3污水处理构筑物的计算

3污水处理构筑物的计算3.1细格栅3.1.1设计说明格栅系由一组平行的金属栅条或筛网制成，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，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等。以减轻后续处理构筑物的处理负荷，并保证其正常运行。格栅的进出水水质见表3-1所示。表3-1格栅进出水水质水质指标BOD5CODSS进水6400130002000去除率0010％出水64001300018003.1.2设计计算本工艺采用矩形断面调节池前细格栅一道，采用机械清渣。（1）栅前水深的确定Q=2ℎ2𝑣1式中，Q——设计流量，设计中取为0.0289m3/s；h——栅前水深，m；v1——栅前渠道水流流速，设计中取为0.6m/s。h=√𝑄2ℎ1=√0.02892×0.6=0.16(m)（2）细格栅的栅条间隙数n=𝑄√𝑠𝑖𝑛𝛼𝑏ℎ𝑣式中，n——格栅栅条间隙数，个；Q——设计流量，m3/s；α——格栅倾角，(o)；b——格栅栅条间隙，m；h——格栅栅前水深，m；v——格栅过栅流速，m/s。过栅流速采用为0.7m/s，Q=0.0289m3/s，栅条间隙b=0.01m，栅前水深为0.16m，格栅安装倾角α=60o，则n=0.0289×√𝑠𝑖𝑛60𝑜0.01×0.16×0.7=24(个)，取为25个。（3）格栅槽有效宽度（B）B=S(n−1)+bn式中，B——格栅槽有效宽度，m；S——每根格栅条的宽度，m。设计中采用Φ10mm圆钢为栅条，即取S=0.01m，则B=0.01×(25−1)+0.01×25=0.49(m)，取为0.5m。（4）进水渠道渐宽部分的长度设进水渠道宽B1=0.25m，渐宽部分展开角𝛼1=20o，此时进水渠道内的流速为：𝑣1=𝑄𝐵1ℎ=0.02890.25×0.16=0.72(𝑚/𝑠)，在0.4～0.9m/s范围之内，符合要求。则，进水渠道渐宽部分长度：𝑙1=𝐵−𝐵12𝑡𝑎𝑛𝛼1=0.5−0.252×𝑡𝑎𝑛20𝑜=0.34(m)（5）出水渠道的渐窄部分的长度𝑙2=𝑙12=0.342=0.17(m)（6）过栅水头损失ℎ1=kβ(𝑆𝑏)43𝑣22𝑔𝑠𝑖𝑛𝛼式中，h1——水头损失，m；β——格栅条的阻力系数，栅条断面为锐边矩形断面β=2.42；k——格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数，一般采用k=3。ℎ1=3×2.42×(0.010.01)43×0.722×9.8×𝑠𝑖𝑛60𝑜=0.16(m)（7）槽后明渠的总高度H=h+ℎ1+ℎ2式中，H——槽后明渠的总高度，m；h2——明渠超高，m，设计中取h2=0.3m。H=0.16+0.16+0.3=0.62(m)（8）格栅槽总长度L=𝑙1+𝑙2+0.5+1.0+𝐻1𝑡𝑎𝑛𝛼式中，L——格栅槽总长度，m；H1——格栅明渠的深度，m，H1=h+h2。L=0.34+0.17+0.5+1.0+0.16+0.3𝑡𝑎𝑛60𝑜=2.28(𝑚)（9）每日栅渣量W=86400𝑄𝜔11000式中，W——每日栅渣量，m3/d;ω1——栅渣量，取ω1=0.1m3/103m3污水。W=86400×0.0289×0.11000=0.25(𝑚3/d)0.2(𝑚3/d)故采用机械清渣。根据《给水排水设计手册》第9册，选用XWB-Ⅲ型背耙式格栅除污机。表3-2XWB-Ⅲ型背耙式格栅除污机性能型号格栅宽度(mm)耙齿有效长度(mm)安装倾角(º)提升质量（kg）格栅间距（mm）提升速度(m/min)电动机功率(KW)XWB-Ⅲ-0.5-1.5500100602007～2030.5图3-1格栅计算示意图3.2调节池3.2.1设计说明（1）水量调节池实际是一座变水位的贮水池，进水一般为重力流，出水用泵提升。池中最高水位不高于进水管的设计高度，最低水位为死水位。（2）调节池的形状宜为方形或圆形，以利于形成完全混合状态。长形池宜设多个进口和出口。（3）调节池不具有废水处理的功能。3.2.2设计计算本设计水力停留时间取T=8h，设计流量Q=2500m3/d=104.2m3/h。（1）调节池的尺寸调节池体积：V=QT=104.2×8=833(m3)取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为A=𝑉ℎ=8335=166.6(𝑚2)1111221池长取16m，池宽取12m，则实际有效水深为ℎ′=𝑉16×12=4.3(m)取超高0.5m，则调节池的实际池深H=4.3+0.5=4.8m（2）潜污泵调节池集水坑内设2台上海阳光泵业制造有限公司生产的QW系列无堵塞移动式潜污泵（1用1备），水泵的基本性能参数见表3-3。表3-3潜水排污泵性能型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）电动机功率（kW）效率（%）出口直径（mm）QW125-130-15-111301514601162125（3）搅拌为防止污水中悬浮物的沉积和使水质均匀，可采用水泵强制循环进行搅拌，也可以采用专用搅拌设备进行搅拌。水泵强制循环搅拌，是在调节池底部设穿孔管，穿孔管与水泵压力水相连，用压力水进行搅拌。水泵强制循环搅拌的优点是不需要在池内安装其它专用搅拌设备，并可根据悬浮沉积的程度随时调节压力水循环的强度。其缺点是穿孔管容易堵塞，检修不方便，影响使用。目前工程上常用潜水搅拌机进行搅拌。根据调节池的有效容积，搅拌功率一般按1m3污水4～8W选配搅拌设备。本工程取5W，调节池选配潜水搅拌机的总功率为2500×5=12.5(kW)。选择5台晨容环保公司出产的QJB型潜水搅拌机（不锈钢），均匀安装在调节池内。表3-4潜水搅拌器电动机性能型号功率(kW)电流(A)叶轮直径(mm)叶轮转速(r/min)重量(kg)QJB2.5/8-400/3-74082.5940074070图3-2调节池计算示意图3.3竖流沉淀池3.3.1设计说明竖流沉淀池是利用污水从沉淀池中心管流入，沿着中心管向下流动，经中心管下部的反射板折向上方流动，污水以流速v自下向上流动，污水中的颗粒以沉速u向下沉降，当u＞v时颗粒开始下沉，u=v时颗粒悬浮污水中，u＜v时，颗粒随污水流出。上升至沉淀池顶部的污水用设在沉淀池四周的锯齿形三角堰流入集水槽排出。竖流沉淀池由进水装置、中心管、出水装置、沉淀区、污泥斗及排泥装置组成。其进出水水质见表3-5所示。表3-5竖流沉淀池进出水水质水质指标BOD5CODSS进水6400130001800去除率25％20％50％出水4800104009003.3.2设计计算设计中取1座竖流沉淀池，设计流量Q=0.0289𝑚3/𝑠。（1）中心进水管面积与直径𝐴0=𝑄𝑣0=0.02890.03=1.0(𝑚2)𝑑0=√4𝐴0𝜋=√4×1.03.14=1.13(𝑚)式中，A0——沉淀池中心进水管面积(m2)；Q——设计流量(m3/s)；v0——中心进水管流速，设计取为0.03m/s。d0——中心进水管直径(m)。（2）中心进水管喇叭口与反射板之间的缝隙高度ℎ3=𝑄𝑣1𝜋𝑑1式中，h3——中心进水管喇叭口与反射板之间的缝隙高度(m)；v1——污水从中心进水管喇叭口与反射板之间的缝隙流出速度(m/s)，一般取为0.02m/s～0.03m/s；d1——喇叭口直径(m)，一般采用𝑑1=1.35𝑑0。设计中取𝑣1=0.02m/s，𝑑1=1.35×1.13=1.53(𝑚)。ℎ3=0.02890.02×3.14×1.53=0.3(𝑚)（3）沉淀池总面积及沉淀池直径𝐴1=𝑄𝑣A=𝐴0+𝐴1D=√4𝐴𝜋式中，A1——沉淀池的沉淀区面积(m2)；v——污水在沉淀池内上升流速(m/s)；D——沉淀池直径(m)。设计中取𝑞′=2.5𝑚3/(𝑚2∙ℎ)，v=𝑞′=0.0007m/s。𝐴1=0.02890.0007=41.29(𝑚2)A=1.0+41.29=42.29(𝑚2)D=√4×42.293.14=7.3(𝑚)（4）沉淀池的有效沉淀高度，即中心管的高度ℎ2=3600vt式中，h2——沉淀池有效水深(m)；t——沉淀时间，设计取为1.5h。ℎ2=3600×0.0007×1.5=3.78(𝑚)校核沉淀池径深比：D/h2=7.3/3.78=1.93＜3，符合规范。（5）污泥部分所需容积V=𝑄(𝐶1−𝐶2)86400𝑇100𝛾(100−𝑝0)×106式中，Q——污水流量(m3/s)；C1——进水悬浮物浓度(mg/L)；C2——出水悬浮物浓度(mg/L)；γ——污泥容重(t/m3)，约为1；po——污泥含水率(％)。设计中取T=1d，p0=97％V=0.0289×(1800−900)×86400×1×100(100−97)×106=75(𝑚3)（6）污泥斗及污泥斗高度污泥斗设在沉淀池的进水端，采用重力排泥，排泥管伸入污泥斗底部，为防止污泥斗底部积泥，污泥斗底部直径取为0.5m，污泥斗倾角取为600。污泥斗高度ℎ5=7.3−0.52∙𝑡𝑎𝑛60𝑜=5.9(𝑚)污泥斗容积𝑉1=13ℎ5(𝑓1+𝑓2+√𝑓1𝑓2)式中，V1——污泥斗容积(m3)；𝑓1——沉淀池污泥斗上口边长(m)；𝑓2——沉淀池污泥斗下口边长，设计取为0.5m；h5——污泥斗高度(m)。𝑉1=13×5.9×(3.144×7.32+3.144×0.52+√3.144×(7.32+0.52))=88.3(𝑚3)𝑉1V（7）沉淀池总高度H=ℎ1+ℎ2+ℎ3+ℎ4+ℎ5式中，H——沉淀池总高度(m)；h1——沉淀池超高，设计取为0.3m；h4——沉淀池缓冲层高，设计取为0.3m；H=0.3+3.78+0.3+0.3+5.9=10.58(𝑚)（8）出水堰沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道，然后汇入出水管道排入其它构筑物内。出水堰采用90o三角形出水堰，三角堰顶宽0.16m，高0.08m，间距0.1m，共有88个三角堰。堰后自由跌落0.1～0.15m，三角堰有效水深为𝐻1=0.7𝑄2/5=0.7×(0.028988)2/5=0.03(𝑚)三角堰后自由跌落0.15m，则出水堰水头损失为0.19m。（9）出水渠道出水渠道设在沉淀池四周，收集三角堰出水，出水渠道宽0.25m，深0.4m，有效水深0.20m，水平流速0.29m/s。出水渠将三角堰出水汇集送入出水管，出水管采用钢管，管径DN200mm，管内流速0.92m/s。（10）排泥管沉淀池采用重力排泥，排泥管直径DN200mm，连续将污泥排出池外贮泥池内。图3-3竖流沉淀池示意图3.3水解酸化池的设计3.3.1工艺介绍水解酸化池可以作为独立一级厌氧生物处理工艺，也可以作为二相厌氧生物处理的第一相（即产酸相），其目的是改善废水的可生化性，降低后续生物处理负荷，提高后续处理工艺的稳定性和效果。在二相厌氧生物处理工艺中，水解酸化池是一种高负荷厌氧生物处理单元，其负荷为一般厌氧生物处理负荷的3～5倍。水解酸化池结构简单，无需设计或安装复杂的配水装置和水流整流装置（如配水装置、折流板、三相分离器、出水溢流堰、水下推进器等），但为避免出现死区引起污泥腐败，底部或进水口必须配水均匀；为防止短流，可在沿长方向设穿孔挡流板等。进水不需要预先调节水质、水量。由于其作用为分解有机物或把大分子有机物分解成小分子有机物，反应过程不产生沼气，不须设计集气装置。水解酸化池可以是悬浮活性污泥法，也可采用生物膜法或二者相结合的形式。其池型可以是平流式、竖流式和折流式。可以与二相厌氧生物池合建，也可以独立分建。水解酸化池设计一般取表面负荷0.8～1.5m3/(m2·h)，水力停留时间为4～5h。采用池底进水，进水多采用穿孔管配水，每个布水孔服务面积0.5～2m2，孔口流速0.4～1.5m/s；采用池顶堰流出水，出水堰可以位于池边，也可以类似自来水厂的平行布设；排泥采用间歇排泥，排泥管设于池的中部，管径为150～200mm，排泥流速大于0.7m/s。水解