上海市45000m3d城市污水处理厂设计

上海市45000m3/d城市生活污水处理厂设计摘要：本设计要在上海市建立一座生活污水处理厂，最大日处理量为45000m3。针对上海面临的状况，并结合对进水水质的分析和多种水处理工艺的对比，最终明确了本次设计方案采用CASS工艺。CASS工艺运行灵活，具有良好的脱氮除磷效果，生化反应推动力大，同时，产生的污泥量较少，降低了后期污泥处理工作的压力。本设计详细阐述了CASS工艺的处理流程，并得出了各构筑物的设计计算参数。经过CASS工艺处理之后，污水中的BOD5、CODCr、TN、TP等含量均达到《城镇污水处理厂污染物浓度排放标准》一级B的排放标准要求，去除率较高。关键词：污水处理；CASS工艺；接触消毒池；一级B标准AmunicipalsewagetreatmentplantinshanghaiStudentmajoringinEnvironmentalEngineeringJiangLikunTutorNameZhangXiaomeiAbstract:Amunicipalsewagetreatmentplantisdesigned

inShanghai.Themaximumdailyamountoftreatmentis45000m3.InaccordancewiththecurrentsituationfacedtotheShanghai,Accordingtotheanalysisofthewaterqualityandthecomparisonofvariouswatertreatmentprocesses.CASSprocessisadoptedforbiochemicaltreatmentinthisdesign.CASSprocessisflexible.Theeffectofdenitrificationanddephosphorizationisgood.Thebio-reactionmotiveforceisgreater.Also,thelesssludgeisproduced,thelessstressyouhavetodealwith.ThisdesignelaboratesthetreatmentflowofCASSprocess,andobtainsthedesignandcalculationparametersofeachstructure.Afterprocessing,TheeffluentwaterqualityincludingBOD5,CODCr,TN,TPcanreachthefirstclassBdischargingstandardof“Dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewater”.Keywords:Sewagetreatment;CASSprocess;Contactsterilizingtank;firstclassBstandard引言随着城市化进程的加快，人们生活水平的提高，城市生活污水的产生也随之巨幅增长。众所周知，目前全世界可用淡水资源相当稀少，为了缓解水资源的不足，我们应竭力去避免水资源的污染和浪费，从源头处理这个问题。城市的进步离不开工厂企业生产带动的经济发展，在经济发展的同时，我们也应该重视保护城市的绿水青山，实现可持续性发展。工厂企业产生的大量污水如果不及时处理，我们的日常生活和身体健康都会受到威胁。针对上海市当前面临的问题，综合考量技术应用和经济发展，本次设计采用CASS工艺，污水通过各构筑物的处理，最终达到《城镇污水处理厂污染物浓度排放标准》一级B排放标准，实现水资源的循环利用。设计概述1.1设计任务上海市45000m3/d城市生活污水处理设计1.2设计资料1.2.1设计水质表1-1水质情况项目BODCODcrSSTNNH3-NTP进水水质（mg/L）30045025060408出水水质（mg/L）≤20≤60≤20≤20≤8≤1去除率（%）≥93％≥86%92%≥66％80%87.5%污水设计流量：Qmax=45000m3/d=0.493m3/s=1775m3/h；日变化系数：1.50,平均流量Qd=30000m3/d=0.347m3/s;1.3水文资料上海位于中国东部沿海地区，面积6340平方公里，位于太平洋西岸，亚洲大陆东沿，中国南北海岸中心点，长江和黄浦江入海汇合处。上海市气候温和湿润，平均光照时间和降雨量充足。上海市年平均气温17.6℃，一月份最冷，七月份最热，近年来，平均最低气温0摄氏度左右，平均最高气温在27摄氏度左右。日照1885.9小时，降水量1173.4毫米。全年60%以上的雨量集中在5月至9月的汛期。2.工艺流程的选择2.1处理工艺流程的对比根据BOD5/COD=0.66>0.35,说明可生化性较好。因此，可选择A2/O工艺、SBR工艺和CASS工艺。三种工艺简介如下。2.1.1A2/O工艺图2-1A2O流程图A2/O工艺是A/O工艺的变形。具有良好的脱氮除磷效果，抗冲击负荷能力强等优点。其工艺流程为厌氧、缺氧、好氧。A2/O工艺一般存在以下几个问题[1]。（1）在非好氧区容易出现碳源供应不足问题。（2）由于污泥回流将大量的硝酸盐带回到厌氧池中，容易导致比较难处理的硝酸盐问题，同时也会影响整个工艺的除磷效果。（3）占地面积大，运行管理不方便。2.1.2SBR工艺SBR工艺全称是序批式活性污泥法，SBR工艺具有间断进水和间断排水的特点，这使得SBR工艺在运行时间上造成一定的浪费；SBR工艺适用范围较小。下表为SBR的优点。表2-1SBR工艺的优点优点机理沉淀性能好理想沉淀理论有机物去除率高理想推流理论对难处理废水效果好生物环境多样性丝状菌不易膨胀选择性准则除磷脱氮，不需要附加设备生物环境多样性工艺简单结构自身特性2.1.3CASS工艺CASS的全称是周期循环活性污泥法，适用范围广，适用于各种类型的污水处理厂。本设计水量较大，故选此工艺。CASS池的优点1）沉淀效果好；2）适用范围广，适合分期建设；3）剩余污泥量少，性质稳定；4）运行灵活，抗冲击负荷小；5）工艺流程简单，占地面积小，投资少；6）不易发生污泥丝状膨胀；7）生化反应推动力大。2.2CASS工艺处理污水流程图图2-2CASS工艺处理污水流程图3.基础构筑物计算3.1粗格栅3.1.1粗格栅的作用从城市污水管网汇入水厂处理的污水中含有大量性状不明物体，格栅的作用是利用自身网状结构拦截粒径较大的悬浮或漂浮状态的固体污染物，从而减少对后续构筑物和设备的损害。（1）格栅的设计计算栅条数：取栅前水深h为0.4m，两条栅条间的距离e为0.03m，过栅流速v为0.9m/s；栅槽宽度：B=e×n+S×(n-1)=1.7m式中:n——间隙数；α——栅条倾角，本设计取60°；Sinα——经验系数；B——栅槽宽度；S——栅条宽度，本设计取0.01；图3-1格栅示意图（2）栅槽总长度本设计取进水渠宽度B1=0.7m，则进水流速为：进水渠渐宽部分长为：渐窄部分长为：栅槽总长度为：L=L1+L2+0.5+1.0+=1.4+0.7+0.5+1.0+=4.0m式中:H1——栅前槽高，；h2——栅前渠超高，本设计取0.3m；α1——进水渠展开角，本设计取60°。过栅水头损失栅条为矩形断面，取β=2.42。计算水头损失为3式中：3g——重力加速度，9.8m/s;k——通常为3;栅槽总高度H=h+h1+h2=0.4+0.1+0.3=0.8m（5）栅渣量式中：W——每日清渣量；W1——栅渣量（m3/10m3污水），本设计取0.05；因为W＞0.2m³/d，故采用机械清渣。（6）格栅选型格栅机选用一台链条回转式GH—800型格栅。3.2污水提升泵房3.2.1泵房的作用水流的输送可以依靠地势优势从高处向下输送，或着利用泵的提升，结合水厂的高程布置，选取合适的水泵，从而达到输送污水的目的。3.2.2泵的选择泵的参数（10用4备）泵的型号：150QW180-25-22；泵的扬程：25m；转速：1450r/min；功率：22kw；管径：150mm；每台泵的流量Q=0.493/10=0.0493m3/s调节池容积每台水泵的运行时间不小于五分钟W=0.0493×5×60=14.79m3调节池有效水深：H=1.5m,计算调节池的面积S=W/H=14.79/3=4.93m2取5m2调节池规格尺寸：地下的长与宽为2.5m×2.0m，高3.5m，其中超高0.5m水泵类型：自灌式。（2）泵房草图图3-2泵房示意图3.3细格栅（1）细格栅的设计计算栅条的间隙数：设1座细格栅：n1=66根栅槽宽度：B=S×(n-1)+e×n=0.01×(66-1)+0.006×66≈1.0m式中:n——间隙数；α——栅条倾角，本设计取60°；Sinα——经验系数；e——栅条净间隙，本设计取0.006；h——栅前水深，本设计取0.4m；v——过栅流速，本设计取1.2m/s；B——栅槽宽度；S——栅条宽度，本设计取0.01；（2）栅槽总长度本设计取进水渠宽度B1=0.4m则进水流速为：进水渠渐宽部分长为：渐窄部分长：（3）栅槽总长度为：L=L1+L2+0.5+1.0+=0.82+0.41+0.5+1.0+=3.48m式中:H1——栅前槽高，；h2——栅前渠超高，本设计取0.3m；α1——进水渠展开角，本设计取60°。过栅水头损失栅条为矩形断面，取β=2.42。计算水头损失为式中：g——重力加速度，9.8m/s;k——通常为3;栅槽总高度H=h+h1+h2=1.0+0.95+0.3=2.25m式中：h2——栅前渠道超高，本设计取0.3m。（6）每日栅渣量取W1=0.09m栅渣/103m3污水式中：W——每日清渣量；W1——栅渣量（m3/10m3污水），本设计取0.09；因为W＞0.2，故采用机械清渣。（7）格栅选型格栅机选用一台链条回转式GH—800型格栅。3.4平流式沉砂池3.4.1沉砂池的作用经过格栅的拦截之后，在平流式沉砂池中，通过颗粒物自身的重力沉降，去除污水中粒径、密度较大的颗粒物，从而使水厂内部的构筑物和仪表设备等设施免受破坏。原理是利用重力沉降，达到分离的目的。沉砂池结构简单，操作灵活，处理效果好。3.4.2沉砂池的计算（1）沉砂部分的长度LL=vt=0.25×40=10m式中：v——进水流速，本设计取0.25mt——停留时间；（2）水流断面面积A池总宽度B式中：h2——有效水深，本设计取0.66m设n=2格，单格宽b=1.5m贮砂斗所需容积V式中：X——沉砂量，此处采用30m³/106m³；T——排砂时间的间隔，为2d.kz——污水流量总变化系数，1.50设每个分格内有两个沉砂斗，则单个容积（5）贮砂斗贮砂斗的上口宽为：式中：a1——底部宽，本设计取0.5m。贮砂斗的容积：式中：V1——贮砂斗容积;h斗——贮砂斗高度，本设计取0.5m;S1——贮砂斗下口面积；S2——贮砂斗上口面积；（6）贮砂室的设计高度（7）池总高度H式中：h1——超高，取0.3m。3.5CASS生物反应池3.5.1CASS生物反应池的作用CASS反应池分为两个区，预反应区和主反应区，在预反应区内，微生物可吸附水中的可溶性有机物；进入主反应区后，完成有机物的降解。在预反应区的吸附过程，可以有效缓冲水量水质变化带来的冲击，同时也可以在污泥丝状膨胀的根源上抑制丝状菌的生长，可以达到对污染物的去除和脱氮除磷作用。（1）基本设计参数由于第一部分格栅和沉砂池等的处理，部分有机物及SS含量能够得到一定程度的去除。表3-1去除率项目CODCrBOD5NH3-NTPSS去除率（%）2020202035经初步处理后进入CASS池的进水水质如下：进水水量：Qd=30000m3/d=0.347m3/s;Qmax=45000m3/d=0.493m3/s=1775m3/h（2）BOD-污泥负荷（取k为0.017）式中：K——有机基质降解速率常数；η——BOD5降解率：（3）污泥龄活性污泥受温度影响较大，上海年平均温度17.6摄氏度，平均最低气温0度左右，本设计取0.3摄氏度，最高气温27摄氏度，本设计取27.3摄氏度。硝化最小污泥龄（u为硝化细菌的增长速率，取0.35d-1）：=（1/×1.103（15-T）×fs=(1/0.35)×1.103（15-0.3）×2.3=28d式中：fs——安全系数，本设计取2.3；T——污水温度，本设计取0.3℃。（4）曝气时间:式中:Sa——进入CASS池的BOD5浓度；Se——出水BOD5浓度；m——排水比，本设计取2.5；Nw——MLSS的浓度，本设计取3200mg/L。（5）沉淀时间沉降速度受MLSS浓度和水温的影响有关。在MLSS≥3000时，式中：t——水温；X0——同Nw。沉淀时间：取TS=1.6h式中：——池内水深，本设计取4m；——。（6）排水时间及闲置时间根据城市污水处理厂运行经验，本设计排水时间TD取0.5h，闲置时间Tf取0.1h。运行一个周期所用时间：每日运行周期数，即一天可以运行五个周期。（7）CASS池容积1）池内容积：式中：Ne——BOD5污泥负荷，本设计取0.2；Sa——进水BOD5浓度；Se——出水BOD5浓度。设计CASS池四座，每座容积Vi==1395m32）利用排水体积法复核一个CASS池容积为：m3CASS反应池总容积：m3其中为单池容积。（8）CASS池的容积负荷CASS池总有效容积V：1）池内设计最高水位到最低水位之间的高度差：2）滗水结束时泥面高度H3=H-(Hl+H2)=4-1.6-1.2=1.2m式中：H2——安全高度1.2m3）SVI 指数此数值反应出活性污泥活性较好。（9）CASS池外形尺寸1）其中：B为池宽，取B=8m，满足设计要求；则L=，,根据《给排水设计手册》L:B应满足4—6的要求，经复核满足要求。2）CASS池总高H0=H＋0.5＝4.5m其中：0.5为超高。3）预反应区进水端为预反应区，其容积为CASS池总容积的10%左右。L1＝10﹪L=10%47=4.7m4）撇水水位和泥面之间的安全距离排水结束最低水位污泥层高度则安全距离H2=hs=1.2m式中：h2——池深，本设计取4m；h3——超高，本设计取0.5m；ε——安全水深，本设计取1.2m；图3-3CASS外形尺寸图（10）连通孔口尺寸在CASS生物反应池中，预反应区与主反应区中间设有隔墙，隔墙底部设有过水洞（连通孔），连通两区水流，孔口沿墙均匀分布，本设计中取连通孔的数量为三个。1）过水洞口面积其中U为孔口流速，本设计取U=70m/h2）孔口尺寸设计孔口沿墙均布，孔口宽度取1.0m，孔高为。（11）剩余污泥量CASS工艺受温度影响较大，当温度较低时，产生的污泥量多。0.3℃时活性污泥自身氧化系数：剩余生物污泥量：剩余非生物污泥量：式中：fb——进水中可生化部分比例，本设计取0.7；C0——经初步处理之后进入CASS池的SS浓度；Ce——一级B标准出水SS浓度；剩余污泥总量：剩余污泥浓度：湿污泥量：（12）复核污泥龄式中：Kd——衰减系数，本设计取0.07；——污泥产率系数，本设计取0.4。经过验证校核后得出结论，污泥龄满足硝化的要求。需氧量反应池内需氧量通常为氧化有机物需氧量和氨氮硝化需氧量。1）氧化有机物需氧量（根据经验公式计算）式中：——氧化单位千克BOD5所需要的氧气量，本设计取0.48㎏；——单位千克活性污泥氧化自身所需要的氧量，本设计取0.12㎏。2）生活污水中硝态氮和亚硝态氮的含量较少，故可以认为生活污水中的总氮的含量为凯氏氮的含量。氨氮硝化需氧量：总需氧量：（14）标准需氧量kg/hmg/LOt=×100%=16.4%空气扩散装置的供气量：（15）空气管系统设计1）曝气系统管道布置共四根干管，每根干管上设五根配气竖管，全曝气池共设4×5=20条配气竖管。每根竖管的输送的气量是：m3/h曝气池面积为：；所需空气扩散器的个数：个；本设计采用1400个空气扩散器;那么单个扩散器的配气量为：（16）污泥回流系统与剩余污泥系统排出系统1）污泥回流系统每天回流污泥量（污泥回流比为50%）单位周期回流污泥量为，而循环一个周期的时间为，在运行过程中回流污泥泵是间歇运行的，本设计取回流污泥进泥时间。一格CASS池进泥流量为m3/h。选用出口直径为150mm的污泥回流泵，型号：150QW150-15-15，功率为15kw，出泥管管径取d=250mm。在四座CASS池中，每座CASS池内设该种泵一台。2）剩余污泥排出系统在设计计算过程中，可以得出剩余污泥产生量为Q=1550m3，一个循环周期内，一个CASS池产生的污泥量为，排泥时间为0.5h，则选择污泥泵的流量为：44.2m3/h。选用出口直径d=80mm的污泥泵，型号：80QW50-209-5.5，功率为5.5kw，出泥管管径取d=150mm。在四座CASS池中，每座CASS池内设该种泵一台。3.6鼓风机房3.6.1鼓风机房的作用鼓风机房是放置鼓风机的构筑物。鼓风机可以为生物反应池提供反应所需要的氧气。3.6.2鼓风机的布置建设鼓风机房一间。风机型号：TRF-295型罗茨鼓风机风机数量：20台风机房构造尺寸为：长10m，宽为8m，高8m；起吊机的布置与选用起重设备型号：LX型0.5-5吨单臂悬挂起重机数量：1台3.6.3鼓风机型号选择标况下，单个池子所需的供气量为10732m3/h=178.9m³/min表3-3鼓风机型号型号口径（mm）转速(r/min)理论流速(m3/min)所需动力(kw)JGR-350350A98183110HYPERLINK3.7污泥浓缩池3.7.1污泥浓缩池的作用污水处理经过生化处理之后会产生许多剩余污泥，污泥中会携带大量的细菌微生物和病原体，CASS工艺的特征是产生的剩余污泥量相对较少。污泥浓缩的目的是降低污泥含水率，减少污泥的体积。污泥浓缩主要是将污泥的间隙水含量减少，最终使污泥呈糊状，并保证其流动性，以方便其通过管道外运。3.7.2设计计算浓缩池面积A=Q1C0／M=1550×10／50=310m2M——污泥固体通量（kg/m2·h），取M=50kg/（m2·d），C0——流入浓缩池的剩余污泥浓度（kg/s），本设计取10kg/m3单池面积：计划设计污泥浓缩池四座，单座污泥浓缩池面积为：A1=77.5m2（3）浓缩池直径，本设计取10m（4）浓缩池的容积：其中：T——浓缩时间，一般采用10-16h，本设计取16h。浓缩沉淀池有效水深h2=m浓缩后剩余污泥量池底高度池底高度：h4=污泥斗容积式中：α——泥斗倾斜角度，本设计取55°；a——泥斗上口半径，本设计取1.25m；b——泥斗下底半径，本设计取0.25m。泥斗容积：浓缩池总高度m式中：h1——浓缩池超高，本设计取0.3m；h3——缓冲层高度，本设计取0.3m。浓缩后的污泥体积剩余含水率P1为，浓缩后的污泥含水率为，浓缩后的污泥体积为：排泥管型号污泥管道最小管径选用DN150mm，排泥方式：间歇将污泥3.7.3污泥脱水间污泥脱水设备：带式污泥脱水机，型号：DYQ1500P1数量：一用一备；处理污泥量参数：8~16m3/h；机房尺寸：8m×7m×5m3.8滤布滤池图3-4滤布滤池3.8.1滤布滤池的作用滤布滤池是目前世界上较为先进的过滤器之一，在全世界范围，已经有许多污水处理厂投入使用这一先进技术。滤布滤池工艺与砂滤相比有很多优势，如下：表3-2滤布滤池与砂滤的对比优势技术优势经济优势处理效果好占地少，基建成本低处理水质好设备简单，附属设备少水量稳定设备闲置率低运行维护方式简单总装机功率低3.8.2设计计算设计流量为1775m3/h滤盘设计选用转盘滤池设备：MFT450主要功能参数：滤盘直径2.0m处理能力：450m3/h转盘数：8个功率：4.75kw格数:n=1775/450=3.94，取n=4格3.9接触消毒池3.9.1接触消毒池的作用消毒的目的是为了杀死处理后污水中的病毒性微生物，通常采用化学方法来消毒，污水处理厂常用添加的消毒剂有液氯、次氯酸钠、次氯酸钙等，有效成分为次氯酸根。消毒池是将处理后的污水和消毒剂混合的构筑物，一般情况下，消毒池内并不能将细菌芽孢杀死。3.9.2接触消毒池（1）设计参数：二级处理出水的加氯量为，为了提高和保证消毒效果，采用隔板式接触反应池，加氯的接触时间大于三十分钟。流量Q=0.493m3/s数量：一座隔板间隔：3.5m加氯浓度为：6mg/L水力停留时间：0.5h池内水深为：2.0m（2）接触反应池容积V=QT=0.493×30×60=887.4m3，取V=888m3表面积：A=V/h1=888/2=444m2隔板数采用两个，则廓道总宽：B=(2+1)×3.5=10.5m(取11m)接触池长度为：L=A/B=444/11=40.4m（取41m）消毒池实际容积：V’=BLh1=11×41×2=902m3消毒池总深度：H=h1+h2=2+0.3=2.3m(h2为超高)验证：T==30.49min≥30min经验证，满足有效停留时间的要求3.9.3加氯间功能:提供消毒剂，储存药品；构筑物尺寸：6m×5m×4m；加氯设备：瑞高（REGAL）系列加氯机；型号:REGAL-2100；数量：1台；设计最大加氯量:ρmax=6.0mg/L；每日投氯量:ω=ρmaxQ=6.0×45000×10-3=260kg/d=10.8kg/h；每日加氯量为1瓶（260kg/瓶）；配置注水泵两台（一用一备）;泵的规格：25ZX3-20-1.1, 流量为3m3/h，扬程为20m。混合搅拌装置类型：机械混合搅拌机；型号：JWH-310-1；功率：4.0kw；数量：2台；安装位置：接触消毒池第一格和第二格起端。污水厂总体布置上海市城市污水处理厂的总体布置分为平面布置和高程布置。4.1平面布置4.1.1平面布置的原则（1）考虑水厂的发展，将近期建设和远期建设相结合，集中近期建设，避免过早占用土地；（2）符合工艺流程，使污水运输管线通顺短捷，避免交叉；（3）节约用地，避免占用农田，避免拆迁房屋，减少建设投资；（4）考虑水厂对周围环境的污染，远离居民区；（5）考虑水厂的生产安全和卫生，厂区各构筑物间距应满足防火、安全、卫生等要求，将可能产生臭气的构筑物布置在厂区的下风向；（6）结合厂址所在地的地形地势、地质条件、水文气象等条件进行布置；（7）保证厂区内有足够的绿化面积，尽可能使厂区内外环境协调，达到一定艺术效果。4.1.2厂区规划（1）厂前区：办公楼、员工宿舍、食堂、文化休闲广场（包括运动场、职工俱乐部等）等布置区域；（2）生产工作区：布置污水处理的所有构筑物；（3）仓库区：布置原料仓库、废料仓库、设备仓库等。4.1.3附属构筑物尺寸表4-1附属构筑物尺寸名称尺寸（m）建筑面积（m2）办公楼（两层）25×10×8250员工宿舍楼（两层）25×10×8250员工餐厅10×8×540值班室6×5×330配电室5×4×320化验室4×4×316鼓风机房10×8×880脱水机房8×7×556加药间6×5×430泵房5×4×4204.2高程布置高程布置根据污水处理厂进水高程，排水口高程，及各构筑物间水头损失确定[19]。4.2.1构筑物的水头损失表4-1构筑物水头损失构筑物名称水头损失（m）粗格栅0.22细格栅0.95平流式沉砂池0.5CASS池0.5滤布滤池0.3接触消毒池0.2表4-2构筑物沿程损失及局部损失构筑物名称沿程损失（m）局部损失（m）合计（m）细格栅至沉砂池0.1-0.1沉砂池至CASS池0.020.30.32CASS池至滤布滤池0.020.10.12滤布滤池至消毒池0.0060.010.016CASS池至污泥浓缩池0.05-0.054.2.2构筑物的高程布置表4-3构筑物的高程序号构筑物名称水面上游标高（m）水面下游标高（m）构筑物水面标高（m）1细格栅3.302.353.602平流式沉