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处理单元的设计计算

时间:2022-03-03 百科知识 版权反馈
【摘要】:调节池的作用为缓冲有机物负荷冲击,控制pH值,减少对物理、化学处理系统的流量波动,防止高浓度的有毒物质进入生物处理系统,保证生物处理系统连续进水。在设计中采用差流式均化调节池。设计计算草图(略)调节池的设计计算 设计调节池12间,4池为一组。
处理单元的设计计算_环境工程专项设计案例分析

1.格栅的设计

(1)设计基本参数的确定

①格栅结构形式的确定 格栅的作用:去除废水中粗大的悬浮物和杂物。格栅按栅条隙分为:粗(coarse)格栅(50~100mm)、中(medium)格栅(10~40mm)、细(fine)格栅(2~10mm)。按筛余物清理方式分为:人工清理(manual-ly cleaned screen)和机械清理(mechanically cleaned screen)。

②格栅的设计基本参数 栅条断面形状选用迎水面为半圆的矩形,栅前水深h=1m,过栅流速v=0.9m/s,安装倾角α=60°。粗格栅设计为四个格栅并排建立,设计采用栅宽度S=0.01m,栅条间隙b=60.0mm,粗格栅2个格栅之间的间隔为0.1m。中格栅设计4个格栅并排建立,栅条宽度S=0.01m,栅条间隙b=20mm,中格栅2个格栅之间的间隔为0.1m。

设计流量:日平均流量Q=50×104m3/d=20833.333m3/h=5.787(m3/s)。

日最大流量:Q=KzQd=1.4×5.787m3/s=8.102m3/s=29167.2(m3/h)。

(2)设计计算草图(图2-2)

图2-2 格栅设计计算草图(单位:mm)

(3)粗格栅的设计计算 格栅的截污主要对水泵起保护作用。设计粗格栅4个,提升泵选用螺旋泵,格栅栅条间隙为60mm。

①单个格栅的流量和格栅间隙数n

式中,Qmax为最大设计流量,m3/s(这里取值为8.102m3/s);b为栅条间距,m;h为栅前水深,m;α为格栅倾角(°);v为污水流经格栅的速度,m/s。

②实际过栅流速v

式中,n为栅条间隙数,根。由上式知,流速为0.6~1.0m/s,符合要求。

③栅槽宽度B

设计采用栅条宽度为10mm,即S=0.01m。

单个格栅的宽度:

B′=S(n-1)+bn=0.01×(35-1)+0.06×35=2.44(m)

式中,b为栅条间距,m;S为栅条宽度,m。

栅槽总宽度:B=4B′+0.1×3=4×2.44+0.3=10.06(m)。

④进水渠道渐宽部位的长度L1

根据最优水力断面计算,进水渠道宽B1=9.8m,取进水渠道渐宽部位的展开角α1=20°,则进水渠内的流速:

由上式知,流速<0.9m/s,符合要求。因此,进水渠道渐宽部分的长度L1为

式中,B1为进水渠宽,m;α1为进水渠道渐宽部位的展开角度,一般α1=20°;v1为进水速度,m/s。

⑤格栅的水头损失h2

h2=kh0

式中,h0为计算水头损失,m;v为污水流经格栅的速度,m/s;ξ为阻力系数,其值与栅条断面的几何形状有关;α为格栅的放置倾角(°);g为重力加速度,9.81m/s2;k为考虑到格栅受污染物堵塞后阻力增大的系数,可用式k=3.36v-1.32求得,一般采用k=3(城市污水的格栅水头损失一般取0.1~0.4m)。

格栅水头损失:

⑥栅后槽的总高度H

取栅前渠道超高h1=0.3m,则有

H=h+h1+h2=1.0+0.3+0.02=1.32(m)

式中,h为栅前水深,m;h2为格栅的水头损失,m;h1为格栅前渠道超高,一般h1=0.3m。

⑦格栅的总长度L

式中,L1为进水渠道渐宽部分的长度,m;α为格栅的放置倾角(°);L2为格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般L2=0.5L1;H1为格栅前的渠道深度,m。

⑧每日栅渣量W

在格栅间隙为60mm的情况下,设栅渣量为每1000m3污水产渣0.02m3,则

式中,W1为栅渣量,m3/(103m3污水);KZ为生活污水总流量变化系数。由于W>0.2m3/d,适用机械除渣。

⑨设备选型

根据计算结果,设计选用深圳市新环机械工程设备有限公司RGS三索钢丝绳牵引式机械格栅4台,其技术参数如表2-6所示。

表2-6 RGS三索钢丝绳牵引式机械格栅技术参数

(4)中格栅的设计计算 中格栅的设计计算、设备选型参照粗格栅。

2.调节池的设计

(1)设计基本参数的确定

①调节池类型的确定 废水的流量和污染物的含量是随时间变化的。调节池的作用为缓冲有机物负荷冲击,控制pH值,减少对物理、化学处理系统的流量波动,防止高浓度的有毒物质进入生物处理系统,保证生物处理系统连续进水。

调节池包括:均量池,可均化水量;均质池,可均化水质;均化池,既能均量,又能均质。

在设计中采用差流式均化调节池。

②调节池的设计基本参数 由于污水设计流量较大,为减少调节池个数和占地面积,设计水里停留时间t=2h,有效水深h=5m。

(2)设计计算草图(略)

(3)调节池的设计计算 设计调节池12间,4池为一组。

①调节池有效容积V

V=Qmaxt=29167.2×2=58334.4(m3

式中,Qmax为最大设计流量,m3/s;t为调节时间,h。

②单个调节水池面面积F

F=V/(12h)=58334.4/(12×5)=972.24(m2

式中,h为有效水深,m。

③调节池长度、总高

取池宽b=25m。

池长=38.89(m)(取l=40m)。

取池超高h1=0.5m,则池总高为

H=h1+h=0.5+5=5.5(m)

④调节池规格 设计单个调节池的规格为(长×宽×高)40.0m×25.0m×5.5m。

3.A/O曝气池的设计

(1)设计基本参数的确定 如无试验资料时,可采用经验数据,见表2-7。

表2-7 A/O法设计参数表

根据表2-7,本次课程设计基本参数的选取和计算如下:

①污泥负荷:Ns=0.18kgBOD5/(kgmLSS·d)(Ns>0.1kgBOD5/(kgmLSS·d))。

②污泥体积指数:SVI=100。

③回流污泥浓度Xr

式中,r为考虑污泥受沉淀池影响的系数,取1.0~1.2。

④污泥回流比R=60%。

⑤曝气池混合污泥浓度X

⑥TN去除率ηTN

式中,TN0为进水缺氧池污水总氮,mg/L;TNe为出水总氮,mg/L。

⑦混合液的内回流比R

⑧回流污泥量Qr

Qr=RQ=0.6×50×104=3×105(m3/d)

(2)设计计算草图(图2-3)

图2-3 A/O工艺流程图

(3)A/O曝气池的设计计算

①可否采用A/O法的判据

COD/TN=350/30=11.667>10;BOD/TP=200/4.5=44.3>30,可采用A/O法。

②生化反应池总容积V

式中,V为生化反应池总容积,m3;Qmax为平均设计流量,m3/d;S0为生化反应池进水BOD5浓度,kg/m3;X为污泥浓度,kg/m3;Ns为BOD5污泥负荷,kgBOD5/(kgmLSS·d)。

③好氧、厌氧反应容积

V1=155555.4(m3),V2=51851.8m3

式中,V1为好氧段容积,m3;V2为厌氧段容积,m3

④反应池总有效面积A

设有效水深H1=6.0m,则

⑤单座反应池有效面积S

设计2组反应池,每组6座A/O池,则每座面积

⑥水力停留时间t

式中,t为水力停留时间,h。

采用A∶O段停留时间比为1∶3,设计A段停留时间t1=1.8h,O段停留时间t2=5.31h。

⑦单座反应池池长L1

采用三廊道式推流式反应池,单廊道宽b=10m,总宽B=3×10=30(m)。

单组曝气池池长:=96.022(m)(取L=96m)。

校核:每廊道宽深比,在1和2之间,符合要求。

反应池总长L=3L1=288m,则L>(5~10)b,符合要求。

⑧剩余污泥量W

W=YQ(S0-Se)-KdXVV+0.5Q(L0-Le

式中,W为剩余污泥量,kg/d;Y为污泥产率系数,kg/kgBOD5,一般为0.5~0.7(取Y=0.55);Kd为污泥自身氧化系数,d-1,一般为0.05;S0-Se为生化反应池去除BOD5浓度,kg/m3;Q为平均日污水流量,m3/d;L0-Le为反应器去除的SS浓度,kg/m3;XV为挥发性悬浮固体浓度,kg/m3,XV=0.7X;V为生化反应池总容积,m3

a.降解BOD生成污泥量W1

生化反应池去除BOD5浓度:

S0-Se=(200-20)(mg/L)=0.18(kg/m3

W1=YQ(S0-Se)=0.55×50×104×0.18=4.95×104(kg/d)b.内源呼吸分解泥量W2

f==0.7(取值范围为0.5~0.8)

挥发性悬浮固体浓度:XV=fX=0.7×3750=2625(mg/L)。

取污泥自身氧化速率Kd=0.05d-1(0.05~0.1d-1),则

W2=KdXVV=0.05×207407.407×2.625=27222.222(kg/d)

c.不可生物降解和惰性悬浮物量(NVSS)W3

NVSS约占TSS的50%,则A/O池去除的SS浓度:

L0-Le=250-20=230(mg/L)=0.23(kg/m3

W3=0.5Q(L0-Le)=0.5×50×104×0.23=5.75×104(kg/d)

d.剩余污泥量W

W=W1-W2+W3=4.95×104-27222.222+5.75×104=79777.778(kg/d)

每日生成的剩余活性污泥量:

XW=W1-W2=4.95×104-27222.222=22277.778(kg/d)

⑨湿污泥量QS

污泥含水率:P=99.2%(99.2%~99.6%),则

式中,QS为湿污泥量,m3/d;P为污泥含水率,%。

⑩污泥龄θc

式中,θc为污泥龄,d。由上式知,θc>10d,符合要求。

(11)

(12)

(13)气池所需空气量计算

a.需氧量计算O2

式中,a′为活性污泥微生物分解有机物过程的需氧率,即活性污泥微生物每代谢1kgBOD5所需要的氧量,取1kgO2/kg;b′为活性污泥好氧与厌氧分解氨氮过程的需氧率,取4.6kgO2/kg;c′为污泥的氧当量系数,完全氧化一单位的细胞需要1.42单位的氧;Q为日平均污水流量,m3/d;Sr为生化反应池去除BOD5浓度,kg/m3;Nr为氨氮去除量,kg/m3;ND为硝态氮去除量,kg/m3;XW为剩余活性污泥量,kg/d。

b.曝气池供气量计算Os

Os=K0O2

式中,Cs指20℃水平溶解氧饱和度值,取9.17mg/L。

式中,EA为氧转移率,取EA=20%。

空气扩散器出口的绝对压力Pb

Pb=1.013×105+9.81×103×H1

=1.013×105+9.81×103×6.0

=1.602×105(Pa)

20℃时曝气池混合液中平均溶解氧饱和浓度为

Os=K0O2=1.71×1014754.727=1735230.584(kg/d)=72301.274(kg/h)

好氧反应池平均时供气量为

皕瑏瑢空气管道系统计算 在相邻的两个廊道的墙壁上设一根干管,共18根干管,取立管间的间距为6.0m;一条干管上设16对配气竖管,共32条配气竖管。如图2-4所示,全部曝气池共有576条配气竖管。

图2-4 空气管道系统(单位:mm)

a.最大供气量:GSmax=1.4GS=1.4×1291094.184=1807531.858(m3/h)

每根立管的供气量:=3138.076(m3/h)。

b.每个扩散器的服务面积为1m2,则所需数量为1807532(个)。为安全设计,本设计采用1807532个扩散器。

c.每个立管上安设的空气扩散器数:≈3138(个)。

d.每个扩散器的配气量=1.000(m3/h)。

(4)A/O工艺设备选型设计

①鼓风机的选型 选择型号为CM75L的鼓风机24台,22台使用2台备用。该型号的鼓风机运转性能好,可靠性能高,它比一般离心机的叶轮外径小30%~40%,故转子转矩小,一般能满足要求,其主要性能参数见表2-8。

表2-8 鼓风机典型机组主要性能参数

②鼓风机房的设置 鼓风机房的平面尺寸:L×B=50m×40m。

风机出口风压:p=h1+h2+h3+h4+Δh

式中,h1+h2=0.2m;曝气器淹没水头h3取4.8m;曝气阻力h4取0.4m;富余水头Δh取0.5m。则

p=0.2+4.8+0.4+0.5=5.9(m)

③微孔曝气器的选型 根据计算,拟采用STEDCO型橡胶膜微孔曝气器,具体参数见表2-9。

表2-9 STEDCO型橡胶膜微孔曝气器主要性能参数

4.沉淀池的设计

(1)设计基本参数的确定

①沉淀池类型的确定 按水流方向划分,沉淀池可分为平流式、辐流式和竖流式3种。沉淀池的设计一般作以下规定:

a.沉淀池的设计作分期建设考虑,当污水为自流进入时,设计流量为每期的最大设计流量;

b.当污水为提升进入时,设计流量为工作泵的最大组合流量;

c.对于城市污水厂,沉淀池的个数不应少于2个。

②沉淀池的设计基本参数(表2-10)

表2-10 城市污水沉淀池的设计数据

沉淀池直径不宜小于16m;超高不少于0.3m;缓冲层高采用0.3~0.5m;贮泥斗斜壁的倾角,方斗不宜小于60°,圆斗不宜小于55°;排泥管直径不小于200mm。

(2)设计计算草图 辐流式沉淀池结构见图2-5,二沉池计算草图见图2-6。

图2-5 辐流式沉淀池结构

图2-6 二沉池计算草图

(3)沉淀池的设计计算

①沉淀部分水面面积A

设池个数n=16个,表面负荷q=1.1m3/(m2·h),则

式中,Qmax为最大设计流量,m3/h;q为表面负荷,m3/(m2·h);n为池的个数。

②池子直径D

③实际水面面积A

④实际表面负荷q

q值在规定的0.6~1.5m3/(m2·h)内,符合要求。

⑤沉淀部分有效水深h2

取沉淀时间t=4h,则h2=qt=1.00×4=4.00(m)。因此,径深比为49/4.0≈12,符合径深比为6~12的设计要求。

⑥沉淀部分有效容积V

⑦污泥区容积V′

污泥区容积按贮泥时间0.1h确定,则

单个沉淀池污泥区的容积:=1136.37(m3

⑧校核堰口负荷q′

⑨池底锥体尺寸计算 设泥斗上部半径r1=2m,下部半径r2=1m,泥斗坡度为60°,泥斗高h5=1.73m。

泥斗容积:

设池底坡度i=0.08(i=0.05~0.10),则圆锥部分高度:

h4=(R-r1)i=(24.5-2)×0.08=1.80(m)

圆锥部分容积:

沉淀池共可贮存污泥体积为V1+V2=12.70+1183.21=1195.91(m3)>,符合要求。

⑩沉淀池总高度

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.30+4.00+0.30+1.80+1.73=8.13(m)式中,h1为沉淀池超高,m,一般取0.30m;h2为沉淀部分有效水深,m;h3为缓冲层高度,m,一般取0.30m;h4为污泥区高度,m;h5为贮泥斗高度,m。

(4)沉淀池进水系统设计

①进水管计算

单池设计污水流量:

Q0=Qmax/16=1822.95(m3/h)=0.506(m3/s)

Q=(1+R)Q0=(1+0.6)×1822.95=2916.72(m3/h)=0.810(m3/s)

管径取D1=800mm,进水速度

②进水竖井

进水井径D2为1.5m,流速为0.1~0.2m/s;出水口尺寸为0.5m×1.5m,共6个,沿井壁均匀分布。

流速:,符合要求。

孔距:=0.285(m)。

③稳定筒计算

筒中流速:v3=0.02~0.03m/s,取0.03m/s。

过流面积:

直径:

(5)沉淀池出水部分设计

采用两个环形集水槽,池周边一个,池中央一个,单池设计流量为0.506m3/s。

①环形集水槽内流量

②环形集水槽设计

a.池周边采用周围集水槽,单侧进水,每池只有一个总出水口。

集水槽宽度为

b1=0.9×(k·q)0.4=0.9×(1.3×0.253)0.4=0.577(m)(b10.6m)

式中,k为安全系数,取1.2~1.5。

集水槽起点水深为h起点=0.75b=0.75×0.6=0.450(m)

集水槽终点水深为h终点=1.25b=1.25×0.6=0.750(m)

槽深取+0.300=0.900(m),其中超高0.300m。

b.池中央采用双侧集水环形集水槽

槽宽取b2=0.8m,流速v4=0.6m/s。

槽内终点水深=0.527(m)。

槽内起点水深:=0.217(m)。

当水流增加一倍时,q=0.506m3/s,v′4=0.8m/s。

设计取环形槽内水深为0.6m,集水槽总高度0.6+0.3(超高)=0.9(m)。采用90°三角堰。

③出水溢流堰的设计

采用出水三角堰(90°),堰上水头(即三角口底部至上游水面的高度)H1=0.05m。

a.每个三角堰的流量Q1

Q1=1.343=1.343×0.052.47=0.0008214(m3/s)

b.三角堰个数n

n=≈616个,池周边和中央各一半,为308个。

三角堰的中心距(按池周边集水槽计算):

c.集水槽直径设计

池周边集水槽外径与池径相等,内径D1=D-2b1=49-2×0.6=47.8(m)。

池中央集水槽与池周边集水槽流量相同,令单位长度上的流量为qd,则

得D2=24.5m,内径为D3=D2-2b2=23.3(m)。

d.出水堰上负荷校核

池周边集水槽堰上负荷:

池中央集水槽堰上负荷:

均符合出水堰负荷设计规范规定。

e.出水管计算

池周边设置1条,管径取D4=800mm,中央设置2条,管径取D5=400mm。

周边槽管内流速为

中央槽管内流速为

(6)排泥部分设计

①单池排泥量

总污泥量为回流污泥量加剩余污泥量。

回流污泥量为

QS=9972.222(m3/d)=415.509(m3/h)

总污泥量:

Q泥总=QR+QS=12500+415.509=12915.509(m3/h)P1=99.2%(污泥密度按1000kg/m3计算)

②集泥槽沿整个池径为两边集泥,故其设计泥量为

集泥槽宽:b=0.9q0.4=0.9×0.1120.4=0.375(m)(取b=0.4m)。

起点泥深:h1=0.75b=0.75×0.4=0.3(m)(取h1=0.4m)。

终点泥深:h2=1.25b=1.25×0.4=0.5(m)(取h2=0.6m)。

取槽深(0.4+0.6)/2+0.3=0.8(m)。

排泥管直径取D6=300mm,则污泥流速

(7)沉淀池设备选型 根据设计要求,选用W公司ZBGS型周边传动刮泥机16台,刮泥机将污泥送至池中心,再由管道排出池外。其主要性能参数见表2-11。

表2-11 ZBGS 45—55刮泥机主要性能参数

5.污泥浓缩池的设计

(1)设计基本参数的确定 剩余污泥进泥含水率P1=99.2%,出泥含水率P2=97%;污泥回流比R=60%;设计流量QS=9972.222m3/d;固体通量M=65kg/(m2·d);污泥浓缩时间T=16h;贮泥时间t=6h;池底坡度i=0.05;污泥斗上部半径r1=2m,下部半径r2=1m。

在无试验资料时可参照表2-12。

表2-12 重力浓缩池设计参数

浓缩时间大于12h,小于24h;浓缩池的有效水深不小于3m,一般4m为宜;定期排泥间隔一般为8h。

(2)设计计算草图 辐流式浓缩池计算简图如图2-7所示。

图2-7 辐流式浓缩池计算简图

(3)浓缩池的设计计算

①计算污泥浓度C

C1=(1-P1)×103=8(kg/m3

P2=97%

C2=30(kg/m3

②浓缩池面积A

采用6座辐流式圆形重力连续浓缩池,则浓缩池面积:

式中,Q为污泥量,m3/d;C1为污泥固体浓度,kg/L;M为污泥固体通量,kg/(m2·d);n为池子的个数。

③浓缩池直径D

式中,A为单池面积,m3/d。

④浓缩池深度的计算

a.浓缩池有效水深h1

取T=12h,则

式中,T为浓缩时间,12h<T<24h;Q为污泥量,m3/d;A为浓缩池面积,m2

b.超高h2=0.3m;缓冲层h3=0.3m。

c.坡地造成的深度h4

式中,D为池子的直径,m;i为池底坡度,根据排泥设备取0.003~0.010,常用0.05。

d.污泥斗高度h5

h5=(r1-r2)tanα=(2-1)×tan60°=1.732(m)

式中,r1为污泥斗上半径,m;r2为污泥斗下半径,m;α为泥斗坡度(°)。

e.有效水深H1

H1=h1+h2+h3=4.063+0.300+0.300=4.663(m)

f.浓缩池总高度H

H=H1+h4+h5=4.663+0.425+1.732=6.820(m)>3m,符合要求。

(4)贮泥斗的设计计算

①浓缩后污泥流量QW

式中,Q为污泥量,m3/d;P1为剩余污泥进泥含水率;P2为出泥含水率。

按6h贮泥时间计污泥,则贮泥区所需体积为

V1=QWt=108.6(m3

②贮泥区所需容积V2

由于污泥浓缩时间为12h,则

③污泥斗容积V3

式中,h5为污泥斗高度,m;r1为污泥斗上部半径,m;r2为污泥斗下部半径,m。

④池底可存污泥容积V4

式中,h4为污泥斗高度,m;r1为污泥斗上部半径,m;R为浓缩池半径,m。

⑤总贮泥容积V

V=V3+V4=12.690+41.481=54.171(m3)≈V2,满足设计要求。

(5)回流污泥泵房的设计

①流量 回流量×0.6=12500(m3/h)。本设计设有10台(8用2备)回流污泥泵,每台污泥泵回流污泥量为1562.5m3/h。

②设备选型 根据流量与扬程,回流污泥泵拟选用500ZLB—70型,其主要性能参数见表2-13。

表2-13 回流污泥泵主要性能参数

③污泥泵房的布置 共设计2座污泥回流泵房,每座泵房里设4台污泥回流泵,则根据需要,每个污泥泵房的平面尺寸为L×B=40m×15m=600m2

(6)贮泥池设计计算

①设计参数 进泥量:经浓缩排出含水率P2=97%,6QW=6×434.321(m3/d)=2605.926(m3/d)。设有贮泥池12座,则贮泥时间T=0.5d=12h。

②设计计算

单座池容:

V=LBH=125(m3)

设贮泥池为长方体,且长、宽、高均为5m,则有效容积:

③设备选型 选用1PN污泥泵14台(12用2备),单台流量Q为7.2~16m3/h,扬程H为12~14m,功率N为3kW。污泥泵主要性能参数见表2-14。

2-14 污泥泵主要性能参数

(7)污泥脱水设计

①设计计算 污泥脱水的作用是利用污泥脱水机械对来自浓缩池的活性污泥进行脱水,使其含水率由97%降至75%以下,从而大大减少了污泥体积,且便于运输。

脱水机房选用带式压滤机5台,设置高分子絮凝剂制备装置1套,并设置配套的絮凝剂投加装置,可以将装置好的聚合物加入到要进行脱水的污泥中混合絮凝,进行脱水,高分子絮凝剂(PAM)投加量约为2‰。

总进泥量为6×434.321=2605.926(m3/d),含水率为97%,出泥含水率≤75%,则干污泥量:

取其密度为1000kg/m3,则干污泥饼:

G′=ρG=1000×312.71(kg/d)=312.71(t/d)

每天工作16h,则在工作时间内的每小时污泥饼量为

②设备选型 采用带式压缩机,带式压缩机是连续运转的污泥脱水设备,污泥的含水率为96%~98%。污泥经絮凝、重力压滤后,滤饼的含水率可达到70%~80%。带式压缩机由于结构简单、出泥含水率低、稳定、耗能小、管理简单等特点,被广泛采用。

选用DYL—3000型带式压滤机5台(4用1备),每台工作16h,其性能见表2-15。

表2-15 DYL型带式压滤机主要性能参数

③脱水间的布置 脱水间平面尺寸为L×B=15.0×8.0=120.0m2,内设值班室。

脱水后,污泥通过无轴螺旋输送机1台送至污泥棚内的泥饼运输处,运出厂外处置。

④主要构筑物、设备一览表 主要构筑物见表2-16。

表2-16 主要构筑物一览表

续表

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