水厂构筑物计算

根据卡罗塞氧化沟工艺流程的特点，需要进行设计计算的污水处理构筑物包括中格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池、Carrousel氧化沟、二次沉淀池、紫外线消毒池等。1 泵前中格栅格栅是由一组平行的金属或塑料栅条制成，斜置在污水流经的渠道上或水泵集水井处，用以拦截污水中的大块悬浮杂质，以免后续处理单元的水泵或构筑物造成损害。根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），粗格栅栅条间距50100mm,中格栅栅条间距为1640mm，细格栅栅条间距为310mm。格栅与水泵房的设置方式：中格栅提升泵房细格栅。污水处理厂的进水中格栅按远期设计，即设计秒流量Q=1182L/s1.182m3/s，设计中选择N2组中格栅，每组格栅的设计流量为0.591m3/s。1.设计参数根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），采用格栅栅条间隙b=20mm,格栅倾角为75，过栅流速v2=0.9m/s。图3-1 中格栅计算草图2.设计计算（1）栅条间隙数式中 格栅栅条间隙数（个）； 设计流量（m3/s）； 格栅倾角（） 本设计取75。； 栅条间隙（m）； 栅前水深（m）； 过栅流速（m/s）。（2）格栅槽宽度式中 格栅槽宽度（m）； 每根格栅条的宽度（m）；设计中取S0.01m。m（3）进水渠道渐宽部分的长度式中 进水渠道渐宽部分的长度（m）； 进水渠宽（m）；B11.00m； 进水渠道渐宽部分的展开角度，一般可采用20。m（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度m（5）通过格栅的水头损失式中 水头损失（m）； 系数，格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般采用3； 格栅条的阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形时； 重力加速度。m（6）栅槽总高度式中 栅后槽总高度（m）； 槽前渠道超高（m），一般采用0.3m。 -栅前水深。m（7）格栅槽总长度式中 格栅槽总长度（m）； 槽前渠道深（m）；m（8）每日栅渣量式中 每日栅渣量（m3/d）； 每日每103m3污水的栅渣量（m3/103m3污水），格栅间隙为1625mm时，W1=0.100.05。设计中取W1=0.05 m3/103m3污水）。应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣，本设计采用机械栅渣打包机将栅渣打包，汽车运走。（9）进水与出水渠道城市污水管DN1000mm送入进水渠道，设计中取进水渠道宽度B1=1.00m，进水水深0.5m，出水渠道宽度B2=1.00m，出水水深0.5m。2 泵后细格栅污水由进水泵房提升至细格栅沉砂池，细格栅用于进一步去除污水中较小的颗粒悬浮、漂浮物，利于污水的后续处理。设计中泵后细格栅按近期设计秒流量设计，即Qmax =0.788m3/s，选N2组格栅，每组格栅与沉砂池合建，每组格栅的设计流量为0.394m3/s。1.设计参数根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），采用格栅栅条间隙b=10mm,格栅倾角为75，过栅流速v2=0.9m/s，栅前部分长度0.5m。设计中取栅前水深h=0.6m。2.设计计算（1）栅条间隙数式中 格栅栅条间隙数（个）； 设计流量（m3/s）； 格栅倾角（）； 栅条间隙（m）； 栅前水深（m）； 过栅流速（m/s）。（2）格栅槽宽度式中 格栅槽宽度（m）； 每根格栅条的宽度（m）；设计中取S0.008m。m（5）通过格栅的水头损失式中 水头损失（m）； 系数，格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般采用3； 格栅条的阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，栅条断面形状为锐边矩形时； 重力加速度。（6）栅后槽总高度式中 栅后槽总高度（m）； 槽前渠道超高（m），一般采用0.3m。m（8）每日栅渣量式中 每日栅渣量（m3/d）； 每日每103m3污水的栅渣量（m3/103m3污水），格栅间隙10mm时，取W1=0.05 m3/103m3污水）。根据计算，本设计中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。（9）进水与出水渠道污水经泵房提升通过DN800mm的钢管道送入细格栅的进水渠道，设计中取细格栅的进水渠道宽度B1=1.12m，进水水深0.6m，出水渠道B2=B1=1.12m，出水水深0.6m。3 旋流式沉砂池 因旋流式沉砂池按设计秒流量Qmax =0.788m3/s，采用二组旋流式沉砂池，分别与细格栅连接，每组沉砂池的设计流量为394L/s。再根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），选用550型号的旋流式沉砂池，其尺寸示意图见图3-3，各部分尺寸见表3-3。图3-3 旋流式沉砂池尺寸示意图表3-3 旋流式沉砂池型号及尺寸（mm）型号流量L/SABCDEFGHIJL550530365015007501500400170060051058080014504 A2/C氧化沟 氧化沟设计流量按照最大日流量6万m3/d设计，设四组氧化沟，每组氧化沟设计流量为1.5万m3/d。1.设计参数（1）氧化沟内混合液污泥浓度氧化沟内混合液污泥浓度（MLSS）X值一般采用20006000mg/L，为提高系统抗负荷变化的能力，本设计中取X=4000mg/L。（2）污泥龄本设计在考虑去除BOD5的同时，还考虑反硝化，并且考虑中型污水处理厂不进行厌氧或好氧消化稳定，因此设计污泥龄取，使其部分稳定。（3）回流污泥浓度式中 回流污泥浓度（mg/L）； 污泥容积指数，设计中取； 系数，一般采用。（4）污泥回流比2.平面尺寸计算（1）前置厌氧区有效容积根据室外排水设计规范GB 50014-2006（2014年版）6.6.13条，生物反应池的始端厌氧选择池，水力停留时间宜采用0.51.0 h。本设计取t=1.0 h。厌氧区有效容积（2）好氧区有效容积因考虑到同时去除BOD5和进行硝化作用，可按活性污泥法动力学公式计算氧化沟好氧区容积式中 好氧区有效容积（m3）； 污泥净产率系数（kgVSS/kgBOD5），宜根据试验资料确定，无试验资料时一般取0.40.8，设计中取； 污水设计流量（m3/d）； 、分别为进、出水BOD5浓度（mg/L）； 污泥齡（d）； 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（mg/L），其中； 污泥内源呼吸系数（1/d）；对于城市污水，一般采用0.030.10。设计中取。m3（3）缺氧区有效容积反硝化区脱氮量式中 反硝化区脱氮（kg/d）； 、分别为进、出水TN浓度（g/L）；kg/d反硝化区所需污泥量式中 反硝化区所需污泥量（kg）； 反硝化速率kgNO3-/kgMLSSd；根据试验结果，值介于0.0190.26之间；设计中取。kg反硝化区有效容积式中 反硝化区有效容积（m3）。m3（4）总有效容积式中 氧化沟总有效容积（m3）；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m3（5） 预反硝化区 前置预反硝化区，其容积为本系统总体容积的15%（6）氧化沟平面尺寸氧化沟共设N2组，并联运行。根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），卡罗塞氧化沟的设计有效深度一般为4.04.5m，本设计中有效水深取4.2m，超高为0.8m，则氧化沟总高度为5.0m。取氧化沟为矩形断面，沟宽为9.0m，则氧化沟总长度式中 氧化沟总长度（m）；氧化沟分组数；氧化沟有效水深（m）；氧化沟的沟宽（m）；m3.设计参数校核（1）水力停留时间h(介于1024h之间，满足要求)(2)BOD-污泥负荷率式中 BOD-污泥负荷率kgBOD5/(kgMLVSSd)；混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）（mg/L）。设计中取。kgBOD5/(kgMLVSSd)值小于0.2 kgBOD5/(kgMLVSSd)，这样能够使污泥自身氧化过程加强，减少污泥产量。4.进出水系统（1）氧化沟的进水设计由于本设计中采用了2组氧化沟，故需要进水装置进行配水。进水装置一般采用配水堰或配水闸，起均匀配水、控制流量、改变进水方向的作用。进水装置通常设在配水井中，进水配水堰降落后进水，抬起则不进水。沉砂池的出水通过DN800mm的管道送往配水井，管道内的流速为1.57m/s。然后用4条管道送入到每一组氧化沟，送水管径DN600mm，管道内的流速为1.39m/s。分配井计算草图见图3-5。a.分配井中心管直径式中 分配井中心管直径（m）；中心管内污水流速（m/s），一般采用m/s；进水流量（m3/s）。设计中取m/s，m3/sm，设计中取1.20mb.集水井直径式中 集水井直径（m）；集水井内污水流速（m/s），一般采用0.20.4m/s。设计中取m/sm，设计中取2.20mc.分配井直径式中 集水井直径（m）；集水井内污水流速（m/s），一般采用0.20.4m/s。设计中取m/sm，设计中取3.00md.分配管管径在分配井中连接2根管径mm，m/s的管道，将污水分别送往2个氧化沟。（2）氧化沟的出水设计氧化沟的出水采用矩形堰跌落出水，则堰上水头式中 堰上水头（m）；每组氧化沟出水量（m3/s），指污水最大流量（0.788m3/s）与回流污泥量（0.68550%m3/s）之和；流量系数，一般采用0.40.5；堰宽（m）；设计中取,mm每两组氧化沟的出水分别通过一根DN600mm的管道送往集配水井，管内污水流速1.39m/s。回流污泥管将污泥送回氧化沟，管径为DN300mm，管内污泥流速为1.21m/s。5.剩余污泥量kg/d湿污泥量式中 湿污泥量（m3/d）；污泥含水率；初次沉淀污泥含水率介于95%97%，剩余活性污泥达99%以上，设计中取m3/d6.需氧量式中 同时去除BOD脱氮所需氧量（kgO2/d）；测定BOD时间，一般采用5d；常数，一般采用0.23左右；剩余污泥排放量（kg/d）；一般采用0.7左右；需要氧化的氨氮浓度（mg/L）；还原的硝酸盐氮（mg/L）。设计中取，。假设生物污泥中大约含在12.4%的氮用于细胞的合成，则每天用于合成的总氮为：kg/d即TN中有mg/L用于合成细胞。按最不利情况，原水中NH3-N量与TN量相同，设出水中NH3-N量和NO3-N量各为5mg/L，则需要氧化的NH3-N量为：mg/L需要还原的NO3-N量为：mg/L则： kg/d把实际需氧量折合成标准需氧量：式中 标准需氧量（kg/d）；标准大气压下，20时清水中的饱和溶解氧浓度（mg/L），查排水工程（下册.第607页）氧在蒸馏水中的溶解度表得mg/L；标准大气压下，T时清水中的饱和溶解氧浓度（mg/L）；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之比，一般采用0.900.97（mg/L）；设计中取，mg/L，假设最高温度为25，查表得mg/L5 普通辐流式沉淀池普通辐流式沉淀池，是中心进水、周边出水、中心传动排泥的辐流式沉淀池，其直径660m，最大可达100m，池周水深1.53.0m，用机械排泥，池底坡度不宜小于0.05。为了使布水均匀，进水管设穿孔挡板，穿孔率为10%20%。出水堰亦采用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。设计中取N=2组圆形普通辐流式沉淀池，并根据给水排水设计手册（第05期.城镇排水），设计流量应按日平均流量计算，故每组沉淀池的设计流量为684.8/2=342.4L/s。从氧化沟流出的混合液进入集配水井，经过集配水井分配流量后再流入辐流式沉淀池。1.沉淀池表面积式中 沉淀部分有效面积（m2）；日平均流量（m3/h）；表面负荷m3/（m2h），根据室外排水设计规范（GB500142006）规定，活性污泥法后一般采用0.61.5m3/（m2h），设计中取。m22.沉淀池直径满足要求设计中取直径为36.4m，则半径为18.2m。3.沉淀池有效水深式中 沉淀池有效水深（m）；沉淀时间（h），一般采用1.54.0h；设计中取h。m4.径深比 ，介于612之间，符合要求。5.污泥部分所需容积式中 污泥部分所需容积（m3）；污水日平均流量（m3/s），；污泥回流比（%），；曝气池中污泥浓度（mg/L），；二沉池排泥浓度（mg/L），。根据室外排水设计规范（GB500142006）规定，活性污泥法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按不大于2h的污泥量计算，并应有连续排泥措施。本设计中按1h的污泥量计算。m36.沉淀池总高度式中 沉淀池总高度（m）；沉淀池超高（m），一般采用0.30.5m；沉淀池有效水深（m）；沉淀池缓冲层高度（m），一般采用0.3m；沉淀池底部圆锥体高度（m）；沉淀池污泥区高度（m）。设计中取，。根据污泥部分容积过大及二沉池污泥的特点，采用机械刮吸泥机连续排泥，池底坡度为。式中 沉淀池底部圆锥体高度（m）；沉淀池半径（m）；沉淀池进水竖井半径（m），一般采用1.0m；沉淀池池底坡度。设计中取m，m，。m式中 污泥部分所需容积（m3）；沉淀池底部圆锥体体积（m3）；沉淀池表面积（m2）； m3m 所以 m 本设计中取6.6m7.进水管的计算式中 进水管设计流量（m3/s）；单池设计流量（m3/s）；污泥回流比（%）；单池污水平均流量（m3/s）。设计中取m3/s，m3/sm3/s进水管直径取mm，查水力计算表得流速m/s，。8.进水竖井计算进水竖井直径直径采用m；进水竖井采用多孔配水，配水口尺寸，共设6个沿井壁均匀颁分布；流速：m/s，介于0.150.2之间，符合要求。孔距：m9.稳流筒计算筒中流速：设计中取m/s（0.020.03）；稳流筒过流面积：m2稳流筒直径：m10.出水槽计算采用双边干边90三角堰出水槽集水，出水槽沿池壁环形布置，环形槽中水流由左右两侧汇入出水口。每侧流量：集水槽中流速m/s；设集水槽宽m；槽内终点水深：m槽内起点水深：式中 槽内临界水深（m）；系数，一般采用1；重力加速度。mm设计中取出水堰后自由跌落0.10m，集水槽高度：0.1+0.5=0.6m。集水槽断面尺寸为：0.6m0.6m。11.出水堰计算式中 三角堰单堰流量（L/s）；进水流量（L/s）；集水堰总长度（m）；集水堰外侧堰长（m）；集水堰内侧堰长（m）；三角堰数量（个）；三角堰单宽（m）；堰上水头（m）；堰上负荷L/（sm）。设计中取m，水槽距池壁0.5mmmm个L/smL/（sm）根据室外排水设计规范（GB500142006）相关规定：初次沉淀池的出口堰最大负荷不宜大于2.9L/(sm)；二次沉淀池的出水堰最大负荷不宜大于1.7L/(sm)。计算结果1.57小于1.7，符合要求。12.出水管出水管管径取mmm/s13.集配水井的设计计算（1）配水井中心管直径式中 配水井中心管直径（m）；中心管内污水流速（m/s），一般采用m/s；进水流量（m3/s），即四组氧化沟总出水量（污水最大流量（0.788m3/s）与回流污泥量（0.68550%m3/s）之和）。设计中取m/s，m3/sm，设计中取1.55m（2）配水井直径式中 配水井直径（m）；配水井内污水流速（m/s），一般采用0.20.4m/s。设计中取m/sm（3）集水井直径式中 集水井直径（m）；集水井内污水流速（m/s），一般采用0.20.4m/s。设计中取m/sm（4）进水管管径取进入集配水井的管径mm。校核流速：（m/s）0.7（m/s），符合要求。（5）出水管管径由前面结果可知，二次沉淀池的进水管即为集配水井的出水管，其管径mm，m/s。集配水井内设有超越闸门，以便超越。13.排泥装置沉淀池采用周边传动刮吸泥机，周边传动刮吸泥机的线速度为23m/min，刮吸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DN500mm，回流污泥量171.3L/s，流速0.87m/s。6紫外线消毒渠依据加拿大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，其计算草图如图3-7所示。图3-7 紫外线消毒渠示意图1.灯管数 UV4000PLUS 紫外线消毒设备每3800 m3/d需2.5 根灯管，则取根，拟选用10根灯管为一个模块，则模块数N=4个。2.消毒渠设计 根据室外排水设计规范（GB500142006）规定：紫外线照射渠不宜少于2条。按设备要求渠道深度为cm，本设计中采用2条，设渠中水流速度为m/s。 渠道过水断面积m2渠道宽度m 若灯管间距为6cm，灯管宽5cm，沿每条渠道宽度可安装10根灯管，故选取用UV4000PLUS 系统，两个UV 灯组，一个UV 灯组2 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：m复核辐射时间s，介于10100s之间，符合要求。7污泥泵选择根据前面计算，本设计中回流污泥量为342.5L/s=1233m3/h，剩余污泥量为500m3/d=20.83m3/h，根据给水排水设计手册（第11册.常用设备），回流污泥泵选择3台（2用1备）型号为200QW360-6-11的潜污泵，剩余污泥泵选择2台（1用1备）型号为50QW25-10-1.5的潜污泵，其性能参数见表4-1。表4-1 潜污泵型号及相关参数水泵型号流量Q（m3/h）扬程H（m）电动机功率（KW）出口直径（mm）台数300QW720-6-227206223002用1备50QW25-10-1.525101.5501用1备8污泥泵房计算根据室外排水设计规范（GB500142006）规定，污泥泵房