污水深度处理设计计算

第3章 污水深度处理设计计算

污水深度处理是指城市污水或工业废水经一级、二级处理后，为了达到一定的回用水标准使污水作为水资源回用于生产或生活的进一步水处理过程。针对污水（废水）的原水水质和处理后的水质要求可进一步采用三级处理或多级处理工艺。常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质，SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类。

絮凝过程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞，从而形成较大的，絮凝体，以适应沉淀分离的要求。

常见的絮凝池有隔板絮凝池，折板絮凝池，机械絮凝池，网格絮凝池。隔板絮凝池虽构造简单，施工管理方便，但出水流量不易分配均匀。折板絮凝池虽絮凝时间短，效果好，但其絮凝不充分, 形成矾花颗粒较小、细碎、比重小，沉淀性能差，只适用于水量变化不大水厂。机械絮凝池虽絮凝效果较好、水头损失较小、絮凝时间短，但机械设备维护量大、管理比较复杂、机械设备投资高、运行费用大。网格絮凝池构造简单、絮凝时间短且效果较好，本设计将采用网格絮凝池[8,9,10,11]。

3.1.1网格絮凝池设计计算

网格絮凝池分为1座，每座分1组，每组絮凝池设计水量：

Q10.308m3/s

（1）絮凝池有效容积

VQ1T （3-12）

式中 Q1—单个絮凝池处理水量（m3/s）

V—絮凝池有效容积（m3）

T—絮凝时间，一般采用10~15min，设计中取T=15min。

V0.3081560277.2m3

（2）絮凝池面积

VH

A （3-13）

式中 A—絮凝池面积（m2）；

V—絮凝池有效容积（m3）；

H—有效水深（m），设计中取H=4m。

277.269.3m24

A（3）单格面积

Q1v1

f （3-14）

式中 f—单格面积（m2）；

Q1—每个絮凝池处理水量（m3/s）；

v1—竖井流速（m/s），前段和中段0.12~0.14m/s，末段0.1~0.14m/s。

设计中取v1=0.12m/s。

0.3082.57m20.12

f设每格为正方形，边长为1.7m，每个实际面积为2.m2，由此得分格数为：

69.324.1252.（个）

n每行分5格，每组布置5行。单个絮凝池尺寸L×B=17.8m×8.8m。

（4）实际絮凝时间

24a•b•H60Q1

t （3-15）

式中 t—实际絮凝时间（min）；

a—每格长边长度（m）；

b—每格短边长度（m）；

H—平均有效水深（m），设计中取4.3m。

241.71.7415.01min0.30860

t絮凝池的平均有效水深为4.0m，超高为0.3m，排泥槽深度为0.65m，得池的总高为：

H40.30.654.95m

（5）过水孔洞和网格设置

过水孔洞流速从前向后逐渐递减，每行取一个流速，分别为0.30m/s，0.25m/s，0.20m/s，0.15m/s，0.10m/s，则从前往后各行的孔洞尺寸分别为：0.63×1.60，0.76×1.60，0.95×1.60，1.27×1.60，1.90×1.60。

前四行每个均安装网格，第一行每格安装4层，网格尺寸50mm×50mm，第二行和第三行每格均安装3层，网格尺寸为80mm×80mm，第四行每格安装2层，网格尺寸为100mm×100mm。

（6）水头损失计算

①网格水头损失计算

2v1h112g

（3-16）

式中 h1—每层网格水头损失（m）；

ξ1—网格阻力系数，一般前段采用1.0，中段采用0.9；

v1—各段过网流速（m/s），一般前段采用0.25~0.30m/s，中段采用0.22~0.25m/s。设计中前段取0.27m/s，中段取0.23m/s。

0.272h11.00.004m29.81第一行每层网格水头损失：

’h450.0040.08m 第一行内通过网格总水头损失：

同理得第二行，第三行，第四行过网总水头损失分别为：0.036m，0.036m，0.024m。

通过网格总水头损失：h10.080.0360.0360.0240.176m

②孔洞水头损失：

v2h2222g

（3-17）

式中 h2—孔洞水头损失（m）；

ξ2—孔洞阻力系数，一般上孔洞取0.8，下孔洞采取3.0；

v2—空洞流速（m/s）。

第一行各格孔洞总水头损失：

0.320.32h3320.80.049m29.8129.81

’2同理第二、三、四、五行各格孔洞总水头损失分别为：0.027m，0.023m，0.010m，0.004m。通过各孔洞的总水头损失为：

h20.0490.0270.0220.0100.0040.112m

通过絮凝池的总水头损失：

’hh’1h20.1760.1120.288m

则网格絮凝池从进水到出水总的水头损失为0.288m，设计中取0.30m。

（7）进水管设计

进水口横截面面积

Q1v3

A （3-18）

式中 v3—进水速度，设计中取0.8m/s

0.3080.385m20.8

A则设计中絮凝池采用尺寸为0.62m×0.62m的正方形进水。

（8）超越渠道设计

设计中取渠道宽0.8m，深1.8m，壁厚0.20m，底厚0.20m。

3.2沉淀池的选择与设计计算

3.2.1沉淀池的选择

水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程，它能去除80％~99％以上的悬浮固体，是主要的净水构筑物之一。沉淀池的常用形式有：平流沉淀池、斜板（管）沉淀池等。平流沉淀池构造简单，操作管理方便，但占地面积大，机械排泥设备维护较复杂、土建费用高、沉淀效率低。斜板（管）沉淀池占地面积小、沉淀效率高，本设计采用斜板沉淀池。

3.3.2沉淀池的设计计算

斜板沉淀池分为1座，每座分1组，每组设计流量为Q1=0.308m3/s。

（1）沉淀池清水区面积

Q1q

A（3-19）

式中 A—斜板沉淀池的表面积（m2）

q—表面负荷（m3/（m2·h）），一般采用9.0~11.0m3/（m2·h）。

设计中取q=9.0m3/（m2·h）=0.0025m/s

0.308123.2m20.0025

A（2）沉淀池的长度与宽度

因为沉淀池与絮凝池合建，故沉淀池的宽度B=8.8m，则沉淀池长度

A123.214.0mB8.8

L为了布水均匀，进水区布置在沉淀池长度方向一侧。在8.8m的宽度中扣除无效长度约为0.5m，则进出口面积

A1B-0.5Lk1 （3-20）

式中 A1—净出口面积（m2）；

k1—斜板结构系数，设计中取k1=1.03。

A18.8-0.514112.8m21.03

（3）沉淀池总高度

Hh1h2h3h4h5 （3-21）

式中 H—沉淀池总高度（m）；

h1—保护高度（m），一般采用0.3~0.5m。

h2—清水区高度（m），一般采用1.0~1.5m

h3—斜板区高度（m），斜板长度为1.0m，安装倾角60°，则

h3=sin60°=0.87m。

h4—配水区高度（m），一般不小于1.0~1.5m；

h5—排泥槽高度（m）。

设计中取 h1=0.3m，h2=1.20m，h4=1.65m，h5=0.83m。

H0.301.200.871.650.834.85m

（4）沉淀池进水设计

沉淀池进水采用穿孔花墙，空口面积

Q1v

A2 （3-22）

式中 A2—空口总面积（m2）；

v—孔口流速（m/s），一般取值小于0.08~0.10m/s。

设计中取v=0.08m/s

0.3083.85m20.08

A2每个孔口采用D318×9.0的钢管，单孔面积为0.071m2，则孔口数为

3.0844（个）0.071

n进水孔分3行，每行18个，平行孔口间距为0.48m，上下孔口间距为0.5m，进水孔位置应在斜板以下，沉淀区以上位置。

（5）沉淀池出水设计

沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，则穿孔总面积为

Q10.3080.51m2v10.6

A3设每个孔口的直径为3cm，则孔口个数为

A3F

N （3-23）

式中 N—孔口个数；

F—每个孔口的面积（m2），

F40.0320.000707m2。

N0.51722（个）0.000707

设每个集水槽的宽度为0.3m，间距为1.5m，共设6条集水槽，每条集水槽一侧开孔数为62个，孔口间距为22cm。6条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度为0.8m，深度为1.0m，出水总渠采用D720×8的钢管排水[12]。

（6）出水水头损失

出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。

①孔口损失

2v1h12g

（3-24）

式中 ∑h1—孔口水头损失（m）；

ξ—进口阻力系数，设计中取ξ=2。

0.62h120.037m29.81

②槽内水头损失

集水槽内水深取为0.4m，槽内水流水速度为0.40m/s，槽内水力坡度按0.01计，水头损失为：

h2il （3-25）

式中 ∑h2—集水槽内水头损失（m）；

i—水力坡度；

l—集水槽长度（m）。

设计中i=0.01，l=13.8m

h20.0114.00.14m

出水总水头损失

hh1h20.0370.140.177m

（7）沉淀池排泥系统设计

采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管径为219mm，管上开孔孔径为50mm，孔眼向下与垂线成45°交叉排列，孔间距为0.3m孔眼数为29个，每根排泥管上沉淀池底部为排泥槽，共设7条。排泥槽顶宽1.96m，底宽0.3m，斜面与水平夹角约为45°，排泥槽高为0.83m。另，池外排泥管采用为D312×6和D480×8的钢管。

（8）核算

①向上水流速度v2

斜板间的水流速度为：

QA1sin

v2 （3-26）

式中 v2—斜板间水流速度（m/s）；

θ—斜板安装倾角，一般采用50°~60°。设计中取θ=60°

0.3080.0032m/s0.32cm/s97.69

v2②雷诺数Re

Rv2v

Re（3-27）

d307.5mm0.75cm44，斜板间距d=30mm。

式中 R—水力半径（cm），

R v—水的运动黏度（cm2/s），设计中当水温t=20℃时，水的运动黏度v=0.01cm2/s。

0.750.32240.01＜500，满足设计要求。

Re

③弗劳德数Fr

v2Fr2Rg

（3-28）

式中 v2—向上水流速度（m/s）；

R—水力半径（cm），R=0.75cm=0.0075m。

0.00322Fr1.410-40.00759.81

Fr介于0.001~0.0001之间，满足设计要求。

④斜板间的沉淀时间

l1v2

T（3-28）

式中 l1—斜板长度，设计中取l1=1.0m。

1.0312.50s5.20min0.0032，满足设计要求。

T