污水處理設(shè)計(jì)計(jì)算
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第三章 污水處理廠工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 第一節(jié) 格柵 。 1.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明 柵條的斷面主要根據(jù)過(guò)柵流速確定,過(guò)柵流速一般為0.6~1.0m/s,槽內(nèi)流速0.5m/s左右。如果流速過(guò)大,不僅過(guò)柵水頭損失增加,還可能將已截留在柵上的柵渣沖過(guò)格柵,如果流速過(guò)小,柵槽內(nèi)將發(fā)生沉淀。此外,在選擇格柵斷面尺寸時(shí),應(yīng)注意設(shè)計(jì)過(guò)流能力只為格柵生產(chǎn)廠商提供的最大過(guò)流能力的80%,以留有余地。格柵柵條間隙擬定為25.00mm。 1.2 設(shè)計(jì)流量: a.日平均流量 Qd=45000m3/d≈1875m3/h=0.52m3/s=520L/s Kz取1.4 b. 最大日流量 Qmax=KzQd=1.41875m3/h=2625m3/h=0.73m3/s 1.3 設(shè)計(jì)參數(shù): 柵條凈間隙為b=25.0mm 柵前流速ν1=0.7m/s 過(guò)柵流速0.6m/s 柵前部分長(zhǎng)度:0.5m 格柵傾角δ=60 單位柵渣量:ω1=0.05m3柵渣/103m3污水 1.4 設(shè)計(jì)計(jì)算: 1.4.1 確定柵前水深 根據(jù)最優(yōu)水力斷面公式計(jì)算得: 所以柵前槽寬約0.66m。柵前水深h≈0.33m 1.4.2 格柵計(jì)算 說(shuō)明: Qmax—最大設(shè)計(jì)流量,m3/s; α—格柵傾角,度(); h—柵前水深,m; ν—污水的過(guò)柵流速,m/s。 柵條間隙數(shù)(n)為 = 柵槽有效寬度() 設(shè)計(jì)采用10圓鋼為柵條,即S=0.01m。 =1.04(m) 通過(guò)格柵的水頭損失h2 h0—計(jì)算水頭損失; g—重力加速度; K—格柵受污物堵塞使水頭損失增大的倍數(shù),一般取3; ξ—阻力系數(shù),其數(shù)值與格柵柵條的斷面幾何形狀有關(guān),對(duì)于圓形斷面, 所以:柵后槽總高度H H=h+h1+h2=0.33+0.3+0.025=0.655(m) (h1—柵前渠超高,一般取0.3m) 柵槽總長(zhǎng)度L =0.3+0.33=0.63 L1—進(jìn)水渠長(zhǎng),m; L2—柵槽與出水渠連接處漸窄部分長(zhǎng)度,m; B1—進(jìn)水渠寬,; α1—進(jìn)水漸寬部分的展開角,一般取20。 圖一 格柵簡(jiǎn)圖 1.4.3 柵渣量計(jì)算 對(duì)于柵條間距b=25.0mm的中格柵,對(duì)于城市污水,每單位體積污水爛截污物為W1=0.05m3/103m3,每日柵渣量為 =0.4m3/d 攔截污物量大于0.3m3/d,宜采用機(jī)械清渣。 二、沉砂池 采用平流式沉砂池 1. 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)流量:Q=301L/s(按2010年算,設(shè)計(jì)1組,分為2格) 設(shè)計(jì)流速:v=0.25m/s 水力停留時(shí)間:t=30s 2. 設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)沉砂池長(zhǎng)度: L=vt=0.2530=7.5m (2)水流斷面積: A=Q/v=0.301/0.25=1.204m2 (3)池總寬度: 設(shè)計(jì)n=2格,每格寬取b=1.2m>0.6m,池總寬B=2b=2.4m (4)有效水深: h2=A/B=1.204/2.4=0.5m (介于0.25~1m之間) (5)貯泥區(qū)所需容積:設(shè)計(jì)T=2d,即考慮排泥間隔天數(shù)為2天,則每個(gè)沉砂斗容積 (每格沉砂池設(shè)兩個(gè)沉砂斗,兩格共有四個(gè)沉砂斗) 其中X1:城市污水沉砂量3m3/105m3, K:污水流量總變化系數(shù)1.5 (6)沉砂斗各部分尺寸及容積: 設(shè)計(jì)斗底寬a1=0.5m,斗壁與水平面的傾角為60,斗高h(yuǎn)d=0.5m, 則沉砂斗上口寬: 沉砂斗容積: (略大于V1=0.26m3,符合要求) (7)沉砂池高度:采用重力排砂,設(shè)計(jì)池底坡度為0.06,坡向沉砂斗長(zhǎng)度為 則沉泥區(qū)高度為 h3=hd+0.06L2 =0.5+0.062.65=0.659m 池總高度H :設(shè)超高h(yuǎn)1=0.3m, H=h1+h2+h3=0.3+0.5+0.66=1.46m (8)進(jìn)水漸寬部分長(zhǎng)度: (9)出水漸窄部分長(zhǎng)度: L3=L1=1.43m (10)校核最小流量時(shí)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 則vmin=Q平均日/A=0.2007/1.204=0.17>0.15m/s,符合要求 (11)計(jì)算草圖如下: 第三節(jié) 沉淀池 3.1 采用中心進(jìn)水輻流式沉淀池: 圖四 沉淀池簡(jiǎn)圖 3.2 設(shè)計(jì)參數(shù): 沉淀池個(gè)數(shù)n=2;水力表面負(fù)荷q’=1m3/(m2h);出水堰負(fù)荷1.7L/sm(146.88m3/md);沉淀時(shí)間T=2h;污泥斗下半徑r2=1m,上半徑r1=2m;剩余污泥含水率P1=99.2% 3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算: 3.2.1.1 池表面積 3.2.1.2 單池面積 (取530) 3.2.1.3 池直徑 (取530m) 3.2.1.4 沉淀部分有效水深(h2) 混合液在分離區(qū)泥水分離,該區(qū)存在絮凝和沉淀兩個(gè)過(guò)程,分離區(qū)的沉淀過(guò)程會(huì)受進(jìn)水的紊流影響,取 3.2.1.5 沉淀池部分有效容積 3.2.1.6 沉淀池坡底落差 (取池底坡度i=0.05) 3.2.1.7 沉淀池周邊(有效)水深 3.2.1.8 污泥斗容積 池底可儲(chǔ)存污泥的體積為: 3.2.1.9 沉淀池總高度 H=0.47+4+1.73=6.2m 3.3 進(jìn)水系統(tǒng)計(jì)算 3.3.1 單池設(shè)計(jì)流量521m3/h(0.145m3/s) 進(jìn)水管設(shè)計(jì)流量:0.145(1+R)=0.1451.5=0.218m3/s 管徑D1=500mm, 3.3.2 進(jìn)水豎井 進(jìn)水井徑采用1.2m, 出水口尺寸0.301.2m2,共6個(gè)沿井壁均勻分布 出水口流速 3.3.3 紊流筒計(jì)算 圖六 進(jìn)水豎井示意圖 筒中流速 紊流筒過(guò)流面積 紊流筒直徑 3.4 出水部分設(shè)計(jì) 3.4.1 環(huán)形集水槽內(nèi)流量=0.145 m3/s 3.4.2 環(huán)形集水槽設(shè)計(jì) 采用單側(cè)集水環(huán)形集水槽計(jì)算。 設(shè)槽中流速v=0.5m/s 設(shè)計(jì)環(huán)形槽內(nèi)水深為0.4m,集水槽總高度為0.4+0.4(超高)=0.8m,采用90三角堰。 3.4.3 出水溢流堰的設(shè)計(jì)(采用出水三角堰90) 3.4.3.1 堰上水頭(即三角口底部至上游水面的高度) H1=0.04m 3.4.3.2每個(gè)三角堰的流量q1 3.4.3.3三角堰個(gè)數(shù)n1 3.4.3.4三角堰中心距 圖七 溢流堰簡(jiǎn)圖 六、氧化溝 1.設(shè)計(jì)參數(shù) 擬用卡羅塞(Carrousel)氧化溝,去除BOD5與COD之外,還具備硝化和一定的脫氮除磷作用,使出水NH3-N低于排放標(biāo)準(zhǔn)。氧化溝按2010年設(shè)計(jì)分2座,按最大日平均時(shí)流量設(shè)計(jì),每座氧化溝設(shè)計(jì)流量為 Q1′==10000m3/d=115.8L/s。 總污泥齡:20d MLSS=3600mg/L,MLVSS/MLSS=0.75 則MLSS=2700 曝氣池:DO=2mg/L NOD=4.6mgO2/mgNH3-N氧化,可利用氧2.6mgO2/NO3—N還原 α=0.9 β=0.98 其他參數(shù):a=0.6kgVSS/kgBOD5 b=0.07d-1 脫氮速率:qdn=0.0312kgNO3-N/kgMLVSSd K1=0.23d-1 Ko2=1.3mg/L 剩余堿度100mg/L(保持PH≥7.2): 所需堿度7.1mg堿度/mgNH3-N氧化;產(chǎn)生堿度3.0mg堿度/mgNO3-N還原 硝化安全系數(shù):2.5 脫硝溫度修正系數(shù):1.08 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)堿度平衡計(jì)算: 1)設(shè)計(jì)的出水為20 mg/L,則出水中溶解性=20-0.7201.42(1-e-0.235)=6.4 mg/L 2)采用污泥齡20d,則日產(chǎn)泥量為: kg/d 設(shè)其中有12.4%為氮,近似等于TKN中用于合成部分為: 0.124550.8=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 需用于還原的NO3-N =25.17-11=14.17 mg/L 3)堿度平衡計(jì)算 已知產(chǎn)生0.1mg/L堿度 /除去1mg BOD5,且設(shè)進(jìn)水中堿度為250mg/L,剩余堿度=250-7.125.17+3.014.17+0.1(190-6.4)=132.16 mg/L 計(jì)算所得剩余堿度以CaCO3計(jì),此值可使PH≥7.2 mg/L (2)硝化區(qū)容積計(jì)算: 硝化速率為 =0.204 d-1 故泥齡:d 采用安全系數(shù)為2.5,故設(shè)計(jì)污泥齡為:2.54.9=12.5d 原假定污泥齡為20d,則硝化速率為: d-1 單位基質(zhì)利用率: kg/kgMLVSS.d MLVSS=fMLSS=0.753600=2700 mg/L 所需的MLVSS總量= 硝化容積:m3 水力停留時(shí)間:h (3)反硝化區(qū)容積: 12℃時(shí),反硝化速率為: =0.017kgNO3-N/kgMLVSS.d 還原NO3-N的總量=kg/d 脫氮所需MLVSS=kg 脫氮所需池容: m3 水力停留時(shí)間:h (4)氧化溝的總?cè)莘e: 總水力停留時(shí)間: h 總?cè)莘e: m3 (5)氧化溝的尺寸: 氧化溝采用4廊道式卡魯塞爾氧化溝,取池深3.5m,寬7m,則氧化溝總長(zhǎng):。其中好氧段長(zhǎng)度為,缺氧段長(zhǎng)度為。 彎道處長(zhǎng)度: 則單個(gè)直道長(zhǎng): (取59m) 故氧化溝總池長(zhǎng)=59+7+14=80m,總池寬=74=28m(未計(jì)池壁厚)。 校核實(shí)際污泥負(fù)荷 (6)需氧量計(jì)算: 采用如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算: 其中:第一項(xiàng)為合成污泥需氧量,第二項(xiàng)為活性污泥內(nèi)源呼吸需氧量,第三項(xiàng)為硝化污泥需氧量,第四項(xiàng)為反硝化污泥需氧量。 經(jīng)驗(yàn)系數(shù):A=0.5 B=0.1 需要硝化的氧量: Nr=25.171000010-3=251.7kg/d R=0.510000(0.19-0.0064)+0.14071.92.7 +4.6251.7-2.6141.7 =2806.81kg/d=116.95kg/h 取T=30℃,查表得α=0.8,β=0.9,氧的飽和度=7.63 mg/L,=9.17 mg/L 采用表面機(jī)械曝氣時(shí),20℃時(shí)脫氧清水的充氧量為: 查手冊(cè),選用DY325型倒傘型葉輪表面曝氣機(jī),直徑Ф=3.5m,電機(jī)功率N=55kW,單臺(tái)每小時(shí)最大充氧能力為125kgO2/h,每座氧化溝所需數(shù)量為n,則 取n=2臺(tái) (7)回流污泥量: 可由公式求得。 式中:X=MLSS=3.6g/L,回流污泥濃度取10g/L。則: (50%~100%,實(shí)際取60%) 考慮到回流至厭氧池的污泥為11%,則回流到氧化溝的污泥總量為49%Q。 (8)剩余污泥量: 如由池底排除,二沉池排泥濃度為10g/L,則每個(gè)氧化溝產(chǎn)泥量為: (9)氧化溝計(jì)算草草圖如下: 七、二沉池 該沉淀池采用中心進(jìn)水,周邊出水的幅流式沉淀池,采用刮泥機(jī)。 1.設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)進(jìn)水量:Q=10000 m3/d (每組) 表面負(fù)荷:qb范圍為1.0—1.5 m3/ m2.h ,取q=1.0 m3/ m2.h 固體負(fù)荷:qs =140 kg/ m2.d 水力停留時(shí)間(沉淀時(shí)間):T=2.5 h 堰負(fù)荷:取值范圍為1.5—2.9L/s.m,取2.0 L/(s.m) 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)沉淀池面積: 按表面負(fù)荷算:m2 (2)沉淀池直徑: 有效水深為 h=qbT=1.02.5=2.5m<4m (介于6~12) (3)貯泥斗容積: 為了防止磷在池中發(fā)生厭氧釋放,故貯泥時(shí)間采用Tw=2h,二沉池污泥區(qū)所需存泥容積: 則污泥區(qū)高度為 (4)二沉池總高度: 取二沉池緩沖層高度h3=0.4m,超高為h4=0.3m 則池邊總高度為 h=h1+h2+h3+h4=2.5+1.7+0.4+0.3=4.9m 設(shè)池底度為i=0.05,則池底坡度降為 則池中心總深度為 H=h+h5=4.9+0.53=5.43m (5)校核堰負(fù)荷: 徑深比 堰負(fù)荷 以上各項(xiàng)均符合要求 (6)輻流式二沉池計(jì)算草圖如下: 八、接觸消毒池與加氯間 采用隔板式接觸反應(yīng)池 1.設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)流量:Q′=20000m3/d=231.5 L/s(設(shè)一座) 水力停留時(shí)間:T=0.5h=30min 設(shè)計(jì)投氯量為:ρ=4.0mg/L 平均水深:h=2.0m 隔板間隔:b=3.5m 2.設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)接觸池容積: V=Q′T=231.510-33060=417 m3 表面積m2 隔板數(shù)采用2個(gè), 則廊道總寬為B=(2+1)3.5=10.5m 取11m 接觸池長(zhǎng)度L= 取20m 長(zhǎng)寬比 實(shí)際消毒池容積為V′=BLh=11202=440m3 池深取2+0.3=2.3m (0.3m為超高) 經(jīng)校核均滿足有效停留時(shí)間的要求 (2)加氯量計(jì)算: 設(shè)計(jì)最大加氯量為ρmax=4.0mg/L,每日投氯量為 ω=ρmaxQ=42000010-3=80kg/d=3.33kg/h 選用貯氯量為120kg的液氯鋼瓶,每日加氯量為3/4瓶,共貯用12瓶,每日加氯機(jī)兩臺(tái),單臺(tái)投氯量為1.5~2.5kg/h。 配置注水泵兩臺(tái),一用一備,要求注水量Q=1—3m3/h,揚(yáng)程不小于10mH2O (3)混合裝置: 在接觸消毒池第一格和第二格起端設(shè)置混合攪拌機(jī)2臺(tái)(立式),混合攪拌機(jī)功率N0 實(shí)際選用JWH—310—1機(jī)械混合攪拌機(jī),漿板深度為1.5m,漿葉直徑為0.31m,漿葉寬度0.9m,功率4.0Kw 解除消毒池設(shè)計(jì)為縱向板流反應(yīng)池。在第一格每隔3.8m設(shè)縱向垂直折流板,在第二格每隔6.33m設(shè)垂直折流板,第三格不設(shè)- 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