cast设计计算

1. 综述

1.1. 现阶段我国水资源状况

我国水资源总量28000多亿立方米，居世界第6位，但人均水资源占有量只有2300立方米，约为世界人均水平的1/4。目前在我国660个城市中，尚有61.5%的城市没有污水处理厂，大量生活污水直接排放，造成越来越严重的环境污染问题。

环保总局有关调查报告显示，近年来，城市生活污水排放量以年均5%的速度递增，并在1999年首次超过工业污水排放量，占到全国污水排放总量的51.9%。2003年，全国工业废水和城镇生活污水排放总量为460亿吨，排放化学需氧量（COD）1342.7万吨，其中城镇生活污水排放量为247.6亿吨，占总量的53.8%；COD排放量为821.7万吨，占总量的61.6%。[1]

1.2. 小区生活污水的定义来源及特征

1.2.1. 定义

医院、港口、公园、商业中心、新建的郊外住宅区、高级住宅区、疗养区、学校、农场、渔场、狩猎场等均可称为小区，我们最常遇到的主要是由居住区、疗养院、商业中心、机关学校等一种功能或多种功能构成的相对独立的区域，其排水系统通常不在城市市政管网覆盖范围之内。根据当地的环保标准，必须设置独立的污水处理设施，这就是我们所指的小区污水处理。 小区污水系统的处理能力，各国并无统一的限定。前苏联曾建议单个构筑物的处理能力不宜超过1400m3/d，美国则把小厂的处理能力限定在3785m3/d的范围内。根据我国情况，建议把等于或小于4000m3/d的处理厂定义为小区污水处理厂。

1.2.2. 来源

厨房，卫生间，粪便冲洗水，淋浴水等。烹饪、饮用的水约占5% ；不与人体直接接触的生活杂用水如冲厕用水约占20%～30%；小区绿化浇灌用水、空调冷却水、地面冲洗水以及车辆清洗等用水。[2]

1.2.3. 特征

水质、水量小时变化系数较大,污染物浓度通常比城市污水低,污水可生化性好,处理难度较小。其特点有三：一是冲洗厕所的水中含有粪便，是多种疾病的传染源；二是生活污水浓度低，其中干物质浓度为1% ~3%，COD浓度仅为500~1000mg/L；三是生活污水可降解性较好，COD/BOD为0.5~0.6。[3]

小区污水量变化规律如下图1-1

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1.3. 现阶段国内外生活污水处理工艺

1.3.1. A/O工艺

A/O法生物脱氮废水处理技术是90年代初期先后开发出来的废水处理技术，它能有效的将化工废水中的COD组分和氨氮污染物氧化降解掉，使废水中的各项污染物指标达标排放。但近十年来，这种性能良好的废水处理技术并没有得到很好地应用，A/O法生物脱氮废水处理技术只在吉化公司和九江大化肥厂等为数很少的大企业中使用。

1.3.1.1. A/O法生物去除氨氮原理

污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过兼性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮波还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的自的。

硝化反应：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O

反硝化反应：6NO3-＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O＋6OH-+3N2↑ 1.3.1.2. A/O法生物去除磷原理

微生物在厌氧段水解磷酸获得能量吸收污水中的有机物质,在好氧阶段分解有机物质获得能量,过量吸收污水中的磷。

1.3.2. A/B工艺

A/B法污水处理工艺是一种新型两段生物处理工艺，是吸附生物降解法的简称。该工艺将高负荷法和两段活性污泥法充分结合起来，不设初沉池，A、B两段严格分开，形成各自的特征菌群，这样既充分利用了上述两种工艺的优点，同时也克服了两者的缺点。所以A/B法工艺具有较传统活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。但A/B法工艺不具备深度脱氮除磷的条件，对氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的营养物质，容易引起水体的富营养化。[4]

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原理：

A/B法工艺对污染物的去除主要是通过A段的吸附絮凝作用。A段直接与污水排水管网相接，污水中悬浮物与细菌混杂在一起成为结构较稳定的共存体，也为A段提供了大量的接种微生物。A段中的短世代周期的微生物在高负荷条件下处于对数增殖期，同时也产生大量的粘性物质，使其与污水中的悬浮物、颗粒以及游离的细菌等产生吸附絮凝，形成较密实的絮凝体，然后通过沉淀去除；通过生物氧化去除的比例较小。B 段对有机物的去除机制与普通活性污泥法相似。 AB法工艺的特点：

（1）不设初沉池，污水经排水系统直接进入A段曝气池，使整个排水系统起到一个生物选择器的作用；为A段生物反应池提供了与原污水相适应的微生物种群。

（2）A段吸附曝气池在高负荷、短泥龄条件下运行，微生物处于对数增殖期，繁殖较快，活性高。B段曝气池以中低负荷运行，整体有利于避免污泥膨胀现象的发生。

（3）A段和B段串联运行，各自设沉淀池，单独回流，将A段和B段污泥严格分开，形成各自的特征生物菌群。

（4）A段主要是利用以物理化学作用为主导的吸附作用去除污水中的污染物质。因此，对负荷、pH值、温度及毒物有一定的适应能力。

1.3.3. SBR工艺

SBR（??????????????????????????????????????????????????????）是间歇式活性污泥法英文缩写的简称。

早在1914年，英国Alden与Lockett等人发明的活性污泥法即系间歇运行处理污水。但由于曝气器和自控设备的问题，运行管理极不方便，后来改为连续流活性污泥法工艺。80年代前后，由于自动化、计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用（电动阀、气动阀、溶解氧传感器、水位传感器等），此项技术获得重大进展。使得间歇活性污泥法的运行管理也逐渐实现了自动化。1979年，美国R.L.Irvine等人根据试验结果首先提出SBR工艺，系间歇进水，间歇排水。同年Goronsay在以往工艺基础上提出了间歇式循环延时曝气系统。1984年又研究出利用不同负荷条件下微生物的生长速率和污水生物除磷脱氮工艺。DAT-IAT是SBR工艺中，继ICEAS、CASS、IDEA法之后完善发展的又一种新方法。

澳大利亚以SBR工艺所著称。近十几年来，建成SBR工艺污水处理厂600余座，其中在中型和大型污水处理厂的应用也日益增多，并且开始兴建日处理量21万吨大型SBR工艺污水处理厂。由于处理工艺流程简单，处理效果好的独特优点，逐渐引起世界污水处理界的广泛关注。

我国自九十年代中期开始，国家建设部属市政设计研究院和上海、北京、天津等市政设计研究院，开始了SBR工艺技术的研究和应用，但大部分处于试验研

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究和小型污水处理厂的应用阶段。目前，只有几座城市污水处理厂采用SBR法工艺处理城市混合污水，其处理效果较好，如：昆明市日处理污水量15万吨的第三污水处理厂，其工艺为SBR法ICEAS技术，自投产以来，运行正常，出水水质稳定，达到了设计标准。

天津经济技术开发区污水处理厂所采用的DAT-IAT工艺是一种SBR法的变形工艺和中国目前最大的SBR法城市污水处理厂。该工艺为方案的确定是根据天津市政工程设计研究院和开发区、以及国内有关污水处理专家共同完成的，经过对国内外污水厂的考察并充分论证，认为SBR法DAT-IAT工艺能够克服天津开发区工业废水比重大、水质水量变化幅度大的水质特征，其处理后的水质能够满足国家的排放标准。 1.3.3.1. 传统SBR工艺

SBR为间断进水，间断排水，而污水排放大都是连续或半连续，所以，实际使用时，SBR通常设计为两个或多个池子并联运行。SBR反应池通常按进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段根据时间依次进行。每个工作周期内排水结束时，SBR池内液位最低，而进水停止时液位最高，液位的变化幅度取决于处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度。反应池内基质浓度变化也是从高到底，至反应结束时（严格意义上指沉淀结束时）上清液中的基质浓度最低。所以，SBR运行过程中混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。SBR在反应阶段是曝气的，微生物通常处于好氧状态，在沉淀阶段和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧状态，而进水阶段根据具体处理要求及原水指标可曝气或不曝气。因此，反应池中溶解氧是周期性变化的。

优点:

1.工艺简单，占地面积小，投资较低;2.曝气阶段生化反应推动力大;3.不易发生污泥膨胀;4.运行灵活，抗冲击能力强，可实现不同的处理目标;5.应用于间歇排水，且水量较小的场合更显简单和节省投资优势;6.运行稳定性好;7.较高的基质去除率;8.剩余污泥量小，性质稳定，降低了污泥处理费用。

应注意的问题:

1.水量平衡:SBR反应池的进水和出水均为间断的，而处理的污水无论是间断还是连续进入污水处理厂，两者之间都存在水量的匹配问题，影响SBR反应池的设计参数，也会影响调节池的取设及调节池容积的大小。

2.控制方式的选择:一般情况下，SBR采用自动控制方式兼具手动操作功能。后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者便于日常工作使用。但当处理小水量、高浓度工业废水时，由于反应周期长，往往一天只排一次水，采用手动操作工作量不大，只设计手动操作比较经济可靠。

3.曝气方式的选择:间断曝气的运行方式，容易使水渗入曝气头内部，进入供气支管中，再次曝气时增大了管道阻力，也会造成污泥堵塞微孔。所以，在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，如穿孔管、水下曝气机、伞式曝气器、

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螺旋曝气器等。当采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管，当停止曝气时，微孔闭合，曝气时开启，不易造成微孔堵塞。

4.排水方式的选择:SBR沉淀结束需及时将上清液排出，排水时应尽可能均匀排出，不干扰沉淀在池底的污泥层。同时，还应防止水面的漂浮物随水流排出。目前，常见的排水方式有固定式的，如沿水池不同深度设置出水管，从上到下依次开启，优点是排水设备简单、投资少，缺点是开启阀门多、排水管中会积存部分污泥，造成初期出水水质差。浮动式排水装置和旋转式排水装置虽然价格高，但排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随出水排出，因此，这两种排水装置目前应用较多，尤其旋转式排水装置，又称滗水器，以操作灵活、运行稳定性高等优点受到设计人员和用户的青睐。

5.需要注意的其它问题:(1) 浮渣和沉渣的排除方法;(2) 排水比的确定;(3) 雨季对池内水位的影响及控制;(4) 排泥时机及泥龄控制;(5) 反应池的长宽比;(6) SBR间断进水、间断排水与前处理及后续处理构筑物的高程及水量匹配问题;(7) SBR处理工业废水时，曝气时间最好通过试验确定，对一些难度较大的工业废水，SBR最好与厌氧或物化工艺结合使用，此时，一定要注意相互间的匹配问题。

1.3.3.2. ICEAS工艺

ICEAS工艺的基本单元是两个矩形池为一组的反应器。每个池子分为预反应区和主反应区两部分，预反应区一般处于缺氧状态，主反应区是曝气反应的主体。

ICEAS的优点是采用连续进水系统，减少了运行操作的复杂性，故适用于较大规模的污水处理，但其在工艺改进的同时也丧失了表1列出的5种优点，仅仅保留了SBR反应器的结构特征 。

与经典SBR工艺相比，ICEAS工艺具以下特点： a.沉淀特性不同

ICEAS的沉淀会受到进水扰动，破坏了其成为理想沉淀的条件。为了减少进水带来的扰动，一般将池子设计成长方形，使出水近似于平流沉淀池。 b.理想推流性能和污泥膨胀的控制

由于连续进水，ICEAS丧失了经典SBR的理想推流和对难降解物质去除率高的优点，而且不能控制污泥膨胀的发生，所以需要设置选择区。 c.因连续进水而适用于较大型污水处理厂 连续进水不用进水阀门之间切换，控制简单，从而可应用于较大型的污水厂。 1.3.3.3. CAST工艺

CAST工艺集曝气与沉淀于同一池内，取硝了常规活性污泥法的一沉池和二沉池，其工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段，运行中可根据进水水质和排

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放标准控制运行参数，如有机负荷、工作周期、水力停留时间等。该方法在美国的明尼苏达州草原市污水处理厂、俄亥俄州托莱多废水处理厂、密执安州地区废水处理厂、纽约长岛赛尔顿废水处理厂、新墨西哥州造纸厂废水处理站得到应用，并获得了良好的处理效果。为将该工艺引进、硝化，探讨适合我国国情的新型污水处理新工艺，总装备部工程设计研究总院环保中心于1994年在实验室进行了模拟试验研究，为以后的工程设计提供了宝贵的设计参数。

CAST工艺的主要技术特征

1．间断进水，间断排水： 污水排放大都是连续或半连续的，CAST工艺比较适合这样的排水特点。CAST工艺设计时可采用一个或两个以上池子并联运行。

2.运行上的时序性： CAST反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。

3.运行过程的非稳态性：每个工作周期内排水开始时CAST池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易程度等有关。反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。

4.溶解氧周期性变化：CAST在反应阶段是曝气的，在沉淀阶段和排水阶段不曝气，因此，反应池中溶解氧是周期性变化的。

CAST工艺的优点

1.工艺简单，占地面积小，投资较低：CAST的核心构筑物为反应池，没有二沉池，一般情况下不设调节池及初沉池。因此，污水处理设施布置紧凑，占地省和投资低。

2.曝气阶段生化反应推动力大：这有利于减少曝气池容积，降低工程投资。 3.沉淀效果好：CAST工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用池，沉淀阶段的表面负荷比沉淀池小得多，没有进水的干扰，沉淀效果较好。实践证明，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CAST工艺的正常运行。实验和工程中曾遇到SV30高达96%的情况，只要将沉淀阶段的时间稍作延长，系统运行不受影响。CAST反应池中存在较大的基质浓度梯度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件不利于丝状微生物的优势生长，可有效防止污泥丝状膨胀。

4.运行灵活，抗冲击能力强： CAST工艺是按时间顺序运行的，各阶段的长短均可根据进水、出水水质及污水量的变化灵活调整，可以在满足排放标准的条件下达到经济运行的目的。CAST工艺集曝气、沉淀等功能于一体，池容相对较大，抗水质、水量冲击能力较大。当进行脱氮除磷时，可通过间断曝气控制反应池的溶解水平，提高脱氮除磷的效果。

5.CAST工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛。

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6.运行稳定性好。

7.基质去除率较高。

8.剩余污泥量小，性质稳定。

CAST设计中应注意的问题

1.水量平衡：工业废水和生活污水的排放通常是不均匀的,如何充分发挥CAST反应池的作用，与选择的设计流量关系很大，如果设计流量不合适，进水高峰时水位会超过上限，进水量小时反应池不能充分利用。当水量波动较大时，应考虑设置调节池。

2.控制方式的选择： 一般情况下，CAST工艺采用自动控制和手动操作两种方式。后者便于手动调试和自控系统故障时使用，前者日常工作使用。

3.曝气方式的选择：间断曝气容易造成污泥堵塞微孔。所以，在选择曝气头时要尽量采用不堵塞的曝气形式，这一点与SBR工艺相同。

4.排水方式的选择： CAST工艺的排水要求与SBR相同，目前，常用的设备为旋转式撇水机，其优点是排水均匀、排水量可调节、对底部污泥干扰小，又能防止水面漂浮物随水排出。

5.需要注意的其它问题：(1)浮渣和沉渣的排除方法；(2)排水比的确定；(3)雨季对池内水位的影响及控制；(4)排泥时机及泥龄控制；(5)反应池的长宽比；(6)间断排水与后续处理构筑物的高程及水量匹配问题。 1.3.3.4. DAT-IAT工艺

DAT-IAT工艺主体构筑物是由两个串联的反应池组成，即需氧池（Demand Aeration Tank）和间歇曝气池（Intermittent Aeration Tank），一般情况下DAT池连续进水连续曝气，其出水进入IAT池，在IAT地完成曝气、沉淀、滗水和排除剩余活性污泥[5]。

基本操作运行程序如下：

1.进水 ：污水连续进入DAT池经连续曝气后，通过DAT池与IAT池之间导流设施进入IAT池。DAT不直接排放处理水，因此不像连续进连续出水的活性污泥法容易受负荷变化的影响。

2.反应： 反应工艺分两部分进行。首先发在DAT池。该池在连续进水的同时连续曝气。去除有机物的机理和操作与连续流活性污泥法相同。 反应工序的第二部分发生在IAT池，经DAT池初步生物处理的污水连续进入IAT。按工艺设置进行一定时间的曝气以达到好氧的目的。

3.沉淀： 沉淀工序仅发生在IAT池。当IAT池停止曝气以后，活性污泥絮体开始重力沉淀和泥水分离。IAT池的沉淀工序相当于连续流活性污泥法中的二次沉淀池功能。

4.排水 ：排水工序只发生在IAT池。池池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液由设置在IAT地末端的滗水器缓慢排出地外。当池水位达到处

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理周期开始时的最低水位时，停止滗水。

5.闲置 ： 在IAT地沉淀后到下个周期开始期间可视污水的性质设置一闲置期，在该时段内可根据需要进行搅拌或曝气。在厌氧条件下搅拌比好氧条件下的曝气要省能量，同时对保持污泥的活性也是有利的。在以脱磷为目的的装置中，剩余污泥的排放一般是在闲置工序之初和沉淀工序的最后进行。

工艺特点：

1.运行稳定，处理效率高，出水质量好； 2.处理构筑物少，处理流程简化；

3.建设费用少，自动化程度高，操作运行简单，调度灵活。 4.节省占地面积。

5.可达到脱磷脱氮的目的。

1.3.3.5. UNITANK工艺

UNITANK的通用形式是采用三个池子的标准系统，这三个池子通过共壁上的开孔实现水力连接，无需用泵输送

每个池中都装有曝气系统(可以是表曝也可以是鼓风曝气)，同时外面的两个池子都装有溢流堰用于排水，既可以用作反应区也可以用作沉淀池。每个池子都可以进水，剩余污泥也是从边缘两个作沉淀池的池子排出。与传统活性污泥法一样，UNITANK系统是连续运行的，但是其单个池子是按一定周期运行的。 UNITANK系统可在恒定水位下连续运行，此时从整个系统来看它已经不属于SBR了，与交替运转的三沟式氧化沟非常相似，更接近于传统的活性污泥法，这是该工艺最为显著的一个特点；UNITANK也可在恒水位下交替运行，出水采用固定堰而不是滗水器，在任一时刻总有一个池子作为沉淀池，这个沉淀池相当于平流式沉淀池，所以在设计上需要满足平流沉淀池的功能， 这是UNITANK的第二个特点；标准的UNITANK系统是由三个正方形池所组成，弥补了单个反应器完全混合的不足，这是其第三个特点。

1.3.4. 氧化沟工艺

氧化沟（oxidation ditch）又名连续循环曝气池（Continuous loop reactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷兰的首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理[6]。

目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点[7]。

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从90年代至今是我国氧化沟技术大发展的阶段，预计已有上百座氧化沟污水处理厂投入运行。氧化沟技术仍然是当前污水处理的热点。从应用和研究情况来看，我国氧化沟技术水平与国际先进水平相比差距很大。究其原因是我国没有系统地研究过氧化沟技术与设备，目前我国已引进数种氧化沟技术，有条件来分析比较和吸收硝化。因此，认真分析和总结这方面的经验和教训显得十分必要。 1.3.4.1. Carrousel氧化沟

Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。在原Carrousel氧化沟的基础上DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel 2000系统图，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟和Carrousel 2000系统正在运行。

Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。

普通Carrousel氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约2～3mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速>0.3m/s）。微生物的氧化过程硝耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去处BOD，但除磷脱氮的能力有限[8]

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1.3.4.2. 奥贝尔（Orbal）

奥贝尔（Orbal）氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入，与回流污泥混合后，由外沟道进入中间沟道再进入内沟道，在各沟道循环达数百到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅伴作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50%-55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用；中间沟道容积一般为25%-30%,溶解氧控制在1.0mg/L左右,作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%-20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右）,以保证有机物和氨氮有较高的去除率。 特点:

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1．外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外沟道中去除；

2．奥贝尔氧化沟具有较好的脱氮功能；

3．奥贝尔氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点；

4．奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面密布凸起的三解形齿结，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和动力效率。

1.3.4.3. 一体化氧化沟

一体化氧化沟是一种采用曝气与沉淀合建的形式，是美国于80年代初至今一直开发研究的一种新型污水处理系统，即将船形二沉池设置于氧化沟内。一体化氧化沟设计的关键在于沉淀船的设计，其形式应该能够充分利用水力学原理及沟内的水流作用，保证船内压力大于船外压力，积泥斗的水流方向应自上而下，这样才能使进入沉淀船中的活性污泥沉淀后从船底集泥斗顺利流回沟内被带走。 优点:

1、一体化氧化沟保留了氧化沟抗冲击能力强的特点；

2、由于一体化氧化沟的沉淀池建在沟内，不用另建沉淀池，而且污泥回流

及时，可大大缩小沉淀池容积，节省1/3左右的占地；

3、污泥回流依靠自身重力及沟内水力条件，不须另建污泥回流系统，可大

大节省投资； 4、由于配套设施减少，同时减少运行操作人员，运行管理更为方便。 缺点:

1一体化氧化沟沉淀船的沉淀效果不理想； 2一体化氧化沟进水口位置不合理；

3沉淀船增加了一体化氧化沟的水力阻力，设备能耗大； 4一体化氧化沟系统控制难度大。 1.3.4.4. 三沟式氧化沟

三沟式氧化沟是氧化沟的一种典型构造型式，目前采用的三沟式氧化沟工艺，是丹麦在间歇式运行的氧化沟基础上开创的，它实际上仍是一种连续流活性污泥法，只是将曝气、沉淀工序集于一体，并具有按时间顺序交替轮换运行的特点，其运转周期可根据处理水质的不同进行调整，从而使其运行操作更趋于灵活方便。这种工艺流程简单，无需另设一次、二次沉淀池和污泥回流装置，使氧化沟工艺的基建投资和运行费用大为降低，并在一定程度上解决了以往氧化沟占地面积大的缺点，我国邯郸市东污水处理厂采用的就是这种工艺。

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1.3.5. 生物膜

生物膜法是一种通过附着在某种物体上的生物膜来处理废水的好氧生物处理法。生物膜法的主要优点是对水质、水量变化的适应性较强。生物膜法从本质来说和土地处理的过程类似，是污水灌溉和土地处理的人工化和高效化。生物膜法的主要处理设施有生物转盘、生物滤池、生物接触氧化池和生物流化床等。 1.3.5.1. 生物转盘

生物转盘处理是一种利用微生物来处理有机污水的设备。它集中了接触氧化法、生物滤池法和活性污泥法。转盘安装在氧化槽上，其45%的面积浸没在污水中，在动力驱动下，转盘慢速旋转，盘片上生长的生物膜吸附污水中的有机物。当盘片离开液面时，微生物得到空气中的氧气。微生物通过新陈代谢最终把有机物分解成水、无害的无机物和气体。 特点是：

(1) 维护管理简便、动力硝耗小、运行费用低。 (2) 转盘运行时卫生条件好，产生的噪音低。 (3) 运行灵活，可通过调节转盘转速控制污水与生物膜的接触时间和曝气强度。

(4) 能承受水质、水量的冲击负荷，工作稳定。

(5) 生物膜的培养与驯化快，成熟时间短，一周即可完成。

(6) 污泥量少，含水率低P＝95％～96％，沉淀性能好，易于分离脱水。 (7) 易受水温、气温影响，温度低时处理效果亦低，因此北方宜建在室内。

1.3.5.2. 曝气生物滤池

曝气生物滤池是 90 年代初兴起的污水处理新工艺，已在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除 SS 、 COD 、 BOD 、硝化、脱氮、除磷、去除 AOX （有害物质）的作用 ,其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池 ( 二沉池 ) ，其 容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：运行能耗低，运行费用省。BAF按水流方向分上向流和下向流，下向流生物曝气滤池在进水的同时，采用水气逆向的工艺路线，使介质表面形成生物膜，污水流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，作为“倍加清”专性降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。所以生物滤池可以在降解有机物的同时，具有生物絮凝和吸附过滤的作用。而且由于生物膜附着在滤料上，活性很高，生物膜不受泥龄限制，对于污染物的降解十分有利。随着处理过程的进行，在滤料缝隙间的悬浮状活性污泥在滤料缝隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，起到了进一步吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均能得到比较彻底的清除。

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在反应器的上部，异养型微生物为优势菌，碳污染物（CODcr、BOD5和SS）主要在这里被去除，而在反应器下部，自养型细菌，如硝化菌占优势，氨氮被硝化。在生物膜内部，以及部分填料之间的缝隙，蓄积的大量活性污泥中存在着兼性微生物，因此在BAF中可发生碳污染物的去除，同时有硝化和反硝化的功能。在滤池运行过程中，随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜及滤料上截留的杂质不断增加，滤料中水头损失增大，水位上升，到一定时期，需对滤料进行反冲洗。BAF生物曝气滤池以其贮存在加氯硝毒池中清澈的出水作为反冲用水，不另设反冲水池，反冲洗废水通过排水管回流到一级处理设施。 特点：

1. BAF粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了最佳的生长环境，因此生物量大。高浓度的微生物使BAF的容积负荷增大，不仅减少了池的容积和占地（容积仅为活性污泥法1/3—1/5），而且停留时间缩短至1—2小时。池容积占地为常规二级处理的1/5—1/10，基建投资省20%—30%。

2.填料床中的粒状填料具有巨大的比表面积，其上生长着各种碳化菌、氨化菌和硝化菌组成的高活性生物膜，具有优良的氧化降解和吸附过滤水中污染物的功能，不必设二沉池即可去除污水中的有机物（COD、BOD、SS、NH3-N、P等）。

3 .气水相对运动，气泡接触面积增大，氧的利用率提高15%—20%，增加气水与生物膜的接触面积，从而提高了处理效果，降低了运行费用。

4 .硝化效率高，脱氮效果好。这是常规二级处理达不到的。 5. 高质量的出水。出水水质达到砂滤三级处理的出水水质，不但可以满足环保

排放标准，而且可达到回用水标准，可用于生活杂用水或冷却水等。BAF对低浓度的有机废水也有很好的处理效果，如洗澡水。 6 .运行过程中不产生臭味，无二次污染。

7. 抗冲击负荷能力强，无污泥膨胀问题。微生物生长在粗糙多孔的填料表面，属固定化微生物，不会流失，因此运行管理方便简单。

8 .生物曝气滤池可和其它传统工艺组合使用，可对一些老厂进行技术改造，减少了二次投资费用。

1.3.6. 厌氧工艺

1.3.6.1. 水解好氧

该工艺中的水解池是一种新型厌氧反应器，避免了厌氧反应中时间长，控制条件要求高的甲烷发酵阶段，而是利用水解、产酸菌可以迅速降解水中有机物的特点，形成以水解产酸菌为主要的厌氧上流式污泥床，由于水解池集生物降解、物理沉降和吸附为一体，在与初沉池停留时间相近的情况下，有机物去除效果显著高于初沉池。并且能将污水中的难降解的大分子有机物转化为小分子有机物，

第

12页

提高了污水的可生物降解性，使得后续的好氧处理所需的停留时间缩短，能耗降低。与此同时悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污 泥)被水解为可溶性物质，使污泥得到处理，从而取消了传统工艺中的污泥消化池，实现了污水和污泥的一次性处理。 1.3.6.2. UASB

上流式厌氧污泥床(Up Anae robi G SIudBo Bl aMk6t，简称UASB)是荷兰学者于1970年代研制成功，在国外，目前己广泛用于高浓度有机废水处理。UASB的型式较多，池形有圆形或方形，池内下部为反应区，项部为分离区。反应区户污泥浓度较大的下部分区域称污泥床，容积约占UASB的30％，有机物主要在污泥床里被微生物分解，反应区中污泥浓度较小的上部分称为污泥悬浮层。反应产生的甲烷形成气泡后上升，使体系受到搅动，在顶部出现气、液、固三相，通过分离器，分离出气体、已处理水和污泥。

UASB中无填料，其中有高浓度的颗粒状高活性污泥，一般在运行过程中形成。厌氧过程的机理与好氧过程有很大不同，常有多种微生物参与。

2. 小区生活处理工艺方案

本设计的污水进水及出水水质如下表2-1所示 水质指标 COD BOD SS 进水 480 270 250 出水 60 20 20 出水标准执行GB18918—2002的一级标准B标准 处理水量:2000m3/d

第

2.1. 处理要求

2.1.1. 水质情况

NH ——N 35 8（15） 13页

总变化系数:K总=1.9

2.1.2. 处理程度计算

1.COD的去除率:

480?60=?100%?87.5%

480? 2.BOD5的去除率:

活性污泥处理系统中的BOD5值是由残存的溶解性BOD5(se)和非溶解性

BOD5二者组成的, 非溶解性BOD5主要以生物污泥的残屑为主体,活性污泥的

净化功能是去除溶解性的BOD5,非溶解性BOD5将污泥一起经沉淀而去除。

进入CAST反应池的BOD5浓度S0=270 mg/l。 出水中非溶解性BOD5值为：

BOD5=7.1bXaCe

Ce--出水悬浮固体浓度 式中：（SS），mg/l，取20 mg/l；

b—微生物自身氧化率，一般介于0.05?0.1之间，取0.09； 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?0.09?0.4?20=5.1（mg/l）

因此出水溶解性BOD5值为： 20-5.1=14.9（mg/l） 则BOD5去除率为：

3.NH3?N的去除率

?=270?14.9?100%?94.48%

270?=35?8?100%?77.14%

354.SS的去除率

第

14页

?=Qmaxsinaehv?0.044sin60?6.39

0.02?0.4?0.82.2. 小区生活污水处理的原则

1. 处理出水要求和处理程度： 一般来说，不同小区对出水的要求差异较大。应根据我国《地面环境质量标准》（GB3838—88）和《污水综合排放标准》（GB8978—96）的有关规定和当地环保部门的要求确定处理程度，以确保出水水质。如果出水采用土地处理法处理，则按土地处理法的要求计算；

2. 污水处理设施的设计和建设必须结合小区的整体规划和建筑特点，即外观设计上要与小区建筑环境相协调，以求美观；

3. 在污水处理工艺上力求简单实用，以方便管理；

4. 在高程布置上应尽量采用立体布局，充分利用地下空间。平面布置上要紧凑，以节省用地；

5. 污水处理厂位置应尽可能位于小区下风向，与其它建筑物有一定的距离，以减少对环境的影响；

6. 设备化，定型化，模块化，施工安装方便，运行简易，设备性能稳定， 适合分期建设；

7.处理程度高，污泥产量少，并尽可能采用节能处理技术； 8.处理构筑物对水力负荷和有机物负荷的适应范围较大，使系统有较好的经受冲击负荷的能力；

9.小区内的人口是逐渐增加的。因此，小区污水处理厂应按可预期的发展规划作为流量设计的基础。根据我国情况，可考虑采用20年的设计周期。

2.3. 小区生活污水处理应注意的问题

在小区生活污水处理工艺设计中应注意的问题有：

1．噪音问题：由于小区是人们生活和休息的地方，是一个安静的场所，因此须特别注意周围的噪音，要将噪音降到最低点，在设计时要采用噪音较小的方案和设备。对处理构筑物采用防噪音的隔离设施。

2．除臭问题：在众多的水处理工艺中几乎没有一种能做到没有臭味，都有一定的臭味释放出来，因此设计小区污水处理工艺时要特别注意除臭，必要时处理构筑物可采用全封闭的结构，将臭味收集起来集中处理。

2.4. 生活污水处理的典型工艺流程

工艺流程如下图2-1所示[10]

第

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图2-1

2.5. 确定方案

2.5.1. 确定工艺流程

小区生活污水由于水量较少（Q=2000t/d），属于典型的小型水处理设施，这类小型水处理设施的一般工艺流程如下图2-2[11]：

图2-2

第

16页

1．前处理设施：

前处理设施的目的是保证后续水泵工作以及改善进水进水水质和水处理功能。在一级处理单元前，进行流量调节、除浮物和砂；由于本设计是小区生活污水工艺设计，污染源主要是居民的厨房和卫生间流出来的有机物质，以有机物居多（糖类、氨氮和脂肪等），含油量和含砂量较少，因此本设计可不设置沉砂池和除油池，只设置初沉池。 2． 污水提升泵：

在进水埋深较大且经水处理设施重力流动，使出水能排入水体时，需要设置提升泵。本设计由于地形关系必须在一级处理前设置污水提升。 3． 初沉池：

初沉池是沉淀分离污水中的悬浮物，减轻后续生物处理单元负荷的预处理设施。为了保证出水水质达标。 4． 反应池；

是生物处理的主要设施，用于去除污水中的有机物以及氨氮的硝化和反硝化等。

5． 二沉池：

将反应池出水进行泥水分离，获得澄清的出水以及浓缩的污泥的重要处理设施，是二级处理的最后处理单元。 6． 深度处理设施：

指将二级出水进一步处理，获得更好水质的处理设施。在小区中水处理工艺中是必须的处理设施。本设计处理的水达到国家排放标准后将直接排入河流中不做中水回用。 7． 硝毒设施：

是为了保证出水安全而设置的，用于杀死处理水中的大肠菌等细菌。本设计中对细菌没有要求，因此可不设置硝毒设施。

第

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2.5.2. 提出方案

一般对于小型污水处理工艺，常用的方法：对于活性污泥法有低负荷的氧化沟法、延时曝气法、SBR法、CAST法；对于生物膜法有生物曝气滤池法、接触氧化法、及生物转盘。

根据以上分析，以及进水污染层度和国家污染物排放标准。初步选定以下三种方案：

方案一:

第

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2.5.3. 方案比较

如下表2-2所示 项目 传统SBR CAST 曝气生物滤池 主反应池土建量最小，但须增加调节池、以及反冲洗设备，且初沉池不能省略。 土建工程 无须二沉池，池深一同传统SBR法，但增般在5m左右，较传加了生物选择器 统活性污泥法省，无须调节池，可不设初沉池。 机电设备设备闲置率高，仪表基本同传统SBR法，设备量比前两者大，及仪表 较传统活性污泥法增加了污泥回流泵。 增加了反冲洗设备。 多。 曝气设备 水下曝气机及鼓风同传统SBR 机均可，采用水下曝气机可不设鼓风机房，也可避免曝气管堵塞。 曝气量 较大 较大 须回流20%左右 较低基本上不用 只能使用鼓风机，须建鼓风机房，噪音较大，且曝气管容易堵塞。 比活性污泥法低35%左右 无须回流 较两者高，主要用于预处理。 污泥回流 无须回流 药剂量 电耗 较低 较传统活性污泥法较传统活性污泥法低。 最小 低。 总运行成较传统活性污泥法较传统活性污泥法低。 比前两者低 本 低。 出水水质 均能达到国家规定的排放标准 产泥量 产泥量较少，污泥稳产泥量较少，污泥稳定产泥量最多，且稳定定性较好。 性最好（因为比传统性较差。 SBR多一个前置生物选择器）。 有无污泥容易产生。 膨胀 没有，污泥沉降性最没有。 好。 受过流速度限制有一定的影响。 流量变化受每个处理单元的同传统SBR法。 的影响 可接纳容积限制有一定的影响，但可通

第19页

过调整周期运行时间来克服。

续表 冲击负荷池容决定的承受冲同传统SBR法。 的影响 击负荷的能力，较 强。 温度变化受地温影响较大。 影响 噪音 除臭

无论何种规模的处理厂，在确定污水处理工艺时，除了保证处理效果这一基本条件外，同时还要降低基建投资，节省日常的运行费用，以求在保证达标排放的前提下，使经营成本最小，对于小区污水处理工艺的设计，噪音和除臭的要求也是一个决定性的因素，噪音太大的处理工艺不能作为小区污水处理的工艺。要做到满足以上各个要求，首先应根据实际情况，选择合适的处理工艺。小型污水厂处理厂往往具有这样的

特点： （1）由于负担的排水面积小，污水量较小，一天内水量水质变化较大，频率较高。

（2）一般在城镇小区或企业内修建，由于所在地区一般不大，而且厂外污水输送管道也不会太长。所以，其占地往往受到限制，处理单元应当尽量布置紧凑。

（3）一般要求自动化程度较高，以减少工作人员配置，降低经营成本。 （4）污水厂往往位于小区或工业企业内，平面布置可能会受实际情况限制，有时可能靠近居民区或地面起伏不平等，平面布置应因地置宜，变蔽为利。 （5）由于规模较小，一般不设污泥硝化，应采用低负荷，延时曝气工艺，尽量减少污泥量同时使污泥部分好氧稳定。

（6）由于处理设施建设在人口较密集的地方必须解决噪音和除臭这两个技术难题。

曝气生物滤池的缺点：

（1）曝气生物处理过的水能达到国家排放标准，造价也最低，但由于其噪音太大无法满足居住小区对噪音极为苛刻的要求；

（2）曝气生物滤池产泥量太大，并且稳定性不好； （3）曝气生物滤池曝气管极易堵塞且维修困难；

第

可承受日常的冲击负荷。 低温效果运行稳定。 只能采用鼓风曝气，鼓风机房噪音较大 同传统SBR法。 可采用水下曝气降同传统SBR法。 低噪音 三者均能采用加盖的方法来防止臭味外泄。 20页

（4）曝气生物滤池为保证出水效果，须增加调节池，和反冲洗设备，增加了管理难度。

传统SBR法及CAST法虽然造价比曝气生物滤池要高，但能很好的克服曝气生物滤池的上述缺点，并且出水水质也较好，运行管理也较简单。鉴于以上的各种情况，对于小型城市污水厂，传统SBR法及CAST法为首先考虑的工艺方案。这两种工艺都具有以下优点：

（1）都属完全混合型，具有较高的耐冲击负荷的能力； （2）一般不设初沉池，工艺简化，节省占地；

（3）一般采用低负荷延时曝气方式运行，处理效果好，污泥好氧稳定，同时可减少污泥产量（如果污泥出路可靠，也可适当提高负荷）；

（4）可采用水下曝气机降低噪音满足居住小区对噪音极为苛刻的要求；

（5）除臭方面可采用加盖的方法来臭味外泄，可将臭气收集起来集中处理。 （6）SBR池池深也不受限制，必要时可适当加深；

（7）可采用水下曝气机来取代鼓风机对反应池供气，可有效防止曝气管堵塞，降低维修和管理难度。

2.5.4. 工艺比较结果

CAST工艺是近年来在传统SBR工艺上发起来的一种新型工艺，它是利用不同微生物在不同负荷条件下生长速率差异和污水生物除磷脱氮机理，将生物选择器与传统SBR反应器相结合的产物。这种工艺综合了推流式活性污泥法的初始反应条件（具有基质浓度梯度和较高的絮体负荷）和完全活性污泥法的优点（较强的耐冲击负荷能力），无论对城市污水还是工业废水都是一种有效的方法，有效地防止污泥膨胀。另外如果选择器的厌氧的方式运行，则具有生物除磷作用。 由于传统SBR法不能有效防止污泥膨胀现象，且除磷和脱氮效果不如CAST工艺。

综上所述， CAST工艺有一定的生物除磷和脱氮效果，而且在进水污染物浓度很低的情况下，CAST工艺可有效的防止污泥膨胀，同时污泥量小并且污泥相对稳定，对于小区生活污水处理工艺而言，CAST工艺成为最佳的方案。

决定采用如下图2-3所示CAST工艺流程：

第

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图2-3

3. 工艺设计计算

3.1. 泵前粗格栅

3.1.1. 设计参数

设计流量：Q=2000t/d=23.148L/S

最大流量：QMAX=Q×K总=23.148L/S ×1.9?44L/S

过栅流速：V2=0.8m/s 栅条宽度：S=0.01m 栅前部分长度：0.5m 安装倾角：a=60o 栅前水深：h=0.4m 栅条间隙：e=20mm 栅条间隙数：n=

Qmaxsina0.044sin60???6.39 （取7条）

ehv0.02?0.4?0.83.1.2. 计算

计算草图如下图3-1所式：

第

22页

图3-1

1. 设计采用两个并联的格栅（一个日常使用一个检修时使用）

栅槽宽度：由公式B=S（n-1）+en可知 B=S（n-1）+en

=0.01×（7-1）+0.02×7=0.2m

2. 进水渠道流速：若进水渠道宽度为B1=0.15m，渐宽部分展角a1=20o,此时进水渠道内的流速为：

Qmax0.044V= ??0.73m/s

B1h0.15?0.4L1=

B-B10.2-0.15==0.073m 取0.08m

2tg20鞍2tg203. 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：

LL2=1=0.04m

24. 过栅水头损失：

因为是矩形截面，取K=3，并将已知数据代入式h1=Kho(其中ho=??s?V?Vsina ;?????43 )

?e?2g

第

23页

0.8?0.8?0.01?4h1=2.42???sin60??3?0.0766m ?32?9.81?0.02?5. 栅后槽总高度:

取栅前渠道超高:h2=0.3m,栅前槽高H1=h+h2=0.7m H=h+h1+h2=0.4+0.0766+0.3=0.7766m 取0.78m 6. 栅槽总长度:

L=L+L+0.5+1+7. 每日渣量:

W=

H1=2.13m tg60°Qmax创W186400

K总′1000 式中:W--每日栅渣量,m3/d

W1--栅渣量(m3/103m3污水),取

0.1—0.01,本设计取0.07

K总—生活污水总变化系数,本设计

取1.9

W=

Qmax创W1864000.044创0.0186400==0.02 m3/d

K总′10001.9′10003.2. 污水提升泵房设计计算

说明：设计考虑为小区污水处理厂，对外观和噪音要求较高，同时应尽量减

少占地面积，适宜采用干式矩形半地下合建式泵房，它所具有的特点是布置紧凑，占地少，结构较省，噪音小等优点。集水池和机器间由隔水墙分开，只有吸水管淹没在水中，机器间经常保持干燥，以利于对泵房的检修和保养，也可避免污水对轴承，管件，仪表的腐蚀。

同时由于小区污水处理系统管理人员较少，应尽量采用自动化程度较高的泵站，另外小区生活污水水量变化较大，应采用自灌式泵房。自灌式泵房的优点是启动及时可靠，不须引水的辅助设备，操作简便，缺点是泵房过深，造价太高，资金不足不宜采用。

自灌式泵房水泵的叶轮和泵轴低于集水池的最低水位，在高，中，低三种水位情况下都能直接使用。

3.2.1. 集水间的设计

选择集水池与机器间合建的方型泵站，选三台水泵（两用一备），每台水泵的流量为：

44 Qmax=?22L/s

2集水间的剖面计算草图如下图3-2所示：

第

24页

最高水位进水管最低水位水泵吸水管图3-2

集水间的容积计算： V总=V有效+V死水

有效容积相当于一台水泵5min工作的出水水量，也等于最高水位与最低水位之间的调节容积：

V有效=0.022×5×60=6.6㎡

死水容积为最低水位以下的容积：

吸水喇叭口距池低高度取0.4m，最低水位距喇叭口0.4m。 设有效水位高为1m，则集水间面积为：

F ?V有效6.6??6.6㎡

有效水位高1则：V死水=6.6×0.8=5.28m3

V总=V有效+V死水=6.6+5.28=11.88m3 集水池水位为h1=1+0.4+0.4=1.8m

集水池总高为：H=h1+h2=1.8+0.5=2.3m (h2:超高取0.5m) 取宽度为1.5m 长度为4.4m

3.2.2. 泵房机器间设计计算

泵房剖面计算草图如下图3-3所示：

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25页

机器间集水池最高水位最低水位吸水管出水管 图3-3

1. 水泵总扬程估算

（1）集水池工作水位与所需提升最高水位之间的高差：

5+2.3-0.8=6.5

（2）出水管线的水头损失：

每一台水泵单用一根出水管（水流出泵站后合用一根?250的钢管通向集配水池），其最大流量为Qmax=22 L/s，选用管径为?150的钢管，查水力计算表可知：流速V=1.3m/s，每千米水头损失1000i=21.8m ； ?200的合用钢管，其最大流量为Qmax=44 L/s，查水力计算表[12]可知：流速V=1.43m/s，每千米水头损失1000i=17.9m 。设?150的钢管总长为10m，?200的钢管总长为20m 。局部水头损失为沿程水头损失的30%，则总水头损失为：

21.817.9 (1+0.3)创(10+20?)0.749m

10001000（3）水泵内的水头损失考虑为1.5m，同时考虑自由水头损失为1.0m。 （4）水泵的总估算扬程为：

H=6.5+0.749+1.5+1.0=9.749 m 2．初步选泵：

初步选用3台（考虑两用一备）IP125-100-200型水泵，流量为：100m3/h，水泵扬程为：8?12m，电机转数为：1450r/min，功率为：7?11kw，气蚀余量

（NPSH）r为:3.3m。 3．校核总扬程：

第

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泵站平面布置后，对水泵总扬程进行核算： （1） 吸水管的水头损失：

吸水管沿程水头损失计算：

每根吸水管的流量为：Qmax=22 L/s，选用管径为?150的钢管，总长度为2.9m,查水力计算表可知：流速V=1.3m/s，每千米水头损失1000i=21.8m 。 则沿程水头损失为：

21.8h1?2.9??0.063m

1000吸水管局部水头损失计算：

进口（??0.9），Dg150闸阀一个（??0.609），Dg150?125的偏心管一个（??0.2），偏心管小口端的流速为：v2?1.79m/s偏心管长计算：L=2?(D?d)?D?2?(150?125)?150?200mm。 则局部水头损失为：

v12v22h2?(???)????2g2g1.321.792 ?(0.5?0.609)??0.2?2g2g?0.096?0.033?0.129m则吸水管的总水头损失为：

H1=h1+h2=0.063+0.129=0.192m （2） 出水管水头损失计算： 出水管沿程水头损失计算：

其中?150的钢管总长度为：7.305m ，?150的钢管，Qmax=22 L/s，查水力计算表可知：流速V=1.3m/s，每千米水头损失1000i=21.8m；算表可知：流速V=0.88m/s，每千米水头损失1000i=5.23m 。选用管径为?200的钢管，?200的钢管长度为：15m，Qmax=44 L/s，查水力计算表可知：流速V=1.43m/s，每千米水头损失1000i=17.9m ；选用管径为?250的钢管，?250的钢管长度为：5.6m，

Qmax=44 L/s，查水力计算表可知：流速V=0.88m/s，每千米水头损失

1000i=5.23m 。

则沿程水头损失为：

h1=7.305?=0.457

第

21.8100015?17.910005.6 5.231000

27页

出水管局部水头损失计算：

Dg100?150渐扩管一个（??0.19，v2?2.54m/s），渐扩管的长度为：Dg150止回阀一个（??0.609）；L?2?(D?d)?D?2?(150?100)?150?250mm；

Dg150900弯头三个（??0.48）；异型四通一个（??1.7v1=1.3m/s）；Dg200 900ms/）弯头三个（??0.48）；Dg 200?250渐扩管长度为（??0.06,v3?1.43：

L?2?(D?d)?D?2?(250?200)?150?250mm。

则出水管局部水头损失为：

v22h2=V?2g(z+3?ev12j)?2gv32(x+f) 2g1.432 (0.06+0.48) 2g2.5421.32=0.19?(0.609+3?0.481.76)?2g2g=0.0625+0.3284+0.05626?0.447mm则出水管总的水头损失为：

H2=h1+h2=0.457+0.447=0.904m

（3） 水泵所需的总扬程为：

H=集配水池水位-集水池最低水位+H1+H2+水泵内的损失=5.5-（-1.287）+0.192+0.904+1.5=9.383

（4） 确定水泵：

由以上计算可知所选水泵符合要求。 （5） 引水设备：

本设计的污水提升泵房水泵的启动方式为自灌式启动，因此无须引水设备。

（6） 反冲洗设备：

由于污水中所含的杂质往往部分的沉积在集水坑内，时间长了将会腐化发臭，

甚至填塞集水坑，这样将会影响水泵的正常吸水。

为了松动集水坑内的沉渣，应在坑内设置压力冲洗管。本设计采用从水泵压水

管上接一根直径为50mm的钢制支管伸入集水坑中，定期将沉渣冲起，并由水泵抽走。

（7） 机器间的排水设备：

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本设计采用的是自灌式，机器间的污水不能自行流入集水池，为了保持机器间

的干燥和设备不被腐蚀，因此本设计在沿机器间内四周墙角有一条宽高都为200mm的集水沟，将水汇集到一侧的小型集水池，选用一台小型离心泵定期将泵房内击水抽走。

（8） 采暖和通风设备：

采暖：因为集水池较深，热量不易散发，并且污水温度通常不低于十摄氏度，

因此不须设计采暖设备。机器间必须采暖时选用火炉（但是必须特别注意安全）。

通风：本设计集水池利用通风管自然通风，在屋顶设置通风帽；机器间除在屋

顶设置通风帽外，在墙壁四周还设置了8个抽风机和四个百叶窗。 （9） 起重设备：

于本设计使用的设备均在0.5吨以内，因此只需设置三脚架做为起重设备[13]

。

3.3. 集配水井设计计算

本设计的初沉池采用竖流式初沉池，由于直径大于3m，为了配水均匀，使初沉池有良好的沉淀效果，本设计在竖流式初沉前面增加了一座集配水井。

本设计中集配水井的配水方式采用堰式配水，进水管在配水井的中心，水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入个水斗，在由水斗经水管流入各个水处理构筑物。这种配水井是利用等宽度堰上水头相等过流量就相等的原理来进行配水的。

设计计算：

集配水井计算草图如下图3-4所示：

三角堰出水管进水管出水管图3-4

1．进水管径D1

第

29页

配水井进水管的设计量为：Qmax?2000?k总?2000?1.9?3800m3/d

Qmax?158.4m3/h?44L/s

查水力计算表可知：选用?250mm的钢管，流速为：v?0.88m/s,i?5.23000，有相关手册可知符合设计要求。 2. 三角型宽顶堰

进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入两个水斗，在由管道直接接入两座后续构筑物（竖流式沉淀池），每个后续构筑物的最大分配的水量为79.2m3/h，配水采用三角宽顶溢流堰流至配水管。 （1）堰上水头H的计算：

因单个出水溢流堰的流量为Qmax?79.2m3/h?22L/s，一般流量大于100L/s时采用矩形堰，流量小于100L/s采用三角堰，因此本设计采用三角堰（三角堰采用900），堰高h为：

Q?1.4?h

式中： Q——过堰流量m3/s；

h ——水堰水深m；

52当流量为Qmax?22L/s时，h=0.19m。 （2）堰顶宽度B：

查相关手册可知取0.2m。 （3）配水管管径D2：

取配水管管径D2=200mm，查水力计算表可知：v= 0.71 m/s

（4）配水漏斗上口口径D：

按配水井内径的1.5倍设计：D?D1?1.5?1.5?250?375mm

3.4. 初沉设计计算

本设计为小型污水处理厂的设计，水量较小。所能选用的初沉池类型有两种： 方案一：

竖流式沉淀池：

优点：排泥方便，管理简单；占地面积小。

缺点：池子深度大，施工难度大；对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；

造价 高。 方案二：

第

30页

斜管沉淀池：

优点：水力负荷高，为其他沉淀池的一倍以上；占地少，节省投资。 缺点：斜管容易堵塞，管理不方便。

由于本设计为小区污水处理系统，水量变化大（饭前饭后这段时间污水量最多，上班时间水量最少），同时小区污水处理厂管理人员较少，另外本设计为CAST工艺（耐负荷冲击力强），综合考虑上述各种原因，本设计采用池深较大，排泥方便的竖流式沉淀池。

为了配水均匀，保证沉淀效果，配水方式采用集配水井配水。

设计计算：

计算草图如下图3-5所示：

图3-5

（1）竖流式初沉池的设计要求：

1）中心管下设有喇叭口几反射板，反射搬与中心管的各部分尺寸关系见图3-6所示：

第

31页

喇叭口1.351.3反射板1.3图3-6

2）当池子直径小于7.0m时，澄清的污水沿池的周边流出；当池子的直径大于7.0m时应增设辐射式集水支渠；

3）排泥管下端距池底不大于0.2m，管上端高出水面0.4m以上；

4）浮渣挡板距集水槽0.25m—0.5m，高出水面0.1m—0.15m，淹没深度为0.3m—0.4m。

（2）中心管面积f（m2）：

f?qmax v0 式中：qmax——每池最大设计流量，m3/s

v0 ——中心管内流速，m/s，取v0?0.03m/s 取池数为：n=2，则每池最大设计流量为：

Q0.044qmax?max??0.022m2/s

n2则： f?qmax0.022??0.74m2 v00.03（3）沉淀部分有效段面面积F,m2：

qmax v 式中：v——污水在沉淀池中的流速，m/s；

F? 取表面负荷q'?2.5m3/(m2.h)； 则：上升流速为：

v?u0?2.5(m/h)?0.00069(m/h)

第

32页

F?qmax0.022??31.88m2 v0.00069（4）沉淀池直径D,m：

D?4(F?f)?4?(31.88?0.74)?6.45m?8m

??（5）沉淀池有效水深h2,m：

h2?vt?3600

式中：t——为沉淀时间，h，取t?1.5h 则：

h2?vt?3600?0.00069?1.5?3600?3.73m

（6）校核池径水深比：

D6.45??1.73?3（符合要求） h23.73（7）校核集水槽每米出水堰的过水负荷q0,L/s：

qmax0.022??1000?1.09L/s（符合要求，不用另设辐射式?D??6.45集水槽）

（8）初沉池污泥量的计算： 由式：

q0?V1?100?C???Q 310?(100?P1)?m3取污水厂的平均流量2000m3； 式中： Q——污水流量，

ddC——进入初沉池悬浮物浓度，mg,250mg；

LL?——初沉池沉淀效率，小区污水厂一般取50%；

P1——污泥含水率，一般取95%-97%，本设计取96%；

?——初沉池污泥密度，以1000kgm3计；

第

33页

100?250?50%?20001000?(100?96)?1000100?250?50%?2000 ?

1000?4?10003?6.25md

硝除污泥间隔时间为2d，则初沉总污泥量为：

V1= v总?12.5m3

每池污泥体积为：6.25m3 （9）池子圆锥部分有效容积v1,m3：

取圆锥底部直径d'为：0.4m，截锥高度为：h5，截锥侧壁倾角为：??550。 则：

D?d'6.45?0.4h5??tg???tg550?3.54m

22v1??h53??3.54?(3.2252?0.22?0.2?3.225)

3?41m3?6.25m3(R2?r2?Rr)（10）中心管直径d0,m

d0=4f=p4′0.74=0.97m p（11）中心管喇叭口下缘至反射板的垂直距离h3,m：

h3=qmax v1pd1 式中： v1——污水由中心管喇叭口与反射板之间的间隙流

出的流速，m/s；在初沉池中不大于30mm/s，

在二沉池中不大于20mm/s；

d1——喇叭口的直径；

d1=1.35?d0

第

1.35?0.971.31m；

34页

0.022=0.27m

0.02创p1.31 则反射板下缘直径为：

则：h3= d2?1.3?d1?1.3?1.31?1.703

喇叭口高取喇叭口高取1.35倍的中心管直径为：1.35* d0=1309.5mm。 （12）沉淀池总高度H,m：

H?h1?h2?h3?h4?h5 ?0.3?3.73?0.28?0.3?3.54

?7.85式中： h1?0.3m为超高；

h4?0.3m为污泥缓冲层高度。

3.5. CAST主反应池的设计计算

3.5.1. 采用间断进水设计的原因

由于小区生活污水水量变化大，在早晨八点污水流量达到最大，在一日中三顿饭前后污水流量分别达到不同的高峰，由此可知小区污水流量将会呈现周期性的变化，为了保证经处理后的水质达到国家规定的排放标准，避免出现由于某一时段污水流量较大而导致出水水质不达标的现象，本设计的CAST工艺将采用间断进水，可根据流量变化适当的调整处理周期，保证处理后的水质到达国家规定的排放标准。

由于小区人口是逐年增加，污水流量也是逐年增加的，为了保证以后流量增加时现有设备仍然能正常工作，在水处理厂扩建时可将间断进水的CAST改为连续进水的CASS工艺，节省投资。

3.5.2. 采用泥龄法设计的原因

在设计活性污泥处理工艺时，通常采用的方法有污泥负荷法、数学模型法和泥龄法；这三种方法各有各的好处和缺点。

1．污泥负荷法是最古老的设计计算方法，采用这种方法设计了成千上万座污水处理厂，这充分的说明了他的正确性和适用性。但另一方面也反映出他存在不少问题：

（1）污泥负荷发是以污泥负荷LS和容积负荷LV为基本设计参数，他们的取值主要是根据经验确定的，对于经验不足者很难操作，我国推荐的取值范围是：

污泥负荷：LS=0.2?0.4kgBOD

(kgMLSS?d)

第

35页

容积负荷：Lv=0.4?0.9kgBOD(m3池容?d)

最大值比最小值大一倍，其他条件不变，算出池容将增大一倍。 （2）污泥负荷有两个单位：一个是kgBOD，一个是

(kgMLSS?d)kgBOD(kgMLVSS?d)，这两各单位极易混淆。

（3）污泥负荷法针对性不强，当要求硝化和反硝化时就缺乏推荐数值，经验少的设计人员不好选。

2．数学模型法是在有机物降解和微生物生长动力学的理论体系上建立起来的，设计时只需确定与该工程相吻合的动力学系数和化学常数，就可计算出所需的各种设计参数。这种方法摆脱了经验设计方法，使设计的精确性和可靠性显著提高。由于要确定的参数太多，并且大多数不能直接的出，需要长期监测和实验才能得到，这种方法在我国还没得到推广。

3．泥龄法是以泥龄qc为基本参数的设计计算方法：

（1）泥龄法是经验和理论相结合的设计计算方法，泥龄qc和污泥产率系数Y值的确定都有充分的理论依据，并且有经验的积累，因而更加准确可靠；

（2）泥龄法很直观，根据泥龄大小，对所选工艺能否实现硝化、反硝化和污泥稳定一目了然；

（3）泥龄法中只使用MLSS，不使用MLVSS，污泥中的无机物所占比重的不同在参数Y中体现出来；

（4）泥龄法中最基本的参数泥龄qc和污泥产率系数Y都有变化幅度很小的推荐值和计算值，操作起来比选定污泥负荷值更方便、更容易；

（5）泥龄法不象数学模型法那样需要确定很多的参数，使操作大大简化。 宗上所述本设计将选用泥龄对CAST反应池进行设计计算。

3.5.3. CAST计算

本设计只要求硝化处理，不要求进行脱氮处理，查阅相关手册可知：总泥龄采用11d，设计温度按10摄氏度设计；查阅相关资料和借鉴已成功的设计实例：SVI选用150ml/g[14]。

计算草图如下图3-7所示：

第

36页

图3-7

1．选定参数：

（1） 周期参数

周期数：N?6(1/d) 周期长：Tc?4h 进水时段：Tj?2h/周期 反应时段：Tf?2h/周期 沉淀时段：Ts?1h/周期 滗水周期：Te?1h/周期

1?1.833h（曝气反应结束后有6十分钟的时间内，主反应池内的水处于搅动状态，此时污泥还没有开始沉淀。）

（2） 设计池数量：M=2个； （3） 池水设计深度：H=5m； （4） 安全高度：Hf=0.7m. 2．设计水量：

设计你量的设计水量：

污泥实际沉淀时间：Ts'?Ts?Te?Qd?2000m3/d；

高峰时流量：

Qhmax3Qd?K总2000?1.9m （K总：总变化系数） ???158.4h2424

第

37页

单池小时进水量（平均流量）： Qih?3Qd2000 ??83.4m(池?h)N?M?Tj6?2?23．反应泥龄：

查阅相关设计手册[14]可知：

设计水温为10摄氏度时，有硝化的推荐泥龄为11d，由于CAST反应池设有前置厌氧生物选择器，污泥沉降性能大为改善，因此反应泥龄取：QCF?11d。 4．污泥产率系数：

X0(1?0.2)?0.17?0.75?QCF?1.072(T?15)Y?k?[0.75?0.6??]

S01?0.17?QCF?1.072(T?15) 式中： k——结合我国情况的修正系数，K=0.9；

X0——进水悬浮固体浓度（mg）

L T——设计水温，与泥龄计算取相同数值； S0——反应池进水BOD浓度（mg）。

LY=k?[0.75X0.6?0S0(1-0.2)创0.170.75创QCF1.072(T-15)]1+0.17创QCF1.072(T-15)250(1-0.2)创0.170.75创111.072(10-15)=0.9?[0.750.6?](10-15)2701+0.17创111.0720.8创0.170.75创110.706] =0.9?[0.750.56-

1+0.17 11′0.706=0.9[0.75+0.56-0.34]=0.87kgSSkgBOD5．污泥量：

（1） 反应污泥量（K总：日变化系数）：

XF?QD?K总?Y(S0?Se)/1000 ?2000?1.3?11?0.87?(270?20)/1000

?6220.5Kg（2） 总污泥量：

XT?XF?

6．池容计算： 主反应池容积：

第

TC4?6220.5??12441Kg TF238页

V?[Hf?Hf262400?Qh?H?Ts'XT?SVI?]?XT?SVI?N1300?Ts' ?[0.7?0.72?62400?158.4?5?1.833]?12441?150 12441?150?61300?1.833?[0.7?0.49?8.09]?783.14?2842.14m3 取2843m3

缺（厌）氧生物选择器容积按主反应器池容积的10%计算： Vp?0.1?V?284.3m3 总池容积：

VT?V?VP?2843?284.3?3127.3m3 7．排水深度：

?H?24?Qh?H24?158.4?5??1.01m

N?VT6?3127.38．污泥深度：

XT12441==4.38gLV2843

H5XL=?XH?4.38H-DH5-1.01XH=5.49g

L9．单池参数：

单池容积：

Vi?单池面积：

Vi?312.m733 H单池储水容积：

VT3127.3??1563.56m3 M2 Fi? ?Vi?Fi??H?312.73?1.01?315.86m3 CAST平面布置草图如下图3-8所示：

第

39页

进水管生物选择器水下曝气机出水管排泥管回流污泥泵 图3-8

10．污泥负荷计算：

Ls?S0270?QCF?Y?(S0?Se)11?0.87?(270?20)(kgMLSS?d)

?0.1129kgBOD11. 水力停留时间计算：

T?24?VT24?3127.3??37.53h Q200012. 需氧量、供气量计算：

在每周期2h的反应过程中，只有0.2h的微量曝气，其余时间均为按2mg/L考虑，与常规SBR工艺的曝气过程基本相同，需氧量、供气量也基本相同。 1）实际需氧量O2：

按式：O2?OC?St?4.57?Nht?2.86?Not

式中：OC——去除含碳有机物单位耗氧量（kgO2），

kgBOD包括BOD降解耗氧量和活性污泥衰减耗氧量；

St——BOD去除量（kg）；

dNht——硝化的氨氮（kgd）；

Not——反硝化的硝酸盐量（kgd）。

先确定式中各个参数：

第

40页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0cj6.html