城市污水处理厂工艺设计及计算_污水处理工艺设计计算

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第三章 污水处理厂工艺设计及计算

第一节 格栅

进水中格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。

拟用回转式固液分离机。回转式固液分离机运转效果好，该设备由动力装置，机架，清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便，适用于生活污水预处理。

1.1 设计说明

栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。格栅栅条间隙拟定为25.00mm。

1.2

设计流量：

a.日平均流量

Qd=45000m3/d≈1875m3/h=0.52m3/s=520L/s

Kz取1.4 b.最大日流量

Qmax=Kz·Qd=1.4×1875m3/h=2625m3/h=0.73m3/s 1.设计参数：

栅条净间隙为b=25.0mm

栅前流速ν1=0.7m/s 过栅流速0.6m/s

栅前部分长度：0.5m 格栅倾角δ=60°

单位栅渣量：ω1=0.05m3栅渣/103m3污水

1.设计计算：

1.4.1 确定栅前水深

B12根据最优水力断面公式Q计算得：

2B12QB20.1530.66m

h10.33m 0.72所以栅前槽宽约0.66m。栅前水深h≈0.33m 1.4.2 格栅计算

说明：

Qmax—最大设计流量，m3/s；

α—格栅倾角，度（°）；

h—栅前水深，m；

ν—污水的过栅流速，m/s。

栅条间隙数（n）为

nQmaxsin0.153sin60=30(条)

ehv0.0250.30.6栅槽有效宽度（B）

设计采用ø10圆钢为栅条，即S=0.01m。BS(n1)bn0.01(301)0.02530=1.04(m)

通过格栅的水头损失h2 h2Kh0

h022gsin

h0—计算水头损失；

g—重力加速度；

K—格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；

ξ—阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于圆形断面，1.79

0.620.01h231.79sin600.025(m)0.02529.81所以：栅后槽总高度H H=h+h1+h2=0.33+0.3+0.025=0.655(m)

（h1—栅前渠超高，一般取0.3m）栅槽总长度L

43sb43BB11.040.660.52m

2*tan12*tan20 L1L20.26m

2L1H1hh1＝0.3+0.33＝0.63 LL1L21.00.5H10.630.520.261.00.52.64m tantan60L1—进水渠长，m；

L2—栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度，m； B1—进水渠宽，；

α1—进水渐宽部分的展开角，一般取20°。

图一

格栅简图

1.4.3 栅渣量计算

对于栅条间距b=25.0mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水烂截污物为W1=0.05m3/103m3，每日栅渣量为

WQmaxW1864000.1530.0586400=0.4m3/d Kz10001.641000拦截污物量大于0.3m3/d，宜采用机械清渣。

二、沉砂池

采用平流式沉砂池 1.设计参数

设计流量：Q=301L/s（按2010年算，设计1组，分为2格）设计流速：v=0.25m/s 水力停留时间：t=30s 2.设计计算（1）沉砂池长度：

L=vt=0.25×30=7.5m（2）水流断面积：

A=Q/v=0.301/0.25=1.204m2

（3）池总宽度：

设计n=2格，每格宽取b=1.2m>0.6m，池总宽B=2b=2.4m（4）有效水深：

h2=A/B=1.204/2.4=0.5m（介于0.25～1m之间）

（5）贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积

Q1TX11.310423V10.26m3 552K1021.510（每格沉砂池设两个沉砂斗，两格共有四个沉砂斗）其中X1：城市污水沉砂量3m3/105m3，K：污水流量总变化系数1.5（6）沉砂斗各部分尺寸及容积： 设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高hd=0.5m，则沉砂斗上口宽：

a2hd20.5a10.51.1m

tan60tan60沉砂斗容积：

Vhd0.52(2a22aa12a1)(21.1221.10.520.52)0.34m3 66

（略大于V1=0.26m3，符合要求）

（7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为L2L2a7.521.12.65m 2则沉泥区高度为

h3=hd+0.06L2 =0.5+0.06×2.65=0.659m

池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.5+0.66=1.46m（8）进水渐宽部分长度: L1B2B12.420.941.43m

tan20tan20（9）出水渐窄部分长度: L3=L1=1.43m（10）校核最小流量时的流速：

最小流量即平均日流量

Q平均日=Q/K=301/1.5=200.7L/s 则vmin=Q平均日/A=0.2007/1.204=0.17>0.15m/s，符合要求

（11）计算草图如下： 进水出水图4 平流式沉砂池计算草图

第三节 沉淀池

3.1 采用中心进水辐流式沉淀池：

图四

沉淀池简图

3.2 设计参数：

沉淀池个数n=2；水力表面负荷q’=1m3/(m2h)；出水堰负荷1.7L/s·m(146.88m/m·d)；

3h3为缓冲层高度，取0.5m；h5为挂泥板高度，取0.5m。沉淀时间T=2h；污泥斗下半径r2=1m，上半径r1=2m；剩余污泥含水率P1=99.2% 3.2.1 设计计算： 3.2.1.1 池表面积

AQ10421042m2 q'13.2.1.2 单池面积

A1042521m2

（取530m2）n23.2.1.3 池直径 A单池D4A单池＝4530＝25.98m

（取530m）3.143.2.1.4 沉淀部分有效水深(h2)混合液在分离区泥水分离，该区存在絮凝和沉淀两个过程，分离区的沉淀过程会受进水的紊流影响，取h23m 3.2.1.5 沉淀池部分有效容积

3.14262Vh231591.98m3

443.2.1.6 沉淀池坡底落差（取池底坡度i=0.05）D26h4ir10.0520.55m

223.2.1.7 沉淀池周边（有效）水深 D2H0h2h3h530.50.54.0m4.0m(3.2.1.8 污泥斗容积

D266.56,满足规定)H04污泥斗高度h6(r1r2)tg(21)tg6001.73m

V13.141.73(222112)12.7m3

33池底可储存污泥的体积为：

h3.140.8V24R2Rr1r12(13213222)166.63m3

43h6r21r1r2r22共可储存污泥体积为：V1V212.7166.63179.33m33.2.1.9 沉淀池总高度 H=0.47+4+1.73=6.2m

3.3 进水系统计算

3.3.1 单池设计流量521m3/h（0.145m3/s）进水管设计流量：0.145×(1+R)=0.145×1.5=0.218m/s 管径D1=500mm，v1

30.2184D121.11m/s

3.3.2 进水竖井

进水井径采用1.2m，2出水口尺寸0.30×1.2m，共6个沿井壁均匀分布 出水口流速

v20.2180.101m/s(0.15m/s)

0.301.263.3.3 紊流筒计算

图六

进水竖井示意图

筒中流速 v30.03~0.02m/s,(取0.03m/s)紊流筒过流面积 fQ进30.2187.27m2

紊流筒直径 0.03D34f47.273m

3.143.4 出水部分设计

3.4.1 环形集水槽内流量q集=0.145 m3/s 3.4.2 环形集水槽设计

采用单侧集水环形集水槽计算。

槽宽b20.9(kq集)0.4＝0.91.40.145＝0.48m0.4（其中k为安全系数采用1.2~1.5）

设槽中流速v=0.5m/s 设计环形槽内水深为0.4m，集水槽总高度为0.4+0.4（超高）=0.8m，采用90°三角堰。3.4.3 出水溢流堰的设计（采用出水三角堰90°）

3.4.3.1 堰上水头（即三角口底部至上游水面的高度）H1=0.04m 3.4.3.2每个三角堰的流量q1

q11.343H12.471.3430.042.470.0004733m3/s

3.4.3.3三角堰个数n1

n1Q单q10.145306.4个设计时取307个

0.00047333.4.3.4三角堰中心距

L1L(D2b)3.14(3620.48）0.358mn1307307

图七 溢流堰简图

六、氧化沟 1.设计参数

拟用卡罗塞（Carrousel）氧化沟，去除BOD5与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准。氧化沟按2010年设计分2座，按最大日平均时流量设计，每座氧化沟设计流量为

2.6104Q1′＝=10000m3/d=115.8L/s。

21.3总污泥龄：20d MLSS=3600mg/L,MLVSS/MLSS=0.75 则MLSS=2700 曝气池：DO＝2mg/L NOD=4.6mgO2/mgNH3-N氧化，可利用氧2.6mgO2/NO3—N还原 α＝0.9

β＝0.98 其他参数：a=0.6kgVSS/kgBODb=0.07d-1 脱氮速率：qdn=0.0312kgNO3-N/kgMLVSS·d K1=0.23d-

1Ko2=1.3mg/L 剩余碱度100mg/L(保持PH≥7.2): 所需碱度7.1mg碱度/mgNH3-N氧化；产生碱度3.0mg碱度/mgNO3-N还原 硝化安全系数：2.5 脱硝温度修正系数：1.08 2.设计计算

（1）碱度平衡计算：

1）设计的出水BOD5为20 mg/L，则出水中溶解性BOD5＝20-0.7×20×1.42×（1－e-0.23×5）=6.4 mg/L 2）采用污泥龄20d，则日产泥量为：

aQSr0.610000(1906.4)550.8 kg/d 1btm1000(10.0520)

设其中有12.4％为氮，近似等于TKN中用于合成部分为：

0.124550.8=68.30 kg/d

即：TKN中有

68.3010006.83mg/L用于合成。

10000

需用于氧化的NH3-N =34-6.83-2=25.17 mg/L

需用于还原的NO3-N =25.17-11=14.17 mg/L

3）碱度平衡计算

已知产生0.1mg/L碱度 /除去1mg BOD5，且设进水中碱度为250mg/L，剩余碱度=250-7.1×25.17+3.0×14.17+0.1×（190－6.4）=132.16 mg/L

计算所得剩余碱度以CaCO3计，此值可使PH≥7.2 mg/L（2）硝化区容积计算：

硝化速率为

n0.47e0.098T15NO2

0.05T1.158N10KO2O222

0.47e0.09815150.05151.158 1.32210

=0.204 d-1

故泥龄：tw1n14.9d 0.20采用安全系数为2.5，故设计污泥龄为：2.54.9=12.5d

原假定污泥龄为20d，则硝化速率为：

n

单位基质利用率：

u10.05d-1 20nba0.050.050.167kgBOD5/kgMLVSS.d

0.6

MLVSS=f×MLSS=0.753600=2700 mg/L

(1906.4)1000010994kg

0.167100010994

硝化容积：Vn10004071.9m3

27004071.9

水力停留时间：tn249.8h

10000

所需的MLVSS总量=（3）反硝化区容积：

12℃时，反硝化速率为：

F

qdn0.03()0.029T20

M190

0.03()0.0291.081220

16360024

=0.017kgNO3-N/kgMLVSS.d

14.1710000141.7kg/d 1000141.7

脱氮所需MLVSS=8335.3kg

0.0198335.脱氮所需池容：Vdn10003087.1 m3

27002778.4

水力停留时间：tdn247.4h

1000还原NO3-N的总量=

（4）氧化沟的总容积：

总水力停留时间：

ttntdn9.87.417.2h

总容积：

VVnVdn4071.93087.17159m3

（5）氧化沟的尺寸：

氧化沟采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深3.5m，宽7m，则氧化沟总长:71594071.9292.2m。其中好氧段长度为166.2m，缺氧段长度为3.573.573087.1126.0m。3.572166m

22292.266则单个直道长:56.55m

(取59m)

4弯道处长度:3721

故氧化沟总池长=59+7+14=80m，总池宽=74=28m（未计池壁厚）。

校核实际污泥负荷Ns

（6）需氧量计算：

采用如下经验公式计算:

O2(kg/d)ASrBMLSS4.6Nr2.6NO3

其中：第一项为合成污泥需氧量，第二项为活性污泥内源呼吸需氧量，第三项为硝化污泥需氧量,第四项为反硝化污泥需氧量。

经验系数：A=0.5

B=0.1

需要硝化的氧量：

Nr=25.171000010-3=251.7kg/d R=0.510000(0.19-0.0064)+0.14071.92.7 +4.6251.7-2.6141.7 =2806.81kg/d=116.95kg/h 取T=30℃，查表得α=0.8,β=0.9,氧的饱和度Cs(30)=7.63 mg/L，Cs(20)=9.17 mg/L

采用表面机械曝气时，20℃时脱氧清水的充氧量为：

R0QSa100001900.014kgBOD/kgMLSSd XV36007159Cs(T)C1.024T20RCs(20)

116.959.17

0.800.917.6321.0243020

217.08kg/h查手册，选用DY325型倒伞型叶轮表面曝气机，直径Ф＝3.5m,电机功率N=55kW,单台每小时最大充氧能力为125kgO2/h，每座氧化沟所需数量为n,则

nR0217.081.74

取n=2台 125125（7）回流污泥量：

可由公式RX求得。

XrX式中：X=MLSS=3.6g/L，回流污泥浓度Xr取10g/L。则：

R3.60.56（50％～100％，实际取60％）

103.6考虑到回流至厌氧池的污泥为11%，则回流到氧化沟的污泥总量为49%Q。

（8）剩余污泥量：

Qw550.82400.25100001334.4kg/d 0.751000

如由池底排除，二沉池排泥浓度为10g/L，则每个氧化沟产泥量为：

1334.4133.44m3/d 10（9）氧化沟计算草草图如下：

备用曝气机栏杆可暂不安装

上走道板进水管接自提升泵房及沉砂池走道板上出水管至流量计井及二沉池钢梯图5 氧化沟计算草图七、二沉池

该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用刮泥机。1．设计参数

设计进水量：Q=10000 m3/d（每组）

表面负荷：qb范围为1.0—1.5 m3/ m2.h，取q=1.0 m3/ m2.h 固体负荷：qs =140 kg/ m2.d 水力停留时间（沉淀时间）：T=2.5 h 堰负荷：取值范围为1.5—2.9L/s.m，取2.0 L/(s.m)2．设计计算（1）沉淀池面积: 按表面负荷算：AQ10000417m2 qb1244A441723m16m 3.14（2）沉淀池直径：D

有效水深为

h=qbT=1.02.5=2.5m

（3）贮泥斗容积：

D239.2（介于6～12）h12.为了防止磷在池中发生厌氧释放，故贮泥时间采用Tw=2h，二沉池污泥区所需存泥容积：

2Tw(1R)QXXXr22(10.6)10000360024706m3

360010000

Vw

则污泥区高度为

h2

（4）二沉池总高度：

取二沉池缓冲层高度h3=0.4m，超高为h4=0.3m 则池边总高度为

h=h1+h2+h3+h4=2.5+1.7+0.4+0.3=4.9m 设池底度为i=0.05，则池底坡度降为

h5

则池中心总深度为

H=h+h5=4.9+0.53=5.43m

（5）校核堰负荷：

径深比

D238.28

h1h32.9Vw7061.7m A417bd232i0.050.53m 2

2堰负荷

D235.22

h1h2h34.6Q10000138m3/(d.m)1.6L/(s.m)2L/(s.m)D3.1423以上各项均符合要求

（6）辐流式二沉池计算草图如下：

出水进水图6 辐流式沉淀池排泥

出水进水图7 辐流式沉淀池计算草图

八、接触消毒池与加氯间 采用隔板式接触反应池 1．设计参数

设计流量：Q′=20000m3/d=231.5 L/s（设一座）

水力停留时间：T=0.5h=30min 设计投氯量为：ρ＝4.0mg/L 平均水深：h=2.0m 隔板间隔：b=3.5m 2．设计计算（1）接触池容积：

V=Q′T=231.510-33060=417 m3

表面积AV4172

209m h2 隔板数采用2个，则廊道总宽为B＝（2+1）3.5＝10.5m 取11m 接触池长度L=L 长宽比

A20919.9m 取20m B10.5L205.7 b3.5 实际消毒池容积为V′=BLh=11202=440m3

池深取2＋0.3＝2.3m(0.3m为超高)经校核均满足有效停留时间的要求（2）加氯量计算：

设计最大加氯量为ρmax=4.0mg/L,每日投氯量为

ω＝ρmaxQ=42000010-3=80kg/d=3.33kg/h 选用贮氯量为120kg的液氯钢瓶，每日加氯量为3/4瓶,共贮用12瓶，每日加氯机两台，单台投氯量为1.5～2.5kg/h。

配置注水泵两台，一用一备，要求注水量Q=1—3m3/h,扬程不小于10mH2O（3）混合装置：

在接触消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机2台（立式），混合搅拌机功率N0

1.061040.2315605002N00.25kW 2235103510QTG2实际选用JWH—310—1机械混合搅拌机，浆板深度为1.5m,浆叶直径为0.31m,浆叶宽度0.9m，功率4.0Kw 解除消毒池设计为纵向板流反应池。在第一格每隔3.8m设纵向垂直折流板，在第二格每隔6.33m设垂直折流板，第三格不设（4）接触消毒池计算草图如下：

图8 接触消毒池工艺计算图

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污水处理厂工艺设计

3 污水厂设计计算书3.1污水处理构筑物设计计算 3.1.1中格栅3.1.1.1设计参数：3设计流量Q=60000m/d 栅前流速v1=0.6m/s，过栅流速v2=1.0m/s 栅条宽度s=0.01m，格栅间隙e=25mm 栅前......