四沟式氧化沟设计计算

设计计算书污水处理厂构筑物和机械设备有粗格栅、污水提升泵房、细格栅、旋流沉砂池、四沟式氧化沟、曝气设备、二级提升泵房、气水反冲洗滤池、紫外消毒池等。机械设备平均工作时间按10h设计。1粗格栅的设计污水处理厂设计水量Q平=0.5╳105m3/d=578.7L总变化系数Kz=2.7/Q平0.108=1.36最高时：Qmax=Kz×Q平=1.36×578.7=787.032L/s=0.787m3设计参数最大设计流量Qmax0.787m3过栅流速v0．7m/s栅条净间隙b25.0mm栅前流速V10.6m/s栅条宽度s0.01m格栅倾角α60°设计计算说明：Qmax—最大设计流量，为0.787m3/s设计采用⊙10圆钢为栅条，即栅条宽度为S=0.01m根据最优水力断面公式计算得：1.50m0.75m所以栅前槽宽约为1.50m。栅前水深约为0.75m。格栅的间隙数量=56〔条〕栅槽宽度B：B=S〔n-1〕+b×n=0.01×(56-1)+0.025×56=1.95m过栅水头损失h2：设栅条断面形状为锐边矩形其中β=2.42h2=k×ho=0.253mK—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用K=3。栅后槽的总高度Hh1—格栅前渠道超高，一般去h1=0.3mH=h+h1+h2=0.75+0.3+0.253=1.3m格栅的总长度L：0.618mH1=h+h1=0.75+0.3=1.05m式中：L1—进水渠渐宽部位的长度，m；L2—栅槽与出水渠连接处渐窄局部长度，m；B1—进水渠宽度，栅前槽宽，m；α1—进水渐宽局部的展开角，一般取20°。每日栅渣量W计算1.50m3/d拦截污物量远大于0.3m3/d式中：W—每日栅渣量，m3/d；W1—单位体积污水栅渣量，m3/(103m3污水)，一般取0.1～0.01kz—污水流量总变化系数。2进水泵房的设计粗格栅井与提升泵房合建，建设采用地下钢筋混凝结构，选用的设备类型是可提升式无堵塞潜水污水泵。1.设计资料设计流量最大设计流量Qmax=Kz×Q平=1.36×0.5×105t/d=68000t/d=0.787m3泵站地理位置泵站位于管网末端的粗格栅后，污水处理厂的前段，地面标高140m。2.设计计算提升的初始水位：-5.2m提升后的水位：5.75m提升净扬程：10.95m设泵的水头损失为：1m所需的扬程H为：11.95m采用潜水房，一用两备，单泵提升流量Q=1000m3/h，N=55KW，扬程12m，转速1250r/min，排出口径210mm[28]泵房的设计为地上局部6m,地下局部7m,钢筋混凝土结构。设有闸门以便检修。3细格栅的设计Qmax=0.787m3设计参数最大设计流量Qmax0.787m3过栅流速v1.2m/s栅条净间隙b10.0mm栅前流速V10.7m/s栅条宽度s0.01m格栅倾角α80°设计计算说明：Qmax—最大设计流量，为0.787m3/s根据最优水力断面公式计算得：0.57m所以栅前槽宽约为1.15m。栅前水深约为0.57m。格栅的间隙数量=115〔条〕栅槽宽度B：B=S〔n-1〕+b×n=0.01×(115-1)+0.01×115=2.3m过栅水头损失h2：设栅条断面形状为锐边矩形其中β=2.42h2=k×ho=0.525mK—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用K=3。栅后槽的总高度Hh1—格栅前渠道超高，一般去h1=0.3mH=h+h1+h2=0.57+0.3+0.525=1.4m格栅的总长度L：1.58mH1=h+h1=0.57+0.3=0.87m式中：L1—进水渠渐宽部位的长度，m；L2—栅槽与出水渠连接处渐窄局部长度，m；B1—进水渠宽度，栅前槽宽，m；α1—进水渐宽局部的展开角，一般取20°。每日栅渣量W计算3.5m3/d拦截污物量远大于0.3m3/d式中：W—每日栅渣量，m3/d；W1—单位体积污水栅渣量，m3/(103m3污水)，一般取0.1～0.01kz—污水流量总变化系数。4旋流沉砂池的设计设计参数ⅰ.外表水力负荷：200m3/(m2.h)HRTmax＞ⅱ.有效水深1～2m，池径与池深比为2.0～2.5mⅲ.进水渠道流速：在最大流量的40％～80％的情况下为0.6～0.9m/s,在最小流量时大于0.15m/s，在最大流量时不大于1.2m/sⅳ.进水渠道直段长度应为渠宽的7倍，并不小于4.5mⅴ.出水渠道与进水渠道的夹角大于270°，以最大限度地延长水流在沉砂池内的停留时间，到达除砂的目的。ⅵ.出水渠的宽度为进水渠的两倍。出水渠的直线段要相当于出水渠的宽度。图7钟式沉砂池剖面图设计计算设计流量：Qmax=0.787m3沉砂池的直径式中：Q—设计流量，；—外表负荷，；那么=4.25m沉砂池有效水深式中：t—水力停留时间，设计中取t=36s那么，取h2=2.0m沉砂室所需容积式中:Q平=0.5╳105m3/d=578.7LT—清触沉砂的时间,间隔设计中取T=1d。X—城市污水沉砂量，,污水一般采用30污水；那么沉砂斗容积式中：d—沉砂斗上口直径，m，设计中取d=1.4m；—沉砂斗圆柱体的高度，m,设计中取=1.5m；—沉砂斗圆台体的高度，m；r—沉砂斗下底直径，m，一般采用0.4～0.6m,设计中取r=0.4m。沉砂室高度式中：—沉砂池超高，m，一般采用0.3～0.5m，设计中取=0.3m；—沉砂池缓冲层高度，m；H=0.3+1.998+1.425+1.5+0.5=5.72m进水渠道进水渠与涡流式沉砂池呈切线方向进水，以提供涡流的初速度。进水渠道宽度：式中：—进水流速，一般采用1.6～1.2m/s，设计中取=1.0m/s；—进水渠道水深，m，设计中取=1m。那么进水渠道长度L1=7B1=7×0.79=5.53m5厌氧混合池与氧化沟的设计1.根底资料处理规模：Q=50000m3进水水质：BOD5=130mg/L，COD=220mg/L，SS=180mg/L，NH4+-N=25mg/L，TN=30mg/L，TP=45mg/L，水温最高30℃，最低10出水水质：：BOD5≤10mg/L，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，NH4+-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L。2.设计参数考虑污水处理厂脱氮除磷的要求，设计污泥龄取20d。为提高系统抗负荷变化能力，选择混合液污泥浓度MLSS=3000mg/L〔MLVSS=0.650MLSS=1950mg/L〕，考虑所选污水处理工艺不设初沉池，取有效性系数f=0.60，溶解氧浓度好氧区取2.0mg/L，缺氧区取0.2mg/L，根据设计经验值，取污泥产率系数Y=0.60kgVSS/kgBOD5,內源代谢系数Kd=0.05,K=k’=0.038，设置三组氧化沟，每组设计流量1.67×104m33.设计计算〔1〕氧化沟①确定污泥龄综合考虑到脱氮除磷的要求，确定各参数为：Kd=0.05d-1,Y=0.60kgVSS/kgBOD5,取SRT=20d。确定出水溶解性BOD5考虑到该工艺无初沉池，所以取f=VSS/SS=0.60,由于总出水的BOD5总应包括出水溶解性BOD5和由于出水带出的VSS所构成的BOD5这两局部。因此，最终出水BOD5的应当是：总出水的BOD5〔mg/L〕=[出水溶解性BOD5(mg/L)]+[出水中VSS的BOD5(mg/L)]实际上VSS只有77%是可生物降解的，23%是惰性的。因此，1mgVSS只有0.77mgBOD5。那么出水中SS所占BOD5=出水SS×f×fb=10×0.60×0.77=4.62mg/L出水总BOD5=Se+出水VSS产生的BOD5=4.39+4.62=9.01mg/L＜10mg/L符合要求。确定氧化沟好氧区容积根据劳伦斯-麦卡蒂方程：水力停留时间污泥负荷如下式：满足F/M值在0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，符合脱氮除磷的要求。四沟式氧化沟的产泥量表观产率系数又Q×Sr×Yobs=Xw=Q×(S0-Se)×Yobs,那么剩余污泥量为：Xw=Q×Sr×Yobs=5.0×104×(130-4.39)×10-3×0.3=1884.2kg/d〔干污泥量〕硝化校核实际硝化速率rn=fn·qn式中，fn为硝化菌在活性污泥中所占的比例，原污水中BOD5/TKN≈130/30=4.33。表3BOD5/TKN与活性污泥中硝化菌的比率BOD5/TKN硝化菌的比率fBOD5/TKN硝化菌的比率f0.512340.350.210.120.0860.064567890.0540.0430.0370.0330.029此时对应fn=0.061〔由表3采用内插法计算〕；qn为单位质量的硝化菌降解NH4+-N的速率。硝化菌比增长速率,那么式中Yn为硝化菌产率系数，取Yn=0.1kgVSS/kgNH4+-N。所以实际硝化速率rn=fn·qn=0.061×0.5=0.0305d-1又因为那么＜9.3h可见设计HRTN=9.3h能够满足硝化要求。缺氧区设计计算采用负荷法。系统每日脱氮量=275.6kg/d式中，出水中的NO3--Ne按5mg/L计。取反硝化速率qdn=0.06kgNO3--N/(kgVSS·d)那么反硝化所需容积水力停留时间TN去除率混合液回流比澄清区容积计算四沟式氧化沟中一条边沟是作澄清用。假定四沟内污泥浓度分别为两边沟3300mg/L,中沟均为2400mg/L，平均3000mg/L。表4四沟式氧化沟一个单元工作过程编号工作过程MLSS〔mg/L〕时间〔h〕A池澄清过渡段33001B池曝气24004C池曝气24004D池沉淀33004按照表5所示的四沟式氧化沟的工作过程及四条沟平均污泥浓度，估算活性污泥比例：故氧化沟总容积为：那么澄清区的容积为：13348.3-6454.4-2355.5=4538.4m确定氧化沟的工艺尺寸氧化沟有效水深取4.0m，超高取0.5m，每沟之间隔墙厚度均为0.25m；工程设三组四沟式氧化沟，那么单组氧化沟容积为13348.3m3。每沟平面尺寸3337.1m2，每池平面尺寸834.3m2。氧化沟单槽净宽取5.4m，每沟两槽净宽共11.05m，可得出有效净池长66.8m。那么每池平面尺寸66.8m因此，每座氧化沟总宽度为11.05×4+0.25×5=45.45m中心岛半径r取2.5m进出水管及调节堰设计污泥回流比R混合液悬浮固体浓度〔MLSS〕：3000mg/L，回流污泥浓度：1950mg/L，1950×QR=3000×〔Q+QR〕→进出水管流量Q=1.67×104m3/d=0.193m3/s进出水管直径,取d=0.50m。校核进出水管流速﹤1.0m/s出水堰计算为了能够调节曝气转碟的淹没深度，氧化沟出水处设置出水竖井，出水竖井内安装旋转堰堰门。初步估计可按薄壁堰计算。Q=1.86bh1.5,取堰上水头h=0.24m，那么堰宽b=0.88m,去取b=0.9m。考虑可旋转堰门的安装要求〔每池边留0.3m〕，那么出水竖井长度为L=0.3×2+b=1.5m，故取L=1.8m。考虑到安装高度，出水竖井宽度B=1.2m,那么出水竖井平面尺寸为LB=1800mm×1200mm。出水井出水孔尺寸为b×h=880mm×1200mm,正常运行时，堰的顶部高出孔口底边0.1m，堰上下调节范围为0.3m。出水竖井位于中心岛。需氧量确实定采用如下经验式计算：O2Kg式中：第一项为BOD合成污泥需氧量；第二项为活性污泥内源呼吸需氧量；第三项为硝化需氧量；第四项为反硝化产生氧量。经验系数：A=0.5B=0.1Nr—系数，需要硝化含氮量随剩余污泥排放的含氮量，活性污泥中含氮量为12.4%〔活性污泥按C5H7NO2计〕，有0.6×50000×〔〕×12.4%=446.4KgN/d出水带走含氮量：总氮0.015×50000=750KgN/d氨氮0.005×50000=250KgN/d进水含氮量0.03×50000=1500KgN/dNr—系数，需要硝化含氮量1500-446.4-250=803.6KgN/dNor—系数，需要反硝化含氮量1500-446.4-750=303.6KgN/d产泥量MLSS泥龄20d，产泥率Y=0.6，在好氧条件下〔DO=2mg/l〕,要求污泥量MLSS为：20×0.6×50000×〔〕=7.2×10故O2Kg/d=0.5×50000×〔〕+0.1×7.2×104=13046.48KgO2/d系统总需氧量为：13046.48KgO2/d供氧量计算及设备选择曝气设备采用转刷式曝气机。转刷曝气机的供氧量是在标准条件下，即在清水中，20℃水温时的供氧量，与在实际运行条件下相比，要乘以系数f，f值与水温、池中污泥浓度、溶解氧值等有关，一般f值为1.3。因此转刷曝气需要供给的氧量为：13046.48×1.3=16960.42KgO2根据各沟的需要量设置转刷。两侧边沟各设置4台轴长5.0m的转刷曝气机，其中：2台双速电机，功率N=22/18.5KW；一台单速电机，功率N=22KW。中间两沟各设置2台轴长分别为5.0m和4.5m转刷曝气机，其中5.0m的采用单速电机，功率N=22KW；4.5m的采用双速电机，功率为了保证氧化沟内3.5m以下的污泥处于悬浮状态，也为了推动污泥流动，决定在转刷影响范围下再加装水下搅拌器，两边侧沟各设置3台潜水搅拌机，功率N=4KW；中间两沟各设置3台潜水搅拌机，功率2.2KW。好氧时段：转刷曝气机与潜水搅拌机同时运行，控制溶解氧为0.2—2mg/L，并根据溶解氧量逐台启动或停止转刷；缺氧时段，潜水搅拌器运行、转刷停止运行，不必控制池内溶解氧数值；沉淀时段，潜水搅拌器与转刷曝气机同时停止运行，也不控制池内溶解氧数值[36]。四沟式氧化沟的产泥量经上述计算得出氧化沟每日排放的剩余污泥量为1884.2kg/d〔干污泥量〕四沟式氧化沟污泥在沟中的停留时间为18h，由于氧化沟内局部容积用来缺氧化硝化，再加上设计中有将近一半的污泥处于沉淀和澄清状态，并未参与降解污染物，因此好氧污泥泥龄10天左右，与污泥消化池停留时间相近，因而其污泥稳定性较好，可直接经过重力浓缩后脱水。〔2〕厌氧池①设计参数设计流量Q=5.0×104m3②设计计算厌氧池的体积为设厌氧池3座，那么每组容积为取水深h2=4.0m,超高h1=0.5m，那么S=260.5m2，池的总高h=5.0m厌氧池采用与氧化沟合建，取单沟池宽B=4m，那么弯道局部面积3.14×42=50.24m那么取L=27m厌氧池有效池容V=〔50.24+27×8〕×4=1065m3那么池子的尺寸为L×B×H=26280mm×8000mm×4500mm。③设备选型为防止污泥沉积在池子底部，造成处理效果的不理想。在厌氧池底部设置水下搅拌器，每个池子设置直径为600mm的搅拌器2台，功率均为2.2KW。6二级提升泵房及废水调节池的设计为该污水提升泵房配置4台潜水泵，3用1备，单台水泵技术参数为Q=800m3/h，H=7m调节池的设计主要是确定其容积，可根据污水浓度和流量的波动规律，以及要求的调节均和程度来计算。对于水量调节，计算平均流量作为出水流量，再根据流量的波动情况计算所需调节池的容积。确定停留时间调节池的水力停留时间：经验值为4—12h，一般取8h(连续进水取4h，间歇进水取12h)。水力停留时间T=8h确定调节池容积调节水量一般为处理规模的10%—15%可满足要求。调节池设置1用1备，便于检修清泥。设计流量Q=50000m3/d×15%=7500m3/d=312.5m3V=Q×T=312.5×8=2500m调节池水面面积取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，那么池面积为：调节池的尺寸池长取L=23m，池宽取B=23m,那么池子总尺寸为L×B×H=23m×23m×5.5m=2910m调节池的搅拌器调节池作为平底，为防止沉淀，用压缩空气搅拌废水。空气用量为1.5—3.0m3/m2h，取2.0m3/m那么所需空气量为2.0×312.5×50m3/h=3125m使废水混合均匀，调节池下设两台LFJ—350反响搅拌机。调节池的提升泵设计流量Q=50000m3/d×15%=7500m3/d=312.5m3/h=0.087m净扬程为10.50m，选用管径DN500，查表得v=0.94m/s，1000i=2.2,设管总长为50m，局部损失占沿程的30%，那么管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0m，那么水泵的总扬程为：H=10.5+0.14+1.5+1.0=13.14m，取14m选择200QW360—15—30型污水泵三台，两用一备，其性能见表5：表5200QW360—15—30型污水泵性能流量360m3电动机功率30KW扬程15m电压380V转速980r/min出口直径200mm轴功率23.4KW泵重900kg效率75.9%7气水反冲洗滤池与清水池气水反冲洗滤池〔1〕参数的选定设计水量：Q=0.5╳105m3/d=578.7L设计滤速V=10m/h强制滤速V=14m/h过滤周期T=48h气冲洗强度q1=60m3/m2·h，t1=3分钟水冲洗强度q2=15m3/m2h,t2=3分钟气水反冲洗外表扫洗q3=5m3/m2h,t3=2〔2〕计算滤池总面积F那么池子尺寸采用单排单格设计，设计3个池子，那么单个面积为为保证冲洗及排水效果理想，故取单个面积滤池滤板宽B=4.5m，L=8.0m,即为单个面积36m滤池进水总渠设计滤池进水总流量Q=0.5╳105m3/d=578.7L进水渠宽h=0.9Q0.4=0.9×0.5790.4=0.72m进水渠中正常水深h0=1.6h=1.6×0.72=1.2m渠中平均流速校核渠底坡底i是否足够由表6常用管材曼宁粗糙系数n管壁材料n管壁材料n铸铁管、陶土管0.013浆砌砖渠道0.015〔钢筋〕混凝土管0.013—0.014浆砌块石渠道0.017水泥砂浆抹面渠道0.013—0.014干砌块石渠道0.020—0.025石棉水泥管、钢管0.012土明渠0.025—0.030因滤池池壁为水泥砂浆材料，所以n=0.013,坡度i=0.5‰那么＞0.67m/s符合设计要求。滤池进水管设计进水管径单池进水量取管中流速V=0.8m/s，那么取D=600mm，那么V实=0.82m/s滤池滤后出水管管径每池设一根出水管设计流量Q=0.193m3/s取管中流速V=1.2m/s，那么取DN500，V实=0.98m/sV槽设计V槽底净宽0.25m,倾角为45°，V槽顶宽0.75m，冲洗孔⊙45，孔上水头0.5m，孔用于外表扫洗，设计水量那么孔口总面积为孔⊙45面积f=15.9cm2，故每V槽设孔数取孔17个，孔间距为m=L/n=8/17=0.47mH槽设计H槽是用来排出反冲洗废水设计流量Q=Q=Q表洗+Q水洗=5×36＋15×36=720m3/h=0.2m取H槽净宽B=0.5m，槽中水高度为0.3m，那么W=0.5×0.3=0.15m那么槽中设计流速水力半径那么＜1.33m/s故取i=4‰符合要求冲洗废水排放管取DN400，由Q=0.2m3/s，得出V实=1.6m滤池高度滤池超高H1=0.3m，滤池口水深H2=1.5m，滤层厚度H3=1.2m，滤板厚H4=0.1m，滤板下布水区高度H5=0.9m那么滤池总高度H=H1+H2+H3+H4+H5=4.0m水反洗管道设计水冲洗强度q2=15m3/m2h,t2=3每池冲洗时设计水量Q=15×36=540m3/h=0.15m取V=1.5m/s，那么D=0.36m，取DN400，那么V实=1.2m/s反冲洗水管管径设计为DN400气反冲管道设计气冲洗强度q1=60m3/m2·h，t1=3每池冲洗时设计气量Q=60×36=2160m3/h=0.6m取V=25m/s，那么D=0.175m，取DN180，那么V实=23.6m/s反冲洗水管管径设计为DN180。〔二〕清水池〔1〕平面尺寸设计①清水池有效容积清水池的有效容积包括调节容积、消防用水量、污水厂自用水量和平安储量。经各项统计：V=134000×10%=13400m清水池的平面尺寸清水池的面积设计中取清水池有效水深h=5.0m,那么取清水池的长度L=52m,宽度B=52m；清水池的超高h1=0.5m，那么清水池总高H=h+h1=5.5m〔2〕管道系统①清水池的进水管进水管管径式中：v—进水管管内流速，m/s，一般采用0.7—1.0m/s,设计中取0.9m/s。设计中取进水管管径为DN350mm,进水管的实际流速为0.81m/s清水池的出水管由于处理水量的些微变化，清水池的出水管也应按照出水最大流量计：式中：K—时变化系数，一般采用1.3—2.5，设计中取1.5；Q—设计水量，m3/d。出水管管径设计中取出水管管径为DN1400mm，那么流量最大时出水管的流速为0.76m/s。清水池的溢流管清水池的溢流管管径与进水管管径相同，取为DN350。清水池的排水管在检修清水池时需要将其放空，因此应设置排水管。排水管内流速按照1.8m/s估计，管径按照2h内将池水放空计算。那么排水管的管径设计中取为DN1300mm。清水池内布置在清水池顶部设置圆形检修孔2个，直径1200mm；为保证水质良好，在清水池顶部设置4个通气孔，管径取DN300mm。8消毒池消毒池位于污水处理厂出水的前端，土建按远期规模设计，设备按本次设计规模配备。消毒池分成3个渠道。9加药间化学除磷加药间与污泥浓缩脱水机房合建，加