格柵的設計計算

一、格柵設計一般規定

1、柵隙

(1)水泵前格柵柵條間隙應根據水泵要求確定。

(2) 廢水處理系統前格柵柵條間隙，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(chǎng)亦可設置粗、細兩道格柵，粗格柵柵條間隙50~100mm。

(3) 大型廢水處理廠(chǎng)可設置粗、中、細三道格柵。

(4) 如泵前格柵間隙不大于25mm，廢水處理系統前可不再設置格柵。

2、柵渣

(1) 柵渣量與多種因素有關(guān)，在無(wú)當地運行資料時(shí)，可以采用以下資料。

格柵間隙16~25mm；0.10~0.05m3/103m³ (柵渣/廢水）。

格柵間隙30~50mm；0.03~0.01m3/103m³ (柵渣/廢水）。

(2) 柵渣的含水率一般為80%，容重約為960kg/m³。

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

3、其他參數

(1) 過(guò)柵流速一般采用0.6~1.0m/s。

(2) 格柵前渠道內水流速度一般采用0.4~0.9m/s。

(3) 格柵傾角一般采用45°~75°，小角度較省力，但占地面積大。

(4) 機械格柵的動(dòng)力裝置一般宜設在室內，或采取其他保護設備的措施。

(5) 設置格柵裝置的構筑物，必須考慮設有良好的通風(fēng)設施。

(6) 大中型格柵間內應安裝吊運設備，以進(jìn)行設備的檢修和柵渣的日常清除。

二、格柵的設計計算

1、平面格柵設計計算

(1) 柵槽寬度B

式中，S為柵條寬度，m；n為柵條間隙數，個(gè)；b為柵條間隙，m；為最大設計流量，m3/s；a為格柵傾角，（°); h為柵前水深，m，不能高于來(lái)水管（渠）水深；v為過(guò)柵流速，m/s。

(2) 過(guò)柵水頭損失如

式中，h₀為計箅水頭損失，m；k為系數，格柵堵塞時(shí)水頭損失增大倍數，一般采用3；ζ 為阻力系數，與柵條斷而形狀有關(guān)，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) 榭后槽總高H

式中，h₂為柵前渠道超高，m，—般采用0.3。

(4) 柵槽總長(cháng)L

式中，L₁為進(jìn)水渠道漸寬部分的長(cháng)度，m；L₂為柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長(cháng)度；H₁為柵前渠道深，m；B₁為進(jìn)水渠寬，m；α₁為進(jìn)水渠道漸寬部分的展開(kāi)角度，（°)，一般可采用20。

(5)每日柵渣量W

式中，W₁為柵渣量，m³/10³m³廢水，格柵間隙為16~25mm時(shí)，W₁=0.10~0.05；格柵間隙為30~50mm時(shí)，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

(1)水池自重Gc計算

頂板自重G1=180.00 kN

池壁自重G2=446.25kN

底板自重G3=318.75kN

水池結構自重Gc=G1+G2+G3=945.00 kN

(2)池內水重Gw計算

池內水重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

底板外挑覆土重量Gt2= 279.50 kN

底板外挑地下水重量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

頂板活荷載作用力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

(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)根據基礎規范的要求，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

Pk=49.66

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(mǎn)足要求。

池頂板自重荷載標準值：P1=25.00×0.200= 5.00 kN/m2

池頂活荷載標準值：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

池外荷載：主動(dòng)土壓力系數Ka= 0.33

側向土壓力荷載組合(kN/m2)：

池內底部水壓力： 標準值= 25.00 kN/m2, 基本組合設計值=31.75 kN/m2

水池結構自重標準值Gc=945.00kN

基礎底面以上土重標準值Gt=279.50kN

基礎底面以上水重標準值Gs=45.50kN

基礎底面以上活載標準值Gh=119.00kN

水池底板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

水池底板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

板底均布凈反力基本組合:

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

板底均布凈反力準永久組合:

Qe = 31.00-0.300×25.00

= 23.50 kN/m2

水池底板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

板底均布凈反力基本組合：

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

水池底板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

板底均布凈反力準永久組合：

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

頂板：下側受拉為正,上側受拉為負

池壁：內側受拉為正,外側受拉為負

底板：上側受拉為正,下側受拉為負

1.池外土壓力作用(池內無(wú)水，池外填土)

2.池內水壓力作用(池內有水，池外無(wú)土)

3.池壁溫濕度作用(池內外溫差=池內溫度-池外溫度)

頂板內力：

計算跨度: Lx= 4.100 m, Ly= 7.600 m , 四邊簡(jiǎn)支

按雙向板計算：

B側池壁內力：

計算跨度：Lx= 7.700 m, Ly= 2.500 m ,  三邊固定,頂邊簡(jiǎn)支

池壁類(lèi)型：淺池壁,按豎向單向板計算

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

池內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)

底板內力：

計算跨度:Lx= 4.200m, Ly= 7.700m , 四邊簡(jiǎn)支+池壁傳遞彎矩按雙向板計算。

1、池外填土，池內無(wú)水時(shí)，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板受拉鋼筋。

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：

頂板配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)

風(fēng)機常需用的計算公式
(簡(jiǎn)化，近似，一般情況下用)

1、軸功率：

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

2、風(fēng)機全壓：(未在標準情況下修正)

式中：P1=工況全壓(Pa)、P2=設計標準壓力(或表中全壓Pa)、B=當地大氣壓(mmHg)、T2=工況介質(zhì)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。

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 

風(fēng)機流量0～1000m海撥高度時(shí)可不修正；

1000～1500M海撥高度時(shí)加2%的流量； 

1500～2500M海撥高度時(shí)加3%的流量；

2500M以上海撥高度時(shí)加5%的流量。 

比轉速：ns

AAO進(jìn)出水系統設計計算

一、曝氣池的進(jìn)水設計 

初沉池的來(lái)水通過(guò)DN1000mm 的管道送入厭氧—缺氧—好氧曝氣池首端的進(jìn)水渠道，管道內的水流速度為0.84m/s。在進(jìn)水渠道中污水從曝氣池進(jìn)水口流入厭氧段，進(jìn)水渠道寬1.0m，渠道內水深為1.0m，則渠道內最大水流速度

式中：v1——渠內最大水流速度(m/s )；

b1——進(jìn)水渠道寬度(m)；

h1——進(jìn)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(jìn)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(gè)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(gè))；

f——每個(gè)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，管道內的流速為0.81m/s。

芬頓計算公式

碳源計算公式

1、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(如淀粉、蛋白質(zhì)、葡萄糖等)和細胞物質(zhì)。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(zhì)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。

2、碳源投加量計算

1）氮平衡

進(jìn)水總氮和出水總氮均包括各種形態(tài)的氮。進(jìn)水總氮主要是氨氮和有機氮，出水總氮主要是硝態(tài)氮和有機氮。

進(jìn)水總氮進(jìn)入到生物反應池，一部分通過(guò)反硝化作用排入大氣，一部分通過(guò)同化作用進(jìn)入活性污泥中，剩余的出水總氮需滿(mǎn)足相關(guān)水質(zhì)排放要求。

2）碳源投加量計算

同化作用進(jìn)入污泥中的氮按BOD5 去除量的5%計，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se 分別為進(jìn)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(jìn)水BOD5 濃度有關(guān)。

反硝化設計參數的概念，是將其定義為反硝化的硝態(tài)氮濃度與進(jìn)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態(tài)氮

[NO3--N]=KdeSi。

從理論上講，反硝化1kg 硝態(tài)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(chǎng)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(zhì)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標準， mg/L； 

Kde—0.35，kg

NO3--N/kgBOD5；

Si—進(jìn)水BOD5 濃度，mg/L；

Se—出水BOD5 濃度，mg/L；

Ne 計需通過(guò)建立氮平衡方程計算，生化反應系統的氮平衡見(jiàn)圖1。

通過(guò)計算出的氮量，折算成需消耗的碳量。

1、除磷藥劑投加量的計算

國內較常用的是鐵鹽或鋁鹽，它們與磷的化學(xué)反應如式(1)?(2)?

Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

與沉淀反應相競爭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(shí)際工程中，反應并不是100%有效進(jìn)行的，加之OH^-會(huì )參與競爭，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(shí)際化學(xué)沉淀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冊和德國設計規范中都提到了同步沉淀化學(xué)除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽 (或鐵鹽)來(lái)考慮?

為了計算方便，實(shí)際計算中將摩爾換算成質(zhì)量單位?如：

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

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

當采用鋁鹽時(shí)需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP?

2、需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量計算

同步沉淀化學(xué)除磷系統中，想要計算出除磷藥劑的投加量，關(guān)鍵是先求得需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量?對于已經(jīng)運行的污水處理廠(chǎng)及設計中的污水處理廠(chǎng)其算法有所不同?

1）已經(jīng)運行的污水處理廠(chǎng) PPrec=PEST-PER 

(5) 式中 

PPrec——需要輔助化學(xué)除磷去除的磷量，mg/L；
PEST——二沉池出水總磷實(shí)測濃度，mg/L；
PER——污水處理廠(chǎng)出水允許總磷濃度，mg/L? 

2）設計中的污水處理廠(chǎng)

根據磷的物料平衡可得: PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP 

(6) 式中 

PIAT——生化系統進(jìn)水中總磷設計濃度，mg/L； 
PBM ——通過(guò)生物合成去除的磷量，PBM= 0.01CBOD，IAT，mg/L；
CBOD，IAT——生化系統進(jìn)水中 BOD5 實(shí)測濃度， mg/L； 
PBioP——通過(guò)生物過(guò)量吸附去除的磷量，mg/L?

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

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

(2)當水溫較低?出水中硝態(tài)氮濃度≥15mg/L，即使設有前置厭氧池，生物除磷的效果也將受到一定的影響，
PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 進(jìn)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(shí)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?

(4)當水溫較低，回流至反硝化區的內回流混合液部分回流至厭氧池時(shí)(此時(shí)為改善反硝化效果將厭氧池作為缺氧池使用)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進(jìn)行估算?

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(wǎng)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(xiàn)的長(cháng)度、管徑及管件型式和數量。

一般管網(wǎng)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(xiàn)：為正；低于泵入口中心線(xiàn)：為負；

S——吸入幾何高度，m；

取值：高于泵入口中心線(xiàn)：為負；低于泵入口中心線(xiàn)：為正；

Pd、Ps——容器內操作壓力，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(jìn)出口局部阻力損失，m液柱；

h ——泵的揚程，m液柱

1、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;

池子的尺寸范圍：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。

2、計算

過(guò)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(dòng)力粘度系數，(g·s)/cm2，當水溫為20℃時(shí)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，然后校核Bh1≥A，否則重新設定B、h1值。

池總長(cháng)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(cháng)度，m;

L2＝kvt，m (3-5-39)

式中 

t——沉淀時(shí)間，min

t=h1/u (3-5-40)

其他符號同前

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。

3、浮上油的處置

浮油經(jīng)撇油管收集，自流出水外。在浮油量不 大，來(lái)水比較穩定時(shí)，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(shí)粘度較大的浮油，貯油坑里可設蒸汽加熱。