本篇从粗隔栅、细隔栅、沉砂池、辐流沉淀池、污水的生物处理、二沉池计算、消毒设施计算、污泥处理构筑物设计计算等八大板块直观介绍了污水处理厂的相关计算公式。
一、粗格栅
1.设计流量
a.日平均流量
qd=30000m³/d≈1250m³/h=0.347m³/s=347l/s
kz取1.40
b. 最大日流量
qmax=kz·qd=1.40×30000m³/d=42000 m³/d =1750m³/h=0.486m³/s
2.栅条的间隙数(n)
设:栅前水深h=0.8m,过栅流速v=0.9m/s,格栅条间隙宽度b=0.02m,格栅倾角α=60°
3.栅槽宽度(b)
设:栅条宽度s=0.015m
则:b=s(n-1) en=0.015×(32-1) 0.02×32=1.11m
4.进水渠道渐宽部分长度
设:进水渠宽b1=0.9m,渐宽部分展开角α1=20°
5.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)
6.过格栅的水头损失(h1)
设:栅条断面为矩形断面,所以k取3
k—格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般为3
h0--计算水头损失,m
ε--阻力系数,与栅条断面形状有关,当为矩形断面时形状系数β=2.4将β值代入β与ε关系式即可得到阻力系数ε的值
7.栅后槽总高度(h)
设:栅前渠道超高h2=0.4m
则:栅前槽总高度h1=h h2=0.8 0.4=1.2m
栅后槽总高度h=h h1 h2=0.8 0.18 0.4=1.38m
8.格栅总长度(l)
l=l1 l2 0.5 1.0 h1/tanα=0.3 0.3 0.5 1.0 1.2/tan60°=2.80m
9. 每日栅渣量(w)
设:单位栅渣量w1=0.05m³栅渣/10³m³污水
因为w>0.2 m³/d,所以宜采用机械格栅清渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣
二、细格栅
1.设计流量
q=30000m³/d,选取流量系数kz=1.40则:
最大流量qmax=1.40×30000m³/d=0.486m³/s
2.栅条的间隙数(n)
设:栅前水深h=0.8m,过栅流速v=0.9m/s,格栅条间隙宽度e=0.006m,格栅倾角α=60°
设计两组格栅,每组格栅间隙数n=53
3.栅槽宽度(b)
设:栅条宽度s=0.015m
则:b2=s(n-1) en=0.015×(53-1) 0.006×53=1.1m
所以总槽宽为1.1×2 0.2=2.4m(考虑中间隔墙厚0.2m)
4.进水渠道渐宽部分长度
设:进水渠宽b1=0.9m,其渐宽部分展开角α1=20°(进水渠道前的流速为0.6m/s)
5.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)
6.过格栅的水头损失(h1)
设:栅条断面为矩形断面,所以k取3
k—格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般为3；h0--计算水头损失,m
ε--阻力系数(与栅条断面形状有关,当为矩形断面时形状系数β=2. 42),将β值代入β与ε关系式即可得到阻力系数ε的值。
7.栅后槽总高度(h)
设:栅前渠道超高h2=0.4m
则:栅前槽总高度h1=h h2=0.8 0.4=1.2m
栅后槽总高度h=h h1 h2=0.8 0.88 0.4=2.08m
8.格栅总长度(l)
l=l1 l2 0.5 1.0 h1/tanα=0.3 0.3 0.5 1.0 1.2/tan60°=2.8m
9.每日栅渣量(w)
设:单位栅渣量w1=0.05m³栅渣/10³m³污水
因为w>0.2 m³/d,所以宜采用机械格栅清渣
三、沉砂池
本设计采用曝气沉砂池是考虑到为污水的后期处理做好准备。建议设两组沉砂池。每组设计流量q=0.243 m³/s
(1)池子总有效容积:
设t=2min,
(2)水流断面积:
沉砂池设两格,有效水深为2.00m,单格的宽度为1.2m。
(3)池长:
(4)每小时所需空气量q:
设m³污水所需空气量d=0.2 m³
q=0.2×0.243×3600=174.96 m³/h=2.916 m³/min
(5)沉砂池所需容积:
(6)每个沉砂斗容积
(7)沉砂池上口宽度
(8)沉砂斗有效容积
(9)进水渠道
格栅的出水通过dn1000的管道送入沉砂池的进水渠道,然后向两侧配水进入沉砂池,进水渠道的水流流速
(10)出水装置
出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水,出水堰可保证沉砂池内水位标高恒定,堰上水头
四、辐流沉淀池
设计中选择两组辐流沉淀池,n=2组,每组平流沉淀池设计流量为0.243m³/s ,从沉砂池流来的污水进入配水井,经过配水井分配流量后流入平流沉淀池
1.沉淀部分有效面积
2.沉淀池有效水深
3.沉淀池直径
4.污泥所需容积
按去除水中悬浮物计算
辐流沉淀池采用周边传动刮泥机,周边传动刮泥机的线速度为2-3m/min,将污泥推入污泥斗,然后用进水压力将污泥排除池外。
5.污泥斗容积
辐流沉淀池采用周边传动刮泥机,池底需做成2%的坡度,刮泥机连续转动将污泥推入污泥斗,设计中选择矩形污泥斗,污泥斗上口尺寸2mx2m,底部尺寸0.5mx0.5m,倾角为60度,有效高度1.35m
6.沉淀池总高度
7.进水配水井
沉淀池分为两组,每组分为4格,每组沉淀池进水端设进水配水井,污水在配水井内平均分配,然后流进每组沉淀池。
配水井内中心管直径
8.进水渠道
沉淀池分为两组,每组沉淀池进水端设进水渠道,配水井接出的dn800进水管从进水渠道中部汇入,污水沿进水渠道向两侧流动,通过潜孔进入配水渠道,然后由穿孔花墙流入沉淀池。
9.进水穿孔花墙
进水采用配水渠道通过穿孔花墙进水,配水渠道宽0.5m,有效水深0.8m,穿孔花墙的开孔总面积为过水断面6%-20%,则过孔流速为
10.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走。出水堰采用矩形薄壁堰,堰后自由跌落水头0.1-0.15m,堰上水深h为
出水堰后自由跌落采用0.15m,则出水堰水头损失为0.185m
11.出水渠道
沉淀池出水端设出水渠道,出水管与出水渠道连接,将污水送至集水井。
出水管道采用钢管,管径dn=800mm,管内流速v=0.64m/s,水力坡降i=0.479%。
12.进水挡板 出水挡板
沉淀池设进水挡板和出水挡板,进水挡板距进水穿孔花墙0.5m,挡板高出水面0.3m,伸入水下0.8m,出水挡板距出水堰0.5m,挡板高出水面0.3m,伸入水下0.5m,在出水挡板处设一个浮渣收集装置,用来收集拦截的浮渣。
13.排泥管
沉淀池采用重力排泥,排泥管直径dn300mm,排泥时间20min,排泥管流速0.82m/s,排泥管伸入污泥斗底部。排泥管上端高出水面0.3m,便于清通和排气。
14.刮泥装置
沉淀池采用行车式刮泥机,刮泥机设于池顶,刮板伸入池底,刮泥机行走时将污泥推入污泥斗内。
五、污水的生物处理
污水生物处理的设计条件为:
进入曝气池的平均流量q=30000m³/d,最大设计流量qs=0.486l/s
污水中的bod5浓度为250mg/l,假定一级处理对bod5的去除率为25%,则进入曝气池中污水的bod5浓度为187.5mg/l
污水中ss浓度为250mg/l,假定一级处理对ss的去除率为50%,则进入曝气池中污水的ss浓度为125mg/l
污水中tn浓度为40mg/l,tp浓度为5mg/l,水温t=20。
1.污水处理程度计算
按照污水处理程度计算,污水经二级处理后,出水浓度bod5浓度小于20mg/l,ss浓度小于20mg/l。由此确定污水处理程度为:
2.设计参数
(1)bod5污泥负荷率
(2)曝气池内混合液污泥浓度
3.平面尺寸计算
(1)曝气池的有效容积
(2)单座曝气池面积
(3)曝气池长度
(4)曝气池总高度
4.进出水系统
(1)曝气池进水设计
初沉池的出水通过dn1000mm的管道送入曝气池进水渠道,然后向两侧配水,污水在管道内的流速
在两组曝气池之间设中间配水渠,污水通过中间配水渠可以流入后配水渠,
在前后配水渠之间都设配水口,孔口尺寸为0.5m*0.5m,可以实现多点进水。
中间配水渠宽1.0m,有效水深1.0m,则渠内最大流速为:
设计中取中间配水渠超高为0.3m,则渠道总高:1.0 0.3=1.3m
(2) 曝气池出水设计
曝气池出水采用矩形薄壁堰,跌落出水,堰上水头
每组曝气池的出水管管径为800mm管内流速为0.48m/s,两条出水管汇成一条直径为dn1000mm的总管,送往二次沉淀池,总管内流速为0.61m/s。
5.其他管道设计
(1)中位管
曝气池中部设中位管,在活性污泥培养驯化时排放上清液。中位管管径为dn600mm。
(2)放空管
曝气池检修时,需要将水放空,因此应在曝气池底部设放空管,放空管管径为dn500mm。
(3)污泥回流管
二沉池的污泥需要回流至曝气管首端,因此应设污泥回流管,污泥回流管管径
六、二沉池计算
本次设计二沉池采用辐流沉淀池,辐流沉淀池一般采用对称布置,配水采用集配水井,这样各池之间配水均匀,结构紧凑。辐流式沉淀池排泥机械已定型化,运行效果好,管理方便。辐流式沉淀池适用于大中型污水厂。
设计中选择二组辐流沉淀池,n=2,每次设计流量为0.243/s,从曝气池流出的混合液进入集配水井,经过集配水井分配流量后最后流进辐流沉淀池。
1.沉淀池表面积
2.沉淀池直径
3.沉淀池有效水深
4.径深比
5.污泥部分所需容积
6.沉淀池总高度
7.进水管的计算
8.进水竖井计算
进水竖井直径采用d2=2.0m;
进水竖井采用多孔配水,配水尺寸a,共设4个沿井壁均匀分布。
9.稳流筒计算
10.出水槽计算
采用双边90三角堰出水槽集水,出水槽沿池壁环形布置,环形槽中水流由左右两侧汇入出水口。
每侧流量:
设计中取出水堰自由跌落0.1m,集水槽高度:0.1 0.37=0.47m,取0.5m,
则集水槽断面尺寸0.6m。
11.出水堰计算
根据规定二沉池出水堰上负荷在1.5-2.9l/(s*m)之间,计算结果符合要求。
12.出水管
出水管管径d=600mm
13.排泥装置
沉淀池采用周边传动刮吸泥机,周边传动刮吸泥机的线速度为2-3m/min,刮吸泥机底部设有刮泥板和吸泥管,利用静水压力将污泥吸入污泥槽,沿进水竖井中的排泥管将污泥排除池外。
排泥管管径500mm,回流污泥量 179.2l/s,流速0.92m/s。
14.集配水井的设计计算
(1)配水井中心管直径
(2)配水井直径
(3)集水井直径
(4)进水管管径
取进入二沉池的管径dn=600mm。
校核流速:
(5)出水管管径
由前面结果可知,dn=600mm,v=0.85m/s。
(6)总出水管
取出水管管径dn=800mm,集配水井内设有超越闸门,以便超越。
七、消毒设施计算
污水经过以上构筑物处理后,虽然水质得到了改善,细菌数量也大幅减少,但是细菌的绝对值依然十分可观,并存在病原菌的可能。因此污水在排放水体前,应进行消毒处理。
1.消毒剂的选择
污水消毒的主要方法是向污水中投加消毒剂,目前用于污水消毒的常用消毒剂主要有液氯、次氯酸钠、臭氧、二氧化氯、紫外线。由原始资料可知,该水厂规模中等,受纳水体卫生条件无特殊要求,设计中采用液氯作为消毒剂对污水进行消毒。
2.消毒剂的投加
(1)加氯量计算
二级处理出水采用液氯消毒时,液氯投加量一般为5-10mg/l,本设计中液氯投量采用7.0mg/l。每日加氯量为:
(2)加氯设备
液氯由真空转子加氯机加入,设计二台,采用一用一备。每小时加氯量:293.93/24=12.2kg/d。设计中采用zj-1型转子加氯机。
3.平流式消毒接触池
本设计采用2个3廊道平流式消毒接触池,单池设计计算如下:
(1)消毒接触池容积
(2)消毒接触池表面积
(3)消毒接触池池长:
(4)池高
(5)进水部分
每个消毒接触池的进水管管径d=600mm,v=1.0m/s。
(6)混合
采用管道混合的方式,加氯管线直接接入消毒接触池进水管,为增强混合效果,加氯点后接d=600mm的静态混合器。
(7)出水部分
八、污泥处理构筑物设计计算
污水处理厂在处理污水的同时,每日要产生大量的污泥,这些污泥若不进行有效处理,必然对环境造成二次污染。这些污泥按其来源可分为初沉污泥和剩余污泥。
初沉污泥是来自于初次沉淀池的污泥,污泥含水率较低,一般不需要浓缩处理,可直接进行消化、脱水处理。
剩余污泥来源于曝气池,活性污泥微生物在降解有机物的同时自身污泥量也在不断增长,为保持曝气池内污泥量的平衡,每日增加的污泥量必须排出处理系统,这一部分被称作剩余污泥。
剩余污泥含水率较高,需要先进行浓缩处理,然后进行消化、脱水处理。
1、初沉池污泥量计算
由前面资料可知,初沉池采用间歇排泥的运作方式,每4小时排一次泥。
(1)、按水中悬浮物计算
2、剩余污泥量计算
(1)曝气池内每日增加的污泥量
(2)曝气池每日排出的剩余污泥量
3、辐流浓缩池
污泥浓缩的对象是颗粒间的空隙水,浓缩的目的在于缩小污泥的体积,便于后续污泥处理,常用污泥浓缩池分为竖流浓缩池和辐流浓缩池两种,设计中一般采用辐流浓缩池。浓缩前污泥量含水率97%,浓缩后污泥含水率97%.
进入浓缩池的剩余污泥量0.0027m³/s=9.72m³/h
(1)、沉淀池有效部分面积
(2)、沉淀池直径
(3)、浓缩池的容积
(4)、沉淀池有效水深
(5)、浓缩后剩余污泥量
(6)、池底高度
辐流沉淀池采用中心驱动刮泥机,池底需做成1%的坡度,刮泥机连续转动将污泥推入污泥斗。池底高度
(7)、污泥斗容积
(8)、浓缩池总高度
(9)、浓缩后分离出的污水量
(10)、溢流堰
浓缩池溢流堰出水经过溢流堰进入出水槽,然后汇入出水管排出。出水槽流量q=0.0018m³/s,设出水槽款0.2m,水深0.05m,则水流流速为0.18m/s。
溢流堰周长
(11)、溢流管
溢流水量0.0018m³/s,设溢流管管径dn100mm,管内流速v=0.23m/s
(12)、刮泥装置
浓缩池采用中心驱动刮泥机,刮泥机底部设有刮泥板,将污泥推入污泥斗。
(13)、排泥管
剩余污泥量0.0009m³/s,泥量很小,采用污泥管道最小管径dn150mm。间歇将污泥排入贮泥池。
4、贮泥池
贮泥池用来贮存来自初沉池和浓缩池的污泥。由于污泥量不大,本设计采用1座贮泥池,贮泥池采用竖流沉淀池构造。
(1)、贮泥池设计进泥量
(2)、贮泥池的容积
贮泥池设计容积
(3)、贮泥池高度:
