污水处理厂设计计算剖析.docx
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污水处理厂设计计算剖析
某污水处理厂设计说明书
1.1计算依据
1、工程概况
该城市污水处理厂服务面积为12.00km2,近期(2000年)规划人口10万人,远期(2020年)规划人口15.0万人。
2、水质计算依据
A.根据《室外排水设计规范》,生活污水水质指标为:
CODCr60g/人d
BOD530g/人d
B.工业污染源,拟定为
CODCr500mg/L
BOD5200mg/L
C.氨氮根据经验值确定为30mg/L
3、水量数据计算依据:
A.生活污水按人均生活污水排放量300L/人·d;
B.生产废水量近期1.2×104m3/d,远期2.0×104m3/d考虑;
C.公用建筑废水量排放系数近期按0.15,远期0.20考虑;
D.处理厂处理系数按近期0.80,远期0.90考虑。
4、出水水质
根据该厂城镇环保规划,污水处理厂出水进入水体水质按照国家三类水体标准控制,同时执行国家关于污水排放的规范和标准,拟定出水水质指标为:
CODCr100mg/L
BOD530mg/L
SS30mg/L
NH3-N10mg/L
1.2污水量的确定
1、综合生活污水
近期综合生活污水
远期综合生活污水
2、工业污水
近期工业污水
远期工业污水
3、进水口混合污水量
处理厂处理系数按近期0.80,远期0.90考虑,由于工业废水必须完全去除,所以不考虑其处理系数。
近期混合总污水量
取
远期混合总污水量
取
4、污水厂最大设计水量的计算
近期
;
,取日变化系数
;时变化系数
;
。
远期
;
,取日变化系数
;时变化系数
;
。
拟订该城市污水处理厂的最大设计水量为
1.3污水水质的确定
近期
取
取
远期
取
取
则根据以上计算以及经验值确定污水厂的设计处理水质为:
,
,
,
,
考虑远期发展问题,结合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002),处理水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级标准(B)排放要求。
拟定出水水质指标为:
表1-1进出水水质一览表
序号
基本控制项目
一级标准(B)
进水水质
去除率
1
COD
80
325
75.4%
2
BOD
20
150
86.7%
3
SS
20
300
93.3%
4
氨氮
8[1]
30
73.3%
5
T-N
20
40
50%
6
T-P
1.5
3
50%
7
pH
6~9
7~8
注:
[1]取水温>12℃的控制指标8,水温≤12℃的控制指标15。
[2]基本控制项目单位为mg/L,PH除外。
第二章各单体构筑物计算
2.1粗格栅设计
1、设计参数
设计流量
,栅前水深
,过栅流速
,
栅条间隙
,栅前长度
,栅后长度
,
格栅倾角
,栅条宽度
,栅前渠超高
。
2、设计计算
图2-1粗格栅计算示意图
格栅设两组,按两组同时工作设计,一格停用,一格工作校核。
(1)栅条间隙数:
取
(2)栅槽宽度
格栅宽度一般比格栅宽0.2~0.3m,取0.2;
则
(3)通过栅头的水头损失
(4)栅后槽总高度:
(5)栅前渠道深:
(6)栅槽总长度:
(7)每日栅渣量:
式中,
为栅渣量,格栅间隙为16~25mm时,
污水。
本工程格栅间隙为20mm,取
污水。
采用机械清渣。
2.2集水池提升泵房设计
设计流量
,考虑取用5台潜水排污泵(四用一备),则每台泵流量为
。
集水池容积采用相当于一台泵的15min流量,即:
2.3细格栅设计
1、设计参数
设计流量
,栅前水深
,过栅流速
,
栅条间隙
,栅前长度
,栅后长度
,
格栅倾角
,栅条宽度
,栅前渠超高
。
2、设计计算
图2-2细格栅计算示意图
格栅设两组,按两组同时工作设计,一格停用,一格工作校核。
(1)栅条间隙数:
取
(2)栅槽宽度:
(3)通过栅头的水头损失
(4)栅后槽总高度:
(5)栅前渠道深:
(6)栅槽总长度:
(7)每日栅渣量:
式中,
为栅渣量,对于栅条间距b=10mm的细格栅,对于城市污水,每单位体积污水拦截栅渣量为
污水。
采用机械清渣。
2.4平流式沉砂池设计
1、设计参数
最大设计流量时的流速
,最大设计流量时的流行时间
,
设计流量
,城市污水沉砂量
污水。
2、设计计算
图2-3平流式沉砂池计算示意图
沉砂池设两座,每座取2格,每格宽
。
(1)沉砂池长度
;
(2)水流断面面积
;
(3)池总宽
;
(4)有效水深
;
(5)沉砂斗容积
式中,T为清除沉砂的时间间隔,取2d。
(6)每个沉砂斗的容积
;(设每一个分格有2个沉砂斗,有4个分格。
)
沉砂斗上口宽
;
式中,斗高取
;斗底宽取
;斗壁与水平面的倾角去
。
沉砂斗容积
;
(7)沉砂室高度
式中,
;池底坡度去0.06;两个沉砂斗之间隔壁厚取0.2。
(8)沉砂池总高度
;
式中,超高
。
(9)验算最小流速
。
2.5卡鲁塞尔氧化沟设计
1、设计参数
活性污泥浓度
,则
,
异养微生物的产率系数
,
异养微生物内源衰减系数
,污泥回流比R=100%,
设计流量
。
2、设计计算
氧化沟设四座,按四组同时工作设计。
图2-4氧化沟计算示意图
(1)氧化沟容积计算
①氧化沟区Ⅲ容积的确定
a、好氧区容积
硝化菌的比增长速率可用下式计算:
当最低温度T=15℃、出水
、
、
时,
安全系数取2.5,则设计污泥龄为9.0d。
为保证污泥稳定,确定污泥龄为25d,
。
好氧区有机物的去除速率
所需MLVSS总量
硝化容积
水力停留时间
b、缺氧区容积
假设生物污泥含12.4%的氮,则每日用于生物合成的
处理水中非溶解性
值
式中:
表示出水中
的浓度,mg/L。
则处理水中溶解性
用于生物合成的氮为
被氧化的
脱硝所需
在15℃时反硝化速率
需还原的
脱氮所需
脱氮所需池容
水力停留时间
氧化沟区Ⅲ容积
水力停留时间
②缺氧区Ⅱ容积的确定
a、除磷所需容积
若缺氧水力停留时间取40min,则
b、脱硝所需容积
若需还原的
脱氮所需
则
缺氧区Ⅱ容积
水力停留时间
③厌氧区Ⅰ容积的确定
生物除磷系统的厌氧区水力停留时间取1.5h,所需容积
以上计算得出,氧化沟总容积
水力停留时间
污泥负荷
(2)需氧量计算
总需氧量
式中:
A—经验系数取0.5;
—去除
浓度,mg/L;
B—经验系数取0.1;
MLSS—混合液悬浮固体浓度,mg/L;
—需要硝化的氧量;
20℃脱氮的需氧量
式中:
α—经验系数取0.8;
β—经验系数取0.9;
ρ—经验系数取1.0;
—20℃时水中溶解氧饱和度9.17mg/L;
—30℃时水中溶解氧饱和度7.63mg/L;
C—混合液中溶解氧浓度,取2mg/L;
T—温度,取30℃。
(3)回流污泥量计算
二沉池回流污泥浓度
,氧化沟中混合液污泥浓度
则回流比
回流污泥量
(4)剩余污泥量计算
式中:
Y—污泥产率系数,取0.5;
—污泥自身氧化率,取0.05。
若由池底排除,二沉池排泥浓度为8g/L,则每个氧化沟产泥量
。
2.6辐流式沉淀池设计
1、设计参数
设计流量
,水力表面负荷
,沉淀时间t=4h,
2、设计计算
图2-5辐流式沉淀池计算示意图
(1)、主要尺寸计算
二沉池设四座,按四座同时工作设计
①池表面积
②池直径
取
③沉淀部分有效水深
④沉淀部分有效容积
取池底坡度i=0.05
则沉淀池底坡度落差
⑤沉淀池周边有效水深
式中:
缓冲层高度,取0.5m;
刮泥板高度,取0.5m。
⑥沉淀池总高度
(2)进水系统计算
①进水管计算
单池设计污水流量
进水管设计流量
管径
,
,1000i=1.7
②进水竖井
进水竖井采用
,出水口尺寸
,共6个沿井壁均匀分布
出水口流速
≤(0.15~0.2m/s)
③稳流筒计算
筒中流速
(0.02~0.03m/s)
稳流筒过流面积
稳流筒直径
④出水部分设计
a、单池设计流量
b、环型集水槽内流量
c、环型集水槽设计
采用周边集水槽,单侧集水,每池只有一个出口。
集水槽宽度为
取b=0.5m
式中:
k为安全系数,取1.4。
集水槽起点水深为
集水槽终点水深为
槽深均取0.9m。
d、出水溢流堰的设计
图2-6出水三角堰计算示意图
采用出水三角堰(
)
堰上水头
每个三角堰流量
三角堰个数
取
三角堰中心距
2.7紫外线消毒系统设计
1、设计参数
依据加拿大TROJAN公司生产的紫外线消毒系统的主要参数,选用设备型号UV4000PLUS。
2、设计计算
(1)灯管数
UV4000PLUS紫外线消毒设备每3800
需2.5根灯管,
则
取n=56根
拟选用7根灯管为一个模块,则模块数N=8个
(2)消毒渠设计
按设备要求渠道深度为129cm,设渠中水流速度为0.5m/s。
渠道过水断面积
渠道宽度
取2.6m
若灯管间距为9cm,沿渠道宽度可安装28根灯管,故选取用UV4000PLUS系统,两个UV灯组,一个UV灯组4个模块。
渠道长度每个模块长度2.5m,渠道出水设堰板调节,调节堰到灯组间距1.5m,进水口到灯组间距1.5m,两个灯组间距1.0m,则渠道总长L为:
复核辐射时间
(符合10~100s)
紫外线消毒渠道计算如2-7图所示。
图2-7紫外线消毒渠计算示意图
2.8配水井设计
1、设计参数
依据堰式配水井设计参数。
2、设计计算
图2-8配水井计算示意图
二沉池前配水井
1、进水管管径
配水井进水管的设计流量为
,当进水管管径为
时,查水力计算表,得知v=0.884m/s<1.0m/s,满足设计要求。
2、矩形宽顶堰
进水从配水井底中心进入,经等宽堰流入4个水斗再由管道接入4座后续构筑物,每个后续构筑物的分配水量为
。
配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管。
(1)堰上水头H
因单个出水溢流堰的流量为
,一般大于100L/s采用矩形堰,小于100L/s采用三角堰,所以本设计采用矩形堰(堰高h取0.5m)。
矩形堰的流量
式中:
Q—矩形堰的流量,
;
H—堰上水头,m;
b—堰宽,m,取堰宽b=0.9m;
—流量系数,通常采用0.327~0.332,取0.33。
则
(2)堰顶厚度B
根据有关实验资料,当
时,属于矩形宽顶堰。
取B=0.9m,这时
,所以,该堰属于矩形宽顶堰。
(3)配水管管径
设配水管管径
,流量
,查水力计算表,得知流速
,1000i=1.7。
(4)配水漏斗上口口径D
按配水井内径1.5倍设计,
。
2.9污泥泵房设计
1、设计参数
集泥池的容积选用一台泵的10分钟抽送能力计算。
2、设计计算
(1)污泥总量
(2)集泥池容积
初拟采用5台(四用一备)回流污泥泵,2台(一用一备)剩余污泥泵,则集泥池的容积
。
第三章管道设计
3.1进水管、事故管
采用钢筋混凝土管,设计流量Q=1.0m/s,管内流速v=1.6m/s,充满度
,1000i=2.5,管径D=1000mm。
3.2污水管
1、平流式沉砂池至氧化沟管道
(1)管段1
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=0.884m/s,满流,1000i=0.691,管径D=1200mm。
(2)管段2
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=1.0m/s,满流,1000i=1.46,管径D=800mm。
(3)管段3
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=0.884m/s,满流,1000i=1.7,管径D=600mm。
3、氧化沟至配水井管道
(1)管段1
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速
,1000i=1.7,管径D=600mm。
(2)管段2
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=0.884m/s,满流,1000i=0.691,管径D=1200mm。
4、配水井至辐流式沉淀池管道
拟用铸铁管,设计流量
,管内流速
,1000i=1.7,管径D=600mm。
5、辐流式沉淀池至紫外线消毒系统管道
(1)拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=0.884m/s,满流,11000i=1.7,管径D=600mm。
(2)拟用铸铁管,设计流量
,管内流速v=0.884m/s,满流,1000i=0.691,管径D=1200mm。
3.3污泥管
二沉池排泥管采用钢管,满流,设计流量
,管内流速v=1.23m/s,
管径D=500mm。
剩余污泥管采用钢管,满流,设计流量
,管内流速v=0.7m/s,
管径D=150mm。
回流污泥管采用钢管,满流,设计流量
,管内流速v=1.0m/s,管径D=800mm。