一级水处理设计计算.docx
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一级水处理设计计算
第一章污水的一级处理构筑物设计计算
1.1格栅
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在污水渠道、泵房集水井的
进口处或污水处理厂的端部,用以截留较大的悬浮物或漂浮物,如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷,并使之正常进行。
被截留的物质称为栅渣。
设计中格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。
格栅断面有圆形、矩形、正方形、半圆形等。
圆形水力条件好,但刚度差,
故一般多采用矩形断面。
格栅按照栅条形式分为直棒式格栅、弧形格栅、辐流式格栅、转筒式格栅、活动格栅等;按照格栅栅条间距分为粗格栅和细格栅(1.5〜10mm);按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅,目前,污水处理
厂大多都采用机械格栅;按照安装方式分为单独设置的格栅和与水泵池合建一处的格栅。
1.1.1格栅的设计
城市的排水系统采用分流制排水系统,城市污水主干管由西北方向流入污水
处理厂厂区,主干管进水水量为Q1504.63Ls,污水进入污水处理厂处的管径
为1250mm,管道水面标高为80.0m。
本设计中采用矩形断面并设置两道格栅(中格栅一道和细格栅一道),采用
机械清渣。
其中,中格栅设在污水泵站前,细格栅设在污水泵站后。
中细两道格栅都设置三组即N=3组,每组的设计流量为0.502m3.s。
1.1.2设计参数
1、格栅栅条间隙宽度,应符合下列要求:
1)粗格栅:
机械清除时宜为16〜25mm;人工清除时宜为25〜40mm。
特殊情况下,最大间隙可为100mm。
2)细格栅:
宜为1.5〜10mm。
3)水泵前,应根据水泵要求确定。
2、污水过栅流速宜采用0.6〜1.0m/S。
除转鼓式格栅除污机外,机械清除格栅的安装角度宜为60〜90°。
人工清除格栅的安装角度宜为30°〜60°。
3、当格栅间隙为16〜25mm时,栅渣量取0.10〜0.05m3「103m3污水;当格
栅间隙为30〜50mm时,栅渣量取0.03〜0.01ml103m3污水。
4、格栅除污机,底部前端距井壁尺寸,钢丝绳牵引除污机或移动悬吊葫芦
抓斗式除污机应大于1.5m;链动刮板除污机或回转式固液分离机应大于1.0m。
5、格栅上部必须设置工作平台,其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m,
工作平台上应有安全和冲洗设施。
6格栅工作平台两侧边道宽度宜采用0.7〜1.0m工作平台正面过道宽度,采用机械清除时不应小于1.5m,采用人工清除时不应小于1.2m。
7、粗格栅栅渣宜采用带式输送机输送;细格栅栅渣宜采用螺旋输送机输送。
8、格栅除污机、输送机和压榨脱水机的进出料口宜采用密封形式,根据周围环境情况,可设置除臭处理装置。
9、格栅间应设置通风设施和有毒有害气体的检测与报警装置。
10、沉砂池的超高不应小于0.3m。
1.1.3中格栅设计计算
1、进水渠道宽度计算
设计中取污水过栅流速v=0.8ms
1.12m
则栅前水深:
h邑0.56m
2
2、格栅的间隙数
QJsin
n
Nbhv
式中n格栅栅条间隙数,个;
Q设计流量,m3.s;
格栅倾角,o;
N设计的格栅组数,组;
b格栅栅条间隙数,m。
设计中取60b=0.02m
0.502Jsin60“人
n52个
0.020.560.8
3、格栅栅槽宽度
BSn1bn
式中B格栅栅槽宽度,m;
S每根格栅条宽度,m。
设计中取S=0.015m
B0.0155210.02520.761.041.80m
4、进水渠道渐宽部分的长度计算
BB1
11
2tan1
式中11进水渠道渐宽部分长度,m;
1渐宽处角度,0。
设计中取1=20
5、进水渠道渐窄部分的长度计算
l22学046m
&通过格栅的水头损失
42
3V
3sin2g
格栅条的阻力系数,查表知=2.42;
、栅后槽总高度
设栅前渠道超高h20.3m
则栅后槽总高度:
Hhh1h20.560.140.31.00m
8、栅槽总长度
9、每日栅渣量
QmaxW186400QW1
VV—
KZ10001000
式中W每日栅渣量,m3d;
W1每日每1000m3污水的栅渣量,ml103m3污水。
设计中取W1=0.05m^103m3污水
4
W10100055m3.d0.2m3d
1000
应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械栅渣打包机
将栅渣打包,汽车运走。
10、进水与出水渠道
城市污水通过DN1250mm的管道送入进水渠道,然后,就由提升泵将污水提升至细格栅。
1.1.4细格栅设计计算
设计中取格栅栅条间隙数b=0.01m,格栅栅前水深h=0.9m,污水过栅流速
v=1.0ms,每根格栅条宽度S=0.01m,进水渠道宽度B1=0.8m,栅前渠道超高
h20.3m,每日每1000m3污水的栅渣量W1=0.04m^103m3
则格栅的间隙数:
Qjsin0.502Jsin60人
n52个
Nbhv0.010.91.0
格栅栅槽宽度:
BSn1bn0.015210.01521.03m
通过格栅的水头损失:
2.67m
应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械栅渣打包机将栅渣打包,汽车运走。
细格栅示意图见图3—2
图3—2细格栅示意图
1
11
1
.*
1
GJ
1
1
1.2提升泵站
污水总泵站接纳来自整个城市排水管网来的所有污水,其任务是将这些污水抽送到污水处理厂,以利于处理厂各构筑物的设置。
因采用城市污水与雨水分流制,故本设计仅对城市污水排水系统的泵站进行设计。
排水泵站的基本组成包括:
机器间、集水池、格栅和辅助间。
321泵站设计的原则
1、污水泵站集水池的容积,不应小于最大一台水泵5min的出水量;如水泵
机组为自动控制时,每小时开动水泵不得超过6次。
2、集水池池底应设集水坑,倾向坑的坡度不宜小于10%
3、水泵吸水管设计流速宜为0.7〜1.5m/s出水管流速宜为0.8〜2.5m/s。
其他规定见GB5001—2006《室外排水规范》。
1.2.2泵房形式及工艺布置
本设计采用地下湿式矩形合建式泵房,设计流量选用最高日最高时流量
Q1.50463m3.s130000m3d。
1、泵房形式
为运行方便,采用自灌式泵房。
自灌式水泵多用于常年运转的污水泵站,它的优点是:
启动及时可靠,管理方便。
该泵站流量小于2m/s,且鉴于其设计和施工均有一定经验可供利用,故选用矩形泵房。
由于自灌式启动,故采用集水池与机器间合建,前后设置。
大开槽施工。
2、工艺布置
本设计采用来水为一根污水干管,无滞留、涡流等不利现象,故不设进水井,来水管直接经进水闸门、格栅流入集水池,经机器间的泵提升污水进入出水井,然后依靠重力自流输送至各处理构筑物。
323泵房设计计算
1设计参数
设计流量为Q1.50463m3.1504.63Ls,集水池最高水位为79.93m,出水管提升至细格栅,出水管长度为5m,细格栅水面标高为85.001m。
泵站设在处理厂内,泵站的地面高程为81.50m。
2、泵房的设计计算
(1)集水池的设计计算
设计中选用5台污水泵(4用1备),则每台污水泵的设计流量为:
QiQ型463376.2Ls,按一台泵最大流量时5min的出水量设计,则集水
44
池的容积为:
3
VQ1t376.2560112860L112.86m
取集水池的有效水深为h2.0m
集水池的面积为:
F
V112.862
56.43mh2
集水池保护水深
0.71m,实际水深为2.0+0.71=2.71m。
(2)水泵总扬程估算
1)集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为:
85.001-(79.93-2)=7.071m
2)出水管管线水头损失
每一台泵单用一根出水管,其流量为Q1376.2Ls,选用的管径为
DN600mm的铸铁管,查《给水排水设计手册》第一册常用资料得流速v1.33ms
(介于0.8~2.5m/s之间),1000i3.68。
出水管出水进入一进水渠,然后再均匀
流入细格栅。
设局部损失为沿程损失的30%,则总水头损失为:
3.68
h51.30.024m
1000
泵站内的管线水头损失假设为1.5m,考虑自由水头为1.0,则水泵总扬程为:
H1.50.0247.0711.09.595m
(3)选泵
本设计单泵流量为Qi376.2Ls,扬程9.595m。
查《给水排水设计手册》
第11册常用设备,选用300TLW-540IB型的立式污水泵。
该泵的规格性能见表
3-1o
表3-1300TLW-540IB型的立式污水泵的规格性能
流量Q
扬程
Hm
转度
n
r/min
电动
机功率N
kW
效率
%
污物通过能力
气蚀余量
NPSHr
m
重量
kg
m^h
L/s
固体
mm
纤维
mm
1414
392.8
16.6
970
110
77
250
1500
8.0
3150
3、泵站总扬程的校核
水泵的平面布置形式可直接影响机器间的面积大小,同时,也关系到养护管理的方便与否。
机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则。
机组的布置应保持运行安全、装卸、维修和管理方便,管道总长度最短,接头配件最少,水头损失最小,并应考虑泵站有扩建的余地。
(1)吸水管路的水头损失
每根吸水管的流量为Q1376.2Ls,选用的管径为DN600mm,流速为
v1.33ms,,坡度为10003.68。
吸水管路的直管部分的长度为1.0m,设有喇
叭口(0.1),DN600mm的90弯头1个(0.67),DN600mm的闸阀1个
(0.06),DN600DN350渐缩管1个(0.20)。
1喇叭口
喇叭口一般取吸水管的1.3~1.5倍,设计中取1.3
则喇叭口直径为:
D1.3600780mm,取800mm
L0.8D0.8800640mm710mm
2闸阀
Dnmm600,L600mm。
3渐缩管
选用DN600DN350
L2Dd1502600350150650mm
2
其中V600_
25
v3502
得v'3.91ms。
4直管部分为1.0m,管道总长为:
L1.0
0.640.60.65
i3.68%。
2.89m
则沿程损失为:
h1'
Li
2.89
0.00368
0.011m
2
局部损失为:
贸炜
吸水管路水头损失为:
(2)出水管路水头损失
(3)
(4)水泵总扬程
水泵总扬程用下式计算:
Hhih2h3h4
式中h1――吸水管水头损失,m;
h2――出水管水头损失,m;
h3――集水池最低工作水位与所提升最高水位之差,m;
h4——自由水头,一般取hu=1.0m。
H0.2420.2447.0711.08.557m
故选用5台300TLW-540IB型的立式污水泵是合适的。
1.3沉砂池
沉砂池是借助污水中的颗粒与水的比重不同,使大颗粒的砂粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降,以去除相对密度较大的无机颗粒。
常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池、涡流式沉砂池和多尔沉砂池。
这几种沉砂池各有其优点,但是在实际工程中一般多采用曝气沉砂池。
本设计中采用曝气(aeration)
沉砂池,其优点是:
通过调节曝气量可控制污水旋转流速,使之作旋流运动,产生离心力,去除泥砂,排除的泥砂较为清洁,处理起来比较方便;且它受流量变化影响小,除砂率稳定。
同时,对污水也起到预曝气作用。
1.3.1曝气沉砂池
本设计中选择三组曝气沉砂池,N=3组。
每组沉砂池的设计流量为0.502m3s
1.3.2设计参数
1、水平流速宜为0.1m/s。
2、最高时流量的停留时间应大于2min。
3、有效水深宜为2.0〜3.0m宽深比宜为1〜1.5。
4、处理每立方米污水的曝气量宜为0.1〜0.2m3空气。
5、进水方向应与池中旋流方向一致,出水方向应与进水方向垂直,并宜设置挡板。
6、污水的沉砂量,可按每立方米污水0.03L计算;合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。
7、砂斗容积不应大于2d的沉砂量,采用重力排砂时,砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。
&池底坡度一般取为0.1〜0.5。
9、沉砂池除砂宜采用机械方法,并经砂水分离后贮存或外运。
采用人工排砂时,排砂管直径不应小于200mm排砂管应考虑防堵塞措施。
1.3.3曝气沉砂池的设计计算
1、沉砂池有效容积
V60Qt
式中V沉砂池有效容积,m2;
t停留时间,min
本设计中取t=3min
3
V600.502390.36m
2、水流断面面积
Q
Vi
式中A水流断面面积,m2;
设计中取v1=0.1ms
251
1.255在1.0~1.5之间。
2
4、池长
18m
V
L60vt600.1
A
5、每小时所需的空气量
q3600Qd
m3.m3污水。
式中q每小时所需的空气量,m3h;
d1m3的污水所需要的空气量,
设计中d=0.2m3m3污水
q36000.5020.2361.44mlh
&沉砂室所需容积
QXT86400
106
式中X城市污水沉砂量m'.106m3污水,设计中取X=30m3106m3
V1010463026m3
10
7、沉砂斗几何尺寸计算
砂斗高度h21.3m
沉砂斗的有效容积:
8、池子总高
设池底坡度为0.4,破向沉砂斗,池子超高h10.3m
则池底斜坡部分的高度:
h30.4邑上0.42.512.00.102m
22
池子总高:
Hhh1h2h320.31.30.1023.702m
9、验算流速
当有一格池子出故障,仅有两格池子工作时:
VminQmax1.504630.15m/s0.10m/s
nhb222.51
当有两格池子出故障,仅有一格池子工作时:
Qmax1.504630.30m/s0.15m/s
nhb122.51
10、进水渠道
格栅的出水通过DN1250mm的管道送入沉砂池的进水渠道,然后进入沉砂
池,进水渠道的水流流速
Q
Vi
B1H1
式中v1进水渠道水流流速,ms;
Bi进水渠道宽度,m;
Hi进水渠道水深,m。
设计中取Bi=1.2m,Hi=0.8m。
速校核:
代入数值得:
0.622
h1.060.02m
29.81
进水口采用方形闸板,SFZ型明杆或镶钢铸铁方形闸门SFZ—900,沉砂斗采用
H46Z—2.5旋启式底阀,公称直径200mm。
11、出水堰计算
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,堰上水头为
Q
mb^.2g
式中H1堰上水头,m;
m流量系数,一般取0.4~0.5,设计中取m=0.4;
b2堰宽,m,等于沉砂池的宽度。
出水堰后自由跌落高度0.12m,出水流入出水槽,出水槽宽度B21.0m,
出水槽水深h20.6m,水流流速v20.84ms。
采用出水管道在出水槽中部与
出水槽连接,出水槽用钢混管,管径DN800mm,管内流速也1.34ms,水利坡度i2.39%。
,水流经出水槽流入集配水井。
12、排砂装置
采用吸砂泵排砂,吸砂泵设置在沉砂斗内,借助空气提升将沉砂排出沉砂池,吸砂泵管径DN200mm。
曝气沉砂池示意图见下图3-3
图3-3曝气沉砂池剖面图示意图
1—压缩空气管2—空气扩散管3—集砂槽
1.3.4曝气沉砂池曝气计算
1、空气干管设计
干管中空气流速一般为10〜15m/s,取空气流速12m/s,则
2、支管设计
干管上设10根配气管,则每根竖管上的供气量为:
q=361.44=36.144m3.h根
1010
沉砂池总平面面积为:
LXB=5.023=15.06m2,取15m2
选用YBM-2型号的膜式扩散器,每个扩散器的服务面积为1.5m2,直径为
500mm则需空气扩散器总数为:
;;=10个。
则每根配气管有1个空气扩散器,每个扩散器的配气量为:
361.443.
=36.144m..h。
10'
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