构筑物设计与计算

1、构筑物设计与计算 格栅设计说明设置格栅的目的是用以去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较大悬浮物，如木片、皮毛、果皮等，保证后续处理设施能正常运行。这里设计2座粗格栅和2座细格栅。设计参数设计流量：Q=40000m3/d= 1667 m3/h=0.46m3/s总变化系数 k=1.47最大设计流量：Qmax=1.47×0.46=1.84 m3/s粗格栅：过栅流速v= 0.9m/s；栅前水深h=0.4 m；栅条间隙宽度b = 0.02 mm；格栅安装角度= 60°；栅条宽度S=0.01m； 单位栅渣量W = 0.05 m3/103 m3 废水 。 粗格栅设计计算格栅直接安置于排水渠

2、道中。格栅如图所示：图3.1 格栅示意图（1）栅条间隙数式中：Qmax 最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，度； b 栅条间隙，m； h 栅前水深，m； v 过栅流速，m/s； 经验修正系数。，取n=67条。（2）格栅槽总宽度 （3）进水渠道渐宽部分的长度L1设进水渠道宽B1=0.65 m ，其渐宽部分展开角度1=20°（4）格栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度L2（5）通过格栅水头损失(栅条断面为锐边矩形)式中：h1过栅水头损失，m； h0计算水头损失，m； 阻力系数；g重力加速度，取9.8 ； k系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大数倍，一般采用k=3； 系数，与断面形状有关；S

3、格条宽度，m；d栅条净隙，mm；v过栅流速，m/s；格栅倾角，度。 =0.025m（6）栅后槽总高度H 设栅前渠道超高h2=0.3 m，则H=h+h1+h2=0.4+0.025+0.3=0.725H1=h+h2=0.7(栅前渠道深)（7）格栅总长度L =3.07+1.535+0.5+1.0+ =6.5 m（8）每日栅渣量栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，粗格栅用小值取W1=0.05 m3/103m3 Kz =1.47 ，则：式中：最大设计流量，m3/s； W1栅渣量(m3/103m3污水)，取0.07m3/103 m3；(采用机械清渣)水泵的选择设计

4、水量40000m3/d选择4台潜污泵（3用1备）Q平=618.67 所需扬尘6m 选择350QZ-100型轴流式潜水电泵细格栅设计计算（细格栅：过栅流速v= 0.9 m/s；栅前水深h=0.4 m；栅条间隙宽度b = 0.01 mm；格栅安装角度= 60°；栅条宽度S=0.01 m； 单位栅渣量W = 0.07m3/103 m3 废水 。1）栅条间隙数 ，取n=62条。（2）栅槽宽度（3）进水渠道渐宽部分的长度L1设进水渠道宽B1=0.79 m，其渐宽部分展开角度1=20°（4）格栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度L2（5）通过格栅水头损失(栅条断面为锐边矩形) （6）栅后

5、槽总高度H 设栅前渠道超高h2=0.3 mH=h+h1+h2=0.4+0.259+0.3=0.949 mH1=h+h2=0.7 (栅前渠道深)（7）格栅总长度L =3.61+1.805+0.5+1.0+0.40 =7.31 m（8）每日栅渣量栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01, 细格栅用大值取W1 = 0.07m3/103m3，Kz = 1.47 ，则：机械清渣沉砂池 设计说明设置沉砂池的目的就是去除污水中泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以防管道堵塞、设备磨损、降低活性污泥活性和影响后续处理构筑物的运行。设计2组沉砂池。设计选型按照池型，沉砂池可以分为平流式沉砂池、曝气沉砂池

6、、竖流式沉砂池和旋流式沉砂池。平流式沉砂池具有不易控制流速，沉沙中有机物颗粒含量较高、排沙常需要洗砂处理等缺点；竖流式沉砂池除砂效果差，运行管理不便，国内外污水处理厂极少采用；曝气沉砂池使得污水中含有大量氧气，影响后续脱氮除磷效果；旋流式沉砂池是利用机械力控制流态和流速，加速砂砾沉淀，沉淀效果好，占地省。因此，选用旋流式沉砂池。旋流式沉砂池钟式沉砂池废水应用广泛，其原理是污水由流入口切线方向流入沉砂区，利用电动机及传动装置带动转盘和斜坡式叶片，由于所受离心力的不同，把砂粒甩向池壁，掉入砂斗，有机物则被送回废水中。调整转速，可达到最佳沉砂效果。沉砂用压缩空气经砂提升管、排砂管清洗后排出，清洗水回

7、流至沉砂区。图3.2 钟式沉砂池各部分尺寸根据废水处理量的不同，钟式沉砂池可分为不同的型号，其产品型号与主要尺寸如下表所示：表3.1 产品规格型号及主要尺寸（钢结构）型号流量m3/h功率(kw)ABCDEFGHLXSC1.81800.551830100030561030014003005001100XSC3.63600.552130100038076030014003005001100XSC6.06000.552430100045090030013504005001150XSC1010000.7530501000610120030015504505001350XSC1818000.753650

8、1500750150040017006005001450最大设计流量Q=1531.25 m3/h，单组设计流量Qmax=765.63 m3/h，因此选择两组型号为XSC10的钟式沉砂池，其相关尺寸为A=3.05m，B=1.0m，C=0.61m，D=1.2m，E=0.3m，F=1.55m，G=0.45，H=0.50，L=1.35。沉砂池计算沉砂池设计原则 沉砂池的作用是从污水中分t相对密度较大的无机颗粒在颗粒物质的表曲还MA一些粘性有机物，这些猫性有机物是极Fla败的污泥，因此。这些颗粒物质都应在沉砂池中被去除 沉砂池有三种形式:平流式、曝气式，竖流式，祸流式。本设计采用平流沉砂池口旋流沉砂池的

9、设计要求 本设计选用旋流沉砂池(钟式沉砂池)共原理是利用水力润流使泥沙和有机物分开，加速砂粒的沉淀，以达到除砂的目的口 旋流沉砂池的设计，应符合下列姜求;(1)g高时流量的停留时间不应小于3o5:(2)设计水力表面负荷宜为150-200/ (m2 .h);(3)有效水深宜为1.02.0m.池径与池深比宜为2.02.5:(4)池中应设立式桨叶分离机口(5)污水的沉砂量，可按每立方米污水。03L计算;合流制污水的沉砂星应根据实际隋况确定(的砂斗容积不应火-Zd的沉砂景.采用重力排砂时，砂斗斗壁与水 平面的倾角不应小于55口。 (7)沉砂池除砂宜采用机械方法。并经砂水分离后贮存或外运。采用人工排砂时

10、排砂管直径不应小于200-排砂昔应考虑防堵寨措施旋流沉砂池的设计计算平均流量Q=40000m3/d=0.46m3/s沉砂池的直径 D=3.22m 式中：Q-设计流量/s q-表面负荷m3/(·h)，取200 /(·h)则D=4.16（m） 设计中去4.2m2沉砂池有效水深 h2= 式中：t-水力停留时间，s 设计中取35s h2=1.3m D/h2=2.46,符合条件3沉砂室所需体积 V= 式中：Qd-平均流量/s X-城市污水沉砂量 /污水,一般采用30/污水 T-清除沉砂的间隔，d， 设计中去T=1d V=1.1573086400/=1.94()4沉砂斗容积 V= 式中

11、 ：d-沉砂斗上口直径，m,设计中去 1.4m -沉砂斗圆柱体的高度，m,设计中取1.2m -沉砂斗圆台体的高度，m, r-沉砂斗下底直径，一般采用0.40.6m,设计中取0.5m =0.32m V=2.04(m3)符合要求5沉砂室总高 H=h1+h2+h3+h4+h5 式中：h1-沉砂池超高，m,一般采用0.30.5m,设计中取0.4m -沉砂池缓冲层高度，m =1.56mH=0.4+1.3+1.56+1.2+0.26=4.72m6进水渠道进水渠与涡流沉砂池呈切线方向进水，以提供涡流的初速度 渠宽 式中：-进水渠道宽度，m V1-进水流速，一般采用0.60.9m/s,设计中取0.9m/s )

12、-进水渠道水深，m,设计中取0.7m =0.47校核 V=1.03 进水渠道长度=7=3.29m7出水渠道出水渠道和进水渠道建在一起，中建设闸板，以便在沉砂池检修时超越沉砂池，两渠道夹角360，最大限度的延长沉砂池内的水力停留时间。 渠宽直线段长度满足 L=1.84m 即可8排砂装置 采用空气提升器排砂，排砂时间每日一次，每次12小时，所需空气量为排沙量的1520倍，排砂经砂水分离器，水排至提升泵站，砂晒干填埋。初次沉淀池1）平流式沉淀池的设计 选型：平流式沉淀池单池表面积A池子的直径 则D=33m2） 沉淀池的有效水深设污水在沉淀池内的沉淀时间2h则沉淀池的有效水深为符合要求3） 实际水面面

13、积核算表面符合：4) 沉淀池部分有效容积5） 污泥部分所需容积VS-每人每日污泥量 取S=0.6N-设计人口 取20000人 ，T为两次去除污泥的间隔时间 取4h污泥斗容积V1-污泥斗高度 ， 污泥斗的上部半径 取2.0m，污泥斗的下部半径 取1.0m7） 污泥斗以上圆锥部分污泥容积V2=0.725m=234.7 i为池子的坡度取0.05 R为池子半径8） 沉淀池的总高HH=0.3+3+0.3+0.725=5.755m9） 沉淀池池边高=0.3+0.3+3=3.6m10） 污泥总容积V=12.7+234.7=274.411） 校核径深比=11 符合要求水解酸化池设计计算1.水解池的容积水解池的

14、容积式中：水解池容积，m3；总变化系数，1.47； 设计流量，m3/h；水力停留时间，h，取9h；则分为4格，每格的长为35m，宽为35米，设备中有效水深高度为5m，则每格水解池容积为6125m3，4格的水解池体积为24500m3。2水解池上升流速校核已知反应器高度为：；反应器的高度与上升流速之间的关系如下：式中： 上升流速（m/h）；设计流量，m3/h；水解池容积，m3；反应器表面积，m2；水力停留时间，h，取9h；则水解反应器的上升流速，符合设计要求。中沉池 设计说明设置二沉池的作用是使混合液澄清，实现固液分离，以达到回流污泥和排除剩余污泥的作用。为了使沉淀池内的水流更稳定、进出水配水更加

15、均匀、存排泥更加方便，常常采用圆形中心进水，周边出水的辐流式二沉池，共2座。二沉池面积按表面负荷法计算。 设计参数单组二沉池最大设计流量Qmax=0.68 m3/s ；表面负荷为1.0 m3/（m2h）；沉淀时间t=5.0 h。图3.6 辐流式沉淀池计算简图 设计计算（1）沉淀池的设计与计算池表面积A池子直径D取（D=56m）有效水深h2校核沉淀池直径与有效水深之比应为612 ，这里符合规范。沉淀部分有效容积V沉淀池底坡度差h4设池底坡度i=0.05，污泥斗上底，则污泥斗高度h5设污泥斗上底，下底，夹角，则沉淀池总高度H设超高取0.5 m，缓冲层取0.6 m，则（2）进水系统的设计与计算 进水

16、管计算单池设计污水流量进水管设计流量设流速v=1.0 m/s，则取管径D1=0.7 m=700 mm，坡降为1000i=2.8。进水竖井计算进水竖井采用，流速为进水口的总面积设置6个进水口沿井壁均匀分布，每个进水口面积为0.27 m2，尺寸为0.3×0.9 m2。稳流筒计算取筒中流速稳流筒过流面积稳流筒直径（3）出水系统的设计与计算 设计流量单池设计流量环形集水槽内流量环形集水槽设计采用周边集水槽，单侧集水，每池只有一个总出水口，安全系数k取1.2集水槽宽度取集水槽起点水深为集水槽终点水深为设跌落高度为0.15 m，溢流堰高度为0.03 m，则集水槽总高度为出水溢流堰的设计（采用90

17、°出水三角堰） 堰上水头（三角口底部至上游水面的高度）H1=0.05 m(H2O) 每个三角堰的流量 三角堰个数个，这里取830个 三角堰中心距 进出水挡板进出口应该设置挡板，高出池内水面0.100.15 m，挡板淹没水深：进口处不小于0.25 m，一般为0.51.0 m， 出口处一般为0.30.4 m，挡板位置：距进口处0.51.0 m，距出口处0.250.5 m。生物接触氧化池设计计算：（1）生物接触氧化池一般不应少于2 座；（2）设计时采用的BOD5负荷最好通过实际确定。也可以采用经验数据，一般处理城市污水可用1.01.8kgBOD5/(m3·d)，处理BOD5500

18、mg/L的污水时可用1.03.0 kgBOD5/(m3·d)；（3）污水在池中的停留时间不应小于12h（按有效容积计）；（4）进水BOD5浓度过高时，应考虑设出水回流系统；（5）填料层高度一般大于3.0 m，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高度为1 m，蜂窝孔径不小于25 mm；当采用小孔径填料时，应加大曝气强度，增加生物膜脱落速度；（6）每单元接触氧化池面积不宜大于25m2，以保证布水、布气均匀；（7）气水比控制在(1015)：1。因废水的有机物浓度较高，本次设计采用二段式接触氧化法。设计一氧池填料高取3.5m，二氧池填料高取3m 。填料容积负荷 Nv=0.2881Se0.724

19、6=0.2881*9.240.7246=1.443 kgBOD5/(m3*d) 式中 Nv接触氧化的容积负荷, kgBOD5/(m3*d); Se出水BOD5值,mg/l 污水与填料总接触时间t=24*S0/(1000* Nv)=24*231/(1000*1.443)=3.842(h)式中S0 进水BOD5值，mg/L。设计一氧池接触氧化时间占总接触时间的60：t1=0.6t=0.6*3.842=2.305(h)设计二氧池接触氧化时间占总接触时间的40：t2=0.4t=0.4*3.842=1.537(h)接触氧化池尺寸设计一氧池填料体积V1V1=Q t1=1500*2.305/24=144m3

20、一氧池总面积A1-总:A1-总=V1/h1-3=144/3.5=41.2(m2)>25 m2一氧池格数n取2格,设计一氧池宽B1取4米,则池长L1:L1=144/(3.5*4)=10.3m剩余污泥量：在生物接触氧化池设计规程中推荐该工艺系统污泥产率为0.30.4 kgDS/kgBOD5，含水率9698。本设计中，污泥产率以Y0.4kgDS/kgBOD5，含水率97。则干污泥量用下式计算：WDS=YQ(S0-Se)+(X0-Xh-Xe)Q式中 WDS污泥干重，kg/d； Y 活性污泥产率，kgDS/kgBOD5；Q污水量，m3/d；S0 进水BOD5值，kg/m3；Se出水BOD5值，kg

21、/m3；X0进水总SS浓度值，kg/m3；Xh进水中SS活性部分量，kg/m3；Xe出水SS浓度值，kg/m3；。设该污水SS 中60可为生物降解活性物质，泥龄SRT 取5d，则一氧池污泥干重：WDS0.4*1500*5*（0.2310.0462）+（0.1260.126*0.60.027）*1500×5=648.9（kg/5d）污泥体积：QS= WDS/(1-97%)=648.9/(1000*0.03)=21.62m3泥斗容积计算公式Vs=(1/3)*h(A+A+sqr(A*A)式中 Vs泥斗容积，m3；h泥斗高，m； A泥斗上口面积，m 2；A泥斗下口面积，m 2；设计一氧池泥斗

22、高2.0m，泥斗下口取1.0m×1.0m，则一氧池泥斗体积：Vs1=(1/3)*2.0*(41.2+1.0+sqr(41.2*1.0)=32.4(m3)>21.63 m3一氧池超高h1-1取0.5m，稳定水层高h1-2取0.5m，底部构造层高h1-4取0.8m，则一氧池总高H1：H1=h1-1+h1-2+h1-3+h1-4+h泥斗=0.5+0.5+3.5+0.8+2.0=7.3(m)则一氧池尺寸：L1* B1* H1=10.3m*4.0m*7.3m二氧池填料体积V1V2=Q t2=1500*1.573/24=98.3m3二氧池总面积A1-总:A2-总=V2/h2-3=98.3/

23、3=32.8(m2)>25 m2二氧池格数n同样取2格,设计二氧池宽B1取4米,则池长L2:L2=32.8/4=8.2m设该污水SS 中60可为生物降解活性物质，泥龄SRT 取5d，则二氧池污泥干重：WDS0.4*1500*5*（0.04620.00924）+（0.03780.0378*0.60.01134）*1500×5=139.23（kg/5d）污泥体积：QS= WDS/(1-97%)=139.23/(1000*0.03)=4.64m3本设计接触氧化池泥斗高0.9m，泥斗下口取0.5m×0.5m，则二氧池泥斗体积：Vs2=(1/3)*0.9*(32.8+0.25+

24、sqr(32.8*0.25)=10.77(m3)>4.64 m3二氧池超高h2-1取0.5m，稳定水层高h2-2取0.5m，底部构造层高h2-4取0.8m，则一氧池总高H2：H2=h2-1+h2-2+h2-3+h2-4+h泥斗2=0.5+0.5+3+0.8+0.9=5.7(m)则二氧池尺寸：L2* B2* H2=8.2m*4.0m*5.7m一氧池污泥和二氧池污泥汇合。污泥量21.634.6426.27 m3，选用DN175mm排污管，流速=0.7m/s，i0.56%，排泥时间3.57min。 校核BOD 负荷BOD 容积负荷为：I=QS0/(V1+V2)*1000=1500*231/(1

25、44+98.3)*1000=1.43kg/(m3*d)BOD 去除负荷为：I= Q(S0-Se)/(V1+V2)*1000 =1500*(231-9.24)/(144+98.3)*1000=1.37kg/(m3*d)均符合设计要求。接触氧化池需气量计算Q气=D0*Q=18*1500=27000( m3/d)=18.75 (m3/min)式中 Q气需气量,m3/d,D01m 3污水需气量，m3/m3，一般为1520 m3/m3；Q污水日平均流量，m3/d一氧池需气量： Q1-气=0.6 Q气=0.6*18.75=11.25 (m3/min)二氧池需气量： Q2-气=0.4 Q气=0.4*18.7

26、5=7.5 (m3/min)接触氧化池曝气强度校核：一氧池曝气强度：Q1-气/A1=5.25/(41.2/2)=0.25m3/( m 2*min)=15.3m3/( m 2*h)二氧池曝气强度：Q2-气/A1=32.8/2=16.4m3/( m 2*min)=12.8m3/( m 2*h)二池均满足生物接触氧化法设计规程要求范围的10 20 m3/( m 2*h) .综合以上计算，接触氧化池总需气量Q气18.75 m3/min，加上15%的工程预算QS=18.75*(1+15%)=21.56 m3/min据资料，经济的厌氧池高度一般为46m，并且大多数情况下这也是系统优化的运行范围。厌氧池的池

27、形有矩形、方形和圆形。圆形厌氧池具有结构稳定的特点，但是建造圆形厌氧池的三相分离器要比矩形和方形的厌氧池复杂得多。因此本次设计先用矩形厌氧池，从布水均匀性和经济考虑，矩形厌氧池长宽比在2：1左右较为合适。厌氧池容积计算（1）有效容积设计流量：200m3/d 每小时8.33m3设计容积负荷为Nv=2.0kgCOD/(m3.d)进水：CODCr450mg/L 出水：CODCr50mg/L则厌氧池有效容积为：V1=200×（450-50）×0.001/2=40m3（2）厌氧池总容积设计厌氧池有效高度为h=4m，则横截面积S=40/4=10m2设计厌氧池长约为宽的2倍，则可取L=4

28、.4m,B=2.2m；一般应用时厌氧池装液量为70%90%，本工程中设计反应器总高度为H=6.5m,其中超高0.5m。厌氧池的总容积V=4.4×2.2×6=58m3,有效容积为40m3,则体积有效系数为69%,符合有机负荷要求。（3）水力停留时间（HRT）和水力负荷率V2T=(40/200) ×24=4.8h, V2=(200/24)/10=0.83m3/(m2.h)对于颗粒污泥，水力负荷V2=0.10.9 m3/(m2.h),符合要求。 进水分配系统的设计本次设计采用一管多点的布水方式，布水点数量与处理废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。为配水均匀，出水孔

29、孔径一般为1020mm,常采用15mm，孔口向下或与垂线成呈450方向，为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s.本厌氧池采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于厌氧池底部反射散布作用，有利于布水均匀。为了增强污泥与废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距厌氧池底200250mm，本次设计布水管离厌氧池底部200mm二沉池 设计说明设置二沉池的作用是使混合液澄清，实现固液分离，以达到回流污泥和排除剩余污泥的作用。为了使沉淀池内的水流更稳定、进出水配水更加均匀、存排泥更加方便，常常采用圆形中心进水，周边出水的辐流式二沉池，共2座。二沉池面积按表面负荷法

30、计算。 设计参数单组二沉池最大设计流量Qmax=0.68 m3/s ；表面负荷为1.0 m3/（m2h）；沉淀时间t=5.0 h。图3.6 辐流式沉淀池计算简图 设计计算（1）沉淀池的设计与计算池表面积A池子直径D取（D=56m）有效水深h2校核沉淀池直径与有效水深之比应为612 ，这里符合规范。沉淀部分有效容积V沉淀池底坡度差h4设池底坡度i=0.05，污泥斗上底，则污泥斗高度h5设污泥斗上底，下底，夹角，则沉淀池总高度H设超高取0.5 m，缓冲层取0.6 m，则（2）进水系统的设计与计算 进水管计算单池设计污水流量进水管设计流量设流速v=1.0 m/s，则取管径D1=0.7 m=700 m

31、m，坡降为1000i=2.8。进水竖井计算进水竖井采用，流速为进水口的总面积设置6个进水口沿井壁均匀分布，每个进水口面积为0.27 m2，尺寸为0.3×0.9 m2。稳流筒计算取筒中流速稳流筒过流面积稳流筒直径（3）出水系统的设计与计算 设计流量单池设计流量环形集水槽内流量环形集水槽设计采用周边集水槽，单侧集水，每池只有一个总出水口，安全系数k取1.2集水槽宽度取集水槽起点水深为集水槽终点水深为设跌落高度为0.15 m，溢流堰高度为0.03 m，则集水槽总高度为出水溢流堰的设计（采用90°出水三角堰） 堰上水头（三角口底部至上游水面的高度）H1=0.05 m(H2O) 每个

32、三角堰的流量 三角堰个数个，这里取830个 三角堰中心距 进出水挡板进出口应该设置挡板，高出池内水面0.100.15 m，挡板淹没水深：进口处不小于0.25 m，一般为0.51.0 m， 出口处一般为0.30.4 m，挡板位置：距进口处0.51.0 m，距出口处0.250.5 m。（4）排泥系统设计计算 污泥部分所需容积设二沉池污泥含水率p0=99%，污泥容重=1.0 t/m3，经反应池后SS去除50%，因此，二沉池中进水悬浮物浓度C1=120 mg/L，则式中：C1进水悬浮物浓度，t/m3；C2出水悬浮物浓度，t/m3；T两次清除污泥间隔时间，d，取1/6d；Kz生活污水量变化系数；污泥容重，t/m3；取1.0；p0污泥含水率，%。共可贮存污泥斗体积设污泥斗上底半径，下底半径，污泥斗倾角，梯形部分坡度为0.05，则污泥斗容积底部落差底坡部分贮存污泥体积共可贮存污泥体积为23 m3 污泥浓缩池设计说明污泥浓缩池的作用是去除污泥中的间隙水，减小污泥体积。污泥浓缩法有多种，这里采用的是重力浓缩法。其对应构筑物为重力浓缩池。污泥浓缩池间歇运行，运行周期24 h,其中各构筑物排泥、污泥泵抽送污泥时间设为1.0 h1.5 h，污泥的浓缩时间取20.0 h,浓缩池的排水时间取2.0 h,闲置时间取0.5 h1.0 h。 设计参数初沉池：Q1 =274m3/d；二沉