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1、3 设计计算书3.1设计流量的确定3.1.1.设计流量Q50m/h50/36000.014m/s总变化系数KzK日K时11.51.5（K时如下：冶金1.01.1；化工1.3-1.5；纺织、食品、皮革1.52.0；造纸1.31.8）3.1.2.最大设计流量QmaxKzQ1.50.0140.021m/s3.2格栅的设计计算格栅的设计计算主要包括格栅形式选择、尺寸计算、水力计算、栅渣量计算等，尽管格栅的布置方式多样，都可以通过简图3-1进行格栅计算。图3-1 细格栅计算草图表3-1 格栅预去除率表指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水500200750400出水475190
2、675400去除率/5510-拟采用细格栅，其设计计算如下：3.2.1设计参数查水污染控制工程第三版下册，细格栅栅条间隙1.510mm，取b8mm人工清渣时格栅安装角度一般与水平面成3060，取60过栅流速一般采用0.61.0m/s，取v0.7m/s栅前水深h0.5m进水渠道宽度B1=0.3m渐宽部分展开角130栅条断面选取迎水面为半圆的矩形，栅条宽度为S=10mm3.2.2设计计算1.格栅的间隙数量n6.97，取n72.格栅槽总宽度BSn1bn1010371810370.116m由上述计算可见，计算所得格栅在实际生产应用中不适合。根据污水处理需要和从经济效益方面分析，选用筛网代替格栅，并由人
3、工定时清渣。3.筛网的设计计算（1）过栅断面面积为：（2）过栅宽度为：根据计算和实际需要，在废水进入调节池的入口处设计一道筛网，其尺寸为：LB=10.5m，并于地平线呈60夹角斜放。（3）过栅水头损失h2阻力系数与栅条的断面几何形状有关，当迎水面为半圆形的矩形时，形状系数取1.83，则：=1.83=2.464则h2=32.52=0.16m式中：k系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用k=3。通过格栅的水头损失一般为0.080.15m，为避免格栅前涌水，故将栅后槽下降h2作为补偿。（4）栅前、后槽总高度一般情况下，栅前槽总高度为栅前水深h、格栅前渠道超高h1(一般取0.3m)之和，栅
4、后槽总高度为h、h1和格栅的水头损失h2之和，即：则栅前槽总高为：H1=h+ h1 =0.5+0.3=0.8m则栅后槽总高度为：H=h+ h1+ h2=0.5+0.3+0.16=0.96m（5）格栅的总长度取进水渠道宽度B1=0.3m，渐宽部分展开角130，此时进水渠道内的长度为： 渠道与出水渠道连接处的渐窄部分长度： 栅槽总长度：（6）每日栅渣量：取每单位体积污水拦截污物W1为0.1m3/103m3，污水流量总变化系数KZ为1.53.3调节池的设计计算调节池的设计主要是选择池型和确定其有效容积，然后计算其各部尺寸，并选择搅拌设备。调节池有效容积的确定分停留时间法和累积曲线法两种，停留时间法是
5、目前国内应用最普遍的方法，关键在于确定合适的停留时间。停留时间经验值为412h，连续进水取4h，间断取12h。本设计中，拟选用矩形水质调节池，兼具调节水量和水质的作用，停留时间取4h。考虑到避免调节池中发生沉淀，需辅以搅拌混合，拟采用机械搅拌方式。表3-2 调节池预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水475190675400出水450180607400去除率/5510-3.3.1.设计参数水力停留时间T4h3.3.2.设计计算1.调节池有效容积VQT504200m2.调节池水面面积取池子总高度H=4.7m，其中超高0.5m，则池面积为AV/h200/4.247
6、.62m23.调节池的尺寸池长取L7.85m，池宽取B6.2m，则池子总尺寸为LBH=7.856.24.5219m4.搅拌机 数量：1台；型号：JBG型立式环流搅拌机：配用电机功率：2.2kW，单机服务范围最大面积100m2，最大宽度10m，最大深度26m(可调)：机体最大插入水深：14.5m，重量390kg；5.水泵的扬程和流量设污水提升前水位为-4.70m,提升的最高水位为4.30m（1）静扬程考虑1m的安全水头，2m的管路水头损失，则总扬程为（2）流量按算，选一台泵，则泵的流量为选用2台WQS85-13-7.5型潜污泵（流量85m3/h,扬程13m，转速2900r/min,功率7.5kw
7、），一用一备。3.4混凝沉淀池的设计计算根据环境工程毕业设计指南，整个池子分为反应区和沉淀区。由于处理量较小，沉淀区选用竖流式沉淀池。表3-3 混凝沉淀池预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水450180607400出水405135160100去除率/102574753.4.1反应区的设计计算1.设计参数反应区HRT=30min。2.反应区设计反应区容积V=500.5=25m3。为保证药剂与水在短时间内充分混合，设计反应池高度为1m，超高0.3m，单池单格，尺寸为：551.3，配套设备为搅拌机1台。3.4.2竖流式沉淀池的设计计算1.设计参数竖流式沉淀池多为圆
8、形，亦有呈方形或多角形，本设计为正方形，1座，中心进水，周边出水。查水污染控制工程第三版下册、排水工程下册、环境工程毕业设计指南，为使池内配水均匀，池径不宜过大，一般采用47m，不大于10m。池径(或正方形的一边)与有效水深之比一般不大于3。中心管流速v0不应大于30mm/s，取v0=20mm/s；水从中心管喇叭口与反射板间流出的速度v1一般不大于40mm/s，取v1=15mm/s。作为初沉池使用时，在生物处理前表面水力负荷为2.04.5m3/（m2h），沉淀时间为0.51.5h，取表面负荷4.0m3/（m2h），沉淀时间为1.5h。贮泥斗斜壁倾角，方斗宜为60；池底边长取0.5m；超高不低于
9、0.3m，取h1=0.3m，缓冲层高h4=0.3m。排泥管下端距池底距离0.20m，取0.2m，排泥管上端超出水面距离0.40m，取0.5m。作为初沉池，排泥管出口距液面距离不小于1.1m，取1.5m。2.设计计算：（1）中心管截面积f1与直径d0中心管截面积f1=1.05m2中心管直径d0=1.16m（2）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3喇叭口直径与高度d1=1.35d0=1.351.16=1.57m反射板直径d2=1.3d1=1.31.57=2.04m间隙高度h3=0.28m（1） 沉淀池边长L沉淀区有效容积V=1.5501.5=112.5m3沉淀区有效水深h2=qt=41.5=6m
10、沉淀区面积m2池边长，取池边长为5m，实际池面积为55=25m2（2） 校核表面负荷qq=3.0m3/（m2h）在2.04.5m3/（m2h）范围内，设计合理。（5）校核池径水深比=5/63，设计符合要求。（6）污泥区容积污泥区的容积VW=16.1m3/d式中：c0，c1沉淀池进水和出水的悬浮固体浓度，mg/L； 污泥容重，kg/m3，含水率在95%以上时，可取1000 kg/m3； p0污泥含水率，%。泥斗深h5=tan603.9m，泥斗容积为V=污泥通过静压排泥方式进入污泥池。（7）沉淀池总高度H=h1h2h3h4h5=0.360.280.33.9=10.78m（9）出水设计查水污染控制工
11、程第三版下册，沉淀池的出水整流措施通常为溢流式集水槽，出水堰可采用三角堰、孔眼等形式。本设计采用直角锯齿形三角堰，堰口齿深50mm，齿距为100mm。水面宜位于齿高的1/2处，即25mm处。本设计集水槽位于池内，在池的内侧设一周的钢制集水槽，槽宽b为0.5m，由于经过竖流式沉淀池的水头损失为0.40.5m，按最大水头损失计算，集水槽底端应设在水面下方至少0.5m处，取槽深0.6m。3.5水解酸化池的设计计算水解酸化池的设计主要是确定其有效容积。其水力停留时间一般控制在2.58.0h之间。反应池的高度一般为46m。水力负荷为0.52.5m3/（m2h），有机负荷为1.958.8kgCOD/(m3
12、d)。由于水解酸化要在一定温度下进行，所以必须加盖。表3-4 水解酸化池预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水405135160100出水300128144100去除率/26510-3.5.1.设计参数水力停留时间一般控制在2.58.0h之间，由于工业废水停留时间较长，取HRT=6h；水解池上升流速0.51.8m/h；水解池超高取0.3m。3.5.2设计计算1.水解池的容积水解池容积506300m32.尺寸的确定取上升流速为0.8m/h，根据，可计算出：池截面面积m2，池高m取池长为15.5m，宽为5m，设备中有效水深高度为4.8m。水解池总高度为5.1m。3
13、.水解池上升流速校核反应器高度上升流速=（符合设计要求）3.6生物接触氧化池的设计计算生物接触氧化池工艺设计的主要内容是计算填料的有效容积和池体的尺寸，计算空气量和空气管道系统等。目前一般是在用有机负荷计算填料容积的基础上，按照构造要求确定池子的具体尺寸、池数以及池的分级。对于工业废水，最好通过实验确定有机负荷，也可审慎地采用经验数据。生物接触氧化池的容积一般按BOD5的容积负荷或接触氧化的时间计算，并且相互核对以确定填料容积。生物接触氧化法的供气量，要同时满足微生物降解污染物的需氧量和氧化池的混合搅拌强度。满足微生物需氧所需的空气量，为保持氧化池内一定的搅拌强度，满足营养物质、溶解氧和生物膜
14、之间的充分接触，以及老化生物膜的冲刷脱落，气水比宜大于10，一般取1520。进水BOD5浓度过高时，应考虑设出水回流系统；填料层高度一般采用3.0 m；每单元接触氧化池面积不宜大于25m2。表3-5 生物接触氧化池预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水300128144100出水7020130100去除率/778510-3.6.1设计参数进水BOD5为S0=128mg/L，出水BOD5为Se=20mg/L；查水污染控制工程第三版下册和环境工程毕业设计指南，BOD5500mg/L时，填料容积负荷可用1.0-3.0kg/(m3d)，取LV=1.2kg/(m3d)；
15、填料高度h0一般采用3.0m；超高h1为0.50.6m，取h1=0.5m；填料层上水深h2为0.40.5m，取h2=0.4m；填料至池底的高度h3一般采用0.5m；1m3污水需气量D0值宜大于10，一般取1520，本设计取D0=15；3.6.2设计计算1.生物接触氧化池的有效容积V填料容积m32.生物接触氧化池的总面积A和池数N池总面积2由于每单元接触氧化池面积不宜大于25m2,取池数，则每座池子的面积m2由于面积很小，采取单格。设计为53m的矩形。3.有效停留时间t有效停留时间h（符合要求）4.供气量D和空气管道系统计算（1）供气量D=D0Q=1550=750m3/h（2）空气管从鼓风机房出
16、来一根空气干管，有两个生物接触氧化池，设两根空气支管，每根空气支管上设13根小支管。两池共两根空气支管，26根空气小支管。空气干管流速为15m/s，支管流速为10 m/s ，小支管流速为5 m/s，则空气干管管径：，取DN150mm钢管空气支管管径： ，取DN125mm钢管，空气小支管管径：，取DN80mm钢管。（3）曝气系统采用圆盘式微孔扩散器布气本设计中采用HWB-2型微孔曝气器，其规格如下：直径：200mm；厚度：20mm；微孔平均直径：150m；孔隙率：4050%；曝气量：13 m3/h；服务面积：0.30.5 m2/个；氧利用率：2025%；充氧动力效率：46kg/(kWh)；阻力：
17、1471.13432.5Pa；曝气板为陶瓷材料，托盘为ABS材料。根据单池单格内设13根空气管，每根空气管均布10个曝气器，则整个接触氧化池所需曝气器数目总计为：21310=260个5.鼓风机选型空气总量为12.5 m3/min；水下3.8m处的压强为：P1=gh=10009.83.8=37.2kPa则阻力损失为水压与曝气器阻力之和：P=P1+P2=37.2+3=40.2kPa本设计中选用TS系列低噪声罗茨鼓风机，型号：TSD-150，性能参数如下：转速：870r/min；升压：44.1kPa：流量：12.9m3/min；配套电机为Y180M-4，功率为18.5kW，机组最大重量为700kg。
18、6.填料设计填料高度为3m，其体积为：V=303=90m3本设计选择同种软性填料，所用软性纤维采用高醛化度维纶丝，具有比表面积大、利用率高、空隙可变不堵塞、重量轻、强度高、性能稳定、运输方便、组装容易等优点。查给水排水设计手册第5册，填料规格如下：纤维束长度：120mm；束间距离：60mm；安装距离：130mm；纤维束量：11.57束/m3；密度：2.53kg/m3；孔隙率：99%；理论比表面积：2472m2/m3。7.池深h池深h=h0+h1+h2+h3=3+0.5+0.4+0.5=4.4m3.7二沉池的设计计算3.7.1设计参数由于处理水量较小，二沉池也选用竖流式沉淀池。与混凝沉淀中沉淀池
19、的设计类似，正方形，1座，中心进水，周边出水。查水污染控制工程第三版下册、排水工程下册、环境工程毕业设计指南，为使池内配水均匀，池径不宜过大，一般采用47m，不大于10m。池径(或正方形的一边)与有效水深之比一般不大于3。中心管流速v0不应大于30mm/s，取v0=20mm/s；水从中心管喇叭口与反射板间流出的速度v1一般不大于40mm/s，取v1=15mm/s。作为二沉池使用时，在生物膜法后，表面水力负荷为1.02.0m3/（m2h），沉淀时间为1.54.0h，取表面负荷2.0m3/m2h，沉淀时间为3.0h。贮泥斗斜壁倾角，方斗宜为60；池底边长取0.5m；超高不低于0.3m，取h1=0.
20、3m，缓冲层高h4=0.3m。排泥管下端距池底距离0.20m，取0.2m，排泥管上端超出水面距离0.40m，取0.5m。二沉池排泥管距液面不小于0.8m，取1.0m。二沉池预去除率见下表。表3-6 二沉池预去除率表指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水7020130100出水661959100去除率/5555-3.7.2设计计算1.中心管截面积f1与直径d0中心管截面积f1=1.05m2中心管直径d0=1.16m2.中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3喇叭口直径与高度d1=1.35d0=1.351.16=1.57m反射板直径d2=1.3d1=1.31.57=2.04
21、m间隙高度h3=0.28m3.沉淀池边长L沉淀区有效容积V=1.5503=225m3沉淀区有效水深h2=qt=23=6m沉淀区面积m2池边长，取池边长6.2，实际池面积为6.26.2=38.44m2（3） 校核表面负荷qq=1.97m3/（m2h）在1.02.0m3/（m2h）范围内，设计合理。（5）校核池径水深比=6.2/63，设计符合要求。（6）污泥区容积污泥区的容积VW=16.88m3/d式中：c0，c1沉淀池进水和出水的悬浮固体浓度，mg/L； 污泥容重，kg/m3，含水率在95%以上时，可取1000 kg/m3； p0污泥含水率，%。泥斗深h5=tan604.9m，泥斗容积为污泥通过
22、静压排泥方式进入污泥池。（7）沉淀池总高度H=h1h2h3h4h5=0.360.280.34.9=11.78m（8）出水设计查水污染控制工程第三版下册，沉淀池的出水整流措施通常为溢流式集水槽，出水堰可采用三角堰、孔眼等形式。本设计采用直角锯齿形三角堰，堰口齿深50mm，齿距为100mm。水面宜位于齿高的1/2处，即25mm处。本设计集水槽位于池内，在池的内侧设一周的钢制集水槽，槽宽b为0.5m，由于经过竖流式沉淀池的水头损失为0.40.5m，按最大水头损失计算，集水槽底端应设在水面下方至少0.5m处，取槽深0.6m。3.8清水池的设计计算清水池用于收集沉淀处理后的污水。根据停留时间计算其池体尺
23、寸。表3-7 清水池预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水661959100出水63185635去除率/-5-3.8.1 设计参数按水泵5min抽一次水，为了保险起见，取停留时间t=10min。3.8.2 设计计算池体容积：V=Qt=50（10/60）=8.3m3取池中有效水深为h=2.2m，超高取0.3m。则池面积为：A=V/h=8.3/2.2=3.8m2设计池形为正方形，则边长为：,取2m。过渡池的尺寸为：222.5m。3.9活性炭过滤器的设计计算活性炭过滤器主要由活性炭层和承托层组成。活性炭具有发达的孔隙，比表面积大，具有很高的吸附能力。表3-8 活性炭
24、过滤器预去除率指标COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/L色度/倍进水661956100出水63185035去除率/555653.9.1.设计参数查环境工程毕业设计指南，空塔流速v=10 m/h；接触时间t=15min=0.25h；通水倍数W=5.0 m3/kg；填充密度=450kg / m3；粒状炭平均粒径 =1.5mm；炭层空隙率=32%；再生损失率=5%；反冲强度q=10L/(m2h)；反冲膨胀度L0=25%30%。3.9.2.设计计算1.炭层尺寸设计炭层总面积：F=Q/v=50/10=5m3炭层直径：D=，取2.5m炭层高度：h=vT=100.25=2.5m2.炭层装炭量计算炭
25、层容积:V1=fh=D2h/4=2.522.5/4=12.26m3炭层首次装炭量：G= V1=12.26450=5520kg炭层累积出水量：Vb=GW=55205.0=27600 m3炭层饱和时间：Tb= 每年(按365天计)炭层饱和炭再生次数：n=365/18.4=20每年炭层饱和炭再生损失：G1=Gn=5520200.05=5525kg即每年需补充新炭量为5525kg。3.过滤器总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.5+1.0+2.5+0.4+0.5=4.9m式中：h1保护高，取0.5m； h2炭层上水深，一般不小于1m，取1.0m； h3炭层高度，h3=h=2.5m； h4承托层高
26、度，取0.5m； h5反冲洗布水高度，一般为0.40.5m，本设计取0.4m。3.10污泥处理系统的设计计算该污泥处理系统处理的污泥主要来自混凝沉淀和二沉池，含水率很高，一般为96%99%，所以必须进行脱水。污泥浓缩的方法有重力浓缩和气浮浓缩、机械浓缩三种，在实际工程中该废水以重力浓缩最常用。本设计污泥处理系统中采用重力浓缩和带式压滤机处理污泥。经过浓缩后，污泥的含水率为94%98%，浓缩时间不宜小于12h，但也不要超过24h。污泥室容积，应该根据排泥方法和排泥间隙时间确定。3.10.1.设计参数1.污泥量的计算（1）沉淀池污泥量V1=16.1m3/d，含水率95（2）二沉池污泥量V2=16.
27、88m3/d含水率99.2（3）总污泥量V=V1+V2= 16.1+16.88=32.98m3/d平均含水率为：95%（16.1/32.98）+ 99.2%（16.88/32.98）=97.15%2.参数选取查污水处理厂设计与运行和水污染控制工程第三版下册，固体负荷（固体通量）M一般为1035kg/m3d，取M=30 kg/m3d；浓缩时间取T=20h；浓缩后污泥含水率为95%；设计污泥量取V=33m3/d；浓缩后污泥体积：V1=（100-97.15）/（100-95）33=18.81m3/d3.10.2设计计算1.池子边长（1）根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：AQC/M式中：Q入流污
28、泥量，m3/d ； M固体通量，kg/m3d； C入流固体浓度kg/m3。入流固体浓度（C）的计算如下：=1000(1-95%)=16.11000(1-95%)=805kg/d =1000(1-99.2%)=16.881000(1-99.2%)=135.04kg/d 则：（2）浓缩后污泥浓度为：=940.04/18.81=50kg/m3（3）浓缩池的面积为：A=QC/M=3328.5/30=31.4m2设计1座正方形浓缩池，边长为6.2m，则实际面积为38.4m2。2.池子高度取停留时间T=20h，有效高度=（QT）/（24A）=0.7 m，取1m，超高=0.5 m，缓冲区高= 0.5m，池壁
29、高：=+=2m3.污泥斗污泥斗下锥体边长取0.5 m，污泥斗倾角取50，则污泥斗的高度为：h4=(6.2/20.5/2)tan50=3.4m污泥斗的容积为：V2=3.4(6.22+6.20.5+0.52)=47.36m34.总高度H=2+3.4=5.4m5排泥周期T=1.44d，取排泥周期T=1d。6.污泥提升泵数量：2台，一用一备；ZW50-20-12；流量：20m3/h；扬程：12m；功率：2.2kW。7.压滤机数量：1台；型号：DY-1000；功率：1.5kW。3.11高程计算3.11.1水头损失计算计算厂区内污水在处理流程中的水头损失，选最长的流程计算，结果见表3-9。1.沿程阻力损失
30、查给水排水设计手册第1册，Q=750m3/h，可取最大管径为DN150，v=1.11m/s，1000i=15.2。2.局部阻力损失查流体力学泵与风机第五版，根据断面形状为圆形，R/d=1，查得90弯管的=0.246。表3-9 水头损失计算表名称管径(mm)Iv(m/s)管长(m)IL v2/2gh(m)活性炭过滤器0.50活性炭过滤器至清水池15015.21.150.0760.9840.0610.13清水池0.20清水池至二沉池15015.21.150.0760.4920.030.11二沉池0.50二沉池至接触氧化池15015.21.170.0111.230.0760.09接触氧化池0.20接
31、触氧化池至水解酸化池15015.21.1120.1820.9840.0610.24水解酸化池0.15水解酸化池至竖流式沉淀池15015.21.160.0920.4920.030.12竖流式沉淀池0.50沉淀池至反应池15015.21.130.0460.2460.0150.06反应池0.20反应池至调节池15015.21.1100.1520.4920.030.18调节池0.20筛网0.163.543.11.2高程确定根据所通提供的设计资料，未给出当地地形条件。在设计中以进水渠底端为相对标高(0.00)，其与调节池水面标高一致。然后根据各处理构筑物之间的水头损失推求其它构筑物的设计水面标高。经过计算各污水处理构筑物的的设计水面标高、池顶标高、池底标高见表3-10。表3-10 各污水处理构筑物的设计标高构筑物名称水面标高/m池顶标高/m池底标高/m调节池-0.500.00-4.70反应池4.304.60+3.30竖流式沉淀池4.044.34-6.44水解酸化池3.423.72-1.58接触氧化池3.033.53-0.87二沉池2.743.04-8.74清水池-0.300.00-0.25污泥浓缩池0.501.00-4.40
