事项表格
为了降低运行费用和便于管理,污水在处理构筑物之间的流动按重力流考虑为宜(污泥流动不在此例)。为此,必须精确的计算污水流动中的水头损失, 水头损失包括: 1)污水经各处理构筑物的内部水头损失; 2)污水经连接前后两构筑物管渠的水头损失,包括沿程水头损失和局部水头损失,局部水头损失按沿程水头损失的3%计。 |
5.2.3 厂区道路设计
该设计内,厂区的主要道路宽为6米,次要道路为3米
5.2.4 辅助建筑物
辅助建筑物包括综合楼、仓库、等。
5.3 污水厂的高程布置
5.3.1 水头损失计算:
构筑物内部水头损失
构筑物 | 水头损失(cm) | 构筑物 | 水头损失(cm) |
格栅井 | 10-25 | Cass池 | 270-280 |
集水井 | 10-25 | 消毒池 | 10-30 |
平流沉淀池 | 20-40 | 计量槽 | 10-30 |
调节池 | 40-50 |
选最长的流程来计算 沿程水头损失
管段 | 流量(L/s) | 管长(m) | 管径(mm) | 流速(m/s) | 坡度(‰) | 沿程水头损失(m) |
格栅井到集水井 | 11.6 | 2 | 100 | 1.00 | 1.9 | 0.02 |
集水井到沉砂池 | 11.6 | 10 | 100 | 1.70 | 2.2 | 0.02 |
沉砂池到调节池 | 11.6 | 10 | 250 | 1.03 | 2.2 | 0.02 |
调节池到CASS池 | 11.6 | 5 | 375 | 1.03 | 1.9 | 0.03 |
Cass池到消毒池 | 11.6 | 5 | 250 | 1.17 | 1.9 | 0.02 |
消毒池到计量渠 | 11.6 | 5 | 250 | 0.02 | ||
排出管道 | 11.6 | 20 | 400 | 0.03 |
名称 | 水头损失 |
格栅井(粗格栅) | 0.157 |
格栅井(细格栅) | 0.258 |
集水井和泵房 | 2.25(2 0.25) |
平流沉砂池 | 0.30 |
调节池 | 0.40 |
CASS池 | 2.75 |
消毒池 | 0.2 |
计量槽 | 0.2 |
沿程水头 | 1.39 |
总水头 | 7.905 |
5.3.2 高程确定
1.污水厂处的设计水面标高
根据设计资料,该城市污水处理厂进水总管的进水标高为0.00m,且地面平坦。综合考虑到污水厂污水提升泵运行费用以及开挖土方的基建费用,以接触池的水面相对标高±0.00,污水出水管路可设跌水排入河流。
2.构筑物的高程确定
以地面标高为标准,根据各处理构筑物的尺寸高度进行计算,推求得到其它构筑物的高程。
污水处理高程布置
构筑物 | 水面标高(m) | 池底标高(m) | 构筑物 | 水面标高(m) | 池底标高(m) |
粗格栅 | -0.11 | -0.41 | CASS池 | 3.77 | -1.16 |
细格栅 | -0.267 | -0.645 | 消毒池 | 2.5 | -0.2 |
集水井 | -0.1 | -2.5 | 浓缩池 | 3.00 | -3.30 |
沉砂池 | 4.20 | 3.046 | 消化池 | -0.3 | -3.30 |
调节池 | 3.84 | -0.66 | |||
注:cass池的埋地深度为3.0m,厂区的设计地面标高为 5.5m作为相对地面标高,则构筑物的池底标高为-3.0m。 |
参考文献
[1] Yue, J., Jiang, X., Yuan, X., Wang, X., Li, B., Liu, S., 2017. Design of a multiplexed system for domestic wastewater of Happy Farmer’s Home (HFH) and environmental evaluation using the emergy analysis. Journal of Cleaner Production,156,729-740.
[2] 董利珠. (2012). 水解酸化-接触氧化法处理生活污水的工艺设计. 环境工程, 30 (2), 11-12.
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