环境工程cass课程设计.doc

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1、目 录第一章 总论2第一节 设计任务和内容2第二节 基本资料2第二章 污水处理工艺流程说明3第二节 工艺确定3第三章 处理构筑物设计4第一节 格栅间和泵房4第二节 沉砂池6第三节 初沉池8第四节CASS池10第六节 加氯间21第七节 污泥浓缩池21第八节 污泥脱水间22第四章 污水厂总体布置23第一节 主要构（建）筑物与附属建筑物23第二节 污水厂平面布置23第三节 污水厂高程布置23第五章 总结及参考文献23第一节 设计总结23第二节 参考文献24第一章 总论第一节 设计任务和内容 一、水处理工程的课程设计的目的与要求 1. 依据课程设计任务书所提出的资料和要求，学生亲自动手设计一个污水处理

2、厂，主要包括完成设计计算书和设计说明书的编写以及污水处理厂的平面、高程布置图、以巩固和深化水处理工程所学的理论知识，实现由理论与实践结合到技术技能提高的目的； 2. 熟悉国家建设工程的基本设计程序以及与我专业相关的步骤的主要内容和要求；基本设计程序包括：可行性研究（立项）-初步设计-技术设计-施工设计-施工-竣工验收（有时视工程规模和技术复杂程度将初步设计和技术设计合并为扩大初步设计）。 3. 学习给水排水工程设计手册和相关设计规范等工具书的应用； 4. 提高对工程设计重要性的认识，克服轻视工程设计的倾向。 1）基础理论研究中的许多创新课题是由应用的需要提出来的，而创新的价值也往往在应用中才能

3、体现出来，在理论研究-应用研究-实际应用这一过程中工程设计扮演着一个很重要的角色，也就是说在科研成果转化为生产力的过程中，一般是离不开工程设计的； 2）一个工程类理论研究的试验装置的设计质量直接影响理论研究工作的开展； 3）工程设计能力是工科大学毕业生综合素质能力的体现，在用人单位对应聘者工程设计能力的要求是较高。二 、 课程设计的内容和深度 污水处理课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。 针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定活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

4、。设计深度一般为初步设计的深度。第二节 基本资料 1.水量为 10000 m3/d；生活污水和工业污水混合后的水质预计为： BOD5 = 200 mg/L，SS = 220 mg/L，COD = 400 mg/L，NH4-N 40 mg/L，TP= 8 mg/L。 2.要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准。即COD50mg/l，BOD510 mg/l，SS10 mg/l，NH4-N 5 mg/l，TP0.5mg/L。第二章 污水处理工艺流程说明 第一节 工艺比选CASS工艺与传统活性污泥法的相比，具有以下优点：1、建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀

5、池及污泥回流设备，建设费用可节省20%30%。工艺流程简单，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35%；2、运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，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%；3、有机物去除率高。出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮除磷功能；4、管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统简单，运行安全可靠；污泥产量低，性质稳定。第二节 工艺确定 根据基本资料，选定污水处理工艺流程如

6、下：流程说明： 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，之后进沉砂池，水质水量得到调节，大部分污泥下沉。再进初次沉淀池，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。第三章 处理构筑物设计 设计流量：a.日平均流量Qd=10000m3/d416.7m3/h=0.116m3/s=116L/s Kz取1.2b. 最大日流量Qmax

7、=KzQd=1.2416.7m3/h=500m3/h=0.14m3/s第一节 格栅间和泵房（1）确定栅前水深根据最优水力断面公式计算得： 所以栅前槽宽约0.66m。栅前水深h=0.3m（2）格栅计算1、栅条间隙数（n）为 =式中： Qmax最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，度（），取60；h栅前水深，m； 污水的过栅流速，m/s，取0.8m/s；b格栅条间隙，m，取0.025m。2、栅槽有效宽度（）设计采用10圆钢为栅条，即S=0.01m。=0.725(m)3、 进入渠道渐宽部分的长度 若进水渠道B=，渐宽部分展开角 4、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 5、 通过格栅的水头损失 设栅条断

8、面为锐边矩形断面，则, 6、栅后槽总高度 取栅前渠道超高 栅前槽高 7、栅槽总长度式中：L1进水渠长，m； L2栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度，m；B1进水渠宽，； 1进水渐宽部分的展开角，一般取20。图一 格栅简图 8、栅渣量计算 对于栅条间距b=25mm的中格栅， 对于城市污水，每单位体积污水拦截污物为 W1=0.07m3/103m3，每日栅渣量为 拦截污物量大于0.2m3/d，宜采用机械清渣。第二节 沉砂池采用平流式沉砂池1. 设计参数最大设计流量：Qmax=0.14m/s；最小设计流量：Qmin=0.10m/s（设计1组，分为2格）设计流速：v=0.2m/s水力停留时间：t=50s2.

9、 设计计算1、沉砂池长度：L=vt=0.250=10m2、水流断面积：A=Qmax/v=0.14/0.2=0.7（m2) 3、池总宽度：设计n=2格，每格宽取b=1.0m，池总宽B=2b=2.0m4、有效水深：h2=A/B=0.7/2.0=0.35m （介于0.251m之间）5、贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则沉砂斗容积其中 X：城市污水沉砂量30m3/106m3，Kz：污水流量总变化系数1.26、每个沉砂斗容积V0 每格沉砂池设两个沉砂斗，两格共有四个沉砂斗 7、沉砂斗各部分尺寸及容积：设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为55，斗高h3=0.5m，则沉砂斗

10、上口宽：沉砂斗容积： （略大于0.15m3，符合要求）8、沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为 （0.2为两沉砂斗之间隔壁厚） 则沉泥区高度为h3=h3+0.06L2 =0.3+0.063.98=0.54m 池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.35+0.54=1.19m9、进水渐宽部分长度:10、出水渐窄部分长度: l3=l1=1.10m11、校核最小流量时的流速：最小流量即平均日流量 符合要求 式中：Qmin-最小流量，m/s； n1-最小流量时工作的沉砂池数目，个； Wmin-最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。12、计算

11、草图如下：第三节 初沉池采用平流式沉淀池1、 池子总面积 式中：Qmax-最大设计流量，m3/s；q-表面负荷，m3/(m2.h),取2.0m3/(m2.h)；2、沉淀部分有效水深式中：t为沉淀时间，h，取t=1.5h。3、 沉淀部分有效容积4、 池长式中： v为最大设计流量时的水平流速，mm/s，取v=2.6mm/s；5、 池子总宽度6、 池子个数 b为每个池子分格宽度，取b=3m（个）7、校核长宽比 长宽比在35之间，符合要求。8、污泥部分所需容积 设T=2d 污泥量为 ，污泥含水率，则 每格池污泥所需容积9、污泥斗容积10、池子总高度 设缓冲层高h3=0.3m ，超高h1=0.3H=h1

12、+h2+h3+h4=0.3+3+0.3+2.16=5.76m图 平流式初沉池第四节CASS池1、基本设计参数 考虑格栅和沉砂池可去除部分有机物及SS，取COD,BOD5,NH3-N,TP去除率为20%，SS去除率为35%。此时进水水质：COD=400mg/L（1-20%）=320mg/L BOD5=200mg/L（1-20%）=160mg/LNH3-N=40mg/L（1-20%）=32mg/LTP=8mg/L（1-20%）=6.4mg/LSS=220mg/L（1-35%）=176mg/L处理规模：Q=10000m3/d,总变化系数1.2混合液悬浮固体浓度（MLSS）：Nw=3200mg/L反应

13、池有效水深H一般取3-5m,本水厂设计选用4.0m排水比：= =0.42、BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）（Ns） Ns-BOD-污泥负荷（或称BOD-SS负荷率）,kgBOD5/(kgMLSSd)； K2-有机基质降解速率常数，L/(mgd),生活污水K2取值范围为0.0168-0.0281，本水厂取值0.0250；-有机基质降解率，%； Se-为污水总残存的有机质浓度，mg/L。 f-混合液中挥发性悬浮固体与总悬浮固体浓度的比值，一般在生活污水中，f值为0.7-0.8,本水厂设计选用0.75。代入数值，得之后把本数值代入得=0.2 kgBOD5/(kgMLSSd)3、曝气时间TA

14、 式中 TA曝气时间，h S0进水平均BOD5，/L m排水比 1/m = 1/2.5 Nw混合液悬浮固体浓度（MLSS）：X3200mg/L4、沉淀时间TS 活性污泥界面的沉降速度与MLSS浓度、水温的关系，可以用下式进行计算。Vmax = 7.4104tXO -1.7 (MLSS3000) Vmax = 4.6104XO-1.26(MLSS3000)式中 Vmax活性污泥界面的初始沉降速度。 t水温， X0沉降开始时MLSS的浓度，X0Nw=3200mg/L，则Vmax = 4.61043200-1.26=1.76m/s 沉淀时间TS用下式计算 式中 TS沉淀时间，h H反应池内水深，m

15、安全高度，取1.2m5、排水时间TD及闲置时间Tf 根据城市污水处理厂运行经验，本水厂设置排水时间TD取为0.6h,闲置时间取为0.2h。 运行周期T=TA+TS+TD+Tf=4.8h 每日运行周期数（个）6、CASS池容积 VCASS池容积采用容积负荷计算法确定，并用排水体积进行复核。a、采用容积负荷法计算：式中： Q城市污水设计水量，m3/d ；Q=10000m3/d； Nw混合液MLSS污泥浓度（kg/m3），本设计取3.2 kg/m3； NsBOD5污泥负荷(kg BOD5/kg MLSSd)，本设计取0.2kgBOD5/kgMLSSd； Sa进水BOD5浓度（kg/ L），本设计Sa

16、 =160mg/L； Se出水BOD5浓度（kg/ L），本设计Se =10mg/L； f混合液中挥发性悬浮固体浓度与总悬浮固体浓度的比值，本设计取0.75；则：本水厂设计CASS池四座，每座容积b、排水体积法进行复核 单池容积为 反应池总容积 式中 Vi单池容积，m3 n周期数； m排水比 1/m = 1/2.5 N池数； Q平均日流量，m3/d 由于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，则单池容积Vi=1250m3，反应池总容积V=5000m3。7、CASS池的容积负荷 CASS池工艺是连续进水，间断排水，池内有效容积由变

17、动容积（V1）和固定容积组成，变动容积是指池内设计最高水位至滗水器最低水位之间高度（H1）决定的容积，固定容积由两部分组成，一是活性污泥最高泥面至池底之间高度（H3）决定的容积（V3），另一部分是撇水水位和泥面之间的容积，它是防止撇水时污泥流失的最小安全距离（H2）决定的容积（V2）。CASS池总有效容积V（m3）： Vn1（V1V2V3）a、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： N一日内循环周期数，N=5； H池内最高液位H（m）,本设计H=4.0m。则 b、滗水结束时泥面高度，H3（m）已知撇水水位和泥面之间的安全距离，H2=1.2m；H3=H-(Hl+H2

18、)=4-1.6-1.2=1.2mc、SVI污泥体积指数,(ml/g) 代入数值，则 此数值反映出活性污泥的凝聚、沉降性能良好。8、CASS池外形尺寸a、 式中： B池宽，m，B:H=12，取B=8m，8/4=2，满足要求； ， 取L=39m.L/B=47/8=4.9, L:B=46,满足要求。b、CASS池总高，H0（m） 取池体超高0.5m，则H0=H0.54.5mc、微生物选择区L1，（m） CASS池中间设1道隔墙，将池体分隔成微生物选择区（预反应区）和主反应区两部分。靠进水端为生物选择区，其容积为CASS池总容积的10%左右，另一部分为主反应区。选择器的类别不同，对选择器的容积要求也不

19、同。L110L=10%39=3.9（m） CASS工艺原理图9、连通孔口尺寸 隔墙底部设连通孔，连通两区水流，因单格宽8m，根据设计规范要求，此时连通孔的数量取为3。a、连通孔面积A1 A1按下式进行计算： 式中： U孔口流速，取U=70m/h 将各数值代入，计算得：b、孔口尺寸设计 孔口沿墙均布，孔口宽度取0.7m，孔高为0.84/0.8=1.05m。为：0.7m1.05m10、复核出水溶解性BOD5处理水中非溶解性BOD5的值：BOD5=7.1bXaCe Ce处理水中悬浮固体浓度，10mg/L。 Xa活性微生物在处理水中的所占比例，取0.4。 b微生物自身氧化速率 普通负荷：0.4 高负荷

20、：0.8 延时曝气系统：0.1 本设计取0.4 BOD5=7.10.0750.410=2.13mg/L 故水中溶解性BOD5要求小于102.13=7.87 mg/L而该设计出水溶解性BOD5： = 设计结果满足设计要求。11、计算剩余污泥量 理论分析，知温度较低时，产生生物污泥量较多。本设计最冷时是冬季平均最冷温度是0.2。0.2时活性污泥自身氧化系数：Kd（0.2）=Kd（20）=0.061.04（0.220）=0.028 剩余生物污泥量： 式中： 系统每天排出的剩余污泥量，/d； Y污泥产率系数，一般为 0.40.8取0.5。 剩余非生物污泥量： =10000（1-0.70.75） =78

21、8.5kg/d 公式中，fb进水VSS中可生化部分比例，取fb=0.7； C0设计进水SS，m3/d； Ce设计出水SS，m3/d； 剩余污泥总量：X=XV+XS=596.55+788.5=1385kg/d 剩余污泥浓度NR：剩余污泥含水率按99.3%计算，湿污泥量为12、复核污泥龄=式中： 污泥龄 Y污泥产率系数，一般为 0.40.8取0.5 Kd衰减系数，一般为0.040.075 取0.07 代入数值，= = =33d硝化所需最小污泥龄：=（1/1.103（15-T）fs 式中 硝化所需最小污泥龄d-1； 硝化细菌的增长速率d-1：T=0.2摄氏度时，取为0.35； fs安全系数：为保证出

22、水氨氮小与5mg/L 取2.33.0；取2.3； T污水温度：取冬季最不利温度0.2摄氏度。=（1/1.103（15-T）fs=(1/0.35)1.103（15-0.2）2.3 =28d 经校核，污泥龄满足硝化要求。13、需氧量 设计需氧量包括氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量及出水带走的氧量。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。a、氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量O1以每去除1BOD需要0.48Oa的经验法计算。 = 2960(O2/d) 式中 Oa 需氧量，O2/d； 活性污泥微生物每代谢1BOD需氧量，一般生活污水取为0.420.53，本设计取0.48；

23、 1活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，一般生活污水取为0.110.188，本设计取0.12。b、氨氮硝化需氧量Ob按下式计算； =4.5710000（32-5）10-3-0.12 =1035(O2/d) 式中 4.57氨氮的氧当量系数； Nk进水总凯氏氮浓度，g/L；Nke出水总凯氏氮浓度，g/L； 系统每天排出的剩余污泥量，/d；总需氧量 /d=166.5/h 14、标准需氧量 标准需氧量计算公式：SOR=Csb（T）=Cs（T）（+）Ot=式中 SOR水温20，气压1.103105pa时，转移到曝气池混合液的总氧量，/h； AOR在实际条件下，转移到曝气池混合液的总氧量，/h；Cs（20）

24、20时氧在清水中饱和溶解度，取Ca（20）=9.17mg/L； 杂质影响修正系数，取值范围=0.780.99，本例选用=0.90；含盐量修正系数，本例取=0.95； 气压修正系数； Pa所在地区大气压力，Pa； T设计污水温度，本设计考虑最不利水温，夏季T=27.3； CSb（T）设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度mg/L； Cs（T）设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，水温27.3时，CS（27.3）=8.02；Pb空气扩散装置处的绝对压力，pa，Pb =P+9.8103H；P大气压力，P=1.013105； H 空气扩散装置淹没深度，取微孔曝气装置安装在距池底0.5m处，淹没深度3.5

25、m； Ot气泡离开水面时，氧的百分比，%； EA空气扩散装置氧转移效率，本设计选用水下射流式扩散装置，氧转移效率EA按26%计算； C曝气池内平均溶解氧浓度，取C=2mg/L。工程所在地海拔高度110m，大气压力p为0.99105pA,压力修正系数：=0.90Pb=P+9.8103H =1.013105+9.81033.5=1.356105（Pa）Ot=100%=16.4%CSb（27.3）=Cs（27.3）（+）=8.02（）=8.40mg/L 标准需氧量SOR： SOR= = =316.3/h 空气扩散装置的供气量，可通过下式确定： G=4055m3/h15、空气管系统设计 曝气系统管道布

26、置方式为，相邻的两个廊道的隔墙上设两根干管，共四根干管，在每根干管上设5条配气竖管，全曝气池共设45=20条配气竖管。每根竖管的配气量为： m3/h 曝气池平面面积为：每个空气扩散器的服务面积按1.0 m3计，则所需空气扩散器的总数为：个为安全计，本设计采用1200个空气扩散器，每个竖管上安设的空气扩散器的数目为：每个空气扩散器的配气量为 m3/h曝气系统管道布置图 第五节 接触消毒池 1. 设计参数 设计流量Q=0.1157m3/s 接触时间t=30 min 水深 h=2 m 隔板间隙 2.85 mm 池底坡度 2%-3% 排泥管 DN=200 mm 2. 容积V=Qt=0.11573060

27、=208.3 m3 3. 速度 4. 表面积 5. 廊道总宽：采用4个隔板，则廊道总宽为：B=2.855=14.25m ，B取14.5m 6. 接触池长度 7. 接触池高度 设接触池高出水面安全高度为第六节 加氯间1. 加氯量 按每立方米投加5g计， 则2. 加氯设备选用1台REGAL-2100型负压加氯机，单台加氯量为10kg/h。3. 加药间建在接触池之上，采用管道混合器混合加药。第七节 污泥浓缩池 设计计算： 浓缩后污泥浓度C2=30gL，含水率P2=97%总污泥量由CASS产生剩余量为1385kg/dC1=(100-P)10（kg/m3）浓缩池单池面积A（m2）式中： Q-污泥量（m3

28、/d） C-污泥固体浓度（g/L） M-浓缩池污泥固体通量kg/(m2.d)，因此时污泥为剩余污泥，则取50。分两座池子，则浓缩池直径浓缩池工作部分高度，污泥浓缩时间T=13h,则浓缩池工作部分高度.设池超高0.3。缓冲层高0.3m浓缩池总高：H=h1+h2+h3=3.87+0.3+0.3=4.47m。浓缩后污泥总体积：第八节 污泥脱水间1.参数选取压滤时间取T = 4 h ；设计污泥量Q0 =323 m3/d ；浓缩后污泥含水率为97% ；压滤后污泥含水率为75% 。5. 污泥体积 式中 Q脱水后污泥量 m3/d Q0脱水前污泥量 m3/d P1脱水前含水率（%） P2脱水后含水率（%） M

29、脱水后干污泥重量 （kg/d）脱水后污泥由螺旋输送机送入小车运走，分离液返回CASS池再次进行处理。第四章 污水厂总体布置 第一节 主要构（建）筑物与附属建筑物见附图 平面布置图。第二节 污水厂平面布置见附图。第三节 污水厂高程布置见附图。第五章 总结及参考文献第一节 设计总结在本次设计中，通过在图书馆及网上大量的资料搜集寻找，以及和老师、同学间的及时有效的交流，不仅主要构筑物，还有附属构筑物以及设备选型等都进行了全面且详尽的设计计算，而且，在设计过程中，每一个公式，每一个数据的选择，都是经过大量的资料参考以及反复的设计计算得来的，在最大程度上符合设计要求。但由于资料的搜集过于盲目，还是走了很

30、多的弯路，以至于后来的构筑物设计有些仓促，可能会出现些瑕疵。另外，在构筑物设计时个别有疑问的地方，由于时间及资料有限，就会这样放过去，而没有认真考虑其实在的意义，当然，由于本次设计没有考虑具体实际情况，如流量的变化，也使设计过于理想化，这是以后设计应该考虑的问题。本次设计严格按照高程设计的一般原则进行，经过提升泵房的提升后，污水可以实现依靠重力流动的目标，设计过程中有预留的水头并且综合考虑了污泥和污水流程的配合，尽量减少了流程中不必要的能量损失。但由于污水处理厂中不确定的因素有很多，本次设计过程中没有考虑雨天流量和事故时流量的增加，在以后的设计过程中应该对当地的最大降雨量进行调查并考虑各种不确

31、定因素的发生，预留足够的流量，以避免涌水事故的发生。通过本次的城市污水处理厂工艺设计，确实习得了很多的知识，不仅加深了对理论知识的理解，更加掌握了设计的方法和思路。但是，这次设计是遇到很多问题的。所谓“听百家言，掌百家见识”，在某些时候是对的，但在这里，翻得资料越多，越没有逐渐的豁然，反而更加的迷惑，因为每本书的设计方法千差万别，在刚开始的一段时间里，设计总是不合理，还好有老师同学在，再多的问题都是可以解决的，因此，还要感谢陈老师和同学们的无私帮助。另外，在设计过程中，反复的修改和寻找资料让自己有时觉得很累，总想就那么草草的拿个模板抄一下，但，最终还是坚持了下来，毕竟，要对得起自己的这份诚心。

32、每一次成功的结晶都离不开汗水的浇灌，虽然我的设计并不算尽善尽美，但，付出了，就值得了。第二节 参考文献排水工程（下），中国建筑工业出版社，1996年6月（第3、4、7、8、9章）排水工程（上），中国建筑工业出版社，1996年6月给水排水设计手册中国建筑工业出版社，1986年12月（第5、11册）室外排水设计规范GBJ 1487 污水处理厂设计与运行，化学工业出版社，2001.8水污染治理新工艺与设计，海洋出版社，1999.3水处理新技术及工程设计，化学工业出版社，2001.5给水排水工程快速设计手册（2，排水工程），中国建筑工业出版社，1996.2三废处理工程技术手册（废水卷），化学工业出版社，2000.4 教材