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论文方式解析-广西龙州县城镇污水处理

2021-04-20 10:12:31

  为适应城镇经济发展的需要和人们生活水平的提高,改善龙州县居民生活用水质量,做到可持续发展,决定设计龙州县城镇污水处理厂。工程设计处理规模为20000m3/d,设计目标使处理后污水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002表1中的一级B标准。

  污水处理工程是社会公益性基础设施,有利于消除水环境污染。设计选用循环活性污泥工艺(简称;CASS工艺),整个工艺系统包括曝气阶段和非曝气阶段,两个系统间不断重复进行,其进水、反应、沉淀、出水和待机在一座水池中完成,常用四座水池组成一组,轮流运转,间歇处理,每座水池都需安装曝气设备、沉淀的滗水器及控制系统。整个工艺对于污水处理的效果良好,自动化程度高,适用于中小型污水处理厂。

  龙州县位于广西壮族自治区西南部,东邻崇左市江州区,南接宁明县、凭祥市,东北面与大新县相连,西北与越南接壤,总面积2317.8平方公里。龙州县内地表水水域面积共69524亩,其中江河36347亩,山塘2941亩,水库7956亩,池塘7653亩,沟渠14627亩。主要河流有水口河、平而河、左江、明江、黑水河5条,属珠江流域,西江水系,县内总长178.5千米,总集雨面积35977平方千米,多年平均总径流量735.5亿立方米。其它小河流31条,全长311.5千米,集雨面积1066.8平方千米,最大流量5175立方米/秒,最小流量6.96立方米/秒,总落差1966米,年径流量4.39亿立方米。

  根据近几年水质调查及前期可行性研究,确定设计进出水水质:COD≤380mg/l,BOD5≤160mg/l,SS≤120mg/l,TN≤30mg/l,TP≤2mg/l。设计处理能力为20000m3/d。出水应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918》一级B标准(仅供参考,应以国家及部门、地方最新最适规定为准)。

  该地区土壤承载力13T/m2,设计地震裂度7度。

  1.1.2设计的内容

  完成一整套城镇污水处理厂的初步设计说明和工艺图纸,要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算,确定污水厂的平面布置和高程布置。最后完成设计计算说明书和设计图(污水处理厂平面布置图,工艺流程图,高程布置图,单项处理构筑物和泵站的施工工艺图)。

  第二章设计说明书

  2.1污水厂的设计规模

  龙州县城镇污水处理厂的初步设计规模为20000m3∕d。龙州县城镇污水的排放量较小,属于小型污水处理厂,根据本设计的污水水质特点和进出水水质要求,对各种工艺方法进行比较分析,综合考虑后,决定本次设计拟采用循环活性污泥工艺(CASS),该工艺具有以下特点:

  (1)工艺流程简单,占地面积小,投资较低,不需设置二沉池。

  (2)不易发生污泥膨胀,氧化沟工艺在实际运行中,存在污泥膨胀、气泡问题、污泥上浮、流速不均、污泥沉降等一系列问题。

  (3)CASS工艺适用范围广,适合分期建设。

  2.2工艺处理效率的计算

  1、COD的去除率

  %=84.2%

  2、SS的去除率

  %=83.3%

  3、总氮的去除率

  %=33.3%

  4、磷的去除率为

  %=50%

  2.3工艺方案的选择

  2.3.1设计的目的及意义

  循环式活性污泥法(简称CASS工艺)是序批式活性污泥法(SBR)的一种变型工艺,其工艺运行操作由进水/曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、闲置(可视具体情况而定)四个阶段构成。

  工艺的整个过程为间歇式反应器,活性污泥法按曝气和非曝气阶段连续重复,生物反应工艺和泥水分离工艺合二为一。废水按一定的周期和阶段进行处理,是SBR工艺的一个变种。自20世纪70年代以来,该技术得到了广泛的研究和应用。随着信息时代的到来,它以其低投资、低运行成本、高处理性能,尤其是优良的脱氮除磷性能,越来越受到人们的重视。该工艺已广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理。

  2.3.2处理工艺的对比选择

  1.活性污泥法

  目前常见的污水处理工艺有:AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O

  法、A/O法等,这几种工艺都是从活性污泥法衍生出来的,每种方法都有独自的特点,能满足不同的需求。

  2.AB法(Adsorptiom-Biooxidation)

  这种方法最早是由德国的博哈克教授发明的。该方法处理效果稳定,抗冲击负荷能力强,在欧洲得到广泛应用。该方法也可以根据经济实力分阶段构建。比如,可以先建甲级,资金投入有限,尽可能多地去除污染物,达到比一级处理更好的效果;条件成熟时,可以建乙级,达到更高的处理要求。AB法已在青岛市海博河污水处理厂、淄博市污水处理厂等单位应用。

  AB工艺的主要特点如下:

  (1)整个污水处理系统分为预处理段、A级和B级三个部分。预处理工段仅设清网沉砂等处理设备,不设初沉池;

  (2)A级为吸附池和中间沉淀池,B级为曝气池和二沉池;

  (3)甲类和乙类都有各自独立的污泥回流系统,每个系统都能培养出适合自身水质特点的独特微生物种群。

  A级高负荷或超高负荷运行[污泥负荷为2-6kgBOD,/(kgmlss·d)],曝气池停留时间短,一般为30-60min,污泥龄为0.3-0.5d;B级低负荷运行[污泥负荷为0.1-0.3kgBOD,/(kemlss·d)],曝气停留时间为2-4h,污泥龄为15-20d。

  图2.1AB法工艺流程图

  3.SBR法(Sequencing?Batch?Reactor)

  这种处理工艺在很早就已经出现,但由于当时社会条件和运行管理的限制,已被连续流系统所取代。这种方法由四个或三个池组成,依次间歇运行,称为序批式活性污泥法。。随着自动控制水平的提高,SBR法越来越受到人们的重视,并得到了进一步的研究和改进。自1985年上海五农肉联厂建成国内首座SBR处理装置以来,SBR工艺已广泛应用于屠宰、苯酚、啤酒、化工、鱼类加工、制药等工业废水和生活污水的处理。

  SBR工艺的一些优点:①工艺系统组成简单,曝气池具有二沉池功能,无污泥回流设备;②耐冲击负荷,一般情况下(包括工业废水处理),不需要设置调节池;③反应驱动力大,易于获得优于连续流系统的出水水质;④操作灵活,各阶段运行状态可适当调整,达到脱氮除磷的效果;⑤活性污泥运行周期内,污泥沉降性能好,SVI低,能有效防止丝状菌的膨胀;⑥过程可由计算机自动控制,易于维护和管理。

  4.A/A/0法(Anaorobio--Anoxic--0xic)

  (厌氧-缺氧-好氧法),是一种常用的二级污水处理工艺,可用于二级污水处理或三级污水处理,以及中水回用,具有良好的脱氮除磷效果,厌氧、缺氧、好氧环境条件和不同类型微生物群落的有机结合,可以同时去除有机物、氮、磷;在同时去除氮、磷的过程中,在厌氧-缺氧-好氧交替运行下,丝状菌不会大量繁殖,SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀。污泥中磷含量高,一般在2.5%以上。该工艺是最简单的同时脱氮除磷工艺,总水力停留时间和总生产面积均小于其它工艺;在厌氧-好氧交替运行条件下,丝状菌不能得到大量增殖,

  图2.2A/A/O法工艺流程

  5.普通曝气法及其变法

  这是第一个出现很早的工艺,它仍然具有强大的生命力。常用的曝气法处理效果好,经验丰富,能适应污水量大的情况。对于大型工厂,处理过程中产生的污泥可以进行收集,放置在污泥消化池中,池中污泥发酵可产生沼气,可以回收利用。一般的曝气法不能脱氮除磷。随着人们对工艺的改进,在实际运行中可通过降低总曝气池容积负荷来实现脱氮;在总曝气池前设置厌氧区,可去除磷或化学磷。采用常规曝气法去除BOD5,在工程上称为普通曝气法或普通曝气法的改造。

  6.氧化沟法(oxidationditch)

  氧化沟工艺是活性污泥法的一种改变型,也叫延时曝气的活性污泥法。它的处理构筑物呈首尾相连,白天可以用作曝气池,晚上可当沉淀池。整个工艺的处理过程进水,曝气,沉淀,污泥稳定和出水可以全部集中在氧化沟中完成。

  早期的氧化沟工艺可以不用设置初沉池,二沉池和污泥回流设备,由于处理的规模不断的扩大,一般采用延时曝气连续进出水,过程中产生的活性污泥在污水曝气的同时得到稳定,不需要初沉池和污泥消化池,处理设施简单,越来越受到关注。氧化沟工艺以自身的特点逐渐成为中小型城市污水处理厂的主要工艺。如果氧化沟可以设计成多种方式,能够有效抵御暴雨水流的冲击,则更适合城市污水处理的一些合流排水系统。

  图2.3氧化沟法工艺流程图

  7.循环活性污泥工艺(CASS)

  循环活性污泥法属于序批式活性污泥法的一种衍生的改进型,该工艺能有效的将变容积活性污泥法与生物选择器原理结合运用,具有同步脱氮除磷的效果。工艺只要将反应池设置为两个区域,前部为生物选择区也叫预反应区,后面为主反应区,在主反应区后安装可升降的自动滗水器。整个工艺曝气,沉淀和排水都在一起完成,工艺简化方便效果突出。

  生物选择区能在高污泥浓度和淡水入流条件下释放磷,兼性区能进一步促进磷的释放和反硝化。如果系统需要达到一定的脱氮除磷目的,则主要反应区需设计为缺氧、厌氧、好氧环境。除兼氧区外,系统的反硝化作用处于沉淀和浑水阶段,污泥层中也观察到较高的反硝化水平,通过控制好氧阶段的溶解氧水平可以实现同步硝化和反硝化。黄石市花湖污水处理厂采用这种工艺。

  图2.4CASS系统

  表(2.1)适用于中小型污水处理工艺的比较

  工艺名称 氧化沟工艺 A2/O工艺 CASS工艺

  优点 1.处理流程简单,构筑物少,基建费用省;2.处理效果好,有稳定的除P脱N功能;3.对高浓度工业废水有较大的稀释作用;4.能处理不容易降解的有机物;5.污泥生成量少,污泥不需要消化处理,不需要污泥回流系统6.技术先进成熟,管理维护简单;8.对于中小型无水厂投资省,成本底;9.无须设初沉池,二沉池。 1.具有较好的除P脱N功能;2.具有改善污泥沉降性能的作用的能力,减少的污泥排放量;3.具有提高对难降解生物有机物去除效果,运行效果稳定;4.技术先进成熟,运行稳妥可靠;5.管理维护简单,运行费用低;6.沼气可回收利用;7.国内工程实例多,容易获得工程设计和管理经验。 1.流程十分简单;2.合建式,占地省,处理成本底;3.处理效果好,有稳定的除P脱N功能;4.不需要污泥回流系统和回流液;不设专门的二沉池;5.除磷脱氮的厌氧,缺氧和好氧不是由空间划分的,而是由时间控制的。

  缺点 1.周期运行,对自动化控制能力要求高;

  2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定;3.容积及设备利用率低;4.脱氮效果进一步提高。 1.处理构筑物较多;2.污泥回流量大,能耗高;3.沼气利用经济效益差。 1.间歇运行,对自动化控制能力要求高;2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定;3.容积及设备利用率低。

  2.3.3工艺流程图

  图2.5:污水处理厂处理工艺流程图

  污水处理工艺的情况:污水的处理主要分为三大步:

  第一步;进行污水的物理处理:城镇污水经污水管网收集首先经过格栅,污水中的大部分体型较大的固体垃圾都会被栏截,拦截的垃圾会收集处理,之后污水流进沉淀池中,污水中的悬浮颗粒物会在静置中慢慢沉淀,污水中大部分的污泥会沉淀到池底。

  第二步;进行污水的生化处理:经过物理处理的污水用泵抽入到CASS池,进行生化处理阶段,经CASS池进水/曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、处理,污水水质基本能达到处理要求。处理后的污水经紫外线消毒后排出厂外。

  第三步;对产生的污泥进行处置,将沉淀池和CASS池中的污泥进行收集,然后对污泥进行污泥浓缩和脱水,除臭处理,加工成泥饼外运。

  2.4工艺处理效率计算

  指标 COD BOD SS TN TP

  原水水质 380 160 120 30 2

  格栅、曝气沉砂 292 120 111 24 2.4

  CASS 33.75 12.35 18 7 0.45

  要求标准水质 60 20 20 20 1

  通过各个构筑物对污水水质的去除率的计算,如上表所示,可以看出最终出水水质是完全符合GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。

  第三章污水处理工艺主要构筑物的设计计算

  3.1泵前中格栅

  中格栅的作用是将水中较大的悬浮物或漂浮物拦截下来,去除较大的固体垃圾物,减轻后续处理构筑物的负荷,清除可能堵塞水泵机组管道阀门的较大悬浮物,保证后续处理设施的正常运行。

  污水处理厂一般都会将中格栅作为污水处理的主要格栅,一般采用机械除渣。本设计采用的中格栅为平面型,倾斜安装机械格栅。

  3.1.1设计参数

  已知日平均流量Qd=20000m3/d,即Qd=0.231m3/s=231L/s<1000L/s,

  则KZ=2.7/Qd0.11=2.7/2310.11=1.82,Qmax=2311.82=420L/s,中格栅设一池两格,单格设计流量为210L/s。

  栅前流速为0.4~0.9m/s,本设计取v1=0.7m/s,

  污水经过格栅后的水流速度为0.6~1.0m/s,本设计取v2=0.8m/s

  中栅条宽度为10~40mm,本设计取s=0.02m,

  当格栅间隙为16~25mm时,为0.10~0.05m3/(103m3污水),本设计取b=25mm

  单位栅渣量ω1=0.05m3栅渣/103m3污水

  设计格栅安装的倾斜角为α=60°

  3.1.2设计计算

  (1)计算格栅前的进水深度,最优水力断面公式

  根据上面公式可以得出格栅前的槽宽度为

  格栅前水的深度

  (2)栅条间隙数(取n=25)

  (3)栅槽的有效宽度B=s(n-1)+b·n=0.02(25-1)+0.025×25=1.195m

  (4)进水渠道渐宽部分长度(其中α1为进水渠的扩宽角度)

  (5)格栅槽与出水口槽连接的锥形部分长度

  (6)过栅水头损失(h1)因栅条边为矩形截面,取k=3,则

  其中ε=β(s/b)4/3

  :水头损失计算

  :当格栅被垃圾堵住后,水头损失增加倍数,取k=3

  :阻力系数,主要与栅条截面形状有关,当为矩形截面时β=2.42

  (7)格栅后渠道的总高度H

  取格栅前渠道的超过高度

  则格栅前渠道的总高度

  格栅后渠道的总高度

  (8)处理格栅的全部长度

  (9)每天格栅拦截的垃圾量

  根据计算结果,选择利用机械格栅来清理格栅拦截的垃圾。

  3.2污水提升泵房

  (1)集水间计算,选择水池与机器间合建式的方形泵站,泵房的内部设计按照计划处理水的流量来规划选取4台潜水排污泵(三用一备),计算每台水泵的处理流量为

  集水间的容积,采用相当于1台泵5min的容量。

  有效水深采用,则集水池面积为

  (2)设地面标高为24m,进水管管底标高为22m,管径为500mm,进水管充满度为h/D=0.7,进口流速V1=0.95m/s,坡度i=0.0024m。选用采用MF系列污水泵,单台提升流量542m3/s。采用MF系列污水泵(8MF-13B)4台(三用一备),该型号泵的铭牌参数为(提升流量540~560m3/h,扬程11.9m,转速970r/min,功率30kW)。

  总扬程核算

  进水管水头损失:

  假设进水管口有一个单向阀,ξ=1.7,

  

  集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差:

  △h=h0-(hi+D×h/D-h’-H)=29.45-(22+0.5×0.7-0.15-2.0)=8.95m

  其中:

  H——集水池有效水深,m,取2.0m;

  h0——出水管提升后的水面高程m,取29.45m;

  hi——进水管管底高程,取22m;

  D——进水管管径mm,取500mm;

  h/D——进水管充满度,取0.7;

  h’——经过中格栅的水头损失,取h'=0.15m

  h2——出水管线的水头损失:

  每一台泵单用一根出水管,其流量为Q=140L/S,选用是管径为600mm的铸铁管,查表得V=0.65m/s,i=0.0009,h/D=0.7;根据出水管线走向,设有两个90°弯头(R/d=1.0)ξ=0.8,一个30°渐扩管ξ=0.71,一个阀门ξ=1.7,拟建20m管长至处理构筑物,那么总的损失是:

  泵站内的管线水头损失假设为1.0m,考虑自由水头为0.5m。

  水头总扬程为:

  H=0.078+8.95+0.1+1.0+0.5=10.728m<11.9m,符合所选泵,满足设计要求。

  图3.1泵房初步设计图

  3.3泵后细格栅

  3.3.1设计参数

  设计流量Q=420L/s,设计两格细格栅,则单格水量为;

  栅前流速为0.4~0.9m/s,本设计取v1=0.8m/s,

  污水经过格栅后的水流速度为0.6~1.0m/s,本设计取v2=0.9m/s

  栅条宽度为10~40mm,本设计取s=0.01m,

  当格栅间隙为,本设计取e=15mm

  单位栅渣量ω1=0.10m3栅渣/103m3污水

  格栅前的部分长度为0.5m

  设计格栅安装的倾斜角为α=60°

  3.3.2设计计算

  (1)格栅的进水深度,根据查询设计手册得;根据公式计算:

  格栅前渠道的宽度,则格栅前进水深度;

  (2)处理格栅栅条之间的间隙数;(则n=41)

  (3)格栅渠有效宽度

  (4)进水渠道渐宽部分长度;

  (其中α1为进水渠展开角)

  (5)格栅渠与出水渠道连接处的渐窄部分长度;

  (6)水流过格栅后的水头损失,k=3,计算得;

  (其中)

  ;当水从有压管路或构筑物中流过时,由于管道或构筑物局部及沿程阻力的作用,会产生单位质量水的机械能的损失,此损失即称为水头损失()

  :系数,格栅被堵塞后水头损失增加倍数,取k=3

  :阻力系数,当为矩形断面时β=2.42

  (7)格栅后过水渠道总高度(H)

  取格栅前过水渠道超过的高度;

  则格栅前过水渠道总高度;

  栅后槽总高度;

  (8)处理格栅的全部长度

  (9)每天格栅拦截的垃圾量

  根据计算结果,选择利用机械格栅来清理格栅拦截的垃圾。

  (10)初步设计图如下:

  图3.2细格栅初步设计图

  3.4沉砂池的选择设计

  去除污水中较大粒径的砂粒,一般采用沉砂池。当水中一些固体颗粒物被去除,可以保护管道阀门等设施不受磨损和堵塞。沉砂池有四种类型:平流式、竖流式、曝气式和旋流式。它们分别有以下一些特点;竖流沉砂池占地少、能耗低、土建成本低,污水经中心管进入沉砂池后自下而上流动,无机颗粒在沉砂池底部重力沉降,处理效果一般较差;曝气沉砂池将空气流进沉砂池的一侧,使污水沿沉砂池旋转形成垂直于主流方向的水平等速循环,砂粒之间的摩擦作用能有效地分离出悬浮在砂粒上的有机物,便于砂和有机物的分离处理和处置;同时起到预曝气的作用。平流沉砂池结构简单,对无机颗粒的截留效果好。故本设计经过比较选择采用曝气沉沙池。

  1.总有效容积;

  式中:——设计最大停留时间min,设计取t=2min;

  代入数据得V=60×0.419×2=50.4m3

  2.池断面积A(m2)

  A=

  式中:v——最大设计流量时水平流速,m/s,设计取v=0.1m/s;

  代入数据得A=

  3.池总宽度B(m)

  B=

  式中:h2----有效水深(m),一般取2-3m.设计取h2=2.0m;

  代入数据得B==2.1m

  设计两格池子,每格池子宽度b=1.05m

  4.池长L(m)

  L=

  代入数据得L=m

  5.每分钟所需曝氧量q(m3/min)

  q=60DQmax

  式中:D——单位污水需要曝氧量,m3/(m3污水),设计取D=0.2m3/(m3污水);

  带入数据得q=60×0.2×0.419=5.04m3/min

  6.沉砂室所需容积V/m3

  式中:X——城市污水沉砂量,m3/106m3(污水),一般采用X=0.03L/m3(污水);

  T——清除沉沙得间隔时间,d,设计取T=2d;

  代入数据得V==1.2m3

  设计每格有3个沉砂斗,每个沉砂斗容积

  7.沉砂斗的各部分尺寸计算

  (1)设沉砂斗斗底的宽度,斗壁倾斜角为,斗高h=0.7m,沉砂斗上口宽()

  沉砂斗容积();

  (0.61>,符合要求)

  8.池的总高度H(m)

  设计池底坡度为0.06,坡向沉砂斗长度为;

  则沉泥区高度为;

  池总高度H,设超高,

  代入数据得;H=0.3+2+0.98=3.28m

  9.进水渠道

  经过第一级格栅的水直接流入沉砂池中,进水宽度,渠道水深

  10.排砂装置的初步设计

  本设计在砂斗内设吸砂泵排砂,吸砂泵的直径为管径为,砂水分离器选用直径0.5m钢制压力式旋流砂水分离器一台,每组曝气沉砂池设吸砂泵两台,(一用一备)共4台。砂水分离后将砂集中运走,水回流至细格栅前。选用TSO-150罗茨鼓风机8台(6用2备),为曝气沉砂池和CASS池曝气。

  图3.3曝气沉砂池初步设计图

  3.5CASS池初步设计的参数

  1.水质要求的参数

  污水处理工艺中格栅和沉砂池可以在前端去除一部分部分有机物及悬浮物,所以设置BOD、COD、TN、TP的去除率为20%,SS的去除率为35%。此时进水水质:

  (1)

  (2)

  (3)

  (4)

  (5)

  所以COD=304mg/L,BOD5=128mg/L,TP=1.6mg/L,TN=24mg/L,SS=78mg/L。

  2.计算曝气时间

  式中:S0——进水的平均BOD5,mg/L,S0=128mg/L;

  Ns——BOD污泥负荷,设计取Ns=0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)

  1/m——排出比,设计取1/m=1/2;

  X——混合液污泥浓度,mg/L,设计取X=3000mg/L;

  3.CASS池需要沉淀的时间

  活性污泥在池中的沉降速度与混合物中悬浮物浓度和水温之间的关系可用公式来计算;

  式中;—活性污泥的沉降时间,h;H—反应池中水深,m;ε—设计中采用的安全高度,取1.2m

  vmax—— 7.4×104×T×X-1.7,MLSS≤3000,T为温度,设计水温15°,则vmax=1.36m/h

  4.运行周期

  T=TA+Ts+TD=3+2.4+1=6.4h

  式中:TD——排水时间,设计取TD=1h;

  每天运行次数n=24/6.4=3.75,取4次

  5.CASS池所能容纳的空间计算(负荷计算法)

  CASS池的空间采用容积负荷计算法来进行确定,并用排水体积进行复算核查。

  式中:Q-设计流量,m3/d,Q=20000m3/d;

  -进入CASS池的污水有机物浓度mg/L,;

  Se-CASS池排放有机物浓度,mg/L,

  X-混合液污泥浓度,本设计取3Kg/m3

  F-f=MLVSS/MLSS,取;

  则:本水厂设计CASS池四座,所以每座容积;

  (2)排水体积法进行复核

  每座CASS池的空间为;

  式中;—每座CASS池的空间,m3

  n—污水处理循环的周期;

  m—排水比1/m=1/2

  N—构筑物的数量;Q—每天的平均流量,m3/d

  按照设计手册上面的要求排水体积法计算所得单池容积大于容积负荷法计算所得,因此单池容积应按最大容积值计,否则将不满足水量运行要求,则反应池容积

  6.CASS池的容积负荷率

  (1)池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度,H1(m);

  式中:V——CASS池总容积,m3,V=10000m3;

  H——CASS池里面最高的水面高度,单位米,取

  所以

  (2)当滗水器停止运行时,污泥的高度,H3(m)

  已知撇水水位和泥面之间的安全距离;;

  ,

  (3)SVI—污泥体积指数

  代入公式中,得

  所以污泥的松散程度和凝聚沉降性能良好。

  7.CASS池的池体尺寸大小

  (1)

  式中:B—CASS池的宽度,米,取宽度B=18m,满足要求;

  ,

  (2)CASS池的总体高度,(m)

  取CASS池体的高度超过度为0.5m,则

  (3)CASS池中的微生物预反应选择区L1(m)

  在CASS池中间设置一道挡板,将CASS池分隔成两个大部分,一个是微生物选择区(预反应区),还有一个是主反应区。将靠近进水管这边的区域作为生物选择区,生物选择区的空间大小为CASS池总空间的十分之一左右将另一部分作为主反应区域。根据池中设置的选择器的品类不同,对选择器的容积要求也不同。

  (4)主反应池中水面高度的要求

  当主反应池中排水结束时最低的水面高度;

  池中基础水位;水面高度超过高度为;保护的水体深度

  污泥层中污泥的高度为;

  那么撇水的水面高度与污泥高度之间的安全间隔;

  8.连通孔口尺寸

  (1)连通孔面积;

  连接孔的面积可以根据公式计算得出如下;

  式中:——连通孔个数,个,设计取n1=6;

  u——连接孔孔口处水流的速度,米/小时,选择

  将上面数据代入公式中得:

  (2)连接孔的大小规划

  计划将连接孔的孔口沿墙面均匀分布,孔口宽度取,孔口的高度为

  那么连接孔孔口的大小为:

  9.核对出水口的溶解性

  处理的污水中非溶解性五日生化需氧量:

  ——污水中悬浮固体浓度

  ——活性微生物在污水中存在的比例,取0.6

  b——微生物自身氧化速率

  那么;

  故水中存在的溶解性五日生化需氧量应该小于10-3.2=6.8mg/L,而该设计出水溶解性五日生化需氧量:

  

  设计结果满足要求

  10计算处理过程中剩余污泥的量

  根据资料可以知道,当气温温度较低的时候,处理过程产生的生物污泥量比较多,本设计中龙州县最冷的时候,查询资料得是冬季平均最冷温度是0摄氏度。

  所以当气温温度为0摄氏度时,活性污泥自身氧化系数:

  式中:——活性污泥自身氧化系数典型值

  剩余活性污泥量:

  式中:Y——污泥产率系数,

  则△XV=

  剩余非活性污泥量:

  式中;——进水挥发性悬浮物中生化成分的比例,取=0.7;

  剩余污泥总量:

  剩余污泥浓度:

  剩余污泥中水分的含有率为99.3%计算,那么湿污泥量为

  11核查污水处理系统中微生物全部更换新一次需要的时间

  式中:——污水处理系统中微生物全部更换新一次需要的时间

  Y——水中污泥的产率系数,本设计取0.4

  Kd——衰减系数,一般为0.04~0.075取0.05

  代入数值;

  水中污染物硝化需要的最小微生物全部更换新一次需要的时间:

  ——水中污染物硝化所需最小微生物全部更换新一次需要的时间,;

  ——硝化细菌的增长速率d-1:T=0摄氏度时,;

  ——安全系数:为保证出水水中氨氮的值<5mg/L取2.3~3.0;取;

  T——污水温度:取冬季最不利温度0℃。

  根据数据对比,设计中的活性污泥的污泥龄满足硝化要求。

  12需氧量

  (1)污水中微生物氧化有机物所需要的氧气量,污泥自身需氧量以每去除1㎏BOD需要0.48㎏的经验法计算。

  =4732.8(㎏O2/d)

  式中Oa—需氧量,千克/天;

  —活性污泥中存在的微生物代谢1千克物资需要的生化需氧量,按设计经验估计城镇生活污水0.42㎏~0.53㎏之间,本设计取0.48㎏;

  —1千克活性污泥每天自身氧化所需要的氧量,按设计经验估计城镇生活污水0.11㎏~0.188㎏之间,本设计取0.12㎏。

  (2)处理污水中氨氮硝化需氧量

  式中;—设计中采用的氨氮的氧当量系数;

  —进水总凯氏氮浓度,克/升;

  —出水总凯氏氮浓度,克/升;

  —污水处理过程每天需要排出的剩余污泥量,㎏/d;

  总需氧量

  13系统的基础需氧量

  基础需氧量计算公式如下:

  式中;

  ——水的温度为20℃,气压时,合集到曝气池中的总氧量,千克/小时;

  ——曝气池中的总氧量,千克/小时;

  ——校正系数,取值范围在0.78~0.99,本例选用;

  ——水中盐的含量修正系数,;

  ——大气的压力修正系数,取1;

  T——污水处理的污水温度,本设计取夏季T=27℃;

  ——曝气池内平均溶解氧饱和度mg/L;

  ——氧气在清水中饱和溶解度,水温27℃时,;

  Pb——空气扩散装置绝对压力,pa,Pb=P+9.8×103H;

  H——曝气设备水淹的深度,设置微孔曝气装置放置在距离池底0.5m的上方,淹没深度3.8m;

  ——当曝气的空气气泡回到空气中时,氧的百分比,%;

  EA——氧转移效率,EA=20%

  ——曝气池内平均溶解氧浓度,取。

  标准需氧量:

  曝气装置的供气量可通过下式确定:

  14空气管系统设计

  根据设计规划,曝气系统曝气的管道布置在相邻的两个廊道的隔墙上铺设两根供气干管,系统总6根供气干管。然后在每根供气干管上设5条配气竖管,全曝气池共设5×6=30条配气竖管每根竖管的配气量为:

  曝气池整体面积为:

  设计中把每个曝气装置的供应面积设定为1平方米,那么所需要的曝气扩散器的全部数量为:

  所以每个竖管上设置的曝气扩散器的数量为:

  每个空气扩散器的配气量为

  图3.4初步设计曝气系统管道图

  根据有关资料上面的规范,设置曝气系统的管径为如下表所示;

  1~2段管径 2~3段管径 3~4段管径 4~5段管径 5~6段管径 6~7段管径

  50mm 75mm 100mm 150mm 200mm 300mm

  表(3.1)管径大小初步设计表

  空气管道从地面上开始铺设,再联通接曝气池的管道,空气管道的铺设高度应该高出池水水面0.5米,以避免产生回水的现象。

  15污泥回流与剩余污泥外排的系统规划

  (1)污泥回流系统

  污水处理过程中,每天需要回流的污泥量按回流比20%计算,那么每天回流污泥量为;

  污泥回流系统中一个周期的回流污泥量为;,

  而每周期的回流时间;,本设计回流污泥进泥时间每周期取,回流污泥泵在运行过程中是间歇运行的。则单个CASS池进泥流量为,

  采用型号为WQS100-7.5-5.5的污泥泵,分别在每个CASS池中设置一台。污泥排出管的管径取。

  (2)排出剩余污泥的规划

  根据上面计算可知,剩余污泥产生量,每个CASS池一个周期的污泥量为;

  。

  根据流量选用剩余污泥泵型号:WQ70-14-5.5,每座CASS池内安装一台污泥泵。DN=。

  (3)污泥泵房的设计

  污泥泵房采用污泥回流泵共12台(6用6备),排泥泵一共12台(6用6备)泵房的设计尺寸(长,宽,高);

  3.6接触消毒池与加氯间

  3.6.1设计参数

  设计水量:Q总=420L/s,设两座消毒池Q=210L/s

  水力停留时间:T=0.5h=30min

  池中水的平均深度:

  池体间的隔板之间的距离:

  接触消毒池是指将消毒剂与污水混合消毒的结构。主要功能:杀灭污水中的病原微生物。污水处理厂常用消毒剂:氯化钠、液氯、氯化钙等,有效成分为次氯酸盐。本设计采用传统的隔板反应池,药剂采用投加液氯。

  3.6.2规划设计计算

  (1)接触消毒池所占的容积为:

  接触消毒池所占的表面积:

  池体中隔板采用8个,所以廊道的全部宽度为;

  接触消毒池池体的长度;

  实际接触消毒池所需要的容积

  池深取;

  经以上计算校核,设计的结果能满足有效停留时间的要求。

  (2)池体中加氯量

  按每立方米投加5g,则每个消毒池投加氯量为

  (3)加氯设备

  选用一台REGAL-2100型负压加氯机,加氯量为9kg/h

  (4)加药间建在接触池之上,采用管道混合器混合加药

  第四章污泥处理构筑物的计算

  城市污水厂污泥处理一般有两种形式,一种是浓缩脱水前消化,另一种是直接浓缩脱水。污泥消化可分为好氧消化和厌氧消化。有氧消化消耗大量能量,很少使用。厌氧消化可以将污泥中的有机物转化为稳定的腐殖质,同时可以减少污泥量(减少污泥量20-30%),降低污泥的运输和处置成本,改善污泥性质,使污泥易于脱水、破坏和抑制病原微生物。污泥厌氧消化是最常用的污泥处理单元。另外,污泥浓缩、消化、脱水可以减少污泥量,降低污泥处置成本,污泥相对稳定。

  污泥脱水有两种方式:自然干燥和机械脱水。污泥自然干燥面积大,受气候影响大,卫生条件差,在城市污水处理厂中很少使用。污水处理厂占地面积小,对环境卫生要求高。不考虑污泥自然干燥。此次设计采用圆形辐流式浓缩池,选用中心驱动的刮泥机。

  4.1污泥浓缩池的规划设计

  浓缩池是用来处理剩余活性污泥必不可少的处理构筑物,它能把处理的污泥含水率从99.3%降至为97%,具有良好的浓缩效果。

  (1)浓缩池面积F(m)

  式中:Q——入流剩余污泥量(m3/h),;

  G——固体通量[千克/(平方米.小时)],一般采用,设计取;

  C——流入浓缩池的剩余污泥浓度(千克/立方米),一般采用10千克/立方米。

  代入数据得F=m2

  采用两个圆形辐流浓缩池,单池面积为:F1=74m2,单池流量为:Q=8.8m3/h

  (2)浓缩池的直径

  (3)浓缩池的容积

  式中;T——浓缩池浓缩时间(h),一般采用10-16h,本设计采用;

  (4)浓缩沉淀池按设计要求的有效水的深度

  (5)浓缩后剩余污泥量

  式中:P——浓缩池进入的活性污泥中水占的百分比;;

  P0——经过处理后的污泥中水占的百分比;

  代入数据得Q1=m3/d

  所以准备选用两台潜污泵来提升污泥(1用1备),以满足运行需要。

  (6)沉淀池的底部高

  辐流式沉淀池采用中心驱动刮泥机,池底需要做成1%的坡度,刮泥机会通过连续的转动将池中的污泥推入到污泥斗里。

  池底高度:

  式中:h4——沉淀池的底部高(米);

  i——沉淀池的底部坡度,

  代入公式中得;

  (7)污泥斗容积

  1.污泥斗高度(米)

  式中:—污泥斗高度(米);

  ——泥斗倾角,为保证排泥顺畅圆形污泥斗倾角一般采用55°;

  a——污泥斗上面部分的口半径(米),

  b——污泥斗底部半径(米),

  代入数据得h5=tanα×(1.5-0.5)=1.4m

  2.污泥斗的容积:

  V1=

  代入数据得V1=4.78m3

  3.污泥斗中污泥停留时间:

  T=

  代入数据得T=

  (8)浓缩池全部高度

  式中:—超高(米),;

  —缓冲层高度(米),一般采用,;

  代入数据得;

  (9)浓缩后分离出的污水量q(m3/s)

  代入到公式中;

  (10)溢流堰

  溢流堰是塔盘上液体溢出的结构,它能保持塔盘上的液体层,使液体均匀溢出。也可分为出口堰和进口堰。除个别情况外,溢流堰大多设置拱形堰,堰长一般可为塔径的0.6-0.8倍。出口堰一般采用平堰。当流量很小时,可以使用齿形堰。堰高取决于不同的板型和液体负荷。溢流出来的池水会经过溢流堰进入到出水槽里然后汇流到出水管排口排出。出水槽流量,宽0.2m,槽中水的深度为,设计其中水流动的速度为。设计溢流堰周长:

  代入数据得;C=37.4m

  溢流堰的形状为90度的单侧三角形出水堰,三角堰顶宽,深,所以每格沉淀池三角堰的数量为;。

  所以每个三角堰水流量为:

  为三角堰水深:,出水堰水头损失为0.1m。

  (11)溢流管

  溢流管中水的流量为,将溢流管的管径设置为,管内流速。

  (12)刮泥装置

  浓缩池中采用中心驱动刮泥机来清除池中污泥,该设备采用中心传动、垂架式,污水从进水管流入导流筒扩散后,均匀地向周边呈辐射状流出,呈悬浮状的污泥经沉淀后沉积于池底,驱动装置带动中心竖架旋转,并带动刮臂及刮泥板转动,将污泥从池周刮向中心集泥槽后,靠池内静水压由排泥管排出池外,水面的浮渣通过撇渣装置撇向池边,再由刮渣耙刮进排渣斗内排出池外;而上清液则通过三角形出水堰板溢入出水槽内排出。

  (13)排泥管

  设置污泥排出管的管径为,通过间歇性的方式将污泥排入贮泥池。

  4.2污泥压滤机房

  污泥脱水机房又称污泥脱水机,是一种连续运行的污泥处理设备。由于污泥含水率低、运行稳定、能耗小、控制管理相对简单、维护方便等特点,各种污泥对脱水机的适应性不同。我国污泥脱水机的常见机型有离心式、滤带式、螺旋环式和板框式。沉淀污泥的脱水、絮凝剂的选择和配料操作是关键,絮凝效果好,污泥脱水比较顺利。带式污泥脱水机由两条张紧的滤带组成,带着污泥层通过一系列S形的规则排列的滚筒,根据滤带本身的张力,带式污泥脱水机在污泥层上形成挤压和剪切力,挤压出污泥层污泥层中的毛细水,从而实现污泥脱水。设计采用污泥脱水设备型号为DYQ500B的带式压滤机。配套选择一台型号为无轴螺旋输送机

  设置的带式压滤机根据资料可知道技术参数;(带宽500mm,处理量1.5~3m3/h,功率1.1kw)。冲洗的水量≥4m3/h,冲洗水的压力≥0.4Mpa,气压:0.3~0.5Mpa.

  活性污泥经过上面的处理之后,污泥的含水率降到了百分之七十五左右,污泥经过压实定型成一块圆形的泥饼,这些泥饼再通过运输车辆运送出厂外交于处置单位。

  4.3系统管道中的排空管与超越管

  4.3.1排空管

  用来排尽空气的管道叫做排空管,排空管中的水会通过污水处理厂的污水管道,重新流回污水提升泵房里进行进一步深度处理。

  4.3.2超越管

  在污水处理厂前端格栅处设置有超越溢流井,当污水厂发因为一些设备故障等待原因而无法处理污水时可以通过超越溢流井,污水流出水管线,进入排污站里。

  4.4贮泥池

  4.4.1贮泥池设计进泥量

  公式中:—系统中每天产生污泥的量(m3/d)

  —初沉池中污水中处理的污泥的量(m3/d)

  —浓缩池处理后剩余污泥的量(m3/d)

  由之前设计计算结果可知,,,根据规划池中每天可以排2次污泥,排出污泥的时间间隔为12小时,每次排泥量为49.5m3/d。

  4.4.2贮泥池的容积

  式中:V—贮泥池池体的容积(m3)

  Q—每天污泥的产生量(m3/d)

  t—污泥的储存时间(h),一般采用

  n—存放污泥池子的数量,取

  代入数据得V=22.6m3

  4.4.3贮泥池设计容积

  V=a2h2+h3(a2+ab+b2)

  h3=tanα(a-b)/2

  式中:V—贮泥池池体的容积(m3)

  —贮泥池有效深度(m),设计取

  —污泥斗高度(m)

  a—存放污泥的池体边长(m),设计取

  b—污泥斗底边长(m),设计取

  —污泥斗倾角,一般采用60度

  代入数据得h3=1.73m,V=24.1m(大于22.6,符合设计要求)

  4.4.4贮泥池高度

  h=h1+h2+h3

  式中h1—为超高,取0.3m

  代入数据得h==0.3+2+1.73=4.03m

  4.4.5管道部分

  每个贮泥池安置一根管径为的吸泥管,贮泥池之间相互连通,保证两个池体之间的通畅。

  第五章污水处理厂总体布置

  5.1高程布置的原则

  厂区绿化布置;厂区道路绿化应满足遮荫、防尘、降噪、交通运输安全等要求,厂区前区绿化选用树冠大、树荫密、生长快、耐修剪的乔木,再选用花草灌木、多年生花卉并设置草坪,办公区绿化应种植观赏花木,草坪。生产区绿化应选用可以抗有害气体和吸收能力强的,隔声效果好的树木。

  5.2污水处理部分高程的计算

  污水处理设计地面标高24m

  湖水水位:22m

  跌水为:1m

  跌水井水位:23m

  排水总管水位:22.5m

  消毒池水管总损失:0.03m22.53m

  消毒池出水口的损失:0.57m

  消毒池水位:23.1m23.1m

  消毒池进水口的损失:0.40m23.5m

  CASS出水管损失:0.05m23.55m

  CASS出水口损失:2.15m

  CASS水位:25.7m

  CASS进水头部损失:0.02m

  CASS进水管损失:0.07m25.79m

  沉砂池出水堰水位:25.79m

  沉砂池出水堰的堰上水头:0.26m

  自由跌水:0.15m

  沉砂池水位:26.2m

  沉砂池的配水口水位:26.2m

  格栅前水位:过栅水头损失:0.15m26.35m

  第六章污水厂项目总投资估算

  6.1水厂工程造价

  6.1.1单项构筑物工程造价计算

  (1)费用一

  设计日处理水量:20000m3/d,各单项构筑物土建机器设备造价见表6-1;

  表6-1;各单项构筑物工程造价计算(单位:万元人民币)

  序号 名称 投资计算 序号 名称 投资计算

  1 总平面 298.63 10 消毒池 26

  2 污水泵房 238.66 11 综合楼及控制室 50.6

  3 中、细格栅 4.9 12 办公及化验楼 50.6

  4 曝气沉砂池 37.99 13 脱水机房 15.4

  5 CASS池 4326.1 14 投剂室 28.5

  6 污泥泵房 152.8 15 仓库 44.725

  7 鼓风机房 109.2 16 药剂室 14.875

  8 污泥浓缩池 44.9 17 变电所及配电所 60.25

  9 储泥池 14.1 合计 5518.23

  (2)费用二

  第二部分费包含管理费、土地费、工程监理费、供电费、设计费、招标管理费等查询资料知第二部分的费用按照第一部分费用的一半来概算。

  (3)费用三

  第三部分包括工程准备金、价格因素准备金、建设期贷款利息和初始流动资金。工程准备金按首期费用的10%计,价格因素准备金按首期费用的5%计,贷款期利息,贷款及辅助性底层流动资金按20%计,则合计:

  (4)污水处理厂投资总费用

  6.2污水处理成本计算

  (1)污水处理厂中动力设备的费用

  式中:P—污水处理厂采购的(水泵、鼓风机和其他机电设备)的功率总和(不包括备用设备),kW;

  d—污水处理厂当地电费的价格,元/(kW·h);

  K—水量总变化系数

  (2)污水处理厂中投加药剂的采购费

  式中:为污泥脱水中需要的药剂,取,

  为加氯量,取,。

  (3)员工费用开支

  式中:A为员工每年工资的平均收入;M为员工人数。

  (4)折旧费

  式中:S—固定资产总值,元;本次设置为92%。

  k—综合折旧提存率一般取4.5%-7.0%。

  (5)检修维护费

  检修维护费一般按固定资产总值的1%提取,特殊情况的设备视实际情况灵活变动。

  (6)其他的费用(包括行政管理费、辅助材料费等,)

  E6=(E1+E2+E3+E4+E5)×10%

  (7)单位制水成本

  式中:Q—平均日处理水量,m3/d