第3章污水深度處理設(shè)計計算

1、 第六章 污水深度處理設(shè)計計算污水深度處理是指城市污水或工業(yè)廢水經(jīng)一級、二級處理后，為了達到一定的回用水標(biāo)準(zhǔn)使污水作為水資源回用于生產(chǎn)或生活的進一步水處理過程。針對污水（廢水）的原水水質(zhì)和處理后的水質(zhì)要求可進一步采用三級處理或多級處理工藝。常用于去除水中的微量COD和BOD有機污染物質(zhì)，SS及氮、磷高濃度營養(yǎng)物質(zhì)及鹽類。6.1絮凝池絮凝過程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞，從而形成較大的，絮凝體，以適應(yīng)沉淀分離的要求。常見的絮凝池有隔板絮凝池，折板絮凝池，機械絮凝池，網(wǎng)格絮凝池。隔板絮凝池雖構(gòu)造簡單，施工管理方便，但出水流量不易分配均勻。折板絮凝池雖絮凝時間短，效果好，但其絮凝不充分, 形成

2、礬花顆粒較小、細(xì)碎、比重小，沉淀性能差，只適用于水量變化不大水廠。機械絮凝池雖絮凝效果較好、水頭損失較小、絮凝時間短，但機械設(shè)備維護量大、管理比較復(fù)雜、機械設(shè)備投資高、運行費用大。網(wǎng)格絮凝池構(gòu)造簡單、絮凝時間短且效果較好，本設(shè)計將采用網(wǎng)格絮凝池。6.1.1網(wǎng)格絮凝池設(shè)計計算網(wǎng)格絮凝池分為1座，每座分1組，每組絮凝池設(shè)計水量：（1）絮凝池有效容積 （3-12）式中 Q1單個絮凝池處理水量（m3/s） V絮凝池有效容積（m3） T絮凝時間，一般采用1015min，設(shè)計中取T=15min。（2）絮凝池面積 （3-13）式中 A絮凝池面積（m2）； V絮凝池有效容積（m3）； H有效水深（m），設(shè)計中

3、取H=4m。（3）單格面積 （3-14）式中 f單格面積（m2）； Q1每個絮凝池處理水量（m3/s）； v1豎井流速（m/s），前段和中段0.120.14m/s，末段0.10.14m/s。設(shè)計中取v1=0.12m/s。設(shè)每格為正方形，邊長為1.7m，每個實際面積為2.89m2，由此得分格數(shù)為：（個）每行分5格，每組布置5行。單個絮凝池尺寸L×B=17.8m×8.8m。（4）實際絮凝時間 （3-15）式中 t實際絮凝時間（min）； a每格長邊長度（m）； b每格短邊長度（m）； H平均有效水深（m），設(shè)計中取4.3m。絮凝池的平均有效水深為4.0m，超高為0.3m，排泥槽

4、深度為0.65m，得池的總高為：（5）過水孔洞和網(wǎng)格設(shè)置過水孔洞流速從前向后逐漸遞減，每行取一個流速，分別為0.30m/s，0.25m/s，0.20m/s，0.15m/s，0.10m/s，則從前往后各行的孔洞尺寸分別為：0.63×1.60，0.76×1.60，0.95×1.60，1.27×1.60，1.90×1.60。前四行每個均安裝網(wǎng)格，第一行每格安裝4層，網(wǎng)格尺寸50mm×50mm，第二行和第三行每格均安裝3層，網(wǎng)格尺寸為80mm×80mm，第四行每格安裝2層，網(wǎng)格尺寸為100mm×100mm。（6）水頭損失計

5、算網(wǎng)格水頭損失計算 （3-16）式中 h1每層網(wǎng)格水頭損失（m）； 1網(wǎng)格阻力系數(shù)，一般前段采用1.0，中段采用0.9； v1各段過網(wǎng)流速（m/s），一般前段采用0.250.30m/s，中段采用0.220.25m/s。設(shè)計中前段取0.27m/s，中段取0.23m/s。第一行每層網(wǎng)格水頭損失：第一行內(nèi)通過網(wǎng)格總水頭損失： 同理得第二行，第三行，第四行過網(wǎng)總水頭損失分別為：0.036m，0.036m，0.024m。通過網(wǎng)格總水頭損失： 孔洞水頭損失： （3-17）式中 h2孔洞水頭損失（m）； 2孔洞阻力系數(shù)，一般上孔洞取0.8，下孔洞采取3.0； v2空洞流速（m/s）。第一行各格孔洞總水頭損失

6、：同理第二、三、四、五行各格孔洞總水頭損失分別為：0.027m，0.023m，0.010m，0.004m。通過各孔洞的總水頭損失為：通過絮凝池的總水頭損失：則網(wǎng)格絮凝池從進水到出水總的水頭損失為0.288m，設(shè)計中取0.30m。（7）進水管設(shè)計進水口橫截面面積 （3-18）式中 v3進水速度，設(shè)計中取0.8m/s則設(shè)計中絮凝池采用尺寸為0.62m×0.62m的正方形進水。（8）超越渠道設(shè)計設(shè)計中取渠道寬0.8m，深1.8m，壁厚0.20m，底厚0.20m。6.2沉淀池的選擇與設(shè)計計算6.2.1沉淀池的選擇水處理中的沉淀工藝是指在重力作用下懸浮固體從水中分離的過程，它能去除8099以上

7、的懸浮固體，是主要的凈水構(gòu)筑物之一。沉淀池的常用形式有：平流沉淀池、斜板（管）沉淀池等。平流沉淀池構(gòu)造簡單，操作管理方便，但占地面積大，機械排泥設(shè)備維護較復(fù)雜、土建費用高、沉淀效率低。斜板（管）沉淀池占地面積小、沉淀效率高，本設(shè)計采用斜板沉淀池。6.2.2沉淀池的設(shè)計計算斜板沉淀池分為1座，每座分1組，每組設(shè)計流量為Q1=0.308m3/s。（1）沉淀池清水區(qū)面積（3-19）式中 A斜板沉淀池的表面積（m2） q表面負(fù)荷（m3/（m2·h），一般采用9.011.0m3/（m2·h）。設(shè)計中取q=9.0m3/（m2·h）=0.0025m/s（2）沉淀池的長度與寬度因

8、為沉淀池與絮凝池合建，故沉淀池的寬度B=8.8m，則沉淀池長度為了布水均勻，進水區(qū)布置在沉淀池長度方向一側(cè)。在8.8m的寬度中扣除無效長度約為0.5m，則進出口面積（3-20）式中 A1凈出口面積（m2）； k1斜板結(jié)構(gòu)系數(shù)，設(shè)計中取k1=1.03。（3）沉淀池總高度 （3-21）式中 H沉淀池總高度（m）； h1保護高度（m），一般采用0.30.5m。 h2清水區(qū)高度（m），一般采用1.01.5m h3斜板區(qū)高度（m），斜板長度為1.0m，安裝傾角60°，則 h3=sin60°=0.87m。 h4配水區(qū)高度（m），一般不小于1.01.5m； h5排泥槽高度（m）。設(shè)計中取

9、 h1=0.3m，h2=1.20m，h4=1.65m，h5=0.83m。（4）沉淀池進水設(shè)計沉淀池進水采用穿孔花墻，空口面積 （3-22）式中 A2空口總面積（m2）； v孔口流速（m/s），一般取值小于0.080.10m/s。設(shè)計中取v=0.08m/s每個孔口采用D318×9.0的鋼管，單孔面積為0.071m2，則孔口數(shù)為進水孔分3行，每行18個，平行孔口間距為0.48m，上下孔口間距為0.5m，進水孔位置應(yīng)在斜板以下，沉淀區(qū)以上位置。（5）沉淀池出水設(shè)計沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，則穿孔總面積為設(shè)每個孔口的直徑為3cm，則孔口個數(shù)為 （3-23）式

10、中 N孔口個數(shù)； F每個孔口的面積（m2），。設(shè)每個集水槽的寬度為0.3m，間距為1.5m，共設(shè)6條集水槽，每條集水槽一側(cè)開孔數(shù)為62個，孔口間距為22cm。6條集水槽匯水至出水總渠，出水總渠寬度為0.8m，深度為1.0m，出水總渠采用D720×8的鋼管排水12。（6）出水水頭損失出水的水頭損失包括孔口損失和集水槽內(nèi)損失?？卓趽p失 （3-24） 式中 h1孔口水頭損失（m）； 進口阻力系數(shù)，設(shè)計中取=2。槽內(nèi)水頭損失集水槽內(nèi)水深取為0.4m，槽內(nèi)水流水速度為0.40m/s，槽內(nèi)水力坡度按0.01計，水頭損失為： （3-25）式中 h2集水槽內(nèi)水頭損失（m）； i水力坡度； l集水槽長

11、度（m）。設(shè)計中i=0.01，l=13.8m出水總水頭損失（7）沉淀池排泥系統(tǒng)設(shè)計采用穿孔管進行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管徑為219mm，管上開孔孔徑為50mm，孔眼向下與垂線成45°交叉排列，孔間距為0.3m孔眼數(shù)為29個，每根排泥管上沉淀池底部為排泥槽，共設(shè)7條。排泥槽頂寬1.96m，底寬0.3m，斜面與水平夾角約為45°，排泥槽高為0.83m。另，池外排泥管采用為D312×6和D480×8的鋼管。（8）核算向上水流速度v2斜板間的水流速度為： （3-26）式中 v2斜板間水流速度（m/s）； 斜板安裝傾角，一般采用50°60

12、6;。設(shè)計中取=60°雷諾數(shù)Re（3-27）式中 R水力半徑（cm），斜板間距d=30mm。 v水的運動黏度（cm2/s），設(shè)計中當(dāng)水溫t=20時，水的運動黏度v=0.01cm2/s。500，滿足設(shè)計要求。弗勞德數(shù)Fr （3-28）式中 v2向上水流速度（m/s）； R水力半徑（cm），R=0.75cm=0.0075m。Fr介于0.0010.0001之間，滿足設(shè)計要求。斜板間的沉淀時間（3-28）式中 l1斜板長度，設(shè)計中取l1=1.0m。，滿足設(shè)計要求。6.3 V型濾池設(shè)計計算6.3.1設(shè)計參數(shù)設(shè)計2組濾池，每組濾池設(shè)計水量Q=13306m³/d,設(shè)計濾速=10m/h，過

13、濾周期48h濾層水頭損失：沖洗前的濾層水頭損失采用1.8m第一步 氣沖沖洗強度=15L/(s. m²)，氣沖時間=3min第二步 氣、水同時反沖=15L/(s. m²)，=4L/(s. m²)，=4min第三步 水沖強度=5L/(s. m²)，=5min沖洗時間t=12min；沖洗周期T=48h反沖橫掃強度1.8L/(s. m²) ，濾池采用單層加厚均質(zhì)石英砂濾料，粒徑0.96-1.35mm，不均勻系數(shù)1.2-1.6。6.3.2 設(shè)計計算1. 平面尺寸計算（1)濾池工作時間 =24t=24 0.2×=23.9h （2) 濾池總面積F=

14、55.7m² （3) 濾池的分格濾池底板用混凝土，單格寬=3m,單格長=10m,（一般規(guī)定V型濾池的長寬比為24，濾池長度一般不宜小于11m；濾池中央氣，水分配槽將濾池寬度分成兩半，每一半的寬度不宜超過4m）面積30m²，共2座，每座面積30m²，總面積60m²。（4) 校核強制濾速 =20m/h, 滿足v20m/h的要求。（5) 濾池高度的確定H=0.80.11.21.40.40.30.1=4.3m式中：氣水室高度，0.70.9m，取0.8m濾板厚度m，取0.1m濾料層厚度m，取1.2m濾層上水深m，取1.4m進水系統(tǒng)跌差m，取0.4m進水總渠超高m，

15、取0.3m濾板承托層厚度m，取0.1m2 .反沖洗管渠系統(tǒng)水的運動黏度, ²/s,20時為0.0101²/s；本設(shè)計采用長柄濾頭配水配氣系統(tǒng),沖洗水采用沖洗水泵供應(yīng),為適應(yīng)不同沖洗階段對沖洗水量的要求,沖洗水泵采用兩用一備的組合,水泵宜于濾池合建,且沖洗水泵的安裝應(yīng)符合泵房的有關(guān)設(shè)計規(guī)定。（1) 反沖洗用水流量的計算反沖洗用水流量按水洗強度最大時計算，單獨水洗時反洗強度最大為5L/( m².s)=f=5×30=150L/s=540/h V型濾池反沖洗時，表面掃洗同時進行，其流量： =f=0.0018×30=0.054 m³/s （2)

16、反沖洗配水系統(tǒng)的斷面計算配水干管進口流速應(yīng)為1.5m/s左右，配水干管的截面積=/=0.23/1.5=0.15m²反沖洗配水干管采用鋼管，DN500，流速1.17m/s，反沖洗水由反沖洗配水干管輸送至氣水分配渠，由氣水分配渠底兩側(cè)的布水方孔配水到濾池底部布水區(qū)，反沖洗水通過布水方孔的流速按反沖洗配水支管的流速取值，配水支管流速為1.01.5m/s,取=1.0m/s,則配水支管的截面積=/1=0.23/1.0=0.23m²，此為配水方孔總面積，沿渠長方向兩側(cè)各均勻布置10個配水方孔，共計20個，孔中心間距1m，每個孔口面積：=0.23/20=0.0115 m²每個孔

17、口尺寸取0.1×0.1m²。反沖洗水過孔流速v=0.23/2×10×0.1×0.1=1.15m/s滿足要求。（3) 反沖洗用氣量計算采用鼓風(fēng)機直接充氣，采用兩組,一用一備。反沖洗用氣流量按氣沖強度最大時的空氣流量計算，這是氣沖強度為15L/( m².s)=f=15×30=450L/s=0.45m3/s （4) 配氣系統(tǒng)的斷面計算 配氣干管進口流速應(yīng)為5m/s左右，則配氣干管的截面積=0.09m² 反沖洗配氣干管采用鋼管，DN400,流速5.41m/s，反沖洗用空氣由反沖洗配氣干管輸送至氣水分配渠，尤其水分配渠兩側(cè)的

18、布?xì)庑】着錃獾綖V池底部布水區(qū)。布?xì)庑】拙o貼濾板下緣，間距與布水方孔相同共計20個，反沖洗用空氣通過布?xì)庑】椎牧魉侔捶礇_洗配氣支管的流速取值。反沖洗配氣支管流速為10m/s左右，配氣支管的截面積=/=0.45/10=0.045m²每個布?xì)庑】酌娣e:=/20=0.045/20=0.0023 m²，孔口直徑 =0.05m，取50mm每孔配氣量:=/20=0.45/20=0.0225m³/s=81.0m³/h5） 氣水分配渠的斷面設(shè)計對氣水分配渠斷面面積要求的最不利條件發(fā)生在氣水同時反沖洗時，亦即氣水同時反沖洗時要求氣水分配渠斷面面積最大。因此氣水分配渠的斷面設(shè)

19、計按氣水同時反沖洗的情況設(shè)計。氣水同時反沖洗時反沖洗水的流量=f=4×30=120 L/s0.12m³/s 氣水同時反沖洗時反沖洗空氣的流量=f=15×30=450L/s=0.45m³/s 氣水分配渠的氣水流速均按相應(yīng)的配水配氣干管流速取值，則氣水分配干渠的斷面積：=/+/=0.12/1.5+0.45/5=0.098 m23.濾池管渠的布置1)反沖洗管渠（1）氣水分配渠氣水分配渠起端寬取1.2m,高取1.5m，末端寬取1.2m，高取1.0m，則起端截面積為1.8m²，末端截面積1.2m²，兩側(cè)沿程各布置10個配水小孔和10個配氣小孔，

20、孔間距1m，共20個配水小孔和20個配氣小孔，氣水分配渠末端所需最小截面積為0.256/20=0.0128末端截面積1.2 m²，滿足要求。（2）排水集水槽 排水集水槽頂端高出濾料層頂面0.5m,則排水集水槽起端槽高=+0.5-1.5=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.5=1.2m, 式中:H1，H2，H3同前， 1.5為氣水分配渠起端高度。排水集水槽末端槽高=+0.5-1.0=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.0=1.7m,其中1.0為氣水分配渠末端高度坡底i=0.0380.02,符合設(shè)計要求。（3）排水集水槽排水能力校核由矩形斷面暗溝（非滿流，n=0.013）

21、計算公式校核集水槽排水能力。設(shè)集水槽超高0.3m，則槽內(nèi)水位高=1.2-0.3=0.9m，槽寬=1.0m，濕周X=b+2h=1.0+2×0.9=2.8m 水流斷面=1.0×0.9=0.9m2 水力半徑R=/X=0.9/2.8=0.32m 水流速度v=7.0m/s 過流能力=v=0.90×7.0=6.30 m³/s 實際過水量=+=0.23+0.054=0.294m³/s6.12 m³/s，符合設(shè)計要求。2)進水管渠（1）進水管渠：2座濾池分成獨立的兩組，每組進水總渠過水流量按強制過濾流量設(shè)計，流速要求0.81.2m/s,采用0.8m/

22、s則過濾流量 =26611/2=13306m3/h=0.154m³/s 過水?dāng)嗝?=0.19m2，進水總渠寬0.8m，水面高0.3m。（2）單池進水孔：每座濾池在進水側(cè)壁開三個進水孔，進水總渠的渾水通過這三個進水孔進入濾池，兩側(cè)進水孔孔口在反沖洗時關(guān)閉，中間進水孔孔口設(shè)手動調(diào)節(jié)閘板，在反沖洗時不關(guān)閉，供給反洗表掃用水。調(diào)節(jié)閘板的開啟度，使其在反沖洗時的進水量等于表面掃洗用水量，孔口面積按孔口淹沒出流公式Q=計算，其總面積按濾池強制過濾水量計，強制過濾水量=0.154m³/s孔口兩側(cè)水位差取0.1m，則孔口總面積=×=0.172m2 0.17m2 中間孔面積按表面掃

23、洗水量設(shè)計：=×=0.17×=0.06m2 孔口寬=0.9 m,孔口高=0.1m兩個側(cè)孔口設(shè)閥門，采用橡膠囊充氣閥，每個側(cè)孔面積=0.055m2孔口寬=0.3m，孔口高=0.2m（3）寬頂堰： 為保證進水穩(wěn)定性，進水總渠引來的待濾水經(jīng)過寬頂堰進入每座濾池內(nèi)的配水渠，在經(jīng)配水渠分配到兩側(cè)的V型槽。寬頂堰堰寬取=4m，寬頂堰與進水總渠平行布置，與進水總渠側(cè)壁相距0.5m。堰上水頭由矩形堰的流量公式Q=計算得 ： =0.08m（4）濾池配水渠：進入每座濾池的待濾水經(jīng)過寬頂堰溢流至配水渠，由配水渠兩側(cè)的進水孔進入濾池內(nèi)的V型槽，濾池配水渠寬取b配渠=0.4m，渠高為0.6m，渠總長等于濾池總寬，則渠長=3.5m，當(dāng)渠內(nèi)水深=0.2m時，末端流速（進來的待濾水由分配渠中段向渠兩側(cè)進水孔流去，每側(cè)流量/2）=0.96m/s， 滿足濾池進水管渠流速的要求。（5）配水渠過水能力校核：配水渠水力半徑=0.1m 配水渠水力坡降=<0.002 渠內(nèi)水面降落=0.002×3.5/2=0.0035m 因為配水渠最高水位h=+=0.2+0.0035=0.2035m渠高0.6m,所以配水渠的過水能力滿足要求。4)V型槽的設(shè)計V型槽槽底射表掃水出水孔，直徑取0.025m，間隔0.15m，每槽共計90個，則單側(cè)V型槽表掃水出水孔總面積為:=×90=0.044m2