污水处理基本计算公式教学教案 20页

污水处理基本计算公式水处理公式是我们在工作中经常要使用到的东西，在这里我总结了几个常常用到的计算公式，按顺序分别为格栅、污泥池、风机、MBR、AAO进出水系统以及芬顿、碳源、除磷、反渗透、水泵和隔油池计算公式，由于篇幅较长，大家可选择有目的性的观看。格栅的设计计算一、格栅设计一般规定1、栅隙(1)水泵前格栅栅条间隙应根据水泵要求确定。(2)废水处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：最大间隙40mm，其中人工清除25~40mm，机械清除16~25mm。废水处理厂亦可设置粗、细两道格栅，粗格栅栅条间隙50~100mm。(3)大型废水处理厂可设置粗、中、细三道格栅。(4)如泵前格栅间隙不大于25mm，废水处理系统前可不再设置格栅。2、栅渣(1)栅渣量与多种因素有关，在无当地运行资料时，可以采用以下资料。格栅间隙16~25mm；0.10~0.05m3/103m3 (栅渣/废水）。格栅间隙30~50mm；0.03~0.01m3/103m3 (栅渣/废水）。(2)栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m3。(3)在大型废水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3)，一般应采用机械清渣。3、其他参数\n(1)过栅流速一般采用0.6~1.0m/s。(2)格栅前渠道内水流速度一般采用0.4~0.9m/s。(3)格栅倾角一般采用45°~75°，小角度较省力，但占地面积大。(4)机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。(5)设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。(6)大中型格栅间内应安装吊运设备，以进行设备的检修和栅渣的日常清除。二、格栅的设计计算1、平面格栅设计计算(1)栅槽宽度B式中，S为栅条宽度，m；n为栅条间隙数，个；b为栅条间隙，m；为最大设计流量，m3/s；a为格栅倾角，（°);h为栅前水深，m，不能高于来水管（渠）水深；v为过栅流速，m/s。(2)过栅水头损失如式中，h0为计箅水头损失，m；k为系数，格栅堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；ζ为阻力系数，与栅条断而形状有关，按表2-1-1阻力系数ζ计箅公式计算；g为重力加速度，m/s2。(3)榭后槽总高H\n式中，h2为栅前渠道超高，m，—般采用0.3。(4)栅槽总长L式中，L1为进水渠道渐宽部分的长度，m；L2为栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度；H1为栅前渠道深，m；B1为进水渠宽，m；α1为进水渠道渐宽部分的展开角度，（°)，一般可采用20。(5)每日栅渣量W式中，W1为栅渣量，m3/103m3废水，格栅间隙为16~25mm时，W1=0.10~0.05；格栅间隙为30~50mm时，W1 =0.03~0.01；Kz为城市生活污水流量总变化系数。污泥池计算公式一、地基承载力验算1、基底压力计算(1)水池自重Gc计算顶板自重G1=180.00kN池壁自重G2=446.25kN底板自重G3=318.75kN水池结构自重Gc=G1+G2+G3=945.00kN(2)池内水重Gw计算\n池内水重Gw=721.50kN(3)覆土重量计算池顶覆土重量Gt1=0kN池顶地下水重量Gs1=0kN底板外挑覆土重量Gt2=279.50kN底板外挑地下水重量Gs2=45.50kN基底以上的覆盖土总重量Gt=Gt1+Gt2=279.50kN基底以上的地下水总重量Gs=Gs1+Gs2=45.50kN(4)活荷载作用Gh顶板活荷载作用力Gh1=54.00kN地面活荷载作用力Gh2=65.00kN活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=119.00kN(5)基底压力Pk基底面积:A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=5.000×8.500=42.50m2基底压强:Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A=(945.00+721.50+279.50+45.50+119.00)/42.500=49.66kN/m22、修正地基承载力(1)计算基础底面以上土的加权平均重度rmrm=[1.000×(20.00-10)+2.000×18.00]/3.000=15.33kN/m3(2)计算基础底面以下土的重度r\n考虑地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m3(3)根据基础规范的要求，修正地基承载力:fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=100.00+0.00×10.00×(5.000-3)+1.00×15.33×(3.000-0.5)=138.33kPa3、结论Pk=49.66Kf=1.05,抗浮满足要求。三、荷载计算1、顶板荷载计算:池顶板自重荷载标准值：P1=25.00×0.200=5.00kN/m2池顶活荷载标准值：Ph=1.50kN/m2池顶均布荷载基本组合：Qt=1.20×P1+1.27×Ph=7.91kN/m2池顶均布荷载准永久组合：Qte=P1+0.40×Ph=5.60kN/m22、池壁荷载计算:池外荷载：主动土压力系数Ka=0.33侧向土压力荷载组合(kN/m2)：\n池内底部水压力： 标准值=25.00kN/m2,基本组合设计值=31.75kN/m23、底板荷载计算(池内无水，池外填土)：水池结构自重标准值Gc=945.00kN基础底面以上土重标准值Gt=279.50kN基础底面以上水重标准值Gs=45.50kN基础底面以上活载标准值Gh=119.00kN水池底板以上全部竖向压力基本组合：Qb=(945.00×1.20+279.50×1.27+45.50×1.27+119.00×1.27×0.90)/42.500=39.59kN/m2水池底板以上全部竖向压力准永久组合：Qbe=(945.00+279.50+45.50×1.00+1.50×36.000×0.40+10.00×6.500×0.40)/42.500=31.00kN/m2板底均布净反力基本组合:Q=39.59-0.300×25.00×1.20=30.59kN/m2板底均布净反力准永久组合:\nQe=31.00-0.300×25.00=23.50kN/m24、底板荷载计算(池内有水，池外无土):水池底板以上全部竖向压力基本组合：Qb=[4.500×8.000×1.50×1.27+945.00×1.20+(3.900×7.400×2.500)×10.00×1.27]/42.500 =49.86kN/m2板底均布净反力基本组合：Q=49.86-(0.300×25.00×1.20+2.500×10.00×1.27)=9.11kN/m2水池底板以上全部竖向压力准永久组合：Qbe=[4.500×8.000×1.50×0.40+945.00+(3.900×7.400×2.500)×10.00]/42.500 =39.72kN/m2板底均布净反力准永久组合：Qe=39.72-(0.300×25.00+2.500×10.00) =7.22kN/m2 四、内力、配筋及裂缝计算1、弯矩正负号规则顶板：下侧受拉为正,上侧受拉为负池壁：内侧受拉为正,外侧受拉为负底板：上侧受拉为正,下侧受拉为负2、荷载组合方式1.池外土压力作用(池内无水，池外填土)\n2.池内水压力作用(池内有水，池外无土)3.池壁温湿度作用(池内外温差=池内温度-池外温度)顶板内力：计算跨度:Lx=4.100m,Ly=7.600m,四边简支按双向板计算：B侧池壁内力：计算跨度：Lx=7.700m,Ly=2.500m, 三边固定,顶边简支\n池壁类型：浅池壁,按竖向单向板计算池外土压力作用角隅处弯矩(kN.m/m)：基本组合：-8.13，准永久组合：-5.61池内水压力作用角隅处弯矩(kN.m/m)：基本组合：6.95，准永久组合：5.47基本组合作用弯矩表(kN·m/m)底板内力：计算跨度:Lx=4.200m,Ly=7.700m,四边简支+池壁传递弯矩按双向板计算。1、池外填土，池内无水时，荷载组合作用弯矩表(kN·m/m)基本组合作用弯矩表：\n配筋及裂缝：配筋计算方法：按单筋受弯构件计算板受拉钢筋。裂缝计算根据《水池结构规程》附录A公式计算。按基本组合弯矩计算配筋,按准永久组合弯矩计算裂缝，结果如下：顶板配筋及裂缝表(弯矩:kN.m/m,面积:mm2/m,裂缝:mm)\n风机常需用的计算公式(简化，近似，一般情况下用)1、轴功率：注：0.8是风机效率,是一个变数,0.98是一个机械效率也是一个变数(A型为1,D、F型为0.98,C、B型为0.95)2、风机全压：(未在标准情况下修正)式中：P1=工况全压(Pa)、P2=设计标准压力(或表中全压Pa)、B=当地大气压(mmHg)、T2=工况介质温度℃、T1=表中或未修正的设计温度℃、760mmHg=在海拔0m,空气在20℃情况下的大气压。海拨高度换算当地大气压： (760mmHg)－(海拨高度÷12.75)=当地大气压(mmHg) 注：海拔高度在300m以下的可不修正。 1mmH2O=9.8073Pa1mmHg=13.5951mmH2O\n760mmHg=10332.3117mmH2O 风机流量0～1000m海拨高度时可不修正；1000～1500M海拨高度时加2%的流量； 1500～2500M海拨高度时加3%的流量；2500M以上海拨高度时加5%的流量。 比转速：nsMBR计算公式AAO进出水系统设计计算一、曝气池的进水设计 初沉池的来水通过DN1000mm的管道送入厌氧—缺氧—好氧曝气池首端的进水渠道，管道内的水流速度为0.84m/s。在进水渠道中污水从曝气池进水口流入厌氧段，进水渠道宽1.0m，渠道内水深为1.0m，则渠道内最大水流速度式中：v1——渠内最大水流速度(m/s)；b1——进水渠道宽度(m)；h1——进水渠道有效水深(m)。设计中取b1=1.0m，h1=1.0mV1=0.66/(2×1.0×1.0)=0.33m/s反应池采用潜孔进水，孔口面积F=Qs/Nv2式中：F——每座反应池所需孔口面积(m2)；v2——孔口流速(m/s)，一般采用0.2～1.5m/s。设计中取v2=0.4m/s\nF=0.66/2×0.4=0.66m2设每个孔口尺寸为0.5m×0.5m，则孔口数N=F/f式中：n——每座曝气池所需孔口数(个)；f——每个孔口的面积(m2)。n=0.66/0.5×0.5=2.64取n=3孔口布置图如下图图所示：二、曝气池出水设计厌氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头式中：H——堰上水头(m)；Q——每座反应池出水量(m3/s)，指污水最大流量(0.579m/s)；与回流污泥量、回流量之和(0.717×160%m3/s)；m——流量系数，一般采用0.4～0.5；b——堰宽(m)；与反应池宽度相等。设计中取m=0.4，b=5.0m设计中取为0.19m。厌氧—缺氧—好氧池的最大出水流量为(0.66+0.66/1.368×160%)=1.43m3/s，出水管管径采用DN1500mm，送往二沉池，管道内的流速为0.81m/s。芬顿计算公式\n碳源计算公式1、碳源选择通常反硝化可利用的碳源分为快速碳源(如甲醇、乙酸、乙酸钠等)、慢速碳源(如淀粉、蛋白质、葡萄糖等)和细胞物质。不同的外加碳源对系统的反硝化影响不同，即使外加碳投加量相同，反硝化效果也不同。与慢速碳源和细胞物质相比，甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠等快速碳源的反硝化速率最快，因此应用较多。表1对比了四种快速碳源的性能。2、碳源投加量计算1）氮平衡进水总氮和出水总氮均包括各种形态的氮。进水总氮主要是氨氮和有机氮，出水总氮主要是硝态氮和有机氮。进水总氮进入到生物反应池，一部分通过反硝化作用排入大气，一部分通过同化作用进入活性污泥中，剩余的出水总氮需满足相关水质排放要求。2）碳源投加量计算同化作用进入污泥中的氮按BOD5去除量的5%计，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se分别为进水和出水的BOD5浓度。反硝化作用去除的氮与反硝化工艺缺氧池容大小和进水BOD5浓度有关。反硝化设计参数的概念，是将其定义为反硝化的硝态氮浓度与进水BOD5浓度之比，表示为Kde(kgNO3--N/kgBOD5)。由此可算出反硝化去除的硝态氮[NO3--N]=KdeSi。从理论上讲，反硝化1kg硝态氮消耗2.86kgBOD5，即：\nKde=1/2.86(kgNO3--N/kgBOD5)=0.35(kgNO3--N/kgBOD5)污水处理厂需消耗外加碳源对应氮量的计算公式为：N=Ne计 - NsNe计=Ni-KdeSi-0.05(Si-Se)式中：N—需消耗外加碳源对应氮量，mg/L；Ne计—根据设计的污水水质和设计的工艺参数计算出能达到的出水总氮，mg/L；Ns—二沉池出水总氮排放标准，mg/L； Kde—0.35，kgNO3--N/kgBOD5；Si—进水BOD5浓度，mg/L；Se—出水BOD5浓度，mg/L；Ne计需通过建立氮平衡方程计算，生化反应系统的氮平衡见图1。通过计算出的氮量，折算成需消耗的碳量。除磷计算公式1、除磷药剂投加量的计算国内较常用的是铁盐或铝盐，它们与磷的化学反应如式(1)､(2)｡Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)与沉淀反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应，反应式如式(3)､(4)｡Al3++3OH-→Al(OH)3↓(3)Fe3++3OH-→Fe(OH)3↓(4)由式(1)和式(2)可知去除1mol的磷酸盐，需要1mol的铁离子或铝离子｡\n由于在实际工程中，反应并不是100%有效进行的，加之OH-会参与竞争，与金属离子反应，生成相应的氢氧化物，如式(3) 和式(4)，所以实际化学沉淀药剂一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水 P浓度｡《给水排水设计手册》第5册和德国设计规范中都提到了同步沉淀化学除磷可按1mol磷需投加1.5mol的铝盐 (或铁盐)来考虑｡为了计算方便，实际计算中将摩尔换算成质量单位｡如：1molFe=56gFe，1molAl=27gAl，1molP=31gP；也就是说去除1kg磷，当采用铁盐时需要投加:1.5×(56/31)=2.7kgFe/kgP；当采用铝盐时需投加:1.5×(27/31)=1.3kgAl/kgP｡2、需要辅助化学除磷去除的磷量计算同步沉淀化学除磷系统中，想要计算出除磷药剂的投加量，关键是先求得需要辅助化学除磷去除的磷量｡对于已经运行的污水处理厂及设计中的污水处理厂其算法有所不同｡1）已经运行的污水处理厂 PPrec=PEST-PER (5) 式中 PPrec——需要辅助化学除磷去除的磷量，mg/L；PEST——二沉池出水总磷实测浓度，mg/L；PER——污水处理厂出水允许总磷浓度，mg/L｡ 2）设计中的污水处理厂根据磷的物料平衡可得:PPrec=PIAT-PER-PBM-PBioP (6) 式中 PIAT——生化系统进水中总磷设计浓度，mg/L； PBM——通过生物合成去除的磷量，PBM=0.01CBOD，IAT，mg/L；CBOD，IAT——生化系统进水中 BOD5 实测浓度， mg/L； PBioP——通过生物过量吸附去除的磷量，mg/L｡PBioP值与多种因素有关，德国 ATV-A131标准中推荐PBioP的取值可根据如下几种情况进行估算：(1)当生化系统中设有前置厌氧池时，PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT进行估算｡ (2)当水温较低､出水中硝态氮浓度≥15mg/L，即使设有前置厌氧池，生物除磷的效果也将受到一定的影响，PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 进行估算｡ \n(3)当生化系统中设有前置反硝化或多级反硝化池，但未设厌氧池时，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡(4)当水温较低，回流至反硝化区的内回流混合液部分回流至厌氧池时(此时为改善反硝化效果将厌氧池作为缺氧池使用)，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡ 反渗透计算公式水泵计算公式泵的扬程计算是选择泵的重要依据，这是由管网系统的安装和操作条件决定的。计算前应首先绘制流程草图，平、立面布置图，计算出管线的长度、管径及管件型式和数量。一般管网如下图所示，（更多图例可参考化工工艺设计手册）。D——排出几何高度，m；取值：高于泵入口中心线：为正；低于泵入口中心线：为负；\nS——吸入几何高度，m；取值：高于泵入口中心线：为负；低于泵入口中心线：为正；Pd、Ps——容器内操作压力，m液柱（表压）；取值：以表压正负为准Hf1——直管阻力损失，m液柱；Hf2——管件阻力损失，m液柱；Hf3——进出口局部阻力损失，m液柱；h——泵的扬程，m液柱h＝D+S+hf1+hf2+h3+Pd－Psh=D－S+hf1+hf2+hf3+Pd－Psh=D＋S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps计算式中各参数符号的意义↓某些工业管材的ε约值见下表↓ 管网局部阻力计算 ↓常用管件和阀件底局部阻力系数ζ↓隔油池计算公式1、设计基准\n可能分离的油的最小粒径：d≥15μm;油的密度：ρ=0.92～0.95g/cm3;隔油池水平流速：v≤0.9m/min，且不大于油滴上浮速度的15倍;池子的尺寸范围：深度0.9～2.4m；宽度1.8～6.1m；深度/宽度0.3～0.5；安全系数k=1.6。2、计算过水断面积A：A=Q/v，m2（1）式中：Q——处理水量，m3/min;v——水平流速，m/min;v≤15u（2）式中 G——重力加速度，980cm/s2ρ油——油的密度，g/cm3ρ水——水的密度，g/cm3d——油滴粒径，一般取0.015cmμ——动力粘度系数，(g·s)/cm2，当水温为20℃时μ=0.0102u——油滴上浮速度，m/min池子宽度B和有效水深h1，按设计基准取下限值，然后校核Bh1≥A，否则重新设定B、h1值。池总长度L=L1+L2+L3+L4式中 L1——布水槽宽度，一般取0.5～0.8m;L2——油水分离区有效长度，m;\nL2＝kvt，m(3-5-39)式中 t——沉淀时间，mint=h1/u(3-5-40)其他符号同前L3——集水槽宽度，一般取0.8m;L4——吸水井宽度，m。吸水井有效容积大于排水泵5min排水量。3、浮上油的处置浮油经撇油管收集，自流出水外。在浮油量不大，来水比较稳定时，可在池外用油桶接受，否则需设贮油坑，坑顶面高度与隔油池顶相平。对温度低时粘度较大的浮油，贮油坑里可设蒸汽加热。1—料斗；2—定量给料器；3—溶解溶液桶； 4—搅拌机；5—计量泵；6—Y型过滤器。