污水处理厂工艺设计及计算

第三章  污水处理厂工艺设计及计算

 

第一节 格栅

进水中格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。

拟用回转式固液分离机。回转式固液分离机运转效果好，该设备由动力装置，机架，清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便，适用于生活污水预处理。

1.1  设计说明 

栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。格栅栅条间隙拟定为25.00mm。

1.2   设计流量：

a.日平均流量

Q_d=45000m³/d≈1875m³/h=0.52m³/s=520L/s

   K_z取1.4

b. 最大日流量

Q_max=K_z·Q_d=1.4×1875m³/h=2625m³/h=0.73m³/s

1.3   设计参数：

栅条净间隙为b=25.0mm   栅前流速ν1=0.7m/s

过栅流速0.6m/s           栅前部分长度：0.5m

格栅倾角δ=60°          单位栅渣量：ω₁=0.05m³栅渣/10³m³污水

1.4   设计计算：

1.4.1 确定栅前水深

根据最优水力断面公式 计算得：

     

所以栅前槽宽约0.66m。栅前水深h≈0.33m

1.4.2 格栅计算

说明：  Q_max—最大设计流量，m³/s；  α—格栅倾角，度（°）；

h—栅前水深，m；          ν—污水的过栅流速，m/s。

栅条间隙数（n）为

  =

栅槽有效宽度（ ）

设计采用?10圆钢为栅条，即S=0.01m。

=1.04(m)

通过格栅的水头损失h₂

h₀—计算水头损失；    g—重力加速度；

K—格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；

ξ—阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于圆形断面，  

所以：栅后槽总高度H

H=h+h₁+h₂=0.33+0.3+0.025=0.655(m)   （h₁—栅前渠超高，一般取0.3m）

栅槽总长度L

 

＝0.3+0.33＝0.63

L₁—进水渠长，m；   L₂—栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度，m；

B₁—进水渠宽，；     α₁—进水渐宽部分的展开角，一般取20°。

图一   格栅简图

1.4.3 栅渣量计算

对于栅条间距b=25.0mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水烂截污物为W₁=0.05m³/10³m³，每日栅渣量为

=0.4m³/d

拦截污物量大于0.3m³/d，宜采用机械清渣。

二、沉砂池

采用平流式沉砂池

1.      设计参数

设计流量：Q=301L/s（按2010年算，设计1组，分为2格）

设计流速：v=0.25m/s

水力停留时间：t=30s

2.      设计计算

（1）沉砂池长度：

L=vt=0.25×30=7.5m

（2）水流断面积：

A=Q/v=0.301/0.25=1.204m²

（3）池总宽度：

设计n=2格，每格宽取b=1.2m>0.6m，池总宽B=2b=2.4m

（4）有效水深：

h₂=A/B=1.204/2.4=0.5m  （介于0.25～1m之间）

（5）贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积

（每格沉砂池设两个沉砂斗，两格共有四个沉砂斗）

其中X₁：城市污水沉砂量3m³/10⁵m³，

K：污水流量总变化系数1.5

（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：

设计斗底宽a₁=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高h_d=0.5m，

则沉砂斗上口宽：

沉砂斗容积：

     （略大于V1=0.26m3，符合要求）

（7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为

     则沉泥区高度为

h₃=h_d+0.06L₂ =0.5+0.06×2.65=0.659m

     池总高度H ：设超高h₁=0.3m，

H=h₁+h₂+h₃=0.3+0.5+0.66=1.46m

（8）进水渐宽部分长度:

（9）出水渐窄部分长度:

L₃=L₁=1.43m

（10）校核最小流量时的流速：

最小流量即平均日流量

Q_平均日=Q/K=301/1.5=200.7L/s

则v_min=Q_平均日/A=0.2007/1.204=0.17>0.15m/s，符合要求

（11）计算草图如下：

第三节 沉淀池

3.1  采用中心进水辐流式沉淀池：

图四   沉淀池简图

3.2  设计参数：

沉淀池个数n=2；水力表面负荷q’=1m³/(m²h)；出水堰负荷1.7L/s·m(146.88m³/m·d)；沉淀时间T=2h； 污泥斗下半径r₂=1m，上半径r₁=2m；剩余污泥含水率P₁=99.2%

3.2.1  设计计算：

3.2.1.1  池表面积

3.2.1.2 单池面积

  （取530 ）

3.2.1.3 池直径

  （取530m）

3.2.1.4 沉淀部分有效水深(h₂)

混合液在分离区泥水分离，该区存在絮凝和沉淀两个过程，分离区的沉淀过程会受进水的紊流影响，取

3.2.1.5 沉淀池部分有效容积

3.2.1.6 沉淀池坡底落差 （取池底坡度i=0.05）

3.2.1.7 沉淀池周边（有效）水深

 

3.2.1.8 污泥斗容积

池底可储存污泥的体积为：

3.2.1.9 沉淀池总高度

H=0.47+4+1.73=6.2m

3.3  进水系统计算

3.3.1 单池设计流量521m³/h（0.145m³/s）

进水管设计流量：0.145×(1+R)=0.145×1.5=0.218m³/s

管径D₁=500mm，

3.3.2 进水竖井

                                                                

进水井径采用1.2m，

出水口尺寸0.30×1.2m²，共6个沿井壁均匀分布

出水口流速

                                               

3.3.3 紊流筒计算                                             图六   进水竖井示意图

筒中流速

紊流筒过流面积       紊流筒直径                                       

3.4 出水部分设计

3.4.1 环形集水槽内流量 =0.145 m³/s

3.4.2 环形集水槽设计

采用单侧集水环形集水槽计算。

设槽中流速v=0.5m/s

设计环形槽内水深为0.4m，集水槽总高度为0.4+0.4（超高）=0.8m，采用90°三角堰。

3.4.3 出水溢流堰的设计（采用出水三角堰90°）

3.4.3.1 堰上水头（即三角口底部至上游水面的高度） H₁=0.04m

3.4.3.2每个三角堰的流量q₁

3.4.3.3三角堰个数n₁

3.4.3.4三角堰中心距

图七   溢流堰简图

六、氧化沟

1.设计参数

拟用卡罗塞（Carrousel）氧化沟，去除BOD₅与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH₃-N低于排放标准。氧化沟按2010年设计分2座，按最大日平均时流量设计，每座氧化沟设计流量为

Q₁′＝ =10000m³/d=115.8L/s。

总污泥龄：20d

MLSS=3600mg/L,MLVSS/MLSS=0.75 则MLSS=2700

曝气池：DO＝2mg/L

NOD=4.6mgO₂/mgNH₃-N氧化，可利用氧2.6mgO₂/NO₃—N还原

α＝0.9    β＝0.98

其他参数：a=0.6kgVSS/kgBOD₅   b=0.07d^-1

脱氮速率：q_dn=0.0312kgNO₃-N/kgMLVSS·d

K₁=0.23d^-1  Ko₂=1.3mg/L

剩余碱度100mg/L(保持PH≥7.2):

所需碱度7.1mg碱度/mgNH₃-N氧化；产生碱度3.0mg碱度/mgNO₃-N还原

硝化安全系数：2.5

脱硝温度修正系数：1.08

2.设计计算

（1）碱度平衡计算：

1）设计的出水 为20 mg/L，则出水中溶解性 ＝20-0.7×20×1.42×（1－e^-0.23×5）=6.4 mg/L

2）采用污泥龄20d，则日产泥量为：

                  kg/d

         设其中有12.4％为氮，近似等于TKN中用于合成部分为：

                      0.124 550.8=68.30 kg/d

         即：TKN中有 mg/L用于合成。

         需用于氧化的NH₃-N =34-6.83-2=25.17 mg/L

         需用于还原的NO₃-N =25.17-11=14.17 mg/L

      3）碱度平衡计算

         已知产生0.1mg/L碱度 /除去1mg BOD₅，且设进水中碱度为250mg/L，剩余碱度=250-7.1×25.17+3.0×14.17+0.1×（190－6.4）=132.16 mg/L

         计算所得剩余碱度以C_aCO₃计，此值可使PH≥7.2 mg/L

（2）硝化区容积计算：

         硝化速率为

            

             

              =0.204 d^-1

故泥龄： d

         采用安全系数为2.5，故设计污泥龄为：2.5 4.9=12.5d

         原假定污泥龄为20d，则硝化速率为：

                           d^-1

         单位基质利用率：

kg /kgMLVSS.d

                    MLVSS=f×MLSS=0.75 3600=2700 mg/L

         所需的MLVSS总量=

         硝化容积： m³

         水力停留时间： h

（3）反硝化区容积：

         12℃时，反硝化速率为：

                     

                        

                         =0.017kgNO₃-N/kgMLVSS.d

还原NO₃-N的总量= kg/d

         脱氮所需MLVSS= kg

         脱氮所需池容：  m³

         水力停留时间： h

    （4）氧化沟的总容积：

         总水力停留时间：

h

         总容积：

m³

    （5）氧化沟的尺寸：

         氧化沟采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深3.5m，宽7m，则氧化沟总长: 。其中好氧段长度为 ，缺氧段长度为 。

弯道处长度:

则单个直道长:   (取59m)

         故氧化沟总池长=59+7+14=80m，总池宽=7 4=28m（未计池壁厚）。

         校核实际污泥负荷

    （6）需氧量计算：

         采用如下经验公式计算:

           

         其中：第一项为合成污泥需氧量，第二项为活性污泥内源呼吸需氧量，第三项为硝化污泥需氧量,第四项为反硝化污泥需氧量。

         经验系数：A=0.5    B=0.1

         需要硝化的氧量：

N_r=25.17 10000 10^-3=251.7kg/d

R=0.5 10000 (0.19-0.0064)+0.1 4071.9 2.7

+4.6 251.7-2.6 141.7

=2806.81kg/d=116.95kg/h

取T=30℃，查表得α=0.8,β=0.9,氧的饱和度 =7.63 mg/L， =9.17 mg/L

         采用表面机械曝气时，20℃时脱氧清水的充氧量为：

                     

                      

查手册，选用DY325型倒伞型叶轮表面曝气机，直径Ф＝3.5m,电机功率N=55kW,单台每小时最大充氧能力为125kgO₂/h，每座氧化沟所需数量为n,则                       取n=2台

（7）回流污泥量：

         可由公式 求得。

式中：X=MLSS=3.6g/L，回流污泥浓度 取10g/L。则：

              （50％～100％，实际取60％）

考虑到回流至厌氧池的污泥为11%，则回流到氧化沟的污泥总量为49%Q。

 （8）剩余污泥量：

             

      如由池底排除，二沉池排泥浓度为10g/L，则每个氧化沟产泥量为：

             

（9）氧化沟计算草草图如下：

七、二沉池

该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用刮泥机。

1．设计参数

 设计进水量：Q=10000 m³/d （每组）

 表面负荷：q_b范围为1.0—1.5 m³/ m².h ，取q=1.0 m³/ m².h

 固体负荷：q_s =140 kg/ m².d

 水力停留时间（沉淀时间）：T=2.5 h

 堰负荷：取值范围为1.5—2.9L/s.m，取2.0 L/(s.m)

2．设计计算

（1）沉淀池面积:

按表面负荷算： m²

（2）沉淀池直径：

       有效水深为   h=q_bT=1.0 2.5=2.5m<4m

                     （介于6～12）

（3）贮泥斗容积：

       为了防止磷在池中发生厌氧释放，故贮泥时间采用T_w=2h，二沉池污泥区所需存泥容积：

             

       则污泥区高度为

                  

  （4）二沉池总高度：

       取二沉池缓冲层高度h₃=0.4m，超高为h₄=0.3m

则池边总高度为

                    h=h₁+h₂+h₃+h₄=2.5+1.7+0.4+0.3=4.9m

设池底度为i=0.05，则池底坡度降为

                   

       则池中心总深度为

H=h+h₅=4.9+0.53=5.43m

  （5）校核堰负荷：

       径深比    

                  

       堰负荷

以上各项均符合要求

（6）辐流式二沉池计算草图如下：

八、接触消毒池与加氯间

    采用隔板式接触反应池

 1．设计参数

    设计流量：Q′=20000m3/d=231.5 L/s（设一座）

水力停留时间：T=0.5h=30min

设计投氯量为：ρ＝4.0mg/L

平均水深：h=2.0m

    隔板间隔：b=3.5m

 2．设计计算

（1）接触池容积：

                V=Q′T=231.5 10^-3 30 60=417 m³

        表面积 m²

     隔板数采用2个，

则廊道总宽为B＝（2+1） 3.5＝10.5m 取11m

       接触池长度L=  取20m

           长宽比

     实际消毒池容积为V′=BLh=11 20 2=440m³  

池深取2＋0.3＝2.3m  (0.3m为超高)

经校核均满足有效停留时间的要求

（2）加氯量计算：

     设计最大加氯量为ρ_max=4.0mg/L,每日投氯量为

                     ω＝ρ_maxQ=4 20000 10^-3=80kg/d=3.33kg/h

     选用贮氯量为120kg的液氯钢瓶，每日加氯量为3/4瓶,共贮用12瓶，每日加氯机两台，单台投氯量为1.5～2.5kg/h。

     配置注水泵两台，一用一备，要求注水量Q=1—3m³/h,扬程不小于10mH₂O

（3）混合装置：

     在接触消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机2台（立式），混合搅拌机功率N₀

                      

实际选用JWH—310—1机械混合搅拌机，浆板深度为1.5m,浆叶直径为0.31m,浆叶宽度0.9m，功率4.0Kw

解除消毒池设计为纵向板流反应池。在第一格每隔3.8m设纵向垂直折流板，在第二格每隔6.33m设垂直折流板，第三格不设

（4）接触消毒池计算草图如下：