城市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

Qd=45000m3/d≈1875m3/h=0.52m3/s=520L/s Kz取1.4

b. 最大日流量

Qmax=Kz·Qd=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

B12根据最优水力断面公式Q计算得：

2B12QB20.1530.66m h10.33m 0.72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： Qmax—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

nQmaxsin0.153sin60=30(条)

ehv0.0250.30.6栅槽有效宽度（B）

设计采用ø10圆钢为栅条，即S=0.01m。

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BS(n1)bn0.01(301)0.02530=1.04(m)

通过格栅的水头损失h2 h2Kh0 h022gsin

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，

1.79

0.620.01h231.79sin600.025(m) 0.02529.81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

43sb43BB11.040.660.52m

2*tan12*tan20 L1L20.26m

2L1H1hh1＝0.3+0.33＝0.63

LL1L21.00.5H10.630.520.261.00.52.64m tantan60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°。

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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

WQmaxW1864000.1530.0586400=0.4m3/d Kz10001.641000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

Q1TX11.310423V10.26m3 552K1021.510（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：

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设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高hd=0.5m， 则沉砂斗上口宽：

a2hd20.5a10.51.1m

tan60tan60沉砂斗容积：

Vhd0.52(2a22aa12a1)(21.1221.10.520.52)0.34m3 66 （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

L2L2a7.521.12.65m 22 则沉泥区高度为

h3=hd+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:

L1B2B12.420.941.43m

tan20tan20（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vmin=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：

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进水出水图4 平流式沉砂池计算草图

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(146.88m/m·d)；

3

h3为缓冲层高度，取0.5m；h5为挂泥板高度，取0.5m。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

AQ10421042m2 q'13.2.1.2 单池面积

A1042521m2 （取530m2） n23.2.1.3 池直径 A单池D

4A单池＝4530＝25.98m （取530m） 3.145

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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h23m 3.2.1.5 沉淀池部分有效容积

3.14262Vh231591.98m3

443.2.1.6 沉淀池坡底落差 （取池底坡度i=0.05） D26h4ir10.0520.55m

223.2.1.7 沉淀池周边（有效）水深

D2H0h2h3h530.50.54.0m4.0m (3.2.1.8 污泥斗容积

D266.56,满足规定) H04污泥斗高度h6(r1r2)tg(21)tg6001.73m

V13.141.73(222112)12.7m3

33池底可储存污泥的体积为：

h3.140.8V24R2Rr1r12(13213222)166.63m3

43h6r21r1r2r22共可储存污泥体积为：V1V212.7166.63179.33m33.2.1.9 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）

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污泥减量微生物制剂招商 http://blog.sina.com.cn/wunijianliang 进水管设计流量：0.145×(1+R)=0.145×1.5=0.218m/s 管径D1=500mm，v13

0.2184D121.11m/s

3.3.2 进水竖井

进水井径采用1.2m，

2

出水口尺寸0.30×1.2m，共6个沿井壁均匀分布 出水口流速

v20.2180.101m/s(0.15m/s)

0.301.263.3.3 紊流筒计算

图六 进水

竖井示意图

筒中流速 v30.03~0.02m/s,(取0.03m/s) 紊流筒过流面积 fQ进30.2187.27m2 紊流筒直径 0.03D34f47.273m 3.143.4 出水部分设计

3.4.1 环形集水槽内流量q集=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。

槽宽b20.9(kq集)0.4＝0.91.40.145＝0.48m0.4（其中k为安全系数采用1.2~1.5）

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

q11.343H12.471.3430.042.470.0004733m3/s

3.4.3.3三角堰个数n1

n1Q单q10.145306.4个设计时取307个

0.00047333.4.3.4三角堰中心距

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L1L(D2b)3.14(3620.48）0.358mn1307307

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

2.6104Q1′＝=10000m3/d=115.8L/s。

21.3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：qdn=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

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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BOD5为20 mg/L，则出水中溶解性BOD5＝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：

aQSr0.610000(1906.4)550.8 kg/d

1btm1000(10.0520) 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

68.3010006.83mg/L用于合成。

10000 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CaCO3计，此值可使PH≥7.2 mg/L

（2）硝化区容积计算： 硝化速率为 n0.47e0.098T15NO2 0.05T1.158KON102O222 0.47e0.0981515 0.05151.1582101.32 =0.204 d-1

故泥龄：tw1n14.9d 0.204 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：

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n 单位基质利用率：

u10.05d-1 20nba0.050.050.167kgBOD5/kgMLVSS.d

0.6 MLVSS=f×MLSS=0.753600=2700 mg/L

(1906.4)1000010994kg

0.167100010994 硝化容积：Vn10004071.9m3

27004071.9 水力停留时间：tn249.8h

10000 所需的MLVSS总量=

（3）反硝化区容积： 12℃时，反硝化速率为：

F qdn0.03()0.029T20

M190)0.0291.081220 0.03(16360024 =0.017kgNO3-N/kgMLVSS.d

14.1710000141.7kg/d 1000141.7 脱氮所需MLVSS=8335.3kg

0.0198335.3 脱氮所需池容：Vdn10003087.1 m3

27002778.4 水力停留时间：tdn247.4h

1000还原NO3-N的总量=

（4）氧化沟的总容积： 总水力停留时间：

ttntdn9.87.417.2h

总容积：

VVnVdn4071.93087.17159m3

（5）氧化沟的尺寸：

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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:

71594071.9292.2m。其中好氧段长度为166.2m，缺氧段长度为3.573.573087.1126.0m。 3.572166m

22292.266则单个直道长:56.55m (取59m)

4弯道处长度:3721 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Ns （6）需氧量计算：

采用如下经验公式计算:

O2(kg/d)ASrBMLSS4.6Nr2.6NO3

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：

Nr=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Cs(30)=7.63 mg/L，Cs(20)=

9.17 mg/L

采用表面机械曝气时，20℃时脱氧清水的充氧量为： R0QSa100001900.014kgBOD/kgMLSSd XV36007159Cs(T)C1.024T20RCs(20)

116.959.17 0.800.917.6321.0243020

217.08kg/h 11

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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 nR0217.081.74 取n=2台 125125（7）回流污泥量： 可由公式RX求得。

XrX式中：X=MLSS=3.6g/L，回流污泥浓度Xr取10g/L。则：

R3.60.56（50％～100％，实际取60％）

103.6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： Qw550.82400.25100001334.4kg/d 0.751000 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：

1334.4133.44m3/d 10（9）氧化沟计算草草图如下：

备用曝气机栏杆可暂不安装

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上走道板进水管接自提升泵房及沉砂池走道板上钢梯图5 氧化沟计算草图 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：qb范围为1.0—1.5 m3/ m2.h ，取q=1.0 m3/ m2.h 固体负荷：qs =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：AQ10000417m2 qb1244A441723m16m 3.14（2）沉淀池直径：D 有效水深为 h=qbT=1.02.5=2.5m<4m （3）贮泥斗容积：

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D239.2（介于6～12） h12.5污泥减量微生物制剂招商 http://blog.sina.com.cn/wunijianliang

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

2Tw(1R)QXXXr22(10.6)10000360024706m3

360010000 Vw 则污泥区高度为 h2 （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

h5 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

D238.28

h1h32.9Vw7061.7m A417bd232i0.050.53m 22 堰负荷

D235.22

h1h2h34.6Q10000138m3/(d.m)1.6L/(s.m)2L/(s.m) D3.1423以上各项均符合要求 （6）辐流式二沉池计算草图如下：

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出水进水图6 辐流式沉淀池排泥

出水进水图7 辐流式沉淀池计算草图

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

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（1）接触池容积：

V=Q′T=231.510-33060=417 m3 表面积AV4172

209m h2 隔板数采用2个，

则廊道总宽为B＝（2+1）3.5＝10.5m 取11m

A20919.9m 取20m B10.5L20 长宽比5.7

b3.5 接触池长度L=L 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ρmax=4.0mg/L,每日投氯量为

ω＝ρmaxQ=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

1.061040.2315605002N00.25kW 2235103510QTG2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：

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图8 接触消毒池工艺计算图17