水污染控制工程课程设计格栅

中北大学水污染课程设计-1-1绪论1.1格栅的作用格栅是由一组平行的金属栅条或筛网、格栅柜和清渣耙三部分组成，安装在污水渠道上，泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部。格栅主要作用是将污水中的大块污染物拦截出来，否则这些大块污染物将堵塞后续单元的机泵或工艺管线。格栅上的拦截物成为栅渣，其中包括十种杂物，大至腐尸，小至树杈、木料、塑料袋、破布条、碎砖石块、瓶盖、尼龙绳等均能在栅渣中发现[1]。1.2格栅的种类格栅按不同的方法可以分为不同的类型。按格栅条间距的大小不同，格栅分为细格栅、中格栅和粗格栅3类，其栅条间距分别为4～10mm，15～25mm和大于40mm。按清渣方式不同，格栅分为人工除渣格栅和机械除渣格栅两种。人工清渣主要是粗格栅。按栅耙的位置不同，格栅分为前清渣式格栅和后清渣式格栅。前清渣式格栅要顺水流清渣，后清渣式格栅要逆水流清渣。按形状不同，格栅分为平面格栅和曲面格栅。平面格栅在实际工程中使用较多。按构造特点不同，格栅分为抓扒格栅、循环式格栅、弧形格栅、回转式格栅、转鼓式格栅和阶梯式格栅[2]。1.3格栅的工艺参数影响格栅作用有栅距、过栅流速和水头损失三个工艺参数。1.3.1栅距栅距即在相邻两根栅条间的距离。栅距大于40mm的为粗格栅，栅距在20～40mm之间的为中格栅，栅距小于20mm的为细格栅。一般情况下，粗格栅拦截的栅渣并不太多，只有一些非常大的污染物，但它能有效地保护中格栅的正常运行。中格栅对栅渣的拦截发挥主要作用，绝大部分栅渣将在中格栅被拦截下来，细格栅将进一步拦截剩余的栅渣。1.3.2过栅流速污水在栅前渠道内的流速一般控制在0.4—0.8m/s，经过格栅的流速一般控中北大学水污染课程设计-2-制在0.6—1.0m/s。过栅流速不能太大，否则将把本该拦截下来的软性栅渣冲走。同时，过栅流速也不能太小。如果过栅流速低于0.6m/s，栅前渠道内的流速将有可能低于0.4m/s，污水中粒径较大的砂粒将有可能在栅前渠道内沉积。1.3.3水头损失污水过栅水头损失与过栅流速有关，一般在0.2—0.5m之间。如果过栅水头损失即格栅前后水位差增大。此时，有可能是过栅水量增加，更有可能是格栅局部被堵死。如过栅水头损失减小，说明国展流速降低，此时要注意砂在栅前渠道内的沉积[1]。1.4人工除渣格栅和机械除渣格栅一般情况下，根据清洗方法，把格栅设计为人工除渣格栅和机械除渣格栅两大类，当污染物量大时，一般采用机械除渣，以减少工人劳动量1.4.1人工除渣格栅安装在中小城市的生活污水处理厂或所需截留的污染物量较少时采用的格栅。人工除渣格栅，格栅按倾斜45°～60°倾角设置，这样可以增加格栅有效面积40%～80%，而且便于清洗和防止因阻堵而造成过高的水头损失，但如果倾角太小时，虽然清理省力，但占地面积较大[3]。人工清渣的格栅，其设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水管渠有效面积的2倍，以免清渣过于频繁。格栅间应设置操作平台。在污水泵站前集水井中的格栅，应特别注重有害气体对操作人员的危害，并采取有效的防范措施[4]。1.4.2机械除渣格栅当格栅流量大于0.2m3/d时，为改善劳动与卫生条件，都应采用机械除渣格栅，这种格栅安放角一般为60°～70°，有时为90°，机械除渣格栅过水面积一般不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。格栅的机械除渣机也有多种，如链条式格栅除渣机、移动式伸缩臂格栅除渣机、圆周回转式格栅除渣机、钢丝绳牵引式格栅除渣机等。以下为各种机械格栅特点比较。中北大学水污染课程设计-3-表1-1各种机械格栅特点比较[5]类型优点缺点适用范围1链条式（1）构造简单，制造方便，容易操作（2）占地面积小（1）套筒滚子价格高，耐腐蚀性差（2）杂物在链条与链轮之间时容易卡住（1）适宜清楚长纤维，带状的污染物（2）适宜较浅的大、中、小型格栅2移动伸缩臂式（1）钢丝绳在水上，运行寿命长（2）不清渣时设备在水面上，维护检修方便（1）移动时耙齿与栅条间隙的对位比较困难（2）需三套电动机及减速器。构造复杂适用于中等深度的宽大格栅3钢丝绳牵引式无水下固定部件，维护检修方便钢丝绳干、湿交替工作易腐蚀，应采用不锈钢丝绳固定式适用中、小型格栅，移动式适用于宽大型格栅1.5格栅应用原则（1）格栅分人工格栅和机械格栅两种，为避免污染物对人体产生的毒害和减轻工人劳动强度、提高工作效率及实现自动控制，应尽可能采用机械格栅。污水中含有油类等可释放挥发性可燃性气体时，机械格栅的动力装置应有防爆设施。（2）要根据污水的水质特点如pH值的高低固形物的大小等确定格栅的具体形式和材质。（3）大型污水处理厂一般要设置两道格栅和一道筛网，格栅栅条间距应根据污水的种类、流量、代表性杂物种类和尺寸大小等因素来确定，既满足水泵构造的要求，同时也满足后续水处理构筑物和设备的要求。第一道使用粗格栅（50～100mm）或中格栅（20～40mm），第二道使用中格栅或细格栅（4～10mm），第三道为筛网（＜4mm）。（4）常用格栅栅条断面为长20mm正方形、直径20mm圆形、10mm×50mm矩形和两边半圆头的10mm×50mm矩形等5种。圆形栅条水力条件好、水流阻力小，但风度较差、容易受外力变形。因此在没有特殊需要时最好采用矩形断面。（5）格栅一般安装在处理流程之首或泵站的进水口处，位置咽喉，为保证安全要有备用单元或其他手段以保证在不停水情况下对格栅的检修。中北大学水污染课程设计-4-（6）为保护动力设备，机械格栅一般安装在通风良好的格栅间内，大中型格栅间要配置安装吊运设备，便于设备检修和栅渣的日常清除[6]。1.6格栅运行管理注意事项（1）不管采用什么采用什么形式，操作人员都应该巡回检查，根据栅前和栅后的水位差变化或栅渣的数量，及时开启除渣机将栅渣清除。同时注意观察除渣机的运转情况，及时排除其出现的各种故障。（2）检查并调节栅前的流量调节阀门，保证过栅流量的均匀分布。同时利用投入工作的格栅台数将过栅流速控制在所要求的范围骨。当发现过栅流速过高时，适当增加投入工作的格栅台数；当发现过栅流速偏低时，适当减少投入工作的格栅台数。（3）随着运行时间的延长，格栅前后的渠道内可能会积砂，应当定期检查清理积砂，分析产生积砂的原因，如果是渠道粗糙的原因，就应该及时修复。（4）经常测定每日栅渣的数量，摸索出一天、一月或一年中什么时候栅渣量多，以利于提高操作效率，并通过栅渣旦的变化来判断格栅运转是否正常。（5）栅渣中往往夹带许多挥发性油类等有机物，堆积后能够产生异味，因此及时清运栅渣，并经常保持格栅间的通风透气[7]。2格栅设计计算2.1格栅设计要点（1）格栅的栅条间隙，应根据水泵允许通过污物的能力来确定。（2）污水处理系统设计中，设两道格栅，一般在泵房前设一道中格栅，在泵房后设一道细格栅，同时格栅栅条间隙应符合下列要求：人工清除的为25—40mm，机械清除的为16—25mm，最大间隙40mm。（3）如水泵前格栅间隙不大于25mm，污水处理系统前可不再设置格栅。（4）栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：栅条间隙16～25mm，0.1～0.05m3/103m3/d（栅渣/污水）栅条间隙30～50mm，0.03～0.01m3/103m3/d（栅渣/污水）栅渣的含水率为80%，密度约为960kg/m3。（5）在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3），一般应采用机械清渣。中北大学水污染课程设计-5-（6）机械格栅不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。（7）过渣流速一般采用0.6～1.0m/s。（8）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s。（9）格栅倾角一般采用45°～70°。人工清除格栅倾角小时，较省力，但占地面积大。（10）过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。（11）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m。工作台上应有安全和冲洗设施。（12）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。工作台正面过道宽度：人工清除不应小于1.2m机械清除不应小于1.5m（13）机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。（14）设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。（15）格栅间内应安设吊运设备，以进行格栅及其他设备的检修和栅渣的日常清除。2.2格栅的设计计算2.2.1已知条件：城市污水处理最大流量为Qmax=1.03m3/s，日设计流量为q=70000m3/d，求格栅各部分尺寸。2.2.2设计计算：（1）栅槽宽度栅条的间隙数（n）nbhvQsinmax（2.1）式中，Qmax——最大设计流量，m3/s；α——格栅倾角，（°），取α=60°；b——栅条间隙，m，取b=0.021m；n——栅条间隙数，个；h——栅前水深，m，取h=0.7m；v——过栅流速，m/s，取0.9m/s。中北大学水污染课程设计-6-格栅设两组，按两组同时工作设计，一格停用，一格工作校核。则7345.729.07.0021.060sin03.1on（个）；栅条数n-1=73-1=72栅槽宽度B栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.2m；设栅条宽度s=10mm=0.01m则栅槽宽度2.0)1(bnnsB（2.2）45.2453.22.0021.073)173(01.02.0)1(bnnsB本设计选用栅条宽度为10mm的矩形断面栅条。（2）通过格栅的水头损失h1进水渠道渐宽部分的长度L1，m设进水渠宽B1=1.4m，其渐宽部分展开角度α=20°(进水渠道内的流速为0.7m/s),则：111tan2BBL（2.3）44.120tan24.145.220tan211ooBBL栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2，m。212LL（2.4）mLL72.0244.1212中北大学水污染课程设计-7-图2-1格栅计算示意图通过格栅的水头损失h1，mkhh01（2.5）sin220gvh（2.6）34)(bs（2.7)式中，h1——设计水头损失，m；h0——计算水头损失，m；g——重力加速度，m/s2，取g=9.8m/s2；k——系数，格栅受污泥堵塞时的水头损失增大倍数，一般采用3；——阻力系数，与栅条断面形状有关。可按手册提供的计算公式和相关系数计算。设栅条断面为锐边矩形断面；42.2表2-2格栅的阻力系数的计算公式栅条断面形状计算公式数值锐边矩形迎水面为半圆形的矩形圆形迎水、背水面均为半圆形的矩形正方形34)(ds2)1(dsdβ=2.42β=1.83β=1.79β=1.67ε=0.64中北大学水污染课程设计-8-则：kgvbskhhsin2)(23401360sin8.929.0021.001.042.2234om097.0（3）栅后槽总高度H，m设栅前渠道超高h2=0.3m21hhhH（2.8）则：21hhhH=3.0097.07.0=1.09710.1m（4）栅槽总长度L，mtan5.00.1121HLLL（2.9）式中，1H为栅前渠道深，21hhH，m则：24.4237.460tan7.03.05.00.172.044.1oL（5）每日栅渣量W，m3/d1000QW1W（2.10）式中，W——每日栅渣量，dm/31W——栅渣量，m3/(103m3污水)在格栅间隙为19mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.09m3。则每日栅渣量：100090.070000W中北大学水污染课程设计-9-3.6m3/d＞0.2m3/d故采用机械清渣。我们采用钢丝绳牵引式格栅除污机。3参考文献[1]李亚峰，佟玉恒，陈杰.实用废水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2007：21[2]尹士君，李亚峰等.水处理构筑物设计与计算[M].北京：化学工业出版社，2004：107[3]晋日亚，胡双启.水污染控制