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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:
CODCr 60g/人 d
BOD5 30g/人 d
B.工业污染源,拟定为
CODCr 500 mg/L
BOD5 200 mg/L
C.氨氮根据经验值确定为 30 mg/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:
CODCr 100mg/L
BOD5 30mg/L
SS 30mg/L
1
NH3-N 10mg/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;
2
。
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:
,,
3
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
,,
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
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
4
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:
5
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
6
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
7
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。
)
8
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%,
9
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:
10
当最低温度 T=15℃、出水、、时,
,
安全系数取 2.5 ,则设计污泥龄为 9.0 d。
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
11
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
12
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 1.5 h,所需容积
以上计算得出,氧化沟总容积
13
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;
14
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
15
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
16
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
17
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
18
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。
19
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。
20
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
21
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。
22
(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
23
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
24
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。
25
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