本篇從粗隔柵、細隔柵、沉砂池、輻流沉淀池、污水的生物處理、二沉池計算、消毒設施計算、污泥處理構筑物設計計算等八大板塊直觀介紹了污水處理廠的相關計算公式。

一、粗格柵

1.設計流量

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.柵條的間隙數(n)

設:柵前水深h=0.8m,過柵流速v=0.9m/s,格柵條間隙寬度b=0.02m,格柵傾角α=60°

3.柵槽寬度(B)

設:柵條寬度s=0.015m

則:B=s(n-1)+en=0.015×(32-1)+0.02×32=1.11m

4.進水渠道漸寬部分長度

設:進水渠寬B1=0.9m,漸寬部分展開角α1=20°

5.柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度(L2)

6.過格柵的水頭損失(h1)

設:柵條斷面為矩形斷面,所以k取3

k—格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數,一般為3

h0--計算水頭損失,m

ε--阻力系數,與柵條斷面形狀有關,當為矩形斷面時形狀系數β=2.4將β值代入β與ε關系式即可得到阻力系數ε的值

7.柵后槽總高度(H)

設:柵前渠道超高h2=0.4m

則:柵前槽總高度H1=h+h2=0.8+0.4=1.2m

柵后槽總高度H=h+h1+h2=0.8+0.18+0.4=1.38m

8.格柵總長度(L)

L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tanα=0.3+0.3+0.5+1.0+1.2/tan60°=2.80m

9. 每日柵渣量(W)

設:單位柵渣量W1=0.05m3柵渣/103m3污水

因為W>0.2 m3/d,所以宜采用機械格柵清渣及皮帶輸送機或無軸輸送機輸送柵渣

二、細格柵

1.設計流量

Q=30000m3/d,選取流量系數Kz=1.40則:

最大流量Qmax=1.40×30000m3/d=0.486m3/s

2.柵條的間隙數(n)

設:柵前水深h=0.8m,過柵流速v=0.9m/s,格柵條間隙寬度e=0.006m,格柵傾角α=60°

設計兩組格柵,每組格柵間隙數n=53

3.柵槽寬度(B)

設:柵條寬度s=0.015m

則:B2=s(n-1)+en=0.015×(53-1)+0.006×53=1.1m

所以總槽寬為1.1×2+0.2=2.4m(考慮中間隔墻厚0.2m)

4.進水渠道漸寬部分長度

設:進水渠寬B1=0.9m,其漸寬部分展開角α1=20°(進水渠道前的流速為0.6m/s)

5.柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度(L2)

6.過格柵的水頭損失(h1)

設:柵條斷面為矩形斷面,所以k取3

k—格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數,一般為3；h0--計算水頭損失,m

ε--阻力系數(與柵條斷面形狀有關,當為矩形斷面時形狀系數β=2. 42),將β值代入β與ε關系式即可得到阻力系數ε的值。

7.柵后槽總高度(H)

設:柵前渠道超高h2=0.4m

則:柵前槽總高度H1=h+h2=0.8+0.4=1.2m

柵后槽總高度H=h+h1+h2=0.8+0.88+0.4=2.08m

8.格柵總長度(L)

L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tanα=0.3+0.3+0.5+1.0+1.2/tan60°=2.8m

9.每日柵渣量(W)

設:單位柵渣量W1=0.05m3柵渣/103m3污水

因為W>0.2 m3/d,所以宜采用機械格柵清渣

三、沉砂池

本設計采用曝氣沉砂池是考慮到為污水的后期處理做好準備。建議設兩組沉砂池。每組設計流量Q=0.243 m3/s

(1)池子總有效容積:

設t=2min,

(2)水流斷面積:

沉砂池設兩格,有效水深為2.00m,單格的寬度為1.2m。

(3)池長:

(4)每小時所需空氣量q:

設m3污水所需空氣量d=0.2 m3

q=0.2×0.243×3600=174.96 m3/h=2.916 m3/min

(5)沉砂池所需容積:

(6)每個沉砂斗容積

(7)沉砂池上口寬度

(8)沉砂斗有效容積

(9)進水渠道

格柵的出水通過DN1000的管道送入沉砂池的進水渠道,然后向兩側配水進入沉砂池,進水渠道的水流流速

 (10)出水裝置

出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水,出水堰可保證沉砂池內水位標高恒定,堰上水頭

四、輻流沉淀池

設計中選擇兩組輻流沉淀池,N=2組,每組平流沉淀池設計流量為0.243m3/s ,從沉砂池流來的污水進入配水井,經過配水井分配流量后流入平流沉淀池

1.沉淀部分有效面積

 2.沉淀池有效水深

3.沉淀池直徑

4.污泥所需容積

按去除水中懸浮物計算

輻流沉淀池采用周邊傳動刮泥機,周邊傳動刮泥機的線速度為2-3m/min,將污泥推入污泥斗,然后用進水壓力將污泥排除池外。

5.污泥斗容積

輻流沉淀池采用周邊傳動刮泥機,池底需做成2%的坡度,刮泥機連續轉動將污泥推入污泥斗,設計中選擇矩形污泥斗,污泥斗上口尺寸2mx2m,底部尺寸0.5mx0.5m,傾角為60度,有效高度1.35m

6.沉淀池總高度

7.進水配水井

沉淀池分為兩組,每組分為4格,每組沉淀池進水端設進水配水井,污水在配水井內平均分配,然后流進每組沉淀池。

配水井內中心管直徑

8.進水渠道

沉淀池分為兩組,每組沉淀池進水端設進水渠道,配水井接出的DN800進水管從進水渠道中部匯入,污水沿進水渠道向兩側流動,通過潛孔進入配水渠道,然后由穿孔花墻流入沉淀池。

9.進水穿孔花墻

進水采用配水渠道通過穿孔花墻進水,配水渠道寬0.5m,有效水深0.8m,穿孔花墻的開孔總面積為過水斷面6%-20%,則過孔流速為

10.出水堰

沉淀池出水經過出水堰跌落進入出水渠道,然后匯入出水管道排走。出水堰采用矩形薄壁堰,堰后自由跌落水頭0.1-0.15m,堰上水深H為

出水堰后自由跌落采用0.15m,則出水堰水頭損失為0.185m

11.出水渠道

沉淀池出水端設出水渠道,出水管與出水渠道連接,將污水送至集水井。

出水管道采用鋼管,管徑DN=800mm,管內流速v=0.64m/s,水力坡降i=0.479%。

12.進水擋板  出水擋板

沉淀池設進水擋板和出水擋板,進水擋板距進水穿孔花墻0.5m,擋板高出水面0.3m,伸入水下0.8m,出水擋板距出水堰0.5m,擋板高出水面0.3m,伸入水下0.5m,在出水擋板處設一個浮渣收集裝置,用來收集攔截的浮渣。

13.排泥管

沉淀池采用重力排泥,排泥管直徑DN300mm,排泥時間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,便于清通和排氣。

14.刮泥裝置

沉淀池采用行車式刮泥機,刮泥機設于池頂,刮板伸入池底,刮泥機行走時將污泥推入污泥斗內。

五、污水的生物處理

污水生物處理的設計條件為:

進入曝氣池的平均流量Q=30000m3/d,最大設計流量Qs=0.486L/s

污水中的BOD₅濃度為250mg/L,假定一級處理對BOD₅的去除率為25%,則進入曝氣池中污水的BOD₅濃度為187.5mg/L

污水中SS濃度為250mg/L,假定一級處理對SS的去除率為50%,則進入曝氣池中污水的SS濃度為125mg/L

污水中TN濃度為40mg/L,TP濃度為5mg/L,水溫T=20。

1.污水處理程度計算

按照污水處理程度計算,污水經二級處理后,出水濃度BOD5濃度小于20mg/L,SS濃度小于20mg/L。由此確定污水處理程度為:

2.設計參數

(1)BOD₅污泥負荷率

(2)曝氣池內混合液污泥濃度

3.平面尺寸計算

(1)曝氣池的有效容積

(2)單座曝氣池面積

(3)曝氣池長度

(4)曝氣池總高度

4.進出水系統

(1)曝氣池進水設計

初沉池的出水通過DN1000mm的管道送入曝氣池進水渠道,然后向兩側配水,污水在管道內的流速

在兩組曝氣池之間設中間配水渠,污水通過中間配水渠可以流入后配水渠,

在前后配水渠之間都設配水口,孔口尺寸為0.5m*0.5m,可以實現多點進水。

中間配水渠寬1.0m,有效水深1.0m,則渠內最大流速為:

設計中取中間配水渠超高為0.3m,則渠道總高:1.0+0.3=1.3m

(2) 曝氣池出水設計

 曝氣池出水采用矩形薄壁堰,跌落出水,堰上水頭

每組曝氣池的出水管管徑為800mm管內流速為0.48m/s,兩條出水管匯成一條直徑為DN1000mm的總管,送往二次沉淀池,總管內流速為0.61m/s。

5.其他管道設計

(1)中位管

  曝氣池中部設中位管,在活性污泥培養馴化時排放上清液。中位管管徑為DN600mm。

(2)放空管

  曝氣池檢修時,需要將水放空,因此應在曝氣池底部設放空管,放空管管徑為DN500mm。

(3)污泥回流管

  二沉池的污泥需要回流至曝氣管首端,因此應設污泥回流管,污泥回流管管徑

六、二沉池計算

本次設計二沉池采用輻流沉淀池,輻流沉淀池一般采用對稱布置,配水采用集配水井,這樣各池之間配水均勻,結構緊湊。輻流式沉淀池排泥機械已定型化,運行效果好,管理方便。輻流式沉淀池適用于大中型污水廠。

設計中選擇二組輻流沉淀池,N=2,每次設計流量為0.243/s,從曝氣池流出的混合液進入集配水井,經過集配水井分配流量后最后流進輻流沉淀池。

1.沉淀池表面積

2.沉淀池直徑

3.沉淀池有效水深

4.徑深比

5.污泥部分所需容積

6.沉淀池總高度 

7.進水管的計算

8.進水豎井計算

 進水豎井直徑采用D2=2.0m;

 進水豎井采用多孔配水,配水尺寸a,共設4個沿井壁均勻分布。

9.穩流筒計算

10.出水槽計算

 采用雙邊90三角堰出水槽集水,出水槽沿池壁環形布置,環形槽中水流由左右兩側匯入出水口。

 每側流量:

設計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,

則集水槽斷面尺寸0.6m。

11.出水堰計算

根據規定二沉池出水堰上負荷在1.5-2.9L/(s*m)之間,計算結果符合要求。

12.出水管

出水管管徑D=600mm

13.排泥裝置

沉淀池采用周邊傳動刮吸泥機,周邊傳動刮吸泥機的線速度為2-3m/min,刮吸泥機底部設有刮泥板和吸泥管,利用靜水壓力將污泥吸入污泥槽,沿進水豎井中的排泥管將污泥排除池外。

排泥管管徑500mm,回流污泥量 179.2L/s,流速0.92m/s。

14.集配水井的設計計算

(1)配水井中心管直徑

(2)配水井直徑

(3)集水井直徑

(4)進水管管徑

取進入二沉池的管徑DN=600mm。

校核流速:

(5)出水管管徑

由前面結果可知,DN=600mm,v=0.85m/s。

(6)總出水管

取出水管管徑DN=800mm,集配水井內設有超越閘門,以便超越。

七、消毒設施計算

污水經過以上構筑物處理后,雖然水質得到了改善,細菌數量也大幅減少,但是細菌的絕對值依然十分可觀,并存在病原菌的可能。因此污水在排放水體前,應進行消毒處理。

1.消毒劑的選擇

污水消毒的主要方法是向污水中投加消毒劑,目前用于污水消毒的常用消毒劑主要有液氯、次氯酸鈉、臭氧、二氧化氯、紫外線。由原始資料可知,該水廠規模中等,受納水體衛生條件無特殊要求,設計中采用液氯作為消毒劑對污水進行消毒。

2.消毒劑的投加

(1)加氯量計算

二級處理出水采用液氯消毒時,液氯投加量一般為5-10mg/L,本設計中液氯投量采用7.0mg/L。每日加氯量為:

(2)加氯設備

液氯由真空轉子加氯機加入,設計二臺,采用一用一備。每小時加氯量:293.93/24=12.2Kg/d。設計中采用ZJ-1型轉子加氯機。

3.平流式消毒接觸池

本設計采用2個3廊道平流式消毒接觸池,單池設計計算如下:

(1)消毒接觸池容積

(2)消毒接觸池表面積

(3)消毒接觸池池長:

(4)池高

(5)進水部分

每個消毒接觸池的進水管管徑D=600mm,v=1.0m/s。

(6)混合

采用管道混合的方式,加氯管線直接接入消毒接觸池進水管,為增強混合效果,加氯點后接D=600mm的靜態混合器。

(7)出水部分

八、污泥處理構筑物設計計算

污水處理廠在處理污水的同時,每日要產生大量的污泥,這些污泥若不進行有效處理,必然對環境造成二次污染。這些污泥按其來源可分為初沉污泥和剩余污泥。

初沉污泥是來自于初次沉淀池的污泥,污泥含水率較低,一般不需要濃縮處理,可直接進行消化、脫水處理。

剩余污泥來源于曝氣池,活性污泥微生物在降解有機物的同時自身污泥量也在不斷增長,為保持曝氣池內污泥量的平衡,每日增加的污泥量必須排出處理系統,這一部分被稱作剩余污泥。

剩余污泥含水率較高,需要先進行濃縮處理,然后進行消化、脫水處理。

1、初沉池污泥量計算

由前面資料可知,初沉池采用間歇排泥的運作方式,每4小時排一次泥。

(1)、按水中懸浮物計算

2、剩余污泥量計算

 (1)曝氣池內每日增加的污泥量

(2)曝氣池每日排出的剩余污泥量

3、輻流濃縮池  

污泥濃縮的對象是顆粒間的空隙水,濃縮的目的在于縮小污泥的體積,便于后續污泥處理,常用污泥濃縮池分為豎流濃縮池和輻流濃縮池兩種,設計中一般采用輻流濃縮池。濃縮前污泥量含水率97%,濃縮后污泥含水率97%.

進入濃縮池的剩余污泥量0.0027m3/s=9.72m3/h

(1)、沉淀池有效部分面積

 (2)、沉淀池直徑

(3)、濃縮池的容積

(4)、沉淀池有效水深

(5)、濃縮后剩余污泥量

(6)、池底高度

輻流沉淀池采用中心驅動刮泥機,池底需做成1%的坡度,刮泥機連續轉動將污泥推入污泥斗。池底高度

(7)、污泥斗容積

(8)、濃縮池總高度

(9)、濃縮后分離出的污水量

(10)、溢流堰

濃縮池溢流堰出水經過溢流堰進入出水槽,然后匯入出水管排出。出水槽流量q=0.0018m3/s,設出水槽款0.2m,水深0.05m,則水流流速為0.18m/s。

溢流堰周長

(11)、溢流管

溢流水量0.0018m3/s,設溢流管管徑DN100mm,管內流速v=0.23m/s

(12)、刮泥裝置

濃縮池采用中心驅動刮泥機,刮泥機底部設有刮泥板,將污泥推入污泥斗。

(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徑DN150mm。間歇將污泥排入貯泥池。

4、貯泥池

貯泥池用來貯存來自初沉池和濃縮池的污泥。由于污泥量不大,本設計采用1座貯泥池,貯泥池采用豎流沉淀池構造。

(1)、貯泥池設計進泥量

(2)、貯泥池的容積

  貯泥池設計容積

(3)、貯泥池高度: