生态校园校园生活污水处理与回用工艺设计.doc

唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：生态校园生活污水处理与回用工艺设计系 别： 环境与化学工程系 班 级： 11环境工程（2）班 姓 名： 赵孟颖 指 导 教 师： 钟倩倩 2015年6 月5 日生态校园生活污水处理与回用工艺设计摘要本设计为生态校园生活污水处理与回用。校园生活污水的主要特点是水质水量波动大，污水可生化性好。校园生活污水处理与回用的目的是通过各种技术去除水中的污染物，实现污水的再生利用，缓解城市用水紧张的现状，增加学校的经济效益。本设计采用CASS工艺处理校园生活污水，主要介绍了国内外校园中水回用的现状和发展趋势、校园生活污水处理与回用的常用工艺。着重介绍了CASS工艺的原理、运行方式、工艺流程及其设计计算。关键词：CASS工艺 校园生活污水 中水回用 设计计算Ecological Campus Sewage Treatment and Recycling Process DesignAbstractThe design for the eco-campus sewage treatment and reuse. The main features of campus life sewage water quality and quantity of large fluctuations, the biodegradability of wastewater is good. Treatment and reuse of sewage campus life purpose is to remove pollutants in water through a variety of techniques to achieve the recycling of waste water to ease the tension of urban water situation, increase economic school. This design uses CASS process to deal with campus domestic sewage.It describes the current situation and development trend of the domestic campus water reuse, treatment and reuse of common processes sewage campus life. It focuses on the principle of CASS process, operation mode, process and design calculations.Keywords:CASS process; campus life sewage; water reuse; design calculation目录1 引言11.1研究的背景与意义11.2国内外研究现状11.3中水回用技术发展前景21.4校园生活污水处理与回用存在的问题31.5工程概况32工艺的选择52.1校园生活污水的来源及特点52.1.1校园生活污水的来源52.1.2校园生活污水的特点52.2工艺流程的确定52.2.1校园生活污水的处理与回用的方法52.2.2各种工艺的比较62.2.3设计方案的确定83工艺流程中的构筑物设计计算103.1格栅的设计计算103.1.1格栅的作用103.1.2已知条件103.1.3设计计算103.2提升泵的设计计算123.2.1提升泵的作用123.2.2设计参数123.2.3提升泵的设计计算123.3调节池的设计计算133.3.1调节池的作用133.3.2调节池设计参数143.3.3调节池的设计计算143.4沉砂池的设计计算143.4.1沉砂池的作用143.4.2沉砂池的类型143.4.3旋流沉砂池的设计参数153.4.4旋流沉砂池的设计计算153.5 CASS反应池设计计算163.5.1 CASS工艺163.5.2 CASS反应池设计计算183.6中间水池223.6.1中间水池的作用223.6.2中间水池的设计计算223.7网格絮凝沉淀池223.7.1设计说明223.7.2网格絮凝沉淀池设计计算223.8均粒滤料滤池253.8.1均粒滤料滤池工艺概括253.8.2设计参数253.8.3设计计算253.9清水池263.9.1清水池的作用263.9.2清水池设计计算263.9.3投加消毒剂的量263.10 污泥浓缩池263.10.1污泥浓缩的作用263.10.2设计计算263.11污泥脱水293.11.1脱水污泥量计算293.11.2脱水机的选择293.11.3附属设备计算294污水处理站总体布置314.1总平面布置314.1.1总平面布置原则314.1.2平面布置的方法324.2高程布置334.2.1高程布置原则334.2.2高程计算335结论37谢辞38参考文献39附录40唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言1.1研究的背景与意义“人以食为天，食以水为先”，水是生命之源 ，是一切生物赖以生存的重要物质，是工农生产、经济发展和环境改善必不可少的宝贵自然资源。我国的水资源存在两大主要问题：一是水资源短缺。我国水资源总量约占世界总量的6%，约2.8万亿立方米。由于我国人口众多，当前人均水资源占有量为2500立方米，约为世界人均占有量的25%，是世界人均水资源贫乏的国家之一。二是水污染严重。据监测，全国废污水排放量与日俱增，由1980年的315亿吨增加到2002年的631亿吨，而且在持续增加中。海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江7大江河水系均受到不同程度的污染。多数城市地下水也受到了一定程度的污染，并且有逐年增加的趋势。万里海疆形势也不容乐观，赤潮年年发生。 日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，严重威胁到了人类的生产、生活及动植物的生长繁殖。中水回用技术是解决水资源问题的途径之一。中水又成再生水，因其水质介于上水和下水之间而被称为中水。主要是指生活污水、雨水等城市污水经过深度处理后得到的可利用水。中水回用技术之将生活污水集中处理后达到一定的标准回用于绿化浇灌、洗车、道路清洁、厕所冲洗等，从而达到节约用水的目的。随着社会的进步，知识成为发展社会的基础，而学校则是学习知识的重要场所。良好的校园环境会增加学生的学习热情，促进学生更好地吸收知识，获得更多的知识。社会在进步，人们的思想也在进步，越来越多的家长选择将孩子送入学校接受教育。据统计，2006年全国在校大学生达到1400万人，大多数高校人均用水量在200-300L/d。高校规模仍在持续增加，高校已然成为城市用水大户，增加了城市供水危机，加大了城市污水处理厂的处理压力因此，在校园内树立节水意识，实施中水回用系统，实现污水资源化至关重要。1.2国内外研究现状中水回用技术经过半个世纪的发展日趋成熟，在国外已经广泛使用。据了解，日本的中水的回用历史最为悠久，中水一词也起源于日本。在日本、美国、以色列等发达国家，均以本国度、区域特点确定出适合其国情的中水回用技术，使中水回用技术越来越完善，其中水被普遍应用于洗车、农田灌溉、道路清洗、厕所冲洗等方面。在中国，中水回用技术也有了一定的规模，在深圳、北京、天津、太原等城市都开展了中水回用工程的运行并取得了显著效果。我国很多的水处理企业也相继成立。但还存在技术落后、资金投入少等很多问题。我国中水回用技术研究开始于1985年，80年代初在北京、大连、西安等大城市开展了污水回用实验研究，90年代完成了几个典型的回用工程。进入21世纪国内很多城市污水处理厂才相继投入使用中水回用工程。自1997年清华大学首次提出了创建绿色大学的办学理念，“生态校园”的概念开始在全国各地流传。部分高校在生态校园和可持续发展的前提下，已经展开或正拟建中水回用工程1，如表1-1。表1-1 部分高校中水工程参数高校中水工程原水主要工艺运行规模/ m3/d运行成本/元/m3山东师范大学洗浴废水、洗涤废水生物接触氧化法4800.57东北财经大学卫生间、洗衣房排水曝气生物滤池3600.97中国医科大学附属第一医院综合污水两段式曝气生物接触氧化13000.365北京联合大学洗浴排水、盥洗排水一体化处理设备（以生物接触氧化为主）802.93从上表可知：（1）中水回用的原水取自学生的日常生活，一般为厨房与衣物洗涤、澡堂洗浴、卫生间冲洗等过程排放的污水；（2）目前高校采用的处理工艺一般以生物处理优先，工艺流程简单，运行规模不大；（3）实施或拟建中水回用工程的学校大部分分布在北方；（4）不同工艺处理的污水水质、水量及其运行成本均存在差异。1.3中水回用技术发展前景就目前形势来看，中水回用行业的发展前途是良好的。首先，由于人口的不断增加，对水量的需求越来越大，水资源越来越紧张。这种情况下，开发新的水源是必要的，而中水回用存在很多优点，已经被认作是一种重要水源；其次，干旱、地震等自然灾害使水资源急剧减少，中水回用被认为是解决气候变化导致水资源短缺问题的一种可能解决方案；再次，人性的贪婪使水污染日趋严重，这种贪婪也促使环保政策日趋严格，而中水回用成为应对环保政策的一种方案；最后就是经济所需，对很多工业用户来说，生产会耗费大量的水使成本增加很多，使用中水回用技术会降低成本，带来很大的收益。总之，中水回用技术发展前景是良好的，是不可阻挡的。1.4校园生活污水处理与回用存在的问题目前很多高校在中水回用方面做着积极的努力，取得了一些显著的成果。但是与发达国家相比还存在着很多的问题：（1）中水回用技术不完善：由于中国引进中水回用技术较晚，即使对校园生活污水有了一定的研究成果和实例，但总体上较发达国家还比较落后，主要体现在运行管理复杂、成本高。（2）经济问题：高校是不以盈利为目的的事业单位，有限的资金的应用于教学基础设施上，在中水回用上往往“有心无力”。（3）国家没有关于中水回用相关的法律法规：没有强有力的政策保证，相关部门缺乏相应的工作要求及有效的管理，使得中水回用技术不能连续有效的贯彻实施。（4）自来水价格偏低：中国城市自来水价格一直偏低，不仅导致水资源严重浪费，也导致中水回用缺乏市场竞争力，不能广泛应用。1.5工程概况某校区现有学生及教师4000人，生活污水标准现状值1m3/(人d)，生活污水排放系数为0.8，故该校区每天排放总生活污水量为40000.81=3200 m3/d。现规划建设一小型污水处理站，设计规模为3500m3/d。污水水质指标参考城市污水水质确定排放要求，出水水质即达到污水综合排放标准GB8978-1996中一级标准，也达到城镇污水处理厂污染物综合排放标准GB18918-2002中的一级B标准。同时，考虑到中水回用，应满足城市杂用水水质标准（GB/T18920-2002）。其主要水质见表1-2。表1-2 处理前后污水水质COD (mg/L)BOD5 (mg/L)SS (mg/L)TP (mg/L)NH3-N（mg/L）pH处理前4002252501.5406.0-8.0处理后6020200.5156.0-9.0回用水质501010(5)20（10）6.5-9.0注：（）内表示用于洗车、扫除的中水水质要求，（）外表示用于厕所便器冲洗、城市绿化的中水水质要求。气象及水文资料 风向：多年夏季主导风向为东南风。水文：陡河纵贯南北，属大陆性季风气候，全年气温变化剧烈，年平均气温11，极端最高气40.5，极端最低气温-28.2，年降水量625毫米。地势东南高、西北地，平局海拔21.5米。2工艺的选择2.1校园生活污水的来源及特点2.1.1校园生活污水的来源校园生活污水与一般城市生活污水性质类似，主要来源于学生与教师日常生活中厨房与衣物洗涤、澡堂洗浴、卫生间冲洗等过程排放的污水。校园生活污水不包括各学院实验室排放出来的废水。2.1.2校园生活污水的特点研究表明2：校园生活污水中污染物浓度的高低取决于学生的生活规律，一般中午和午夜时分，各污染物浓度较高，清晨和傍晚稍低；冬季较高，春夏季较低。由此可见校园生活污水的水质水量波动性较大，但存在规律性。污水以有机物为主，BOD/COD=0.570.3，可生化性较好，其他有毒有害污染物一般不超标，处理难度较小。氮磷的浓度偏高，选择工艺时应选择脱氮除磷效果良好的工艺。2.2工艺流程的确定2.2.1校园生活污水的处理与回用的方法生活污水的处理方法包括：（1）物理处理法：通过物理作用分离、回收废水中不溶解的成悬浮状态的污染物的废水处理方法，可分为中立分离法、离心分离法和筛滤截留法等。（2）化学处理法：通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为危害物质的废水处理方法。包括：混凝、中和、氧化还原、萃取、吸附、离子交换、反渗透等。（3）生物处理法：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。可分为需氧生物处理和厌氧生物处理。最常用的生物处理法是活性污泥法。（4）生物接触氧化法：是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法工艺。校园生活污水中含有大量的有机物、氮磷元素和SS，不可直接排放。如不经处理直接排放，会导致水体富营养化，植物、鱼虾等水生动植物大量死亡等严重影响。根据规定，当BOD5/COD0.3时易生化处理；当BOD5/COD0.25是可生化处理；当BOD5/COD0.3，可生化性强。故可采用以生物化学方法为中心的处理系统。中水回用即为污水的深度处理，其按处理方法一般分为3种类型：（1）物理处理方法膜滤法，是在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着膜表面流动，溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子从高压侧透过滤膜进入低压侧，并作为滤液排出；而溶液中的高分子物质、胶体颗粒等被截留，溶液被压缩并以浓缩形式排出。该方法的特点为：装置紧凑，占地面积小，操作简单，运行稳定，适用于水质波动大的情况。（2）物理化学法一般采用砂滤、活性炭吸附、混凝沉淀等方法，这种方法的特点为：采用中空纤维超滤器进行处理，技术先进，占地面积小，运行管理简单，适用于污水水质变化较大的情况。（3）生物处理法一般采用活性污泥法、接触氧化法等方法。可单独使用，也可组合使用。常用的组合方法有：接触氧化+生物滤池，生物滤池+活性炭吸附等。这种方法的特点是：剩余污泥量少，适应水力负荷变动能力强，维护管理简单，适用于有机物含量高的污水。校园生活污水有机物含量较大，水质波动较大，且学校资金有限，综合选择物理化学方法。2.2.2各种工艺的比较下面介绍几种处理校园生活污水的常用方法：（1）人工湿地法处理校园生活污水人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择适宜的位置，建造人们需要的湿地。高拯民等指出：湿地处理系统是指将污水有效控制地投配到经常处于饱和状态的土壤中，生长着沼泽水生植物的土地上，污水在沿一定方向流动，在此过程中在耐水植物和土壤联合作用下得到净化的一种土地处理系统。人工湿地可有效地去除废水中有机物、SS和病原菌。但人工湿地技术还不完善，存在很多的不足：氮磷处理效率不稳定，系统供氧不足；占地面积大，水力负荷较小；堵塞问题和预期寿命问题未解决；运行状态、条件很难控制。（2）氧化沟工艺处理校园生活污水氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形，在各地污水处理厂应用最广泛。氧化沟又名氧化渠，利用循环是反应池作生物反应池，混合也在该反应池中一条闭合曝气条件下使用。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体呈环形，通常在延时曝气条件下使用。其工艺流程简单，不需设置初沉池和二沉池，并可以有效地去除污水中的氮磷。适用于中小型污水处理厂。但其占地面积过大，存在污泥膨胀、污泥上浮、泡沫等问题。不适用于校园生活污水的处理。（3）SBR工艺及其变形工艺处理校园生活污水传统SBR工艺是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥法水处理技术，其技术的核心为SBR反应池，该池具有初沉、二沉、生物降解等功能，不需设置污泥回流系统。SBR的变形工艺中CASS工艺在校园生活污水处理中应用最广泛。CASS工艺可满足各种严格的出水水质要求，经其处理后的出水水质更接近于可回用的中水水质。两者相比较，见表2-1。SBR工艺CASS工艺原理时间上的交替运行，只有一个SBR池，同时具有调节池、曝气池、沉淀池的功能运行过程分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段包括充水曝气、充水泥水分离、滗水、充水闲置等四个阶段。工艺有三个反应区：生物选择区、缺氧区、好氧区工艺特点工艺简单，不设调节池、二沉池和污泥回流，占地小，基建、运行费用低，不易发生污泥膨胀，处理效果好，同时脱氮除磷操作灵活，对水量水质变化适应性强，系统稳定性强，脱氮除磷效果良好，加强了反硝化、有机物吸附等作用生物降解能力处理COD的浓度可达到几百到几千毫克每升，去除率很高，可去除一些难降解有机物质污水进入反应池可被混合液稀释到相对较低的浓度在曝气阶段有机物可得到完全降解经济性不需设置初沉池、二沉池、调节池，且占地面积小，氧转移率高，运行费用比传统活性污泥法低建设费用低，无初沉池、二沉池；占地面积少；运行费用低，自动化程度高运行方式要保证运行的稳定性和处理效能，还要保证每个池充水的顺序连续性边进水边曝气，沉淀过程不停止进水和污泥回流系统，这是区别于SBR工艺的一大特点表2-1 SBR工艺与CASS工艺的比较（4）MBR工艺处理校园生活污水MBR工艺在校园生活污水处理的应用上也较为广泛，又称膜生物反应器，是一种活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。主要由膜分离组件和生物反应器两部分组成。膜-生物反应器是曝气膜-生物反应器、萃取膜-生物反应器和固液分离型膜-生物反应器三类反应器的总称。与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR工艺出水水质优质稳定，其出水可以直接作为非饮用水进行回用，剩余污泥产量少，污泥处理费用低，占地面积小，可去除氨氮及难降解有机物，操作方便，便于改造、扩建，但膜造价高，容易产生二次污染，能耗高。（5）生物接触氧化法处理校园生活污水生物接触氧化法是从生物膜法中衍生的一种，即在生物接触氧化池内装有适宜的填料，利用填料上产生的生物膜和供应的氧气，通过生物氧化作用氧化分解废水中的有机物，达到净化目的。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。目前我国已建立中水回用系统的高校（中央民族大学、大连东软学生公寓等）都是运用的生物接触氧化法。其净化效率高，处理所需时间短，适应性强，无需污泥回流，没有污泥膨胀等问题，可去除硫化氢等有毒有害物质，运行管理方便。但容易出现堵塞现象。2.2.3设计方案的确定本设计最终的目的是将校园生活污水处理后回用。研究表明，CASS工艺较其他工艺更适用于该设计处理校园生活污水。其占地面积小，投资省，便于自动化控制，工艺简单，适合于应用在学校。经CASS池处理后的出水水质更接近中水回用的水质要求，容易达到回用标准。且CASS工艺可以满足各种严格的进水水质。总之，CASS工艺更适用于本次的设计工程。其工艺流程图见图1-2。格栅调节池沉砂池CASS反应池中间水池网格絮凝沉淀池均粒滤料滤池清水池污泥浓缩池污泥脱水风机房反洗排水进水泥饼外运消毒清水回用剩余污泥曝气提升泵反冲洗 图1-2 CASS工艺流程图污水进入格栅，拦截污水中的漂浮物或悬浮物。再由提升泵提升进入进沉砂池，通过砂水分离器去除污水中的砂粒状悬浮固体SS，经沉砂池处理后进入到调节池，对污水的水质水量、温度、pH等进行调节，流入工艺核心CASS反应池，主要是去除污水中的有机物、氮磷及可降解的悬浮颗粒，处理后水质达到污染物综合排放标准。为达到回用目的，污水经CASS反应池进入中间水池，贮存调节CASS池排出的水量。然后排入网格絮凝沉淀池，在混凝剂的作用下，使原水中的胶体及细微颗粒物相互凝结在一起，形成絮状物，并去除。再进入均粒滤料滤池，在滤料的作用下去除水中未处理的SS。最后排入回用水池，投加消毒剂，根据回用水池中清水的水质确定清水的用途。CASS反应池中产生的污泥排入污泥浓缩池浓缩，然后排入脱水机房，脱水压缩为泥饼外运，压缩出的污水排入格栅间进水口，从新进行处理。3工艺流程中的构筑物设计计算3.1格栅的设计计算3.1.1格栅的作用格栅是由一组平行的金属柵条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物4-6。一般分为粗、中、细三道格栅，格栅的作用是拦截污水中的悬浮物或漂浮物，以便保护后续构筑物。污水厂常见的格栅有高链式、回转式、阶梯式、内进式鼓形格栅等。 3.1.2已知条件最大设计流量Qmax=3500m3/d,总变化系数Kz=1.83.1.3设计计算（1）栅条的间隙数n(个)式中： Qmax最大设计流量，m3/s，Qmax=0.04m3/s； 格栅倾角，（）,取=60；b 栅条间隙，m，取b=0.01m；h 栅前水深，m，取h=0.4m；v 过栅流速，m/s，取v=0.6m/s；格栅设两组，一用一备。 n=15.51个取n=16个（2）栅槽宽度B(m)B=S(n-1)+bn式中：S 栅条宽度，m，设S=0.01m;B=0.01(16-1)+0.0116=0.31m（3）通过格栅的水头损失h1(m)h1=h0k式中：h0 计算水头损失，m； k 系数，格栅受悬浮物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3；g 重力加速度，m/s2，取g=9.8m/s2； 阻力系数，与栅条断面形状有关，采用锐边矩形栅条断面， =2.42；=（4）栅后槽总高度H（m）H=h+h1+h2式中：h2 栅前渠道超高，m，一般取0.3m；H=0.4+0.12+0.3=0.82m（5）进水渠道渐宽部分长度L1（m）式中：B1 进水渠宽，m，取0.175m； 1 渐宽部分展开角度，（），取20；（6）出水渠道渐窄部分长度L2（m）（7）栅槽总长度L（m）H1=h+h2式中：H1 栅前渠道深，m；（8）每日栅渣量W（m3/d）式中：W1 栅渣量，m3/103m3污水，取取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，本设计取0.05m3/103m3污水；(可采用人工清渣)3.2提升泵的设计计算污水泵房一般有机器间、集水池、格栅等组成。集水池中安装有格栅、吸水管。污水提升泵则位于机器间，是污水处理系统的主要耗能设备之一，能耗约占整个设备耗电量的30%-39%。提升泵的高效运行与否，对污水处理长的运行效率与运行成本有着重要的影响。本设计采用潜水泵。3.2.1提升泵的作用由于厂区地形、地质的限制及各构筑物的高程不同，必须在前处理出加提升泵将污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。提升泵的主要作用就是提升污水厂污水，保证污水能在后续构筑物内顺利流动。3.2.2设计参数最大设计流量Qmax=3500m3/d=145.8m3/h=0.04m3/s3.2.3提升泵的设计计算（1）扬程的估算Hh1+h2+h3+h4式中：h1 吸水管水头损失，m； h2 水管水头损失，m； h3 水位差，m，取2.5m； h4 自由水头，m，取1m； 、 吸水管、出水管沿程损失，m；（2）计算h1直管部分长12m，选用DN200mm管径，v=1.3m/s，1000i=4.2117。设存在一个拦污网，=0.1；一个电动蝶阀，=0.1；一个渐缩管，=0.2；90弯管一个，=0.5，则（3）计算h2直管部分长15m，选用DN200mm管径，v=1.6m/s，1000i=7.53。设存在电动蝶阀一个，=0.1m；单向阀一个，=0.1；90弯头两个，=0.672=1.34；渐扩管一个，=0.2；异径丁字管一个，=1.842=3.68，则所以H0.21+0.82+2.5+1.0=4.53m根据水泵的扬程和流量，采用一用一备，选择QY250-5-5.5型水泵，其基本参数如表3-1。表3-1 QY250-5-5.5型水泵的基本参数扬程m流量m3/h转速r/min电动机功率KW出水口径mm效率%重量Kg525028605.520057.41903.3调节池的设计计算3.3.1调节池的作用校园生活污水的水质水量波动性较大，为保证后续构筑物的正常运行，需对生活污水的水量和水质进行调节。其主要作用就是均和水质、存盈补缺。调节池内有搅拌、混合装置，使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀。3.3.2调节池设计参数水力停留时间T=6h，最大设计流量Qmax=3500m3/d=145.8m3/h=0.04m3/s3.3.3调节池的设计计算（1）调节池容积VV=QmaxT=145.86=874.8m3（2）调节池的尺寸采用方形调节池，取调节池有效水深h=5m，超高为0.5m,且池长与池宽相等。 则调节池表面积池长取13m在池底设置集水坑，水池底以i=0.01的坡度坡向集水坑。（3）搅拌采用专用搅拌设备进行搅拌。根据调节池的有效容积，搅拌机功率一般按1m3污水4-8W进行选择。该设计按1m3污水5W进行计算，则搅拌机的总功率为874.85=4374W。选择三台潜水搅拌机，分别安装在进水端及中间部位，单台搅拌机功率为1.5KW，叶轮直径为1100mm，叶轮转速为85r/min，型号为QJB1.5/4-1100/2-85P。3.4沉砂池的设计计算3.4.1沉砂池的作用沉砂池的作用是去除污水中比重较大的无机颗粒，如砂粒、砂石和少量较重的无机物，以减轻后续构筑物的的磨损及负荷。3.4.2沉砂池的类型目前国内外最常用的沉砂池包括平流沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。三者的优缺点见表3-2。表3-2 平流沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池的优缺点优点缺点平流沉砂池工作稳定、构造简单、排砂方便、截留无机颗粒效果较好截留砂砾中存在约15%的有机物曝气沉砂池除砂效率和有机物分离效率较高，沉砂中有机物质量低曝气量不可随时调节，存在过量曝气问题、运行时有大量泡沫产生，污染空气旋流沉砂池占地省、除砂效率高、水头损失小、适应流量变化能力强、动能效率高搅拌桨上会缠绕纤维状物体、需高压水泵或空气去搅动抽排砂斗内砂子本设计处理水量较小，且由上表可知本设计采用旋流沉砂池。旋流沉砂池是利用机械力控制水流流速、加速砂粒沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。3.4.3旋流沉砂池的设计参数（1）最高设计流量时，停留时间不应小于30s，沉砂区水深1.0-1.2m，径深比控制在2.0-2.5；（2）沉砂池水力表面负荷不大于200m3/(m2h)；（3）进水渠道直段长度应为渠道宽的7倍，不小于4.5m；（4）进水渠道流速在最大流量时不大于1.2m/s，在最小流量时大于0.15m/s，一般情况下为0.6-0.9m/s。3.4.4旋流沉砂池的设计计算（1）最大设计流量Qmax（m3/h）Qmax=3500m3/d=145.8m3/h设计两座沉砂池，一座运行，一座备用。（2）规格选择由旋流沉砂池规格4选择设计水量为180m3/h的旋流沉砂池。各部分尺寸见表3-3。表3-3 旋流沉砂池尺寸设计水量（m3/h）180沉砂区底坡降G/m0.30沉砂区直径A/m1.83进水渠水深H/m0.20贮砂区直径B/m0.91沉砂区水深J/m0.80进水渠宽度C/m0.31超高K/m0.30出水渠道宽度D/m0.61沉砂区深度L/m1.1锥斗底径E/m0.31驱动机构/W0.56贮砂区深度F/m1.52浆板转速N/min20（3）参数校核表面负荷 停留时间 沉砂区体积V停留时间HRT由计算结果知符合旋流沉淀池设计要求的表面水力负荷和水力停留时间。进水渠流速V1出水渠流速V23.5 CASS反应池设计计算3.5.1 CASS工艺（1）工艺概述CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺，最早产生于美国，90年代初开始被引入中国。CASS工艺是活性污泥法SBR工艺的一种改进型，是循环活性污泥技术的一种型式。该工艺是由Goronzsy教授及其同事在SBR工艺和氧化沟技术的基础上开发出来的，目前正得到深入研究并已在实际废水处理工程中得到广泛应用6。它是在SBR的基础上，反应池沿长度方向设计为两个部分生物选择区和主反应区。选择区的功能是防止污泥膨胀，使回流污泥中的硝酸盐进行反消化反应，同时选择区中的微量曝气可以进行脱氮除磷。在主反应区，主要进行降解有机物、硝化、硝化反硝化反应。主反应区后安装了自动滗水装置，及曝气、沉淀、排水功能为一体，并周期性的循环进行。其原理是：在预反应区，微生物通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中的大部分可溶性有机污染物，经历一个高负荷的基质快速积累的过程，对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时抑制丝状菌生长，有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经过一个较低负荷的基质降解过程。CASS反应池主要由进水曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、闲置阶段四个阶段循环进行。进水曝气阶段在此阶段，曝气系统向反应池供氧，有机污染物被微生物氧化分解，同时发生硝化反应，将污水中的氨氮转化为硝态氮。沉淀阶段此阶段不需要曝气，微生物利用水中剩余的溶解氧进行氧化分解。由于溶解氧逐渐被消耗，反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始经行反硝化反应。此时，活性污泥沉到池底，上层水变清。滗水阶段此阶段主要是滗水器自上而下排除出清液。此时，反应池已经到达厌氧状态，反硝化反应成为此阶段主要反应。闲置阶段闲置阶段时间一般较短，主要是滗水器上升到原始位置的阶段，防止污泥流失。（2）工艺特点CASS工艺是连续进水，间断排水，比较适合实际排水特点，应用领域较广泛；ASS工艺通常按曝气、沉淀、滗水、闲置四个阶段根据时间依次进行，具有运行上的时序性；CASS工艺的运行过程具有非稳态性。每个工作周期内CASS池液位最高是在排水开始时，最低是在排水结束时，且反应池内污水的水量水质均是变化的；CASS反应池内溶解氧变化具有周期性，浓度梯度高。进水曝气阶段，微生物处于好氧状态，沉淀和滗水阶段，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。（3）优点与传统活性污泥法相比，CASS工艺具有如下特点：设施布置紧凑，占地面积小，投资低。无需设置初沉池、二沉池和污泥回流设备，工艺流程简单；CASS工艺属于理想时间顺序上的推流式反应器，生化反应推动力较大；几乎整个反应池在沉淀阶段都起到沉淀作用，表面负荷很小，沉淀效果良好。且温度变化几乎对CASS工艺没有影响；运行灵活，可调节运行周期适应水质水量的变化。不受暴雨等条件的影响，抗冲击能力强；CASS反应池中存在的较大的浓度梯度和好氧、缺氧状态交替变化可以有效地抑制丝状菌生长，避免污泥膨胀问题，提高系统稳定性。同时不会出现泡沫问题和污泥上浮问题；污泥泥龄较长，污泥的稳定性良好，产生的剩余污泥量少。CASS池产生的污泥可直接脱水，不需在经稳定化处理；其适用范围广，在大、中、小型污水处理厂都可应用，且控制系统更简单、方便。各个模块可单独运行，可分期建设。3.5.2 CASS反应池设计计算已知：设计流量Qmax=3500m3/d=145.8m3/h=0.04m3/s=40.5L/s；水温为10-25。（1）曝气时间TA式中：S0 进水B0D5浓度，S0=225mg/L； Ls 污泥负荷，取0.1KgBOD5/(KgMLSSd)； 排水比，取； X 曝气池内MLSS的浓度，取2500mg/l；（2）沉淀时间TsVmax=TX-1.77.4104式中：Vmax 污泥界面沉降速度，m/h； H 反应池有效水深，m，取5m； 0.5 缓冲层高度，m； T 设计水温，取12；Vmax=122500-1.77.4104=1.49m/h取1.2h（3）周期数n排水时间TD取0.8h，一个周期所需时间TC=TA+TS+TD=5.4+1.2+0.8=7.4h周期次数n=247.4=3.2 取3次（4）反应池容积V采用容积负荷法计算，式中：S0、Se 分别表示进、出水BOD5的浓度，Se=20mg/L； e 反应时间比，即反应时间与周期的比值； Nw 污泥负荷率，取典型值0.15KgBOD5/（KgMLVSSd）； f 混合液中MLVSS/MLSS，取0.75；（5）反应池池形V=LBH式中：L 池长，m； B 池宽，m；L:B一般为4-6；B:H一般为1-2；H=5m则尺寸为H=5m，B=8m，L=40mV=5840=1600m3生物选择区Va：兼性区Vb：主反应区Vc一般为1:5:30Va=160036=44.5m3；Vb=1600536=222.2m3；Vc=16003036=1333.3m3生物选择区长度La=4036=1.1m兼性区长度Lb=40536=5.6m主反应区长度Lc=403036=33.3m（6）连通孔口尺寸连通孔位于隔墙底部，用于连通两区水流。已知池宽B=10m，则需4个连通孔。生物选择区与兼性区之间连通孔单个尺寸式中：n1 CASS反应池个数，经以上计算得n1=1个； n3 连通孔个数，个； u 孔口流速，m/h，一般在20-50m/h，本设计取30m/h； H1 池内设计最高水位至滗水后最低水位之间的水深，m； A CASS反应池面积，m2；孔口均匀分布在隔墙底部，孔口宽度在0.4-0.6之间，孔口高度不宜大于1.0m则，孔口宽度为b=0.6m，孔口高度为h=1.0m。（7）剩余污泥量式中：X 每天剩余污泥量，Kg/d； c 污泥龄，d，CASS反应池一般在15-20d，本设计取20d； V 曝气池反应器容积，m3；X=16002500/（201000）=200Kg/d剩余污泥含水率按99.5%计算，每天排放湿污泥量8：，（8）主反应区曝需氧量（9）空气量计算采用鼓风曝气，设曝气池有效水深为5m，曝气扩散器安装距池底0.2m，则扩散器上静水压为4.8m，其他相关参数选择：值取0.7，值取0.95，=1，曝气设备堵塞系数F取0.8，采用管式微孔扩散设备，EA=25%，扩散压力损失为300mmH2O,12水中溶解氧饱和度为10.77mg/L。扩散器出口处绝对压强Pd=P+9.8103H=1.013105+9.81034.8=1.48105Pa空气离开曝气池面时，气泡含氧量体积分数为12时曝气混合液中平均氧饱和度为则该状态下充氧量为曝气池供气量为选用两台风机，一用一备，风机的风量为328m3/h。（10）鼓风机出口风压计算选择一条最不利空气管路计算空气管的沿程和局部压力损失，设管路压力损失为hd=5.5KPa，扩散器压力损失为hf=300mmH2O=2.94KPa，安全余量3KPa。则出口风压为P=H+hd+hf=9.84.8+5.5+2.94+3=58.5KPa3.6中间水池3.6.1中间水池的作用中间水池的作用主要是贮存和调节CASS反应池排出的水量，为后续的深度处理提供便利。3.6.2中间水池的设计计算CASS反应池每个循环周期耗时7.4h，每个周期滗水器在0.8h内排出的水量为8401.5=480m3后续中水平均处理流量为：4807.4=64.9m3/h，设计为70m3/h。中间水池所需容积为480-700.8=424m3 设计取450m3采用圆形地下水池，有效水深为3m，超高为0.3m则池子的直径D为7.0m，池总高度H为3.3m。3.7网格絮凝沉淀池絮凝沉淀法在水处理中的应用非常广泛。它是在混凝剂的作用下，使水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。它可以降低原水中的浊度。色度等感观指标，还可以去除多种有毒有害物质。常用的絮凝沉淀池有隔板絮凝池、旋流絮凝池、者板絮凝池、网格絮凝池等。3.7.1设计说明采用多格竖流式网格絮凝沉淀池。絮凝时间在10-15min之间。本设计选择明矾（十二水硫酸铝钾）作为混凝剂，具有混凝效果好，价廉易得，对人类健康无害等优点。3.7.2网格絮凝沉淀池设计计算（1）絮凝沉淀池总容积W式中：Q 深度处理过程中平均处理流量，m3/h，Q=70m3/h； T 絮凝时间，min，取10min；池子的净平均面积式中： H池内平均水深，m，取3.0m；（2）单格面积式中：v1 竖井内流速，m/s，前段和中端一般取0.12-0.14m/s，末端一般取0.10-0.14m/s。本设计取0.12m/s；设每格为矩形，长取0.4m，宽取0.4m。则应分格数为3.90.16=24.3个 取24个。每行分6格，共4行。实际絮凝时间式中：a 每格的长度，m； B 每格的宽度，m；H 池内水深，m；池的平均有效水深为3.0m，超高取0.4m，泥斗深度为0.6m，则池总高度为：H=3.0+0.4+0.6=4.0m（3）过水孔洞和网格设置过水孔洞流速从前向后分4个挡，每行取一个流速，进口为0.25m/s，出口为0.1m/s，则从前往后各行空洞的尺寸分别为0.19m0.4m，0.24m0.4m，0.32m0.4m、0.49m0.4m。前四行均安装网格：第一行每格安装3层网格，网格尺寸为50mm50mm；第二行每格安装2层网格，网格尺寸为80mm80mm；第三行每格安装一层网格，网格尺寸为100mm100mm。（4）水头损失计算网格水头损失式中：h1 每层网格水头损失，m； 1 网格阻力系数，一般前段为1.0，中段为0.9； v1 各段过网流速，m/s；第一行每层网格的水头损失为第一行内通过网格总水头损失为360.0032=0.0576m同理：第二行每层网格水头损失为第二行总水头损失为260.0020=0.024m第三行每层网格水头损失为第三行总水头损失为60.0011=0.0066m则通过网格总水头损失h1=0.0576+0.024+0.0066=0.09m。孔洞水头损失式中：2 孔洞阻力系数，取3.0； v2 孔洞流速，m/s；第一行一格孔洞水头损失为第一行各孔洞总水头损失为60.0096=0.0576m同理,第二、三、四行各格孔洞总水头损失分别为0.0366m、0.0204m、0.009m通过孔洞的总水头损失h2=0.0576+0.036