1、第 4 章 工程设计设备设计计算4.1 格栅设计计算在污水处理系统（包括水泵）前，均需设置格栅，以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物。按形状，可分为平面格栅和曲面格栅两种；按栅条净距可分为粗格栅（机械清除时宜为1625mm ，人工清除时宜为 2540mm 。特殊情况下，最大间隙可为 100mm ） 、中格栅、细格栅（宜为 1.510mm ）三种；按清渣方式，可分为人工清除格栅和机械清除格栅两种。本设计中设置两组机械清渣格栅，一备一用，每组格栅分别设置粗格栅、细格栅各一个。设计中日处理水量为 5000m3/d。查表得总变化系数 kz=1.76。4.1.1 粗格栅设计计算：栅条的间隙数：设栅前
2、水深 h=0.3m，过栅流速 v=0.7m/s，栅条间隙宽度为 b=0.020m,格栅倾角 =75，个 （1）栅槽宽度：设栅条宽度 S=0.01m,mbnSB71.024.1240.1（2）进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽 B1=0.5m，其渐宽部分展开角度 1=20，mtgtBl 29.057.217.3.5sin102sinmax hvQ34bS369.01.sin2sinmax bhvQ（3）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：ml145.029.12（4）通过格栅的水头损失：栅条断面为迎水面半圆形的的矩形，则有形状系数 =1.83，阻力系数计算公式选用 mKgvbSh 04.375
3、sin8.920.183sin234341 （5）栅后槽的总高度：设栅前渠道超高 h2=0.3m，mhH64.03.021（6）栅槽总长度：mtgtgHlL 1.2756.0.145.0295.0112 （7）每日栅渣量：dKWQZ /35.0176.840210864max 4.1.2 细格栅设计计算：栅条的间隙数：设栅前水深 h=0.3m，过栅流速 v=0.9m/s，栅条间隙宽度为 b=0.010m,格栅倾角 =60，个（1） 栅槽宽度：设栅条宽度S=0.01m,mSB71.0 （2）进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽 B1=0.5m，其渐宽部34bS分展开角度 1=20 mtgtBl
4、29.025.71.01 （3）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度： l45.029.12 （4）通过格栅的水头损失：栅条断面同上，则有形状系数=1.83，阻力系数计算公式选用 mKgvbSh 06.3sin8.9201.83sin234341 （5）栅后槽的总高度：设栅前渠道超高 h2=0.3m，hH6.03.021（6）栅槽总长度：mtgtgHlL 3.260.5.14.0295.0112 4.2 旋流沉砂池设计本设计中的沉砂池类型选用旋流沉砂池，其计算水量按照远期用水量 Qmax= QKz=50001.76m/d=102L/d 计。设计中采用 2 个旋流沉砂池对称布置（一备一用） ，每个
5、旋流沉砂池选用给水排水设计手册第五册（城镇排水） ，表 5-10 中型号 200 的旋流沉砂池，处理流量为Q=200 L/s，即远期综合处理量为 400L/s，满足远期污水处理量的要求。对于设备方面，其旋流沉砂设备、螺旋砂水分离器均为成套设备。旋流沉砂设备（配鼓风机）的处理量为 1080m/h，排沙量为9.5L/s，功率为 1.1kw，鼓风机的功率为 1.5kw。螺旋砂水分离器的外径为 220mm，处理量为 512L/s，其电动机的功率为 0.37kw。4.3 氧化沟的设计计算本设计采用卡鲁赛尔 2000 氧化沟工艺，按照近期期用水量 Q= 5000m3/d 设计，结合九运镇的气候条件及排水现
6、状，最低设计水温按照 15考虑，在此温度下，出水水质到达城镇污水处理厂污染物排放标准二级级排放标准，污泥性质达到稳定化，无需进一步消化稳定处理。本次设计由于卡鲁塞尔 2000 型氧化沟特殊的预反硝化区的设计（占氧化沟体积的 15%） ，缺氧条件下进水与一定的混合液混合。剩余部分（体积的 85%）包括有氧和缺氧区，用于同时硝化反硝化，也用于磷的富集吸收。氧化沟后接中心进水周边出水辐流式二沉池和污泥回流泵房污泥回流比为 82%，剩余污泥采用潜污泵由污泥回流泵房送至污泥浓缩池，经过浓缩池处理后，再由污泥脱水车间进行脱水处理。4.3.1 设计参数：（1）氧化沟平均设两组，并联运行，每组的流量 Q=25
7、00m3/d(2)混合液污泥浓度氧化沟内污泥浓度 X 值一般采取 20006000mg/L 之间，设计中取 X=4500mg/L。(3)污泥龄氧化沟的设计泥龄范围 48d，通常的泥龄取值 1030d。泥龄与温度、脱氮、脱氮要求和要求稳定污泥的程度相关。本设计考虑去除 BOD 的同时，还考虑反硝化，因此污泥龄 c=30d。(4)水质参数如下：水质参数 进水 出水BOD5(mg/L) 200 15CODcr(mg/L) 400 40SS (mg/L) 200 20N (mg/L) 40 10P (mg/L) 5 1.5(5)回流污泥浓度= XrrSVI610式中： 回流污泥浓度(mg/L)SVI污
8、泥容积指数。r系数，一般采用 r=1.0设计中取 SVI=100=XrLmg/10.6（6）污泥回流比%10XrR式中： R污泥回流比。%82104510R回流污泥量计算：根据物料平衡：dmQQXXTSRRR/1.390450)50(5)()(34.3.2 平面尺寸的计算（每组氧化沟的尺寸）（1）好氧区有效容积)1(0cdeKXSYV式中： V 1好氧区有效容积（m 3） ；Y污泥净产率系数（ ).根据 ，查表5/kgBODMLSc得 Y=0.42;Q污水设计流量（mg/L);S0,Se分别为进出水 BOD5 浓度(mg/L);污泥龄（d);cX污泥浓度（mg/L);污泥自身氧化率（1/d）对
9、于城市污水一般采用 dK0.050.1.设计中取 075.d31 85.3075.14%82mV（2）缺氧区有效容积反硝化区脱氧量)(124.0)(00 eeSYQNQW式中：W反硝化区脱氧量;N0进水 TN 浓度（g/L)；Ne出水 TN 浓度（g/L)。dKg/8.54)10%82(54.012.)04(25 反硝化区所需污泥量DNVWG式中： 反硝化速率 .根据试验 DNV)/(3dKgMLSgO结果，VOD 值介于 0.0190.26 之间。设计中取 VDN=0.02kgG2740.85反硝化区有效容积：XV2329.608174m（3）总有效容积KV21式中: V氧化沟总有效体积。K
10、具有活性作用的污泥占总污泥量的比例，一般采用 0.55 左右。设计中取 K=0.631576.0983mV（4）氧化沟平面尺寸氧化沟共设置两组，并联运行。氧化沟的有效水深设为4.2m（一般 4m 4.5m）超高为 0.6m，则氧化沟的总高度为4.8m设宽为 3m，则氧化沟总长：mNhBVL10938.457其中好氧区 38.6m， 缺氧区长度 70.4m。4.3.3 设计参数校核（1）水力停留时间 （介于 10 24h 之间，满足要hQVt 08.15274求）（2） BOD污泥负荷率vesXVSN)(0式中： Ns污泥负荷 )./(dkgMLSBOD活性污泥浓度（mg/L)r设计中取 =X4
11、075.fx)./(731)1%82( 5dkgLVSBNsNs 介于 0.050.15 之间，满足要求。4.3.4 进出水系统（1）氧化沟的进水设计由于沉砂池出水采用沟渠输水，进入氧化沟前需要转化为管 道输水，为了防止管道内发生淤积，流速应该大于 。sm/6.0在沟渠向管道转换的过程中采用集水井进行过渡。 dmQKZ /80576.13max 进水管管径取 300mm.smV/4.1)3.0(46282max 分流到氧化沟时，用两条管同时送入每一组氧化沟，送水管径 DN200mm，管内流速为：smV/62.1).0(4622/8（2）氧化沟的出水设计氧化沟的出水采用矩形堰跌落出水，则堰上水头
12、： 32)(gmbQH式中： H堰上水头（m） ；Q每组氧化沟出水量（ ） ，指污水最大流sm/3量与回流污泥量之和；m流量系数，一般采用 0.4 0.5.b堰宽（m） 。设计中 m=0.4，b=3m。smdQ/0735./5.63421.908gH8.)4.7(出水总管管径采用 DN200，管内流速为 1.62m/s.回流污泥 管管径采用 DN150.流速为 1.28m/s.4.3.5 需氧量（1）剩余污泥量cdeKSYQW1)(0式中：W剩余污泥量（Kg/d） ；dKg/2.10)3075.1(%824.0湿污泥量式中：P污泥含水率10)(PWQs设计中取 P=99.2%dmS /52.1
13、0)92.1( 3（2）需氧量计算300 6.25.)(6.42.1 NOQSVWNQSVWeSQekt （1）式中：Q 2同时去除 BOD 和脱氮所需氧量（ ） ；dkg/2t测定 BOD 时间，一般采用 5d；K常数，一般采用 0.23 左右；W剩余污泥排放量（kg/d） ；VSS/SS般采用 0.75 左右；N0-Ne需要氧化的氨氮浓度；还原硝酸盐氮（mg/L） ；3O设计中取 K=0.23， VSS/SS=0.75，假设生物泥中大约含12.4%的氮，用于细胞的合成，则每天用于细胞合成的总氮为：LmgdkdkgTN/5.2/4.1/2.104. 合按最不利情况考虑，原水中 NH3N 量与
14、 TN 量相同，设出水各为 5mg/L，则需要氧化的 NH3N 量为：Lmg/5.2.40需要还原的 NO3N 量为： Lg/5.27.将上述两个计算结果带入（1）式得：dkgQ/9.1752把实际需氧量折合成标准需氧量：)20()()20(2 4.1TTSCO式中： 标准氧气量；2Cs（20） 标准大气压下，20时清水的饱和溶解氧浓度 (mg/L)，查表得 Cs（20） =9,07mg/L;Cs(T)校准大气压下，T时清水的饱和溶解氧浓度(mg/L)；C曝气池内溶解氧浓度 (mg/L)；污水传氧速率与清水传氧速率之比，一般采用 0.50.95；污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧浓度值比一般采
15、用 0.90.97。设计中 =0.9，=0.95，假设最高温度为 25，查表 Cs（25）=8.24，取 C=2mg/L; hkgdkgO /05.8/2.13024.1).8950(. 73)5(2 根据充氧量选用 4 台 QBG085 型鼓风式潜水曝气搅拌机。4.4 沉淀池（二沉池）设计计算由于本设计主要构筑物采用氧化沟，可不设初沉池。 二沉池设在生物处理构筑物的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生物膜） 。 本设计二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。4.4.1 设计要求（1）沉淀池个数或分格数不应少于两个，并宜按并联系列设计；（2）沉淀池的直径一般不小于 10
16、m；当直径大于 20mm 时，应采用机械排泥；（3）沉淀池有效水深不大于 4m，池子直径与有效水深比值不小于6；（4）池子超高至少应采用 0.3m；（5）为了使布水均匀，进水管四周设穿孔挡板，穿孔率为 10%20%。出水堰应用锯齿三角堰，堰前设挡板，拦截浮渣。（6）池底坡度不小于 0.05；（7）用机械刮泥机时，生活污水沉淀池的缓冲层上缘高出刮板0.3m，工业废水沉淀池的缓冲层高度可参照选用，或根据产泥情况适当改变其高度。（8）当采用机械排泥时，刮泥机由绗架及传动装置组成。当池径小于 20m 时用中心传动，当池径大于 20m 时用周边传动，转速为1.01.5m/min（周边线速） ，将污泥推入
17、污泥斗，然后用静水压力或污泥泵排除；作为二沉池时，沉淀的活性污泥含水率高达 99%以上，不可能被刮板刮除，可选用静水压力排泥。（9）进水管有压力时应设置配水井，进水管应由井壁接入不宜由井底接入，且应将进水管的进口弯头朝向井底。4.4.2 设计参数（1）表面负荷取 0.82m3/m2.h，沉淀效率 40%60%；（2）池子直径一般大于 10m，有效水深大于 3m； （3）池底坡度一般采用 0.05；（4）进水处设闸门调解流量，进水中心管流速大于 0.4m/s，进水采用中心管淹没或潜孔进水，过孔流速为 0.10.4m/s，潜孔外侧设穿孔挡板或稳流罩，保证水流平稳；出水处应设置浮渣挡板，挡渣板高出池
18、水面 0.150.2m，排渣管直径大于 0.2m，出水周边采用双边 90三角堰，汇入集水槽，槽内流速为 0.20.6m/s；（5）排泥管设于池底，管径大于 200mm，管内流速大于0.4m/s，排泥静水压力 1.22.0m，排泥时间大于 10min。4.4.3 设计计算污水总量：5000m 3/d=0.058m3/s，单池设计流量为 0.029m3/s (1)主要尺寸计算1)池表面积：A= qQmax式中：A池表面积，m 2；Qmax最大设计流量，m 3/s ；水力表面负荷，本设计 1.0m3/m2h 。qA= =208.33m20.136582)单池面积：本次设计设两座辐流式沉淀池A 单池
19、= = =104.17m223.083)池直径：D= = =11.51m 结合刮泥机考虑本次设计单 池414.370D 取 12m。4)沉淀部分有效水深：h2=q， .t式中：t沉淀时间，本设计取 t=2h。h2=1.02=2.0m5)沉淀池底坡落差：取池底坡度 I=0.05h4= =0.05 =0.2m 12rDi 216)泥斗高度的计算：设 r1=2m，r 2=1m，=60 h5= =（21）tg60 。 =1.73mtg17)沉淀池总高度：H=h1+h2+h3+h4+h5式中：H沉淀池总高度；h1沉淀池超高，取 0.3m；h3缓冲层高度，取 0.5m。H=0.3+2.0+0.5+0.2+
20、1.73=4.73m8)沉淀池池边高度：H， = h1+h2+h3=0.3+2.0+0.5=2.8m9)径深比校核：D/h2=12/2.0=6.0 (一般为 612，符合要求)10)每池每天污泥量：W1= nSNt0式中：W 1每池每天污泥量，m 3/d；S每人每天产生的污泥量，本设计取 0.5L/(pd)；N设计人口数；t两次排泥的间隔时间，本设计取 4h。W1= =1.7m32405.11)污泥斗容积：321251rrhV= =12.68m37.42212)污泥斗以上圆锥体部分污泥容积： 321242rRhV= =17.6m38.012213)污泥总容积：V=V1+V2=12.68+17.
21、6=30.28m3（2）二沉池进水管路计算设计参数：V1=0.60.8m/s V 2=0.20.4m/s V 3=0.10.2m/sV4=0.05m/s h=0.25m b=h=0.25m池内管路的计算及校核单池流量为：Q smsQ/290./058.233max1）进水管：取 D1=250mm V1= ，在 0.60.8 之间；s/6.05.439222）进水竖井：取 D2=400mm V2= ，在 0.20.4 之间。smQ/32.0.1392设 ，可算出中心管开孔数：sm/1.03n= 个 取 5 个2.45.021.93 hbV则： D 4= ，取 0.8m。mQ73.0.13.423
22、）挡板的设计挡板高度 h， ：穿孔挡板的高度为有效水深的 1/21/3，则m0.12穿孔面积：挡板上开孔面积总面积的 1020%，取 15%，则： 24 83.01.4315.05.%mhDF开孔个数 n：孔径为 100mm，则：n= 个，取 49 个。4.81.04322dF4)拦浮渣设施及出水堰计算拦浮渣设施浮渣用刮板收集，刮渣板装在刮泥机行架的一侧，在出水堰前设置浮渣挡板，以降低后续构筑物的负荷。出水堰的计算单池设计流量：= =0.029m3/s2Q单 /s058m.35) 环行集水槽的设计环行集水槽内流量：m3/s150.29.单集 Qq本设计采用周边集水槽，单侧集水，每侧只有一个总出
23、水口。集水槽宽度为：b= 4.09.集qk式中：b集水槽宽度安全系数，采用 1.51.2，本次设计取 。k 3.1kb= m ，取 b=0.2m19.05.319.04.集水槽起点水深为：m.27bh起集水槽终点水深为：m5.0.125.终设计中取出水堰后自由跌落 0.1m，集水槽高度0.1+0.23=0.33m，取 0.4m。集水槽断面尺寸为：0.3m0.4m。6)校核：当水流增加一倍时， m3/s05.qm0.3m23.08.54vbqh7)出水溢流堰的设计：采用出水三角堰（90 。 ）堰上水头（即三角口底部至上游水面的高度）H 1=0.5m(H2o)每个三角堰的流量 q1：q1=1.34
24、3H12.47=1.3430.052.47=0.0008213m3/s三角堰个数 n1：n1= = 个，本设计取 36 个。qQ单 3.5082.9三角堰中心距：L1= m0.1362.-14.1 ）（nbD（3）二沉池出水管路计算出水管管径 D=200mm。smv /92.0.143258D4Q1）排泥装置沉淀池采用中间传动刮泥机，刮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出池外。排泥管管径 200mm，回流污泥量 23.72L/s，流速 0.8m/s。2）集配水井的设计计算配水井中心管直径22vQ4D式中：v 2中心管内污水流速一般 0.6m/
25、sQ进水流量设计中取 v2=0.7m/s，Q=0.058m 3/s。m，设计中取 DN300mm。2.0714.58D2配水井直径23vQ式中：v 3配水井内污水流速（m/s） ，一般采用 0.2-0.4m/s。D3配水井直径（m） 。设计中取 v3=0.3m/s。m，设计中取 DN600mm。58.01405823集水井直径231DvQ式中：v 1集水井内污水流速（m/s） ，一般采用 0.2-0.4m/s。D1集水井直径（m） 。D3配水井直径（m） 。设计中取 v1=0.25m/s。m8.06.25.043821 总出水管取总出水管管径 DN300mm，v=0.82m/s，集配水井内设有
26、超越阀门，以便超越。4.5 液氯消毒设计计算4.5.1 消毒剂的选用本设计采用液氯消毒方式。4.5.2 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 6-15mg/L，氯消毒后应进行混合和接触，接触时间不应小于 30min。本次设计中采用 10mg/L，接触时间 30min。每小时加氯量为：q=q 0xQ=10x208.33 x 0.001=2.08kg/h。（2）加氯设备液氯由真空转子加氯机加入，加氯机设计两台，采用一用一备。每小时加氯量：2.08kg 4.5.3 平流式消毒池本设计采用 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：V
27、=Qt=208.33 1.76 0.5=183.33m（2）每个接触池容积： 3167.9123.8mV（3）消毒接触池表面积：F=V 1/h2=91.67/2=45.9 h2 为接触消毒池有效水深，取 2m。（4）消毒接触池池长：L=F/B=45.9/2=22.95m 设计中 B 为廊道单宽，取 2m。设计中采用 3 廊道，消毒接触池长：L=L/3=22.95/3=7.65m设计中取 7.7m。校核长宽比 L/B=22.95/2=11.47510 满足要求。（5）池高H=h1+h2=0.3+2=2.3m h1 为超高，取 0.3m。（6）进水部分每个消毒接触池的进水管管径为 D=200mm，
28、v=0.92m/s.（7）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。（8）出水部分H= 2/3= 2/3=0.06mgbmnQ28.924.01H 为堰上水头，n 为消毒接触池个数，m 为流量系数，一般采用 0.42，b 为堰宽，等于池宽 2m。4.6 污泥处理工艺设计计算4.6.1 污泥浓缩池设计本设计污泥浓缩采用竖流式污泥浓缩池，采用两个竖流浓缩池，每个池径 2.5m，不设刮泥机，污泥室的截锥体斜壁与水平面所形成的角度为 60。污泥由剩余污泥泵经中心进泥管均匀流入浓缩池内。计算如下：（1）剩余污泥量按污泥龄计算 =471.3kg/d曝气池每日排出的剩余污泥量=62.84m/
29、d=0.000727m/s进入浓缩池的剩余污泥量为 0.000727m/s，采用 2 个浓缩池，则单池流量 Q1=0.0003635m/s。（2）中心进泥管面积=0.012d0=0.12m设计中取 d0=150mm，每池的进泥管直径为 DN50mm管内流速 v0=0.185m/s（3）中心进泥管喇叭口与反射板之间的板缝高度d1=1.35d0=1.35=0.2025mh3=0.023m（4）浓缩后分离出的污水量q=Q=0.0003635=0.000303m/s（5）浓缩池水流部分面积F=4.66（6）浓缩池直径D=2.44m（7）有效水深h2=vt=16=3.74m（8）浓缩后剩余污泥量Q1=Q
30、=0.0003635=0.0000606 m/s=5.25m/d总剩余污泥量为 10.5m/d。（9）浓缩池污泥斗容积污泥斗设在浓缩池的底部，采用重力排泥。h5=(R-r)=1.73mR 浓缩池半径 m；r 污泥斗底部半径，一般为0.5m0.5m。污泥斗容积为：V= h 5(R2+Rr+r2)=1.73(1.25+1.250.25+0.25)=3.55m（10）污泥在污泥斗中停留时间T=16.1h（11）浓缩池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.74+0.023+0.3+1.73=6.093m取 6.1m（12）溢流堰浓缩池溢流出水经过溢流堰进入出水槽，然后汇入出水管排出。出水
31、槽流量 q=0.000303m/s，设出水槽宽 b=0.1m,水深 0.03m,则水流速为 0.101m/s。溢流堰周长 c=(D-2b)=（2.5-20.1）=7.22m溢流堰采用单侧 90三角形出水堰，三角堰顶宽 0.16m，深 0.08m，每个沉淀池有 45 个三角堰，三角堰流量 q0=6.7310-6 m/s，则三角堰水深 h=0.7q00.4=0.7(6.7310-6)0.4=0.006m,三角堰后自由跌落 0.1m，则出水堰水头损失为 0.1006m。（13）溢流管溢流水量 0.000303 m/s，设溢流管管径为 DN50，管内流速为 v=0.154m/s。（14）排泥管浓缩后剩
32、余污泥量为 0.0000606 m/s，污泥量很小，采用间歇排泥方式，污泥斗容积 3.55m，污泥管道选用 DN100mm，每次排泥时间 0.1h，每日排泥两次，间隔时间 12h。每次排泥量 q=26.25m/h=0.0073m/s管内流速 v=0.93m/s4.6.2 污泥干化场设计经浓缩池浓缩后的剩余污泥由浓浆泵排入污泥干化场。污泥干化场分3格，每格长宽=6m2m ，通过污泥泵将泥排入配泥槽，配泥槽渠底坡度采用0.02，通过切门实现各分格轮流使用，每次放污泥高度0.2-0.4m。污泥干化场人工排水层分两层，上层为粗砂、矿渣或煤灰；粒径1-6mm，厚150mm；下层为砾石，粒径由上到下逐渐增大，粒径10-30mm，厚150 mm; 渗水层下设排水管以排除渗滤水，排水管采用直径100mm的陶土管，为了便于接纳下渗的污水，各节管子之间不接口，留有缝隙，排水坡度采用0.01，使废水最后汇集于排水明渠。每个排水管与排水总渠的交叉处设检查井，以备清通之用。围堤高度0.5m，顶宽0.5m ，为了避免进泥过程对滤层的冲刷，围堤设一定坡度，坡度采用1：1-1：1.5；在坡底设钢护板使水均匀配入干化场。污泥在干化场中脱水固化后，即可铲除以备下一轮使用。
