格栅的設計計算

一

格栅設計一般規定

1、栅隙

(1)水泵前格栅栅條間隙應根據水泵要求确定。

(2) 廢水處理系統前格栅栅條間隙，應符合下列要求：最大間隙40mm，其中人工清除25~40mm，機械清除16~25mm。廢水處理廠亦可設置粗、細兩道格栅，粗格栅栅條間隙50~100mm。

(3) 大型廢水處理廠可設置粗、中、細三道格栅。

(4) 如泵前格栅間隙不大于25mm，廢水處理系統前可不再設置格栅。

2、栅渣

(1) 栅渣量與多種因素有關，在無當地運行資料時，可以采用以下資料。

格栅間隙16~25mm；0.10~0.05m3/103m3 (栅渣/廢水）。

格栅間隙30~50mm；0.03~0.01m3/103m3 (栅渣/廢水）。

(2) 栅渣的含水率一般為80%，容重約為960kg/m3。

(3) 在大型廢水處理廠或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3)，一般應采用機械清渣。

3、其他參數

(1) 過栅流速一般采用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) 格栅傾角一般采用45°~75°，小角度較省力，但占地面積大。

(4) 機械格栅的動力裝置一般宜設在室内，或采取其他保護設備的措施。

(5) 設置格栅裝置的構築物，必須考慮設有良好的通風設施。

(6) 大中型格栅間内應安裝吊運設備，以進行設備的檢修和栅渣的日常清除。

二

格栅的設計計算

1、平面格栅設計計算

(1) 栅槽寬度B

式中，S為栅條寬度，m；n為栅條間隙數，個；b為栅條間隙，m；為最大設計流量，m3/s；a為格栅傾角，（°)；h為栅前水深，m，不能高于來水管（渠）水深；v為過栅流速，m/s。

(2) 過栅水頭損失如

式中，h0為計箅水頭損失，m；k為系數，格栅堵塞時水頭損失增大倍數，一般采用3；ζ 為阻力系數，與栅條斷而形狀有關，按表2-1-1阻力系數ζ計箅公式計算；g為重力加速度，m/s2。

(3) 榭後槽總高H

式中，h2為栅前渠道超高，m，—般采用0.3。

(4) 栅槽總長L

式中，L1為進水渠道漸寬部分的長度，m；L2為栅槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度；H1為栅前渠道深，m；B1為進水渠寬，m；α1為進水渠道漸寬部分的展開角度，（°)，一般可采用20。

(5)每日栅渣量W

式中，W1為栅渣量，m3/103m3廢水，格栅間隙為16~25mm時，W1=0.10~0.05；格栅間隙為30~50mm時，W1 =0.03~0.01；Kz為城市生活污水流量總變化系數。

污泥池計算公式

一

地基承載力驗算

1、基底壓力計算

(1)水池自重Gc計算

頂闆自重G1=180.00 kN

池壁自重G2=446.25kN

底闆自重G3=318.75kN

水池結構自重Gc=G1 G2 G3=945.00 kN

(2)池内水重Gw計算

池内水重Gw=721.50 kN

(3)覆土重量計算

池頂覆土重量Gt1= 0 kN

池頂地下水重量Gs1= 0 kN

底闆外挑覆土重量Gt2= 279.50 kN

底闆外挑地下水重量Gs2= 45.50 kN

基底以上的覆蓋土總重量Gt = Gt1 Gt2 = 279.50 kN

基底以上的地下水總重量Gs = Gs1 Gs2 = 45.50 kN

(4)活荷載作用Gh

頂闆活荷載作用力Gh1= 54.00 kN

地面活荷載作用力Gh2= 65.00 kN

活荷載作用力總和Gh=Gh1 Gh2=119.00 kN

(5)基底壓力Pk

基底面積: A=(L 2×t2)×(B 2×t2)=5.000×8.500 = 42.50 m2

基底壓強: Pk=(Gc Gw Gt Gs Gh)/A

=(945.00 721.50 279.50 45.50 119.00)/42.500= 49.66 kN/m2

2、修正地基承載力

(1)計算基礎底面以上土的加權平均重度rm

rm=[1.000×(20.00-10) 2.000×18.00]/3.000= 15.33 kN/m3

(2)計算基礎底面以下土的重度r

考慮地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m3

(3)根據基礎規範的要求，修正地基承載力:

fa = fak ηb γ(b - 3) ηdγm(d - 0.5)

= 100.00 0.00×10.00×(5.000-3) 1.00×15.33×(3.000-0.5)= 138.33 kPa

3、結論

Pk=49.66 <fa=138.33 kPa, 地基承載力滿足要求

二

抗浮驗算

抗浮力Gk=Gc Gt Gs=945.00 279.50 45.50=1270.00 kN

浮力F=(4.500 2×0.250)×(8.000 2×0.250)×1.000×10.0×1.00=425.00 kN

Gk/F=1270.00/425.00=2.99 > Kf=1.05, 抗浮滿足要求。

三

荷載計算

1、頂闆荷載計算:

池頂闆自重荷載标準值：P1=25.00×0.200= 5.00 kN/m2

池頂活荷載标準值：Ph= 1.50 kN/m2

池頂均布荷載基本組合：

Qt = 1.20×P1 1.27×Ph= 7.91 kN/m2

池頂均布荷載準永久組合：

Qte = P1 0.40×Ph= 5.60 kN/m2

2、池壁荷載計算:

池外荷載：主動土壓力系數Ka= 0.33

側向土壓力荷載組合(kN/m2)：

池内底部水壓力： 标準值= 25.00 kN/m2, 基本組合設計值=31.75 kN/m2

3、底闆荷載計算(池内無水，池外填土)：

水池結構自重标準值Gc=945.00kN

基礎底面以上土重标準值Gt=279.50kN

基礎底面以上水重标準值Gs=45.50kN

基礎底面以上活載标準值Gh=119.00kN

水池底闆以上全部豎向壓力基本組合：

Qb = (945.00×1.20 279.50×1.27 45.50×1.27 119.00×1.27×0.90)/42.500= 39.59kN/m2

水池底闆以上全部豎向壓力準永久組合：

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

闆底均布淨反力基本組合:

Q = 39.59-0.300×25.00×1.20= 30.59 kN/m2

闆底均布淨反力準永久組合:

Qe = 31.00-0.300×25.00= 23.50 kN/m2

4、底闆荷載計算(池内有水，池外無土):

水池底闆以上全部豎向壓力基本組合：

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

闆底均布淨反力基本組合：

Q = 49.86-(0.300×25.00×1.20 2.500×10.00×1.27) = 9.11kN/m2

水池底闆以上全部豎向壓力準永久組合：

Qbe=[4.500×8.000×1.50×0.40 945.00 (3.900×7.400×2.500)×10.00]/42.500 = 39.72kN/m2

闆底均布淨反力準永久組合：

Qe=39.72-(0.300×25.00 2.500×10.00) = 7.22kN/m2

四

内力、配筋及裂縫計算

1、彎矩正負号規則

頂闆：下側受拉為正,上側受拉為負

池壁：内側受拉為正,外側受拉為負

底闆：上側受拉為正,下側受拉為負

2、荷載組合方式

（1）池外土壓力作用(池内無水，池外填土)

（2）池内水壓力作用(池内有水，池外無土)

（3）池壁溫濕度作用(池内外溫差=池内溫度-池外溫度)

頂闆内力：

計算跨度: Lx= 4.100 m, Ly= 7.600 m , 四邊簡支

按雙向闆計算：

B側池壁内力：

計算跨度：Lx= 7.700 m, Ly= 2.500 m , 三邊固定,頂邊簡支

池壁類型：淺池壁,按豎向單向闆計算

池外土壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m)：

基本組合：-8.13， 準永久組合：-5.61

池内水壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m)：

基本組合：6.95，準永久組合：5.47

基本組合作用彎矩表(kN·m/m)

底闆内力：

計算跨度:Lx= 4.200m, Ly= 7.700m , 四邊簡支 池壁傳遞彎矩按雙向闆計算。

1、池外填土，池内無水時，荷載組合作用彎矩表(kN·m/m)

基本組合作用彎矩表：

配筋及裂縫：

配筋計算方法：按單筋受彎構件計算闆受拉鋼筋。

裂縫計算根據《水池結構規程》附錄A公式計算。

按基本組合彎矩計算配筋,按準永久組合彎矩計算裂縫，結果如下：

頂闆配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)

風機常需用的計算公式

(簡化，近似，一般情況下用)

1、軸功率：

注：0.8是風機效率,是一個變數,0.98是一個機械效率也是一個變數(A型為1,D、F型為0.98,C、B型為0.95)

2、風機全壓：(未在标準情況下修正)

式中：P1=工況全壓(Pa)、P2=設計标準壓力(或表中全壓Pa)、B=當地大氣壓(mmHg)、T2=工況介質溫度℃、T1= 表中或未修正的設計溫度℃、760mmHg=在海拔0m,空氣在20℃情況下的大氣壓。

3、海撥高度換算當地大氣壓：

(760mmHg)－(海撥高度÷12.75)=當地大氣壓 (mmHg)

注：海拔高度在300m以下的可不修正。

1mmH2O=9.8073Pa

1mmHg=13.5951mmH2O

760mmHg=10332.3117 mmH2O

4、風機流量0～1000m海撥高度時可不修正；

1000～1500M海撥高度時加2%的流量；

1500～2500M海撥高度時加3%的流量；

2500M以上海撥高度時加5%的流量。

比轉速：ns

MBR計算公式

AAO進出水系統設計計算

一

曝氣池的進水設計

初沉池的來水通過DN1000mm 的管道送入厭氧—缺氧—好氧曝氣池首端的進水渠道，管道内的水流速度為0.84m/s。在進水渠道中污水從曝氣池進水口流入厭氧段，進水渠道寬1.0m，渠道内水深為1.0m，則渠道内最大水流速度

式中：v1——渠内最大水流速度(m/s )；

b1——進水渠道寬度(m)；

h1——進水渠道有效水深(m)。

設計中取b1=1.0m，h1=1.0m

V1=0.66/(2×1.0×1.0)=0.33m/s

反應池采用潛孔進水，孔口面積

F=Qs/Nv2

式中：F——每座反應池所需孔口面積(m2)；

v2——孔口流速(m/ s )，一般采用0.2～1.5 m/ s 。

設計中取v2=0.4 m/s

F=0.66/2×0.4=0.66m2

設每個孔口尺寸為0.5m×0.5m，則孔口數

N=F/f

式中：n——每座曝氣池所需孔口數(個)；

f——每個孔口的面積( m2 )。

n=0.66/0.5×0.5=2.64

取n=3

孔口布置圖如下圖圖所示：

二

曝氣池出水設計

厭氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水頭

式中：H——堰上水頭(m)；

Q——每座反應池出水量(m3/s)，指污水最大流量( 0.579m/s)；與回流污泥量、回流量之和(0.717×160% m3/s)；

m——流量系數，一般采用0.4～0.5；

b——堰寬(m)；與反應池寬度相等。

設計中取m=0.4，b=5.0m

設計中取為0.19m。

厭氧—缺氧—好氧池的最大出水流量為(0.66 0.66/1.368×160%)=1.43m3/s，出水管管徑采用DN1500mm，送往二沉池，管道内的流速為0.81m/s。

芬頓計算公式

碳源計算公式

一

碳源選擇

通常反硝化可利用的碳源分為快速碳源(如甲醇、乙酸、乙酸鈉等)、慢速碳源(如澱粉、蛋白質、葡萄糖等)和細胞物質。不同的外加碳源對系統的反硝化影響不同，即使外加碳投加量相同，反硝化效果也不同。

與慢速碳源和細胞物質相比，甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉等快速碳源的反硝化速率最快，因此應用較多。表1 對比了四種快速碳源的性能。

二

碳源投加量計算

1、氮平衡

進水總氮和出水總氮均包括各種形态的氮。進水總氮主要是氨氮和有機氮，出水總氮主要是硝态氮和有機氮。

進水總氮進入到生物反應池，一部分通過反硝化作用排入大氣，一部分通過同化作用進入活性污泥中，剩餘的出水總氮需滿足相關水質排放要求。

2、碳源投加量計算

同化作用進入污泥中的氮按BOD5 去除量的5%計，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se 分别為進水和出水的BOD5 濃度。

反硝化作用去除的氮與反硝化工藝缺氧池容大小和進水BOD5 濃度有關。

反硝化設計參數的概念，是将其定義為反硝化的硝态氮濃度與進水BOD5 濃度之比， 表示為Kde(kgNO3--N/kgBOD5)。

由此可算出反硝化去除的硝态氮

[NO3--N]=KdeSi。

從理論上講，反硝化1kg 硝态氮消耗2.86kgBOD5，即：

Kde=1/2.86(kg NO3--N/kgBOD5)

=0.35(kg NO3--N/kgBOD5)

污水處理廠需消耗外加碳源對應氮量的計算公式為：

N=Ne 計 - NsNe 計=Ni - KdeSi - 0.05(Si-Se)

式中：

N—需消耗外加碳源對應氮量，mg/L；

Ne 計—根據設計的污水水質和設計的工藝參數計算出能達到的出水總氮，mg/L；

Ns— 二沉池出水總氮排放标準， mg/L；

Kde—0.35，kg

NO3--N/kgBOD5；

Si—進水BOD5 濃度，mg/L；

Se—出水BOD5 濃度，mg/L；

Ne 計需通過建立氮平衡方程計算，生化反應系統的氮平衡見圖1。

通過計算出的氮量，折算成需消耗的碳量。

除磷計算公式

一

除磷藥劑投加量的計算

國内較常用的是鐵鹽或鋁鹽，它們與磷的化學反應如式(1)､(2)｡

Al3 PO43-→AlPO4↓(1)

Fe3 PO43-→FePO4↓(2)

與沉澱反應相競争的反應是金屬離子與OH-的反應，反應式如式(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的磷酸鹽，需要1mol的鐵離子或鋁離子｡

由于在實際工程中，反應并不是100%有效進行的，加之OH-會參與競争，與金屬離子反應，生成相應的氫氧化物，如式(3) 和式(4)，所以實際化學沉澱藥劑一般需要超量投加，以保證達到所需要的出水 P濃度｡

《給水排水設計手冊》第5冊和德國設計規範中都提到了同步沉澱化學除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽 (或鐵鹽)來考慮｡

為了計算方便，實際計算中将摩爾換算成質量單位｡如：

1molFe=56gFe，1 molAl=27gAl，1molP=31gP；

也就是說去除1kg 磷，當采用鐵鹽時需要投加:1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP；

當采用鋁鹽時需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP｡

二

需要輔助化學除磷去除的磷量計算

同步沉澱化學除磷系統中，想要計算出除磷藥劑的投加量，關鍵是先求得需要輔助化學除磷去除的磷量｡對于已經運行的污水處理廠及設計中的污水處理廠其算法有所不同｡

1、已經運行的污水處理廠

PPrec=PEST-PER （5）

(5) 式中

PPrec——需要輔助化學除磷去除的磷量，mg/L；PEST——二沉池出水總磷實測濃度，mg/L；PER——污水處理廠出水允許總磷濃度，mg/L｡

2、設計中的污水處理廠

根據磷的物料平衡可得:

PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP （6）

(6) 式中

PIAT——生化系統進水中總磷設計濃度，mg/L； PBM ——通過生物合成去除的磷量，PBM= 0.01CBOD，IAT，mg/L；CBOD，IAT——生化系統進水中 BOD5 實測濃度， mg/L； PBioP——通過生物過量吸附去除的磷量，mg/L｡

PBioP值與多種因素有關，德國 ATV-A131标準中推薦PBioP的取值可根據如下幾種情況進行估算：

(1)當生化系統中設有前置厭氧池時，PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT進行估算｡

(2)當水溫較低､出水中硝态氮濃度≥15mg/L，即使設有前置厭氧池，生物除磷的效果也将受到一定的影響，PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 進行估算｡

(3)當生化系統中設有前置反硝化或多級反硝化池，但未設厭氧池時，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進行估算｡

(4)當水溫較低，回流至反硝化區的内回流混合液部分回流至厭氧池時(此時為改善反硝化效果将厭氧池作為缺氧池使用)，PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進行估算｡

反滲透計算公式

水泵計算公式

泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，這是由管網系統的安裝和操作條件決定的。計算前應首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。

一般管網如下圖所示，（更多圖例可參考化工工藝設計手冊）。

D——排出幾何高度，m；

取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負；

S——吸入幾何高度，m；

取值：高于泵入口中心線：為負；低于泵入口中心線：為正；

Pd、Ps——容器内操作壓力，m液柱（表壓）；

取值：以表壓正負為準

Hf1——直管阻力損失，m液柱；

Hf2——管件阻力損失，m液柱；

Hf3——進出口局部阻力損失，m液柱；

h ——泵的揚程，m液柱

h＝D S hf1 hf2 h3 Pd－Ps

h= D－S hf1 hf2 hf3 Pd－Ps

h= D＋S hf1 hf2 hf3 Pd－Ps

計算式中各參數符号的意義↓

某些工業管材的ε約值見下表↓

管網局部阻力計算 ↓

常用管件和閥件底局部阻力系數ζ↓

隔油池計算公式

一

設計基準

可能分離的油的最小粒徑：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；

池子的尺寸範圍：深度0.9～2.4m；寬度1.8～6.1m；深度/寬度0.3～0.5；安全系數k=1.6。

二

計算

過水斷面積A：

A=Q/v，m2 （1）

式中：

Q——處理水量，m3/min；

v——水平流速，m/min；

v≤15u （2）

式中

G——重力加速度，980cm/s2

ρ油——油的密度，g/cm3

ρ水——水的密度，g/cm3

d——油滴粒徑，一般取0.015cm

μ——動力粘度系數，(g·s)/cm2，當水溫為20℃時μ=0.0102

u——油滴上浮速度，m/min

池子寬度B和有效水深h1，按設計基準取下限值，然後校核Bh1≥A，否則重新設定B、h1值。

池總長度 L=L1 L2 L3 L4

式中

L1——布水槽寬度，一般取0.5～0.8m；

L2——油水分離區有效長度，m；

L2＝kvt

式中

t——沉澱時間，min

t=h1/u

其他符号同前

L3——集水槽寬度，一般取0.8m；

L4——吸水井寬度，m。

吸水井有效容積大于排水泵5min排水量。

三

浮上油的處置

浮油經撇油管收集，自流出水外。在浮油量不 大，來水比較穩定時，可在池外用油桶接受，否則 需設貯油坑，坑頂面高度與隔油池頂相平。對溫度 低時粘度較大的浮油，貯油坑裡可設蒸汽加熱。

1—料鬥；2—定量給料器；3—溶解溶液桶；

4—攪拌機；5—計量泵；6—Y型過濾器。

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