造纸废水一级物化处理加药量与沉淀效率设计计算书

造纸废水一级物化处理加药量与沉淀效率设计计算书——混凝沉淀工艺专项计算工程编号HJ-WW-2026-SJ-007设计阶段初步设计文件类型专项计算书编制审核批准日期2026年10月

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1设计概述 设计概述1.1设计任务与工程背景本计算书针对某制浆造纸企业废水处理站一级物化处理单元开展专项工艺计算。该企业以废纸为主要原料生产瓦楞原纸，废水中含有较高浓度的悬浮纤维、填料、胶体物及溶解性有机物。一级物化处理单元作为后续生化处理的前置工序，承担去除绝大部分悬浮固体（SS）、部分COD及色度的任务，其加药合理性与沉淀效率直接决定整个废水处理系统的运行稳定性与运行成本。本工程拟采用“机械混合池—隔板絮凝反应池—斜管沉淀池”的典型混凝沉淀工艺路线，配套药剂制备与投加系统。本计算书对药剂投加量、混合反应动力学参数、沉淀池尺寸与沉淀效率进行系统核算，并对多工况进行安全校核。1.2设计水量根据企业水平衡测试及环评批复，本工程一级物化处理单元设计水量取值如下：表1-1设计水量参数表序号项目符号单位数值备注1平均日设计水量Qm³/d5000按环评批复取值2平均时设计水量Qm³/h208.3Q/243平均秒设计水量Qm³/s0.0579Q/864004总变化系数Kz—1.50按GB50014-2021取值5最高日最高时水量Qmaxm³/h312.5Q×Kz1.3设计进水水质与出水目标依据企业近一年排水监测数据及同类废纸造纸废水水质特征，确定本单元设计进水水质与经一级物化处理后的出水目标如下表。表1-2设计进、出水水质表序号水质指标单位设计进水一级物化出水目标去除率要求1悬浮固体SSmg/L600≤150≥75%2化学需氧量CODmg/L1800≤1100≥38%3色度倍300≤120≥60%4pH值—8.0～9.06.5～8.5—5水温℃15～35——1.4设计范围本计算书计算范围包括：①药剂投加系统（PAC、PAM）的投加量、溶液池与溶解池容积、计量泵选型；②机械混合池与隔板絮凝反应池的尺寸与动力学参数；③斜管沉淀池的沉淀面积、有效水深、污泥区容积与出水堰负荷；④SS、COD、色度去除率核算；⑤高峰流量、固体负荷及低温工况安全校核。

2设计依据与规范引用本设计计算书的编制严格遵循下列现行国家标准、行业标准及技术规范：表2-1主要引用标准与规范一览序号标准编号标准名称发布/修订年份1GB50014-2021室外排水设计标准20212HJ2011-2012制浆造纸废水治理工程技术规范20123HJ2006-2010污水混凝与絮凝处理工程技术规范20104HJ2302-2018制浆造纸工业污染防治可行技术指南20185GB/T50335-2002污水再生利用工程设计规范20026GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准20027GB50069-2002给水排水工程构筑物结构设计规范20028HJ2025-2012危险废物收集贮存运输技术规范2012

3药剂投加系统设计计算3.1混凝剂与助凝剂种类选择依据HJ2011-2012第5.1条及HJ2006-2010第6.1节的推荐，结合本工程废纸造纸废水SS浓度高、胶体微粒表面带负电、pH偏碱性的水质特点，选用聚合氯化铝（PAC）作为主混凝剂，选用阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂。PAC有效成分为Al₂O₃，含量28%（工业一级品），适宜pH范围6.0~8.5，投加后水解聚合速度快、絮体形成迅速；PAM分子量1200万，阴离子度30%，用于强化絮体架桥、提高沉降速度。3.2设计投加量确定依据HJ2011-2012第5.1条a款，混凝剂和助凝剂的种类和投加量应通过烧杯搅拌试验（JarTest）确定。本计算书参考同类废纸造纸工程经验取值，并在工程实施阶段以现场烧杯试验结果为准进行复核。设计投加量取值如下：表3-1设计药剂投加量表序号药剂名称符号单位平均投加量最大投加量1聚合氯化铝PAC（商品）a₁mg/L601002聚丙烯酰胺PAMa₂mg/L0.30.8注：PAC投加量以商品固体（含Al₂O₃28%）计；PAM投加量以商品干粉计。3.3药剂年用量计算PAC日用量按下式计算：MPAC式中：M_PAC——PAC日用量，kg/d；a₁——PAC平均投加量，mg/L；Q——设计水量，m³/d。代入数值：M_PAC=60×5000×10⁻³=300kg/d。PAM日用量：MPAM按年运行330天计，PAC年用量为300×330=99.0t/a；PAM年用量为1.5×330=0.495t/a。3.4溶液池容积计算依据HJ2006-2010第6.2节，溶液池容积按下式计算：W2式中：W₂——溶液池容积，m³；a——混凝剂最大投加量，mg/L；Q——处理水量，m³/h；T——溶液池配制一次使用时间，h；c——溶液浓度，%（按商品固体重量计）；n——溶液池个数。取a=100mg/L（最大投加量），Q=208.3m³/h，T=8h，c=10%，n=2：W2考虑1.1~1.2倍富余系数，实际取溶液池2座，单座有效容积5.0m³，总容积10.0m³。PAM溶液浓度取0.3%，另设PAM溶液池2座，单座容积2.0m³。3.5溶解池容积计算溶解池容积按溶液池容积的0.2~0.3倍设计：W1取PAC溶解池1座，有效容积2.5m³，配套机械搅拌装置，搅拌功率按8W/m³计。3.6加药计量泵选型最大投加量条件下PAC药液流量：q=式中：q——药液设计流量，L/h；c——溶液质量分数，10%。表3-2加药计量泵选型表序号用途型号/规格流量压力数量备注1PAC投加机械隔膜计量泵0~300L/h0.6MPa2台1用1备2PAM投加机械隔膜计量泵0~50L/h0.6MPa2台1用1备3稀释水流量计+电磁阀0~500L/h0.3MPa1套与PAM联动

4混合反应池设计计算4.1混合池设计依据HJ2011-2012第5.1条c款及GB50014-2021第7.11.5条，混合区速度梯度G值宜为300~600s⁻¹，混合时间30~120s。本设计取G₁=500s⁻¹，混合时间t₁=30s。混合池有效容积：Vmix采用2座机械混合池，单座有效容积0.9m³，单池尺寸取1.0m×1.0m×1.0m（有效水深0.9m），配套桨式搅拌机，转速n=150r/min。混合池GT值校核：G·GT=1.5×10⁴，处于HJ2006-2010推荐的10⁴~10⁵范围之内，满足快速混合要求。4.2絮凝反应池设计依据HJ2011-2012，反应区G值宜为30~60s⁻¹，反应时间5~20min。本设计取平均G₂=50s⁻¹，反应时间t₂=15min=900s。反应池有效容积：Vfloc采用隔板反应池2座，单座有效容积26.0m³。单池平面尺寸4.0m×3.5m，有效水深3.7m，池总高4.2m。隔板间距按渐缩设计：第一廊道0.6m，末廊道0.3m，水平流速由0.12m/s渐增至0.25m/s。反应池GT值校核：G·GT=4.5×10⁴，处于10⁴~10⁵适宜范围，可保证絮体充分成长而不被打碎。

5斜管沉淀池设计计算5.1沉淀面积与表面负荷依据HJ2011-2012第5.1条c款，分离区表面负荷宜为1.0~1.5m³/(m²·h)。考虑本工程进水SS较高（600mg/L）并预留高峰流量余量，设计取表面负荷q=1.0m³/(m²·h)。沉淀池净沉淀面积：A=式中：A——沉淀区净面积，m²；Q——设计水量，m³/h；q——表面水力负荷，m³/(m²·h)。采用斜管沉淀池2座，单座净面积105m²，单池平面尺寸10.5m×10.0m。斜管填料采用聚乙烯蜂窝斜管，管径Φ80mm，斜管倾角60°，斜管垂直高度1.0m。考虑斜管区与池子结构尺寸的关系，单池总平面尺寸取11.0m×10.5m。5.2有效水深与沉淀时间沉淀池有效水深由斜管区、清水区、配水区三部分组成：表5-1沉淀池有效水深组成表序号分区高度（m）说明1超高0.30防风浪及溢流2清水区0.80斜管顶至上缘出水堰3斜管区1.00Φ80mm蜂窝斜管，60°倾角4配水区1.20斜管底至池底泥面5污泥区1.50储存沉淀污泥6池总高4.80—有效水深（不含污泥区）H=0.8+1.0+1.2=3.0m。沉淀时间校核：t=沉淀时间3.0h，处于HJ2011-2012规定的2.0~3.5h范围内。5.3污泥区容积计算干污泥产量由原水中被去除的悬浮固体与药剂水解产物两部分组成：（1）原水SS去除干泥量：WSS（2）药剂水解增量（PAC按Al(OH)₃计，产泥系数取1.5）：Wchem总干污泥量W=2.25+0.45=2.70t/d。取污泥含水率P=99.2%，湿污泥产量：Wwet污泥区贮泥时间取8h，则单池污泥区有效容积：Vsludge单池污泥区实际容积（11.0×10.5×1.5=173.3m³）远大于计算所需56.3m³，满足8h贮泥要求，并预留了排泥故障检修余量。5.4出水堰负荷校核沉淀池出水采用穿孔集水槽加三角堰板，设计出水堰负荷不得大于1.7L/(s·m)。设计秒流量Q=57.9L/s。L=每池设置4条集水槽，双侧三角堰出水，堰总长每池36m，两池共72m。实际堰负荷=57.9/72=0.80L/(s·m)，远小于1.7L/(s·m)限值，出水均匀稳定。

6沉淀效率与污染物去除率计算6.1SS去除率核算ηSS经一级物化处理后，SS由600mg/L降至150mg/L，去除率75.0%，达到设计目标。6.2COD去除率核算ηCOD一级物化对胶体态和颗粒态COD去除率约35%~45%，本设计取值38.9%，符合工程实际。溶解性COD需依靠后续生化处理进一步去除。6.3色度去除率核算ηcolor混凝沉淀对造纸废水色度（主要由木质素及其衍生物、染料发色基团引起）的去除率一般为50%~70%，本设计取值60.0%，处于合理区间。表6-1一级物化处理效率汇总表序号指标进水(mg/L/倍)出水(mg/L/倍)去除率(%)是否达标1SS60015075.0是2COD1800110038.9是3色度30012060.0是4pH8.0~9.06.5~8.5—是

7安全核验与多工况校核7.1高峰流量工况校核按总变化系数Kz=1.5，最高日最高时水量Qmax=312.5m³/h，校核沉淀池表面负荷：qmax高峰时表面负荷1.49m³/(m²·h)，满足HJ2011-2012规定的1.0~1.5m³/(m²·h)上限要求，安全裕量约1%。建议在实际运行中通过PLC联动加药量与排泥周期，在高峰流量时段适当提高PAC投加量5%~10%。7.2固体表面负荷校核沉淀池固体表面负荷按下式校核：G=固体表面负荷8.93kg/(m²·d)，远低于初沉池固体负荷上限150kg/(m²·d)，亦低于斜管沉淀池常用限值80kg/(m²·d)，污泥沉降性能有充分保障。7.3低温工况校核冬季水温降至15℃时，水的运动粘度增大，絮体沉降速度降低约20%~30%。按沉降速度折减系数0.75校核：qwinter冬季允许表面负荷降至0.75m³/(m²·h)，而本工程设计表面负荷为1.0m³/(m²·h)，在冬季低温工况下接近临界值。建议冬季采取以下措施：①PAC投加量提高至80~100mg/L；②投加PAM助凝剂强化絮体强度；③必要时降低单池负荷运行（两池并联改一用一备，单池负荷降至0.5m³/(m²·h)）。7.4pH适配性核验本工程设计进水pH为8.0~9.0，偏碱性。PAC最佳絮凝pH范围为6.0~8.5，当pH>8.5时，Al(OH)₃胶体可能重新溶解为Al(OH)₄⁻，导致出水铝离子升高、絮体变细。建议在混合池前设置pH在线监测仪，当pH>8.5时联动投加硫酸（或盐酸）回调至7.0~8.0。

8结果分析与工程指导意义8.1计算结果汇总表8-1一级物化处理单元主要设计参数汇总表序号构筑物/设备主要参数计算值设计取值规范限值1机械混合池G值(s⁻¹)/时间(s)500/30500/30300~600/30~1202混合池GT值—1.5×10⁴1.5×10⁴10⁴~10⁵3隔板反应池G值(s⁻¹)/时间(min)50/1550/1530~60/5~204反应池GT值—4.5×10⁴4.5×10⁴10⁴~10⁵5斜管沉淀池表面负荷(m³/(m²·h))1.01.01.0~1.56沉淀池沉淀时间(h)3.03.02.0~3.57沉淀池堰负荷(L/(s·m))0.800.80≤1.78PAC投加量mg/L60(平均)/100(最大)60/100烧杯试验确定9PAM投加量mg/L0.3/0.80.3/0.8烧杯试验确定10污泥含水率%99.299.299.0~99.58.2结果分析（1）加药量合理性：PAC平均投加量60mg/L、最大100mg/L，PAM0.3~0.8mg/L，处于HJ2011-2012及同类废纸造纸工程的常用范围。年药剂费用约99t×2500元/t+0.495t×18000元/t≈25.7万元/a，吨水处理药剂成本约0.155元/m³，经济合理。（2）沉淀效率：设计表面负荷1.0m³/(m²·h)偏保守，高峰时1.49m³/(m²·h)刚好达到HJ2011-2012上限。该取值在保证SS去除率75%的同时，兼顾了用地经济性。若后续实际运行中SS去除率长期高于设计值，可通过提高表面负荷至1.2~1.5m³/(m²·h)来降低土建投资。（3）安全裕量：固体表面负荷、出水堰负荷均有较大安全裕量；低温工况