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周进周出辐流式二沉池工艺设计


周进周出辐流式二沉池的工艺设计
4.1 配水系统的设计 配水系统的设计是周边进水周边出水辐流式二沉池的关键所在。 周进式辐流 式二沉池的只有沿圆周各点的进出水量一至,布水均匀,才能发挥其优点。而常 用的配水系统为配水槽和布水孔。 4.1.1 配水槽的设计 目前的配水槽大多采用环状和同心圆状如图 ,也有牛角配水槽如图。布水 孔的形状分为圆形和方形。布水孔间距有等距,也有不等距。

图3.3 环状配水槽

图3.4 牛角配水槽

由于配水槽是混凝土施工,宽度曲线的施工精度不容易保证,牛角配水槽 不易实现, 因此本次设计选用环形平底配水槽,布水孔孔径和孔距不变的配水系 统。 孔径为800mm, 孔距为1040mm, 并在槽底设短管, 且短管长度为50~100mm。 配水槽宽600mm。 根据结构设计分析,配水槽底厚一般为内壁厚度的2倍,分别为0.3m和0.15m。 配水槽和集水槽总宽为 ( 从沉淀池池壁内边计算 ) B ? b ? 2? ( ? 为配水槽内壁和 集水槽堰壁厚度)。 4.1.2 进水区挡水裙板的设计 挡水裙板延伸至水面下1.5m处, 以保证良好的澄清絮凝效果。 与池壁的距离 与配水槽的宽度相等。 4.2 出水装置的设计 出水装置由集水槽和挡板组成。 4.2.1 二沉池集水槽的设计 二沉池集水槽是污水沉淀过程中泥水、 固液分离的最后一道环节和工序, 在 实际的工程设计中, 常见有3 种布置形式: 内置双侧堰式、内置单侧堰式、外置

单侧堰式, 见图3.5。内置单侧堰式、外置单侧堰式均为单侧堰进水 , 设计堰上 负荷基本一致, 从构造和水力条件来看, 两者没有明显的优劣之分。 内置双侧堰 式的集水槽因堰上负荷小、 出水水质好而应用较多。但在最近几年的工程设计与 应用中发现双侧堰进水集水槽主要存在2个现象[27]: (1) 集水槽两侧水质检测时, 内侧水质优于外侧。 (2) 因集水槽内平衡孔开孔过大使三角堰均匀集水作用降低。

内置双侧堰式

内置单侧堰式

外置单侧堰式

图3.5 二沉池集水槽布置形式

在实际运行中, 可常观察到一种现象:靠近池壁的出水溢流堰一侧, 挟带较 多的活性污泥絮体杂质, 而内侧出水溢流堰的絮体杂质相对较少。 内侧溢流堰的 出水优于外侧溢流堰,因此本设计采用内置单侧堰进水。 集水槽设自由溢流堰,溢流堰严格水平,即可保证水流均匀,又可控制沉淀 池水位。 为此溢流堰常采用锯齿形堰,这种出水堰易于加工及安装出水比平堰均 匀,池内水位一般控制在锯齿高度的1/2处为宜。 4.2.2 挡板的设计 在出口处设置挡板,挡板高出水面0.1~0.15m,挡板淹没深度是沉淀池深度 而定,不小于0.25m,一般为0.3~0.4m,挡板位置,距出口为0.25~0.5m。 4.3 辐流式二沉池的一般设计原则 辐流式沉淀池一般为圆形,水流沿沉淀池半径方向流动。池直径在 6~60m 之间[28]。具体设计参数如下: (1) 池直径与有效水深之比 6~12; (2) 坡向泥斗的底坡 ? 0.05; (3) 池径 ? 16m;

(4) 表面负荷 ? 2.5m3/(m2·h); (5) 沉淀时间 1~1.5h; (6) 池径<20m,一般采用中心传动的刮泥板。池径>20m,一般采用周边传 的刮泥机; (7) 刮泥机转速为 1~3r/h,刮泥机外缘线速度 ? 3m/min; (8) 非机械刮泥时,缓冲层高 0.5m。机械刮泥时,缓冲层高上缘宜高出刮泥 板 0.3m; (9) 排泥管的直径不应小于 200mm; (10) 当采用静水压力排泥时,初次沉淀池的静水头不应小于 1.5m;二次沉 淀池的静水头,生物膜法处理后不应小于 1.2m,活性污泥法处理池后不应小于 0.9m; (11) 沉淀池应设置浮渣的撇除、输送和处置设施。 国内外许多专家学者 [29~31] 通过实验研究指出 : 选择合适的沉淀池几何结构 参数可以提高沉淀池的处理效率。二次沉淀池的效率受下列因素影响,包括悬浮 物固体浓度(污泥颗粒大小、污泥的密度、进水速度),流场和构筑物的几何尺寸 与挡板的特征。

5 工艺设计计算
5.1 主体尺寸计算 该辐流式二沉池设计规模与处理 35 万人生活污水处理厂匹配。查表 5.1 得: 综合生活污水定额为 95~155 L/(cap·d) ,取 127 L/(cap·d)
表 5.1 居民生活污水定额和综合生活污水定额 [单位:L/(cap· d)] 城市规模 分区 1 2 3 居民生活污水定额(平均日) 特大城市 120~180 95~135 95~125 大城市 100~160 75~120 75~110 中、小城市 85~145 60~100 60~95 综合生活污水定额(平均日) 特大城市 180~290 125~205 120~195 大城市 160~265 110~180 100~170 中、 小城市 145~240 95~155 85~145

注:cap 表示“人”的计量单位 居民区生活污水平均日流量
Q1 ? qN 127 ? 35 ? 10 4 ? ? 514 L / s 86400 86400

(5.1) 居民区生活污水量变化系数
Kz ? 2.7 2.7 ? ? 1.36 0.11 Q1 514 0.11

(5.2) 则最大设计流量

Qmax ?
(5.3)

qNK z 127 ? 35 ? 10 4 ? 1.36 ? ? 700 ( L / s) ? 0.7(m 3 / s) ? 2520 (m 3 / h) 86400 86400

本设计采用 4 座池 单池最大设计流量
Q? Qmax 2520 ? ? 630 (m 3 / h) ? 0.175 (m 3 / s) n 4

(5.4) 式中:

Qmax ——最大设计流量

n——池数(不少于两个) 单池表面积
A? Q 630 ? ? 350 (m 2 ) q 1.8

(5.5) 池直径
D? 4A ? 4 ? 350 ? 21.1(m) 3.14

?





D=25m

(5.6) 则,实际单池表面积
A' ?

?
4

D2 ?

3.14 ? 25 2 (m 2 ) ? 491(m 2 ) 4

(5.7) 实际表面负荷
q' ? Q 630 ? ? 1.28(m 3 / m 2 ? h) A' 491

(5.8) 式中:

q ——表面负荷, m3 / m 2 ? h
校核堰口负荷:
q1' ? Q 630 ? ? 2.23( L / s ? m) ? 4.43( L / s ? m) 3.6?D 3.6 ? 3.14 ? 25

(5.9) 校核固体负荷:
' q2 ?

(1 ? R)QN w ? 24 (1 ? 0.5) ? 630 ? 3 ? 24 ? ? 138 (kg / m 2 ? d ) ' 491 A

(5.10) 固体负荷在 120~150 (kg / m 2 ? d ) ,符合条件 式中:
N w ——混合液悬浮物浓度(MLSS) ,kg/m3,取 3 kg/m3

设沉淀时间 t=1h 澄清区:
' h2 ?

Qt ? q 't ? 1.28 ?1 ? 1.28m A'

(5.11) 设污泥停留时间 t ' =1.5h 污泥区高度:
'' h2 ?

(1 ? R)QN w t ' (1 ? 0.5) ? 630 ? 3 ? 1.5 ? ? 1.44(m) ' 0.5(3 ? 9) ? 491 0.5( N w ? Cu ) A

(5.12) 式中:
C u ——底流浓度,kg/m3

Cu ?

N w (1 ? R) 3 ? (1 ? 0.5) ? ? 9kg / m 3 R 0.5

(5.13) 有效水深:
' '' h2 ? h2 ? h2 ? 1.28 ? 1.44 ? 2.72(m) ? 4(m)

(5.14) 径深比
D 25 ? ? 9.19 h2 2.72

(5.15) 池直径与有效水深之比 6~12,符合条件 设超高 h1 ? 0.3 ,缓冲层 h3 ? 0.5 设泥斗上口直径 d1 ? 4m ,下口直径 d 2 ? 2m ,泥斗倾斜角度 55 ? 则泥斗高 h5 ? 1.43m 池中心与池边落差:
h4 ? i( D ? d1 25 ? 4 ) ? 0.05 ? ( ) ? 0.525 (m) 2 2

(5.16) 式中:

i ——坡向泥斗的底坡 ? 0.05
池边水深
h ? h2 ? h3 ? 2.72 ? 0.5 ? 3.22 m

(5.17) 沉淀池总高
H ? h1 ? h ? h4 ? h5 ? 0.3 ? 3.22 ? 0.525 ? 1.43 ? 5.4 7 5 (m)

(5.18)

i=0.05

图 5.1 池体主要尺寸示意图

5.2 配水系统设计 配水槽采用环形平底槽,等距离设布水孔 设计流量
Q ' ? Q ? RQ ? 630 ? 0.5 ? 630 ? 945 m 3 / h

(5.19) 设配水槽宽 B ? 0.6m ,水深 H 1 ? 0.5m 配水槽流速

v?

Q' 945 ? ? 0.9m / s 3600 BH 1 3600 ? 0.6 ? 0.5

(5.20) 配水孔平均流速
vn ? 2t? Gm ? 2 ? 600 ? 1.06 ? 10 ?6 ? 20 ? 0.71m / s

(5.21) 式中:
v n ——配水孔平均流速, m / s ,一般取 0.3~0.8 m / s ,符合条件

t ——导流絮凝区平均停留时间, s, 池周有效水深为 2~4m 时, t 取 360~720s

? ——污水的运动黏度,与水温有关,设水温为 20 ? ,则 ? ? 1.06 ?10 ?6 m 2 / s
Gm ——导流絮凝区的平均速度梯度,一般可取 10~30 s ?1

每池配水槽内的孔数
n? Q' 3600 vn

?
4

? D1

945 ? 73.5 3.14 3600 ? 0.71 ? ? 0.08 2 4





74



(5.22) 式中:
D1 ——孔径,m,一般取 0.05~0.1m,取 0.8m

孔距
l?

? ( D ? B)
n

?

3.14 ? (25 ? 0.6) ? 1.04(m) 74

(5.23) 絮凝区环形面积
f ?

?D 2
4

?

? ( D ? 2 B) 2
4

?

3.14 ? 25 2 3.14 ? (25 ? 2 ? 0.6) 2 ? ? 45.9696 (m 2 ) 4 4

(5.24) 导流絮凝区的平均流度
v2 ? Q' 945 ? ? 5.7 ? 10 ?3 (m / s ) 3600 f 3600 ? 45.9696

(5.25) 核算 Gm 值
Gm ?
2 v12 ? v2 0.712 ? (5.7 ? 10 ?3 ) 2 ? ? 19 .9( s ?1 ) 2t? 2 ? 600 ? 1.06 ? 10 ?6

(5.26)
Gm 值在 10~30 s ?1 之间,符合条件

式中:
v1 ——配水孔水流收缩断面的流速, m/s, v1 ? vn

?

, ? 为收缩系数,因设

短管,取 ? ? 1 进水管的设计 进水流速
v' ? Q' 3600 ?

?
4

?
2 D2

945 ? 1.33(m / s) 3.14 2 3600 ? ? 0.5 4

(5.27) 符合条件 则进水管直径取 500mm 式中:
D2 ——进水管直径,m

进水区挡板裙板 伸至水下 1.5m 处,以保证良好的澄清絮凝效果。 5.3 出水部分设计 采用周边出水槽 水槽宽
b ? 0.9( K 安Q) 0.4 ? 0.9 ? (1.3 ? 0.175 ) 0.4 ? 0.5(m)

(5.28) 式中:
K 安 ——安全系数,一般取 1.2~1.5

出水堰的设计 采用出水三角堰,设计堰上水头 H ? =0.05m,三角堰的角度 ? ? 90 ? 三角堰上水头(水深)和过流堰宽 B ' 之间的关系
B? ? ?tan 2H ? 2

(5.29) 则水流过堰宽度 B? ? 0.1m 单堰过堰流量
q2 ? 8 ? 8 90 ? Cd 2 g tan H ? 2 ? ? 0.62 ? 2 ? 9.8 ? tan ? 0.05 2 ? 8.18 ?10 ?4 (m / s) 15 2 15 2
5 5

(5.30) 每池应该布置的出水堰总数
N? Q 0.175 ? ? 213 .(个) 9 q 2 8.18 ? 10 ?4





214



(5.31) 环形集水槽宽0.5m,沿集水槽壁内侧(单侧)布置出水堰。配水槽内壁和集 水槽堰壁厚度分别为 ? ? 0.15m, 配水槽和集水槽总宽(从沉淀池池壁内边算)
B ' ? B ? b ? 2? ? 0.6 ? 0.5 ? 2 ? 0.15 ? 1.4m

(5.32) 集水槽内直径
D内 ? D ? 2 B ' ? 25 ? 2 ?1.4 ? 22.2(m)

(5.33) 出水总周长
L ? ?D内 ? 3.14 ? 22.2 ? 69.7 0 8 (m)

(5.34) 设计堰宽 B? =0.2m 出水堰总线长

L? ? 0.2 N ? 0.2 ? 214 ? 42.8(m)

(5.35) 由于出水堰总线长小于出水总周长,因此,需间隔布置出水堰,两个出水堰 堰顶距离
B??? ? 69.708 ? 42.8 ? 0.13(m) 214

(5.35)

图 5.2 三角堰水力计算图

集水槽起端水深
h0 ? 1.25b ? 1.25 ? 0.5 ? 0.625(m)

(5.36) 为了保证三角堰自由出流,集水槽起端水深(水深为 h0 处)水面距三角堰堰 口高度 h? 为 0.1m。 三角堰高
h?? ? 0.2 tan 45 ? ? 0.1(m) 2

(5.37) 集水槽高度
H 2 ? h0 ? h? ? h?? ? 0.625 ? 0.1 ? 0.1 ? 0.825(m)

(5.38) 出水管设计 池周边设置 1 条,管径取 D4 ? 400 mm

周边槽管内流速
v5 ? 4Q 4 ? 0.175 ? ? 1 . 3m 9/s 2 3.14 ? 0.4 2 ? ? D4

(5.39) 5.4 排泥部分的设计 采用静水压力排泥, 排泥速度不宜过大或过小, 以防止冲刷管道或造成淤积, 排泥管直径不小于 200mm。排泥管的设计直径为 300mm。

6 结束语
(1) 本次设计采用了 4 个直径为 25m 的周进周出辐流式二沉池,4 个池子并 用符合污水处理厂的设置原则,即便其中个别出现故障,工作进度也不会停滞。 (2) 本次设计采用了环形平底配水槽,等距离设布水孔。 (3) 本次设计采用了单环形集水槽出水,池周边设一个,池周边集水槽为内 单侧进水。 (4) 出水管设置了 1 条,均沿池径分布。池周边集水槽的出水管口设在池壁 上,管道水平延伸。 (5) 本次设计中没有涉及到刮泥机的尺寸和构造,因为二沉池建成后,可依 照池体结构现行制造适应匹配的刮泥机。 (6) 由于排泥速度不宜过大或过小,以防止冲刷管道或造成淤积,排泥管直 径不小于200mm,故设计中采用300mm的管道进行排泥。

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大学四年的时光在不知不觉间已慢慢地从指缝中溜走, 在我们都还来不及回 味其中美好的时候, 她只留给了我们那稍纵即逝的背影。仿佛这最后的毕业设计 是我们最后的战役一样,我们满怀着激情,等待着最后的号角声起。 本文是在杨老师的悉心指导下完成的。杨老师那严谨认真的治学态度、求实 负责的工作作风都使我受益匪浅,终身难忘。从杨老师身上,我深深感受到了丰 富的学养、求实的态度、勤奋的精神,这都成为了我不断前行的动力。在此,谨 向杨晓汾老师表示衷心的感谢! 感谢大学这四年来对我的悉心培养,让我在知识的海洋中能尽情徜徉,在单 调的学习生活中不断注入新的元素,让我的大学生活变得丰富多彩。 感谢所有曾经帮助过我的同仁们和老师们, 是你们, 让我变得不再孤军奋战, 是你们,让我变得更加坚强。感谢你们! 最后由衷的感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师!


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