污水处理厂设计计算书

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云南省 F县污水处理厂设计计算书

1工程要求及方案概述 ............................................................................................................ 3

1.1设计情况概述 ............................................................................................................. 3 1.2设计要求 ..................................................................................................................... 4

1.2.1工程规模 .......................................................................................................... 4 1.2.2进水水质 .......................................................................................................... 4 1.2.3设计出水水质 .................................................................................................. 5 1.3工程方案概述 ............................................................................................................. 5

1.3.1工艺流程概述 .................................................................................................. 5 1.3.2分段去除率列表 .............................................................................................. 6

2构筑物计算 ............................................................................................................................ 7

2.1格栅............................................................................................................................. 7

2.1.1水量计算 .......................................................................................................... 7 2.1.2中格栅 .............................................................................................................. 8 2.1.3细格栅 .............................................................................................................. 9 2.2进水泵房 ................................................................................................................... 10 2.3旋流沉砂池 ............................................................................................................... 10 2.4洗砂间 ....................................................................................................................... 12 二级处理部分： ............................................................................................................. 12 2.5SBR池 ........................................................................................................................ 12

2.5.1设计参数（处理效果） ................................................................................ 12 2.5.2 SBR池的基本尺寸计算 .............................................................................. 13 2.5.3曝气系统计算 ................................................................................................ 15 2.6化学除磷加药罐 ....................................................................................................... 17 2.7鼓风机房 ................................................................................................................... 17 三级处理部分 ................................................................................................................. 17 2.8二级泵站 ................................................................................................................... 17 2.9砂滤池 ....................................................................................................................... 18

2.9.1设计数据 ........................................................................................................ 18 2.9.2设计计算 ........................................................................................................ 18 2.10加氯消毒间 ............................................................................................................. 23 污泥处理与处置部分： ................................................................................................. 24

2.11储泥池..................................................................................................................... 24

2.11.1污泥流量 ...................................................................................................... 24 2.11.2设计参数 ...................................................................................................... 25 2.11.3储泥池的尺寸计算 ...................................................................................... 25 2.12污泥泵站 ................................................................................................................. 25 2.13污泥浓缩脱水一体机房 ......................................................................................... 25 3总体设计 .............................................................................................................................. 26

3.1平面布置 ................................................................................................................... 26 3.2管网布置 ................................................................................................................... 28

3.2.1管网设计范围及原则 .................................................................................... 28 3.2.2管网计算 ........................................................................................................ 28 3.3高程布置 ................................................................................................................... 28

3.3.1高程布置原则 ................................................................................................ 28 3.3.2高程计算说明 ................................................................................................ 29 3.3.3高程计算 ........................................................................................................ 29 3.3.4高程布置图 .................................................................................................... 38

4泵站设计 .............................................................................................................................. 38

4.1一级泵站 ................................................................................................................... 38 4.2二级泵站 ................................................................................................................... 38 4.3反冲洗泵 ................................................................................................................... 39 4.4污泥泵站 ................................................................................................................... 39 4.5鼓风机房 ................................................................................................................... 40 5参考资料 .............................................................................................................................. 40

1工程要求及方案概述

1.1设计情况概述

为保护F县的水环境，根据规划和所给的其他原始资料，完成F县污水处理厂一期工程

的工艺设计，具体内容包括：

（1）确定污水处理厂的工艺流程，选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸（附必要的草图）；

（2）污水厂的工艺平面布置图，内容包括：标出水厂的范围、全部处理构筑物及辅助构筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性（1#图）；

（3）污水厂工艺流程高程布置，表示原水、各处理构筑物的高程关系、水位高度及污水厂排放口的标高（1#图）；

（4）按施工图标准画出主要生物处理构筑物（一个即可）的平面、立面和剖面图（1#

图）；

（5）按扩大初步设计的要求，画出沉淀池的工艺设计图，包括平面图、纵剖面图及横剖面图（1#图）；

（6）编写设计说明书、计算书。

1.2设计要求

1.2.1工程规模

根据可研批复，污水处理厂设计总规模为20000t/d。污水处理厂建设分期实施，一期8000t/d（2015年），二期扩至20000t/d（2025年）。

螳螂川两岸的雨污分流主干管平均埋深2.8~3.3m，截污管平均埋深2.7~3m。雨水管道的埋深在1.5~2.5m之间。

1.2.2进水水质

根据富民县的污水水质现状，参照同地区同类型城市污水处理厂的实测进水水质资料，结合将来城镇的发展，经综合分析确定本工程的设计进水水质为：

CODCr：220mg/L SS：200mg/L TP：4mg/L

BOD5：130mg/L TN：30mg/L pH：6.0~9.0

1.2.3设计出水水质

F县污水处理厂出水受纳水体螳螂川。螳螂川是滇池的唯一出口河道。按照《云南省地表水水环境功能区划（复审）》的要求，螳螂川位于项目评价区域的河段，其水质执行GB3838—2002《地表水环境质量标准》ⅴ类水体标准。根据昆明市的相关规定，污水处理厂设计出水水质应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级A排放标准，处理后的出水可作为回用水作为城市景观补充水、绿化浇灌用水、浇洒道路用水等。具体规定如下：

CODCr ? 50mg/L SS ? 10mg/L TP ? 0.5mg/L

BOD5 ? 10mg/L

NH3-N ? 5（8）mg/L TN≤15mg/L

pH：6~9

1.3工程方案概述

1.3.1工艺流程概述

本课题方案采用化学除磷→SBR池→砂滤→消毒的主体处理工艺。工艺流程如下图所示：

图例污水线砂线污泥线空气线回流水线 5

污泥脱出水水回流洗砂水回流反冲洗水水回流进水中格栅进水泵房细格栅旋流沉砂池洗砂间砂外运外运栅渣化学除磷加药罐储泥间剩余污泥 SBR池鼓风机房污泥泵站集水池二级泵站浓缩脱水一体机污泥外运砂滤池出水供水泵房清水池加氯消毒

图1 工艺流程图

1.3.2分段去除率列表

设计预期的污染物去除率如表1和表2所示。

表1 各阶段去除率

工艺进水化学除磷（mg/L）去除率 CODcr 220 2% BOD5 130 0.5% TN 30 TP 4 90% SS 200 5% pH 6-9 6-9 6

SBR池砂滤总出水出水

去除率去除率去除率剩余（mg/L）要求（mg/L） 85% 4% 91% 19.8 ≤50 95% 1% 96.5% 4.55 ≤10 65% 65% 10.5 ≤15 1% 91% 0.36 ≤0.5 85% 7% 97% 6 ≤10 6-9 6-9 6-9 6-9 6-9 表2 各阶段处理效果

项目进水要求 CODCr(mg/L) BOD5(mg/ L) TN(mg/ L) TP(mg/ L) SS（mg/L）

220 130 30 4 200 215.6 129.35 30 0.4 190 26 11.5 10.5 0.36 20 19.8 4.55 10.5 0.36 6 19.8 4.55 10.5 0.36 6 化学除磷 SBR池砂滤出水 2构筑物计算

2.1格栅

根据所给设计资料及后续工艺流程，本设计确定采用中、细两道格栅，均设置在进水泵房之前。考虑到水量并不大，各级格栅均设置两台，一台投入运行，另一台备用，每台设计处理水量为最大来水量。

2.1.1水量计算

日平均来水量为：

Q?8000t/d?334m3/h

取日变化系数Kd?1，则时变化系数为：

Kh?Kz?则最大来水量为：

2.72?1.67 0.108QQmax?Kh?Q1.67?334??0.155m3/s

360036002.1.2中格栅

取栅间距b=20mm，设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.8m/s，格栅倾角?= 60?，则栅条间隙数为：

n?Qmaxsin?0.155?sin60? ??23（个）bhv0.02?0.4?0.8h2 H1 h h ?h1 H

B1 ?1B B1 l1 500 H1 tg?1000 l2

图2 格栅计算简图

设栅条宽度S=0.01m，则栅槽宽度为：

B?S(n?1)?bn?0.01?(23?1)?0.02?23?0.68m

又设进水渠宽B1=0.45m（进水渠道内流速为0.75m/s），其渐宽部分展开角度?1=20?，

则进水渠道渐宽部分长度为：

l1?B?B10.68?0.45??0.32m

2tg?12?tg20?栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度为：

l2?l10.32??0.16m 22设栅条断面为锐边矩形断面，有??2.42，K=3，则通过格栅的水头损失为：

422S4v0.010.8h1??()3sin?K?2.42?()3??sin60??3?0.081m

b2g0.022?9.81又设栅前渠道超高h2=0.3m，则栅后槽总高度为：

H?h?h1?h2?0.4?0.081?0.3?0.781m?0.8m

栅槽总长度为：

L?l1?l2?0.5?1.0?H10.4?0.3?0.32?0.16?0.5?1.0??2.38m tg?tg60?设栅渣量W1=0.06m3栅渣/103m3污水，则每日栅渣量为：

W?QmaxW1?864000.155?0.06?86400??0.48m3/d? 0.20m3/d

Kz?10001.67?1000宜采用机械清渣。

2.1.3细格栅

取栅间距b=10mm，设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=1.0m/s，格栅倾角?= 60?，则栅条间隙数为：

n?Qmaxsin?0.155?sin60? ??36（个）bhv0.01?0.4?1.0设栅条宽度S=0.01m，则栅槽宽度为：

B?S(n?1)?bn?0.01?(36?1)?0.01?36?0.71m

又设进水渠宽B1=0.45m（进水渠道内流速为0.75m/s），其渐宽部分展开角度?1=20?，则进水渠道渐宽部分长度为：

l1?B?B10.71?0.45??0.36m

2tg?12?tg20?栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度为：

l2?l10.36??0.18m 22设栅条断面为锐边矩形断面，有??2.42，K=3，则通过格栅的水头损失为：

42S4v0.011.0233h1??()sin?K?2.42?()??sin60??3?0.32m

b2g0.012?9.81又设栅前渠道超高h2=0.3m，则栅后槽总高度为：

H?h?h1?h2?0.4?0.32?0.3?1.02m?1m

栅槽总长度为：

L?l1?l2?0.5?1.0?H10.4?0.3?0.36?0.18?0.5?1.0??2.44m tg?tg60?设栅渣量W1=0.14-0.06=0.08m3栅渣/103m3污水，则每日栅渣量为：

W?QmaxW1?864000.155?0.08?86400??0.64m3/d? 0.20m3/d

Kz?10001.67?1000宜采用机械清渣。

由此，选用宜兴市第二冷作机械厂生产的HF型回转式格栅除污机，中格栅选用HF—600型，细格栅选用HF—700型，各1用1备，二期再分别增设2台格栅除污机。电动机功率为0.55~1.1kW，其余各部分参数可根据计算值选取。

2.2进水泵房

进水泵房的具体设计通过高程计算后见《泵站设计》部分。

2.3旋流沉砂池

为了分离无机颗粒物，减少其磨损管道和堵塞曝气头等的可能，便于后续处理单元的反应能够高效运行，故需设置沉砂池。又由于本项目对于N、P有较为严格的要求，为了保证除磷效果，故不采用曝气沉砂池，以维持较高的有机物浓度，供后续生物处理使用。由于旋流沉砂池是利用机械力控制流态与流速，加速砂粒的沉淀，有机物则被留在污水中，具有沉

? 横管

从最远的小支管开始，每隔18根小支管变一次管径。 ? 第一段

管长为0.9?(18/2?1)?0.45?7.65m，空气流量为G?18?10?2.24?403.2m/h，取管径为100mm，则空气流速为v?查表得，i?30.2Pa/m

沿程损失为h34?30.2?7.65?231.0Pa 横管到小支管的局部损失

34G4?403.2??14.3m/s。 ?d23600???0.12v2?4.952?1.2h35???(1.5?2?0.38)??33.22Pa

22? 第二段

管长为0.9?(18/2)?8.1m，空气流量为G?2?403.2?806.4m/h，取管径为150mm，则空气流速为v?34G4?806.4??12.7m/s。 ?d23600???0.152查表得，i?14.40Pa/m

沿程损失为h36?14.40?8.1?116.6Pa 第二段横管到第一段横管的变径处局部损失

v2?14.32?1.2h37???0.22??26.99Pa

22? 第三段

管长为8.1m，空气流量为1208.3m/h，取管径为200mm，则空气流速为

3v?4G4?1208.3??10.7m/s。 ?d23600???0.22查表得，i?7.13Pa/m 竖管的沿程损失为

h38?7.13?8.1?57.75Pa

第三段横管到第二段横管的变径处局部损失

v2?12.72?1.2h39???0.17??16.45Pa

22综上，横管部分的总压力损失为：

h40?231.0?33.22?116.6?26.99?57.75?16.45?482.01Pa

? 竖管

竖管的空气流量为G?1208.3m/h，取管径为200mm，则空气流速为

3v?4G4?1208.3??10.7m/s。 22?d3600???0.2查表得，i?7.13Pa/m 竖管的沿程损失为

h41?7.13?5?35.65Pa

竖管和横管的连接处有1个90度弯头，其局部损失为：

v2?10.72?1.2h42???0.72??49.46Pa

22则竖管部分的压力损失为：

h43?35.65?49.46?85.11Pa

? 干管

供气量为G?1208.3m/h，取管径为

3200mm，则空气流速为

v?4G4?1208.3??10.7m/s。 22?d3600???0.2查表得，i?7.13Pa/m 干管的沿程损失为：

h44?7.13?(25?6?56)?620.31Pa

干管上有1个同径丁字管（??1.5），5个90度弯头（??0.72），3个阀门（??0.07），则干管的局部损失为：

h45??v2?水210.72?1.2?(1.5?0.72?5?0.07?3)??364.8Pa

2干管的总压力损失为：

h46?620.31?364.8?985.11Pa

综上可知，曝气管道系统的总压力损失为：

h47?30.06?103?482.01?85.11?985.11?31.61kPa 3.3.4高程布置图

具体高程布置见后高程图纸。

4泵站设计

4.1一级泵站

由计算可知，所需泵的扬程为11m。

一期来水流量Q?8000m3/d?334m3/h，二期来水流量Q?20000m3/d。选择TLW型立式污水泵中型号为150TLW-330Ⅰ的泵，其扬程为11m，流量为250m/h，一期2用1备；二期再增加4台，5用2备。

表8 150TLW-330Ⅰ型立式污水泵技术参数

流量扬程 H (m) 250 69.5 11 转速 n (r/min) 74 电动机功率N (kW) 970 效率 η (%) 15 固体 (mm) 100 纤维 (mm) 800 污物通过能力汽蚀余量 (NPSH) 5.6 重量 (kg) 780 乐清市水泵厂生产厂 3m/h 3L/s

4.2二级泵站

由计算可知，二级泵站所需扬程为6m。

一期来水流量Q?8000m3/d?334m3/h，二期来水流量Q?20000m3/d。选择TLW型立式污水泵中型号为150TLW-330Ⅱ的泵，其扬程为6.3m，流量为189m/h，

一期2用1备；二期再增加4台，5用2备。

表9 150TLW-330Ⅱ型立式污水泵技术参数

流量扬程 H (m) 189 52.5 6.3 转速 n (r/min) 735 电动机功率N (kW) 7.5 效率 η (%) 72 固体 (mm) 100 纤维 (mm) 800 污物通过能力汽蚀余量 (NPSH) 3.6 重量 (kg) 745 乐清市水泵厂生产厂 m/h 3L/s

4.3反冲洗泵

清水池水面高程为 -0.5m，砂滤池水面高程为4.5m，考虑1.0m的水头损失，则反冲洗泵的扬程为6.0m。

滤池的反冲洗强度为8L（/m2?s)，滤池面积为L?B?8?4.3?34.4m，孔眼总面积与滤池面积比为0.20%，则反冲洗水量为Q?8?34.4?0.20%?0.55L/s?1.98m3/h。

选用IS型单级单吸悬臂式离心泵，型号为IS50-32-160，1用1备，其具体参数如下表所示。

表10 IS50-32-160型单级单吸悬臂式离心泵技术参数

流量扬程转速 n (r/min) 1450 轴功率（kW） 0.25 电动机功率N (kW) 0.55 效率 η (%) 35 汽蚀余量 (NPSH) 2.0 重量 (kg) 38.5 2m3/h 3.75 L/s 1.04 H (m) 8.5

4.4污泥泵站

由计算可知，污泥泵的扬程为8.0m，污泥流量为14.44m/h。

选用ZZB型无堵塞自吸污水泵，型号为50ZZB-10，1用1备，其性能参数如下表所示。

表11 50ZZB-10型无堵塞自吸污水泵技术参数

扬程 H (m) 电动机功率N (kW) 进出口直径（mm）通过固体物最大直径 (mm) 3流量（m3/h）转速n (r/min) 汽蚀余量(NPSH) 自吸时间（s/5m）生产厂 39

中美合资温州保利泵业有限公司 15 10 2900 1.1 50 12 2.5 100

4.5鼓风机房

曝气头距液面的距离为4.5m，曝气管道系统的总压力损失为447.14kPa，则鼓风机出口处压力为：

P?4.5?9.8?31.61?75.71kPa

鼓风机的供气量为：

Gs?1208.3m3/h?20m3/min

选用R系列标准型罗茨鼓风机，型号为RD-130，1用1备，其具体技术性能如下表所示。

表12 RD-130型罗茨鼓风机技术参数

口径转速排气压力 (kPa) 进口流量（m3/min）所需轴功率 (kW) 电动机功率（kW）（mm） (r/min) 生产厂 125A 1750 78.4 23.3 43.3 55 长沙鼓风机厂

5参考资料

1．给水排水设计手册.第01册.常用资料(第二版). 中国建筑工业出版社 2．给水排水设计手册.第05册.城镇排水(第二版). 中国建筑工业出版社 3．给水排水设计手册.第09册.专用机械(第二版). 中国建筑工业出版社 4．给水排水设计手册.第11册.常用设备(第二版). 中国建筑工业出版社 5．小城镇污水处理工程规划与设计：周鑫根主编. 化学工业出版社 2005. 6．小城镇污水厂设计与运行管理：张可方、荣宏伟编. 中国建筑工业出版社 2008.

压力MPa 压缩空气机总重量污泥处理工艺如下图所示：

耗气量/m3/min 压力bar 运行荷载/kg >0.5 0.3 0.7 5800

图14 污泥浓缩脱水过程示意图

3总体设计

3.1平面布置

结合已有各构筑物及配套设备的设计资料，根据平面布置的一般要求，考虑两期工程的施工和运营以及远期的规划，对厂区进行了合理的设计：

（1）厂区总绿化覆盖率>40%；

（2）厂内设有主干道和环路，路宽均为7m，环路转弯半径为9m；（3）构筑物间距根据处理流程或逻辑顺序一般为5m；（4）处理构筑物距离主要道路一般为3m；

（5）管线沿建筑流程周边布置并确定合适的管长，管径等资料依据各单元计算选取；（6）平面布置时各构筑物尺寸及管道铺设采用基本设计结果，未考虑具体细节。

表4 主要构筑物平面尺寸

构筑物名称尺寸数量 26

中格栅间水泵房细格栅间配电间旋流沉砂池洗砂间 SBR池鼓风机房二级泵房砂滤池加氯消毒间消毒剂生成池储泥池污泥泵房污泥浓缩脱水一体机房传达室车库观赏水池综合楼值班宿舍锅炉房职工食堂浴室及开水房机修仓库 L?B=12m?8m，H=4m L?B=16m?10m，H=4m L?B=12m?9m，H=4m L?B=12m?10m D?H=2.5m?3m L?B?H=18m?9m?5m L?B?H=27m?10m?5.5m L?B=20m?10m L?B=16m?10m，H=4m L?B?H=7m?4.3m?3.55m L?B?H=10m?10m?6m L?B?H=4m?4m?4m L?B?H=1.9m?1.9m?4.5m L?B=8m?6m L?B=8m?6m L?B=4m?4m L?B=20m?12m D=8.0m L?B=25m?14m L?B=20m?12m L?B=10m?5m L?B=18m?16m L?B=20m?15m 1间 1间 1间 1间一期1座，二期2座 1间一期6座，二期12座 1间 1间一期2个，二期3个 1间 1座，在加氯消毒间内 1座 1座 1座 1间 1座 1个 1座 1座 1间 1座 1座（具体设计内容同时参见设计说明书平面布置部分、设计说明书及计算书管线设计部分、平面布置图纸）

3.2管网布置

3.2.1管网设计范围及原则

管网设计范围包括进水、出水、各构筑物之间的连接管道。管线的走向、交叉错综复杂，其布置原则为：

（1）满足功能要求，达到经济实用的目的；

（2）各构筑物之间连接管道，尽量以直线形式连接，缩短距离，减少交叉；（3）地埋管道的埋深不能太浅，以保证一定的覆土层厚度，起到防冻防外压的作用，同时不能太深，应在地下水位以上，以防被地下水所腐蚀。

3.2.2管网计算

管材选定，材料为铸铁管。保证流量，取经济流速1.2m/s来选定管径。根据设备要求，部分构筑物进出水管径设计如下：隔栅间进出水DN400；

旋流沉沙池进水DN400，出水DN350；

洗砂间：选取进水管DN150，出水管DN200，i=0.009； SBR池：进出水管DN350；砂滤池：进出水管DN350；加氯间进出水管均采用DN350；清水池进水管DN350

3.3高程布置

3.3.1高程布置原则

（1）协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，又利于污水、污泥输送，并有利于减少工程投资和运行成本。