【《某县城区排水工程的三级处理构筑物设计计算过程案例》9100字】

某县城区排水工程的三级处理构筑物设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u8263某县城区排水工程的三级处理构筑物设计计算过程案例 1272591.1化学沉淀的设计 249811.1.1药剂的选择 2216801.1.2药剂投加量估算 291451.1.3混凝剂的投加方式 3268541.1.4药剂溶解池和溶液池的设计及计算 38221.1.5搅拌设备及加药设备的选型 4134881.1.6药剂仓库的计算 495191.2混合设备 5292751.2.1混合设备的选型 5262491.2.2混合池尺寸计算 640591.2.3搅拌设备的计算 8305941.3絮凝池的设计计算 9302461.3.1絮凝池选型 9307551.3.2絮凝池的设计计算 9236501.4沉淀池的设计计算 1313291.4.1沉淀池选型 1334771.4.2辐流沉淀池的设计计算 1486121.4.3辐流沉淀池的设备选型 19319241.5滤池的设计计算 1922961.1.1滤池的选型 1987721.1.2V型滤池的计算 2063461.1.3V型滤池的设备选型 33143131.6污水消毒 34134761.6.1消毒方式的选择 34188451.6.2消毒接触池的设计计算 34237811.6.3加氯间的设计 3644491.7计量堰 37148851.7.1计量堰的选择 37311361.7.2计量堰的设计计算 371.1化学沉淀的设计1.1.1药剂的选择在药剂选用的时候，常用药剂为石灰、铁盐以及铝盐。石灰的优点有：价格实惠，在市场中购买比较方便，而且在除磷的同时还能减低污水的硬度。缺点是：它没有凝聚作用，还需要另外投加絮凝剂。铁盐的优点是：具有除磷效果和凝聚作用。缺点是可能会增大水中的色度。铝盐优点是它不会增加水的色度。缺点是除磷效果和凝聚作用不如铁盐。本设计选用铝盐PAC絮凝剂，适应性强，PH适合，腐蚀性也小，普遍在适用，操作也挺简单。1.1.2药剂投加量估算一、二级处理SS按照最不利条件考虑去除，一级处理40%，二级处理去除70%，SS(X2)的出水为264×(1-40%)(1-70%)=47.65mg/L，TP（P2）为6.35×(1-50%)=3.18mg/L。三级处理后SS（X3）为10mg/L，TP（P3）为0.5mg/L。预计SS中含磷量(kp)约为5%。二级处理出水中悬浮态磷：Px2=X2kp=47.65×0.05=2.38（mg/L）二级处理出水中溶解磷含量：Ps2=P2-Px2=3.18-2.38=0.80（mg/L）三级处理出水中悬浮态磷：Px3=X3kp=10×0.05=0.50（mg/L）三级处理出水中溶解性磷含量：Ps3=P3-Px3=0.50-0.50=0.00（mg/L）PAC密度1.15g/cm3，Al2O3的含量28%，盐基度40%-90%。Al2O3的相对分子质量为102，据此计算,PAC中铝的含量=（54/102）×28%=14.8%。投加量可按2mol/molP计算。相对分子质量P为31，Al为27，折算成质量比为1.74PAC与去除溶解性磷的比例：KPAC=1.74/0.148=11.76(mg/mgP)PAC的投加量：q=KPAC（P3-PS3）=11.76×（0.80-0.00）=9.41（mg/L）1.1.3混凝剂的投加方式混凝剂的投加有湿投法和固体直接投加两种方式，湿投法是将固体溶解后投加，固体投加是直接向污水中投加混凝剂。根据我国污水处理厂设计经验，常采用湿投法。本设计采用常用的投加方式湿投法。1.1.4药剂溶解池和溶液池的设计及计算溶解池和溶液池进水按照近期高日高时水量设计，流量为Qv=35000m³/d=1458m³/h。溶液池容积W1,m3W式中：a—聚合氯化铝的最大投加量，mg/L，本设计为9.41mg/L;Q—设计处理的水量，m3/h，1458m3/h；B—溶液浓度，一般采用5%-20%，本设计取10%；n—每日调制次数，本设计取2次。W在这个设计中溶液池建造两座，用混泥土浇盖，单池尺寸为L×B×H=1.2×1.2×1.5池旁设宽为1.0m的工作台，底部设置一根100mm的放空管。采用一条DN60mm给水管。（2）溶解池容积W2，mW式中：W2—溶解池容积,m3W溶解池放两座池子，其中每一个池子的大小为：L×B×H=1.0×1.0×1.0，底部沉渣高度0.2m，超高溶解池的放水时间采用t＝10min，则放水流量：qq流速v管为25mm，溶解池的形状采用矩形钢筋水泥浇筑。1.1.5搅拌设备及加药设备的选型溶解池搅拌设备溶解池搅拌设备采用YJⅡ-80型防腐搅拌机，搅拌功率0.37KW。选用3台，2用1备。投加方式本设计计量泵和流量计配合投加使用。计量泵每小时投加药量:q式中：W1—溶液池容积，m3耐酸泵的型号为25FYS-20，2用1备共三台。q本设计采用RP070液压隔膜计量泵，0-100%连续可调，最大流量68L/h，功率44W。并且采用2用1备。1.1.6药剂仓库的计算设计中药剂按照近期计算，仓库按照远期计算施工。近期：eq\o\ac(○,1)聚合氯化铝袋数N，袋N=式中：a—投药量，9.41mg/L;t—药剂储存期，d，取每30d补给一次；W—每袋药剂质量，kg。N=eq\o\ac(○,2)有效堆放面积A，m2A式中：H—药剂堆放高度，m，取1.5m；V—每袋药剂体积，m3，取0.022m3；e—堆放空隙率，袋堆时e=0.2。A=远期：eq\o\ac(○,1)聚合氯化铝袋数N，袋N式中：Q远—远期水量，42000m³/d=1750m³/h。a—投药量，9.41mg/L;t—药剂储存期，d，取每30d补给一次；W—每袋药剂质量，kg。Neq\o\ac(○,2)有效堆放面积A，m2A式中：H—药剂堆放高度，m，取1.5m；V—每袋药剂体积，m3，取0.022m3；e—堆放空隙率，袋堆时e=0.2。A1.2混合设备1.2.1混合设备的选型混合设备的类型优缺点见表1.1。表1.1混合设备的比较综合各类混合类型，本设计采用机械混合方式来混合。1.2.2混合池尺寸计算混合池设计水量按照近期高日高时设计水量来计算，Q=35000m3/d=1458m3/h。图5-1机械混合池示意图混合池容积WW=式中：Q—设计水量，m3/h，取1458n—池体个数，取2个；t—混合时间，min，取60s=1min。W混合池高度H混合池形状平面在设计中设计为正方形的形状，正方形的边长B=2.8m，则有效水深H'H'H'超高取∆HHH1.2.3搅拌设备的计算桨板尺寸桨板外缘直径D0，与池壁相距0.3m，D0桨板宽度b，取0.1-0.25，为0.2m。桨板长度L，取0.5m。桨板外缘至垂直中心轴的距离R，D0/2=1.1m。桨板内缘至垂直中心轴的距离r，R-L=0.6m。垂直轴上装设两叶轮对应各为一对桨板，一共设4个桨板。垂直轴转速nn式中：v—桨板外缘转速一般采用1.5-3m/s，取3m/s。n桨板旋转角速度ω，rad/sω=ω轴功率NN式中：N0—轴功率(KW);C—阻力系数，0.2-0.5，取0.3m；Z—浆板数，Z=4；ρ—水的密度，1000kg/m3；g—重力加速度，9.8m/s2。N所需轴功率NN式中：μ—水的动力粘度，Pa·s，12℃取1.236×10-4Pa·s；G—速度梯度，s-1，取300s-1。N电动机功率NN式中：N—电动机功率，KW；ΣηN1.3絮凝池的设计计算1.3.1絮凝池选型絮凝池的目的是使固液分离。各种絮凝池的特点及适用条件表见下表1.2。表1.2各絮凝类型特点比较根据各絮凝池比较，本设计选用效果好，时间短的机械絮凝池。1.3.2絮凝池的设计计算池体尺寸，计算简图见下图5-2。图5-2水平轴式等径叶轮机械絮凝池每池容积WW式中：Q—设计水量，m3/h，Q取近期高日高时流量Q近=35000m³/d=1458m³/h；n—池数，取n=2个；t—絮凝时间，min，絮凝时间宜为15-20min，取20min。CASS池出水后浊度已经非常低，所以本设计取25min。W池长LL式中：α—系数，1.0-1.5，取1.2；Z—搅拌器的排数，取Z=3；H—池内平均水深，一般为3-4m，取3。L=池宽BBB池高H`取超高0.3m。H搅拌设备叶轮的桨板直径D△H为叶轮边缘与水面及池底间的净空，本设计取0.15m。DD叶轮浆板尺寸：桨板长度取2.0m，浆板宽度取板厂115取b=0.20m。水平轴叶轮的桨板数一般为4-6块，取y=4块。总面积与过水断面积之比要小于25%16小于25%，符合要求。搅拌器转速nn式中：v—叶轮桨板边缘的线速度，m/s。中心处的线速度，第一档宜为0.4~0.5m/s，末档0.2m/s，各档的速度应逐少。本絮凝池设计采用：三排叶轮流速分别为v1=0.4m/s,v2=0.3m/s,第一排搅拌器转速:n第二排搅拌器转速:n第三排搅拌器转速:n角速度ω0ωωω所消耗的功率式中：y—叶轮上桨板数目，个，本设计取4个；r2—叶轮桨外缘半径，m，本设计为1.40m；r1k—系数k=φρρ—水的密度，1000kg/m3；φ—阻力系数，本设计取1.1.各排轴上每个叶轮的功率分别为：第一排：N1第二排：N第三排：N转动每个搅拌轴所需电动机功率NN式中：n—每个搅拌轴上的叶轮数，个；η1η2第一排：N第二排：N第三排N校核GT值P=G式中：P—单位时间单位体积所消耗的功，kw/m3；μ—水的绝对粘度，kg·s/m2，水温T=12℃，μ=1.236×10-4kg·s/m2。PG校核：GT=67.18×20×60=80616，在104~1051.4沉淀池的设计计算1.4.1沉淀池选型常见沉淀池其优缺点比较见表1.2。表1.2沉淀池特点及其使用条件本设计采用辐流式沉淀池。1.4.2辐流沉淀池的设计计算设计中并联两组沉淀池，远期预留一组，每组设计流量Q=Qs2=0.203m图4-4辐流式沉淀池计算图沉淀部分有效面积FF式中：F—沉淀部分有效面积，m2；Q—设计流量，取Q=Qs2=0.203mq—表面负荷，m3/（h·m2），一般为采用0.5—1.5m3/（h·m2），本设计取中间值1.0m3/（h·m2）。F沉淀池直径DD式中：D—沉淀池直径，m。D取31m，大于20m则该设计采用周边传动刮泥机。校核堰口负荷qq'q校核固体负荷GG=86400(1+式中：R—污泥回流比（%），本设计取60%；X—悬浮物固体浓度(mg/L)，取3000mg/L。G=沉淀池有效水深hh式中：h2t—沉淀时间，h，一般取1.5-3h，取2.5h。h径深比D在6-12范围之内，符合要求。污泥部分所需的容积V排泥区贮泥时间2小时。V=式中：Xr—底污泥浓度，mg/L，本设计取取8000mg/L；Q—平均日污水流量，m3/d；T—贮泥时间，h。V污泥区高度污泥斗高度设泥斗底部直径为1.5m，倾角60°，上部直径为3.0m。池底的径向坡度为0.05。h式中：D1—污泥斗上部直径，m；D2—污泥斗底部直径，m。hVV圆锥体高度hVhV竖直段污泥部分高度沉淀斗总容积Vh4h污泥区总高度hhh4沉淀池总高度HH式中：h1h3H中心进水导流筒及稳流筒中心进水导流筒v式中：v0—进水管流速，m/s；D0—进水管直径，mm，取600mm。vD式中：v1—中心进水导流筒内流速,m/s，取0.6m/s；D3—导流筒直径，m。D中心进水导流筒设置4个出水孔，出水尺寸B×H=0.5m×1.0m.v2式中：v2—出水孔流速，m2/s。v稳流筒稳流筒下降流速取0.02m/s。稳流筒内水流面积f，mf=f=稳流筒直径DDD验算沉淀池表面负荷有效面积AAA实际表面负荷qqq符合设计要求。验算沉淀池固体负荷G'G出水槽计算每侧流量Q=0.203/2=0.102m3/s,设集水槽宽B=0.5m槽内终点水深h2h槽内起点水深hhk式中：hk—槽内临界水深（m）；α—系数，本设计取1。hh取自由跌落0.10m，集水槽高度：0.1+0.54=0.64m，断面尺寸为0.6m×0.6m。总集水槽宽1.0m。出水堰计算qnLh=0.7q式中：q—三角堰单堰流量,L/s；Q—进水流量,L/s；L—集水堰总长度,m；L1—集水堰外侧堰长,m；L2—集水堰内侧堰长,m；n—三角堰数量,个；b—三角堰单宽,m；本设计取0.1m,h—堰上水头,m；q0—堰上负荷,L/（s▪m）。设计取水槽距池壁0.5mLLLnqhq沉淀池出水堰上负荷符合设计要求。出水管两座沉淀池各自独立一条出水管道，DN600v1.4.3辐流沉淀池的设备选型排泥装置沉淀池的直径31m，大于20m，则该辐流式沉淀池采用型号为SSG30型的刮吸泥机两台。1.5滤池的设计计算1.1.1滤池的选型滤池的种类及优缺点见表1.3。 表1.3滤池种类及特点比较选用后采用V型滤池。1.1.2V型滤池的计算设计参数参考《室外排水设计规范》（GB50014-2006）滤池的滤速可采用4m/h-10m/h，工作周期为12h-24h。本设计取滤速v=8m/h，冲洗周期T=24h，冲洗时间15min气源由鼓风机提供，冲洗水由水泵提供。计算简图见图4-8 图5-4（a）平面图图5-4（b）A-A抛面图图5-4（c）B-B抛面图滤池工作时间TTT滤池面积FF=式中：Q—设计水量，m3F滤池分格f式中：f—单格滤池面积，m2N—每座滤池得分格数，本设计采用双床V型滤池，查表4.4取2个。 表1.4V型滤池个数总过滤面积(m2)小于8080-150150-250250-350350-500500-800滤池个数22-344-55-65-8f单格滤池实际面积ff'f'每座滤池的面积F滤速的修正vv强制滤速

vv滤池高度的确定滤池超高H5为0.3m，滤板厚度H2为0.13m，滤层厚度H3为1.0m，滤层上水深H4为1.3m，滤板下清水区的高度H1确定为0.9m，则滤池总高度：HH=0.9+0.13+1.0+1.3+0.3水封井的设计清洁滤料层水头损失：∆式中：∆H清—过滤料层时的水头损失，cm；ν—水的运动粘滞系数，12℃时为0.0122cm2m0d0l0—滤层厚度，lv—滤速，cm/s，v=8.96m/h=0.249cm/s；φ—滤料颗粒球形系数，取0.8。∆每次反冲洗之后刚开始过滤水头损失为∆设水封井平面尺寸为3m×3mHH每座滤池过滤流量：QQ所以水封井出水堰堰上水头hh反冲洗后过滤时，滤池液面比滤料层高出0.078+0.520=0.598m，水封井出水自由跌落0.1m。反冲洗管渠系统进水流量QQ反冲洗时，同时进行表面扫洗，其流量QQ反冲洗用水量QQ反冲洗配水系统反冲洗供水管管径DN350mm,其流速为vv反冲洗水通过配水方孔的流速v水支AA沿渠长方向布置40个配水方孔，孔中心间距0.44m，每个孔口的面积为0.003m2。每孔大小取0.060×0.060m，A小孔取0.0036㎡，最大过孔流速v反冲洗用气量Q反气最大气洗强度，q气QQ配水系统断面计算反冲洗供气管250mm，管内空气流速vvv水干v配气支管的截面积AA每个布水小孔面积为A气孔=0.0018㎡,孔口直径d气孔=47.87mm,每孔配气量反冲洗水量QQ此时v水干取1.5m/s，v气干AA滤池管渠反冲洗管渠a.气水分配渠。气水分配渠末端宽取0.4m，起段宽取0.4m，高取1m高取1.5m。起段面积0.6㎡，末端面积0.4㎡。气水分配渠末端所需最小截面积0.25/40=0.00625㎡<末端截面积0.4㎡，满足要求。b.排水集水槽。排集水槽顶高出0.5m，气水分配渠起段高1.5m，则排水集水槽起段槽水深H起H气水分配槽末端高度1.0m，则排水集水槽末段槽水深HH集水槽底坡ii排水集水槽排水的能力校核。超高0.3m，宽0.5m。槽内水深hh集水槽湿周λλ水流断面AA水力半径R=R混凝土渠道粗糙系数查资料为n=0.013，渠内的水流速度vv过流能力QQ进水管渠a.进水总渠。进水总渠流速v进总AA进水总渠宽取0.5m,高为0.5，水深取0.48m，超高为0.3m。b.单格强制滤速进水量QQ则孔口总面积A式中：h—孔口两侧水位差，本设计取0.05mA中间孔面积按表面扫洗水量设计AA中间孔宽度B中孔和高度H两个侧孔面积AA侧孔宽B侧孔和高Hc.进水堰。进水堰与总渠平行设置，堰宽b取5m，相距侧壁了0.5m，堰上水头HHd.配水渠。水流由中间向两侧分流，每侧流量为Q强/2，渠长L配渠为单格滤池宽度，为3m，滤池配水渠b配渠vve.校核过水能力。水力半径RR配水渠的水力坡降i配渠=i渠内水面降落量∆∆配水渠最高水位h符合要求V型槽的设计V型滤槽底设置表面扫洗出水口，每槽共计80个，直径dv孔=0.025m，则单侧V型槽出水孔面积。AAV型槽水高滤池反冲洗液面为：hh集水槽长b=8.0m，反冲洗时堰上水头hhV型水槽垂直高度0.8m，倾角45°，反冲洗时高出滤池内液面的高度为:0.8-0.15-0.8-0.15-高出槽内液面高度0.8-0.15-0.8-0.15-过滤时V型滤池槽内水深h式中：h滤Q滤—进入V型滤池的流量，0.12mv滤h冲洗水泵扬程反冲洗总管的沿程水头损失.∆∆冲洗管配件及局部阻力系数见下表1.5∆表1.5冲洗管道局部阻力系数表配件名称数量(个)局部阻力系数配件名称数量(个)局部阻力系数90°弯头66×0.6=3.6等径三通22×1.5=3DN350闸阀33×0.07=0.21合计ξ=6.75∆管路水头损失∆∆滤池配水系统的水头损失∆气水分配干渠额水头损失∆气水分配渠内水面高hh其水力半径为：RR其水力坡降为：ii渠内水头损失∆∆气水分配干渠底部的配水方孔∆由反冲洗配水系统的断面计算部分内容可知，配水方孔实际总面积A∆∆反冲洗水进过滤头时的水头损失∆根据经验资料可得，∆h气水同时通过滤头时增加的水头损失∆气水同时反冲洗时气水比1.36，配气系统的总面积与过滤总面积之比为1.25%，则水流速度vv通过滤头时增加的水头损失为：∆∆滤池配水系统的水头损失 ∆∆滤料层水头损失∆h石英砂滤料容重γ1为2.65t/m³，水的容重γ为1t/m³，滤料层膨胀前的厚度为H3为1.0m，滤料层膨胀前洗孔隙率m∆h ∆富裕水头∆hH泵H水泵流量按Q反水反洗空气的补给长柄滤头的气压损失∆P滤头。Q反气=0.724m³/s。长柄滤头49个/㎡，每个滤池共计安装滤头数每个滤头的通气量qq气水分配渠配气小孔的气压损失∆P气孔。配气孔直径AA反冲洗时气体通过配气小孔额流速vv流量系数μ取0.6，压力损失为∆∆配气管道的总压力损失∆配气管道的沿程压力损失∆反冲洗管空气管长度L取60m，空气内流速v气干为14.67m/s，管径d气干=0.25m配气管道沿程压力损失为：∆配气管道的局部压力损失∆P表1.6配齐管道阻力系数配件名称数量(个)长度换算系数配件名称数量(个)长度换算系数90°弯头50.7×5=3.5等径三通21.33×2=2.66闸阀30.25×3=0.75总计6.91ll局部压力损失∆配气管道总压力损失∆气水冲洗室中的冲洗水压P水压冲洗室水压为排水槽堰上水头0.05m加排水槽到滤板高度1.5m加滤层水头损失∆h3加滤板的厚度0.15m加滤头损失（∆PP空气管入口压力PPP1.1.3V型滤池的设备选型水泵流量为Q反水本设计采用350HL-25混流泵两台，所需电动机功率73.5KW，流量Q=250L/s，扬程14.7m，转速1480r/min，轴功率61KW，效率83%。1用1备。气泵流量为Q反气=0.72m³/s=43.20m³/min，入口压力P入口=38.607KPa。采用RE-200R系列标准型罗茨鼓风机两台，所需轴功率42KW，电动机功率55KW，入口压力39.2KPa，出口流量44.8m³/min，转速970r/min。1用1备。1.6污水消毒1.6.1消毒方式的选择污水在之前的构筑物后，水质改善了许多，但是还是会有一些细菌，也会存在一些的病原菌，所以要进行消毒处理措施。其各消毒方法比较见下表1.7。表1.7各消毒方法比较本设计消毒剂采用液氯，采用平流式消毒接触池作为消毒工艺。1.6.2消毒接触池的设计计算消毒接触池的设计参数加氯量一般为5～10mg/L，本设计加氯量q0仓库储量一般按30d计算。设置两个3廊道平流消毒接触池，接触时间t采用30min。单池设计流量Q=0.21平流式消毒接触池见下图5-5。图5-5平流式消毒接触池加氯量的计算q式中：q—每日加氯量，kg/d；n—平流接触消毒池个数，本设计取2个。