平流式沉淀池

第一章总论
本次课程设计主要任务是对某城市50000m3/d污水处理厂三级处理工艺与部分构筑物进行设计。

本设计所处理的原水，属于市政污水经过二级生物处理后的出水（中水），水的浊度、CODcr、SS等，均符合国家污水排放标准。

但是作为景观用水和部分工业补充用水，其浊度和卫生指标偏高，需要进行进一步的深度处理，本次课程设计的目的就是以活性污泥法处理后的出水作为原水，采用混凝—沉淀工艺进一步处理，达到景观和部分工业用水的要求。

第一节设计任务和内容
一、设计任务
1、本次课程设计为初步工艺设计与部分构筑物设计计算，设计要求如下：
(1)工艺设计：给出污水混凝—沉淀处理工艺流程图，并说明理由；给出设计高程图，要求为一次提升，自然流动。

(2)给出所要求单个构筑物结构设计，并设计计算，给出设计图。

包括平面图、A－
A、B－
B、高程图以与工艺流程图。

2、处理工艺流程
来自于二级生物处理的污水，经格栅截留大颗粒有机物和漂浮物后，通过剂量槽后，经过泵提升后进入三级污水处理厂，经三级污水处理后符合要求的出水进入城市工业用水管道。

第二节基本资料
一、污水处理水量与水质
进入水处理厂的城市中水的水量与水质为：
设计流量：日处理废水50000m3
中水水质：PH值～7.0
水温4.5～25℃
≤ 50mg/L
COD
Cr
≤20mg/L
BOD
5
SS≤ 250 mg/L
TN≤5mg/L
TP≤0.05 mg/L
二、处理要求
中水经深度处理后应符合以下要求：
PH值～7.0
≤20 mg/L
COD
cr
BOD
≤15 mg/L
5
SS ≤ 10 mg/L
TN≤5mg/L
TP≤ 0.05 mg/L
三、气象与水文资料：
风向：冬季主导风向为西北风，夏季主导风向为东南风。

风速：平均风速 < 2m/s, 最大风速 20m/s。

气温：年平均温度为6℃
最冷月平均为－13.5 ℃ (1月)
最热月平均为22 ℃（7月）
水文：年平均降水量：417.5mm
年平均蒸发量：1824.2mm
地下水初见水位： 6～8m
地形地貌：厂区地势由西向东呈下降趋势。

第二章 混凝—沉淀工艺流程设计
第一节 工艺流程设计与说明
厂的设计水量为5万立方米每天，厂自用水为5%。

原水为经过二级生物处理的污水，首先进入泵房进行提升，提升扬程为7.4米，然后经过细格栅进一步去除大颗粒有机物，在整个过程中形成自然水流。

在提升后进入混合反应池，通过配水井的闸门控制各絮凝池的水量。

水流在混合反应池内形成大的矾花后进入平流式沉淀池，沉淀池出水通过配水井后进入快滤池，过滤后进入消毒接触室进行消毒，最后进入用水管网。

其中沉淀池与快滤池产生的污泥进入污泥浓缩池，然后经消化脱水形成泥饼，运出厂外。

该厂的工艺流程图如下：
回流污泥
剩余污泥脱水机
污消泥化 池
污浓泥缩 池
消毒间
加
药间
回用
消接毒触 室
快滤池
平沉流淀式池反应池混合池计量槽细格栅泵
房
集水井
原
水
主要设备：
1、集水井：汇集原水以利于后续工艺流程的进行。

3、水泵：泵房进口处设闸门一座，手电两用操作。

采用螺旋提升泵，将水位一次提升为7.4米，使后面流程中形成自然水流。

4、计量槽：计量进入后续流程的水量，以利于调整后续流程的加药量。

5、混合反应池：进水在此与药剂反应生成大的矾花。

6、平流式沉淀池：通过已知数据进行计算（具体计算见第三章），通过静水压力排
图 工艺流程图
泥。

6、快滤池：通过计算可知（见第四章主要设备说明）采用5个单层滤料的滤池，滤料为石英砂。

用于去除残存的胶体与部分溶解性杂质。

7、消毒接触室：用于出水消毒。

8、污泥浓缩池：污泥浓缩处理主要作用是降低污泥中的含水率，减少污泥体积。

9、污泥消化池：采用污泥厌氧消化的方法对污泥进行处理，厌氧消化池一般由集气罩、池盖、池体与下锥体等四部分组成，并附有搅拌和加温设备。

10、脱水间：沉淀池与快滤池的污泥通过排泥管进入浓缩池，再进入消化池，最后由污泥泵打入污泥脱水间，由脱水间中的离心脱水机将污泥中的部分含水脱去，泥饼运往厂外。

第二节流程图与高程图
一、该厂的流程图（见附图）
二、该厂的高程图（见附图）
污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸与其标高。

确定各部位的水面标高，从而使污水能够在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理流程的正常运行。

本次课程设计只确定构筑物的水头损失，而不计管渠的水头损失。

1、布置原则：
a.一级泵房提升水位应一次提升到足够高度，以使后面流程为自然流动。

水泵安装高度不宜过低，以减少调节池流出水的水头的损失。

b.流程各个设备之间的水头损失高度差不宜过大，以减少不必要的水头损失。

c.泵的提升高度为各设备水头损失、管路损失和各过程损失的安全余量之和。

2、高程图的特点
简要的反应了整个水厂的各建筑物的高低比例，可以让人一目了然的了解水的流动过程与能头的损失的来源，高程图与平面图结合，就可全面反映整个水厂的大小与比例，工程施工上容易进行。

要想一次提升自然流动，则计算时是用总水头减去经过下一个池的损失水头，所得差值为下一能头，依次计算到最后即可。

高程图部分介绍如下：
1、泵房：
水泵将原水水位一次提升到7.4m，形成自然水流，以供后面流程中的水头损失。

2、混合反应池：
混合反应池由混合池和反应池组成，反应时间为25min，池内水位为+5.24m。

3、平流沉淀池：
沉淀池采用的是五个平流式沉淀池，有效水深为3.0m，底部坡度0.01，污泥斗高度3.46m，具体计算见第三章。

4、快滤池：
快滤池流速10m/h，停留时间40min。

具体计算见第三章。

5、污泥脱水间：
污泥脱水间高3.96m，通过离心脱水机对污泥进行脱水处理。

第三章平流式沉淀池的计算
第一节概述
用于沉淀的构筑物称为沉淀池，沉淀池按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池，辐流式沉淀池、竖流式沉淀池和斜板斜管沉淀池。

本次课程设计采用的平流式沉淀池。

图平流式沉淀池
平流式沉淀池具有以下优点：
1、可就地取材，造价低。

2、操作管理方便，施工较简单。

3、适应性强，潜力大，处理效果稳定。

4、带有机械排泥设备时，排泥效果好。

平流式沉淀池是使用最早的一种沉淀设备，由于它结构简单、运行可靠，对水质适应性强，故目前仍在采用。

通过对平流式沉淀池的研究，可以帮助理解各种沉淀设备的原理、水力学条件与工艺参数。

平流式沉淀池一般是一个矩形结构的池子，常称为矩形沉淀池。

整个池子可分为进水区、沉淀区、出水区和排泥区。

1、进水区
通过混凝处理后的水先进入沉淀池的进水区，进水区内设有配水渠和穿孔墙，配水渠墙上配水孔的作用是使进水均匀分布在整个池子的宽度上，穿孔墙的作用是让水均匀分布在整个池子的断面上。

2、沉淀区
沉淀区是沉淀池的核心，其作用是完成固体颗粒与水的分离。

3、出水区
出水区的作用是均匀收集经沉淀区沉降后的出水，使其进入出水渠后流出池外。

为保证在整个沉淀池宽度上均匀集水和不让水流将已沉到池底的悬浮固体带出池外，必须合理设计出水渠的进水结构。

4、污泥区和排泥措施
污泥区的作用是收集从沉淀区沉下来的悬浮固体颗粒，在此我们采用的是静水压力排泥。

静水压力法是利用池内的静水位，将污泥排出池外。

第二节 平流式沉淀池的计算
已知条件：水厂的设计水量Q = 50000m 3/d ；水厂自用水按5%考虑，平均流速4.5㎜/s ；沉淀时间1.5h ，其余数据可根据情况自行而定。

设计参数与计算过程：
(1) 设计流量：Q=50000×（1+5％）=525003m /d=2187.53m /h (2) 池体尺寸：
①池子总面积A ，设表面负荷q=2.03m /（㎡*h ）
8.10932
5
.2187===
q Q A ㎡ ②沉淀部分有效水深2h ，沉淀时间取 t=1.5h
2h =qt=2×1.5=3.0m
③沉淀部分有效容积'V
'V =A 2h =1093.8×3.0=3281.43m
④池长1L ，水平流速取4.5㎜/s(<5㎜/s)
1L =6.3vt =4.5×1.5×3.6=24.3m
⑤池子总宽度===
3
.248
.1093L A B 45m
⑥池子个数n ，设每个池子宽4.5m
5
.445
=
=
L B n =10（个） ⑦校核长宽比和长深比 长宽比：5
.43
.24=
b L =5.4>4.0(符合要求) 长深比：
3
3.242=h L =8.1（符合要求范围8～12） (3) 污泥部分(采用静水压力排泥) ①污泥部分所需容积
)
100(100
86400)(0221P K T C C Q V -⨯⨯-=
γ
注：T —两次清泥时间间隔（1d ）
P 0—96％,K 2=1.2,γ=1.0t/3m
=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=-3600
)96100(0.12.11008640010)10250(5.21876V 262.53m
每个池子污泥部分所需容积为：
==
10
5
.262''V 26.25 ②污泥斗容积：污泥斗上口采用4500㎜×4500㎜
污泥斗下口宽采用500㎜×500㎜ 污泥斗斜壁面与水面夹角为 60
上口面积=1f 4.5×4.5=20.25㎡，下口面积=2f 0.5×0.5=0.25㎡
排泥管直径：m t BLH d 25.03600
5.10.33.24457.07.05.05
.00
=⨯⨯⨯⨯==
污泥斗高度：⨯-=2
2
.05.4'
'4h tg 60=3.46m 污泥斗容积：
32121'
'4124.26)25.025.2025.025.20(46.33
1
)(3
1m f f f f h V =⨯++⨯⨯=+
+=
③ 泥斗以上梯形部分容积（设池底坡度为0.01）: 梯形部分高度：m h 099.001.02.)5.43.24('
4=⨯÷-=
污泥斗以上梯形部分容积：3'42124.65.4099.02
5
.43.242m b h l l V =⨯⨯+=+= ④ 污泥都和梯形部分污泥容积
32164.324.624.26m V V =+=+>26.253m
(4) 池子总高度
缓冲层高m h 3.03=（0.3～0.5），超高m h 5.01=
m h h h h h H 359.7)46.3099.0(3.035.0)('
'4'4321=++++=++++=（取7.4m ） (5) 进水穿孔墙：墙长4.5m,墙高3.5m ，超高0.5m ① 孔洞处流速s m V /20.00=（0.2～0.3） 单池穿孔墙空洞总面积Ω
2030.02
.03600105
.21873600m v Q =⨯⨯==
Ω
②孔洞的个数N ，采用圆形孔径为0.125m,则孔面积为（2125.04
1
⨯π）
24125.014.34
130
.0125.04122=⨯⨯=Ω=πN （个）
③孔眼实际流速
s m NA Q
V /21.03600
125.04
1
4.2105
.21871021
'=⨯⨯⨯⨯==
π
④孔眼布置
a.孔眼布置4排，每排孔眼数为6424=÷（个），水平方向孔眼净距取375㎜（即1.5块砖长），则每排6个孔眼时其所占宽度为mm 300037561256=⨯+⨯
b.剩余宽度mm B 15003000=-
c.垂直方向孔眼净距取252㎜（即4块砖厚），最上一排的淹没水深取120㎜（120～150），则孔眼的分布高度为：mm 162825241254120=⨯+⨯+
(6) 出水渠：采用薄壁堰出水，堰应保证水平出水渠截面宽度采用1.0m ，则渠内水深：
m gb Q h 32.010
36000.181.95.218773.173.132
3
2=⨯⨯⨯== 为了保证堰顶自由落水，出水堰的高度采取0.2m ，则出水渠水深为0.5m 。

(7) 出水三角堰：使用 90锯齿形三角堰 堰上水头取m H 1.01=
每个三角堰的流量：s m H q /00455.01.0343.1343.1347.247
.211=⨯==
单池三角堰的个数：4.1300455
.03600105.218711=⨯⨯==
q Q n （个），取14个 堰口下端与出水槽之距为:50㎜～70㎜ 三角堰中距：m n b L 32.014
5.410===
(8) 沉淀池水力条件复核 水力半径：cm m B H BH W
R 6.128286.15
.40.320
.35.42==+⨯⨯=+=
=
ρ
佛罗德数：62
2106.1981
6.12845.0-⨯=⨯==
Rg v F r 雷诺数：30.570101
.00
.1286.145.0=⨯⨯=
=
μ
ρ水
vR R e
第四章 主要设备说明
来自于二级生物处理的污水，经格栅间截留大颗粒有机物和漂浮物后，进入池，经过一次污水提升泵进入三级污水处理厂，经污水处理厂处理后符合要求的出水进入城市工业用水管道。

三级处理的具体工艺流程由进出水水质资料进行设计。

1、泵房
泵房进口处设闸门一座，手电两用操作。

设置两台泵，一备矣用。

一次性提升水位到7.4米。

2、格栅
格栅是一种对后续处理构筑物或水泵机组具有保护作用的粗滤设备。

按栅条净间距，可分为粗格栅、中格栅、细格栅三种。

设计采用细格栅，具体计算如下：
(1) 栅条间隙数 n ，设栅前水深h=0.8m ， 过栅流速1.0 m/s ，栅条间隙宽度b=0.01m
格栅倾角α=60，max Q =2187.5 m 3./s n=bhv Q αsin max =0
.18.001.060sin 61.0⨯⨯︒⨯=70.9≈71个 (2) 栅槽宽度B 设栅条宽度S=0.01m
B=s(n-1)+bn=0.01×(71-1)+0.01×71=1.41m
(3) 进水渠道渐宽部分的长度 设进水渠宽1B =1.2m
角度1α=20°（进水渠道内的流速为0.8 m ／s ）
m tg tg B B l 29.02022.141.12111=︒
⨯-=-=α (4)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（2l ）
m l l 15.02
29.02112=== (5)通过格栅的水头损失（1h ）设栅条断面锐边矩形断面k=3 42.2=β
m k g v d s h 32.0360sin 8
.9212)01.001.0(42.2sin 2)(34
2341=⨯︒⨯⨯⨯=•=αβ (6) 栅后槽的高度（H ）设栅前渠道超高m h 3.02=
H=h+h 1+2h =0.8+0.32+0.3=1.42m
(7) 栅槽总长度L ,21h h H +=
m tg tg H l l L 58.2603.08.01.05.015.029.00.15.0121=︒+++++=++++=α (8)每日栅渣量（W ） 格栅间隙为10㎜，栅渣量1w 按10003m 污水产渣0.13m （机械清扎）
栅渣量 39.42
.110001.061.08640010008640021max =⨯⨯⨯==K W Q W m 3./d 3、混合反应池
混合反应池由混合池和反应池两部分，药剂和水在这里进行充分的混合，形成大的矾花，水质得到大的改善。

(1) 混凝剂的选用
根据所要求的出水水质和掌握的气象水文信息选用混凝剂。

本地年平均气温为6℃，其中1月份最冷为-13.5℃，而7月份最热为22℃。

水的pH 值在处理前后保持不变。

综上所述，采用硫酸铝做混凝剂，以活化硅胶做助凝剂。

硫酸铝属于铝盐混凝剂，在pH=4～8之间的不同范围可以起到不同的作用。

当pH=4～7时，主要去除水中的有机物；当pH=5.7～7.8时，主要去除水中的悬浮物；当pH=6.4～7.8时，可处理浊度高、色度低的污水。

本次课程设计的原水pH 值为7,刚好处在处理悬浮物要求的范围内。

但铝盐混凝剂在温度低于10℃时效果不好，需配合助凝剂使用。

各种通过硅酸钠溶液制备的聚合硅胶中间产物成为活化硅胶，也称为活化硅或聚硅胶。

活化硅胶为阴离子型无机高分子物质，在溶液中带负电荷，是最早使用的助凝剂。

可采用硅胶聚合法处理污水，用硫酸中和经稀释的硅酸钠溶液，熟化反应一段时间后，加在硫酸铝处理的原水中，可以显著提高水的混凝效果。

(2) 反应池
药剂和水混合后进入反应池，反应池的主要作用是促进颗粒的碰撞，形成矾花，随着矾花颗粒的逐渐增大，它所受的水力剪切作用力也逐渐增大。

为避免矾花破碎，反应器内的水流速度和速度梯度G 值应逐渐减小。

工业上常用的反应池有水力反应池（如涡流式、隔板式、旋流式）和机械搅拌反应池。

反应池的具体计算如下：
设计使用5个反应池
反应时间：T=25min 池数n=5 总溶积：346.91160
255.218760m QT W =⨯== 每池净平面面积：2115.915246.911m nH W F =⨯==
，已知：m H 21= 池宽与沉淀池等宽m B 45=
池子长度 m B F l 03.245
15.91===
⋅ 4、沉淀池、
见第三章—平流式沉淀池的计算。

5、快滤池
快滤池是污水深度处理中最普遍应用的一种技术。

快滤池一般建成矩形的钢筋混凝土池子。

个数比较少时，可以采用单行排列，一般情况下以采用双排对称布置。

快滤池本身包括集水渠、洗砂排水槽、滤料层、承托层(也称垫层) 与配水系统五个部分。

快滤池的管廊内主要是浑水进水，清水出水、初滤水、冲洗来水、冲洗排水(或称废水渠)等五种管道以与与其相应的控制闸门。

在快滤池的运行过程中，主要是过滤——冲洗两个过程的重复循环。

设计采用5个快滤池，停留时间为40min ，流速为10m/h ，滤池工作时间为24h 。

具体计算如下：
设计用n=5个滤池 （普通快滤池）
滤速：5=V ～12m/h 取 10m/h
35250005.150000m Q =⨯=/d
冲洗时间m in 61=t ，停留时间 40min ，滤池工作时间 t 取24h 滤池实际工作时间h t t T T 62.23260626040241=⨯-⨯-
=--= 滤池总面积：227.22262
.231052500m VT Q F =⨯== 每个滤池面积245.445
27.222m N F f === 230m f >，所以长宽比取1.5：1（1.25：1～1.5：1）
设滤池宽为b ，45.445.1=•b l ，可得：m l 16.8=，m b 44.5=
滤池总高：滤料层高度无烟煤层450㎜ 砂层 300㎜ 滤层厚度为 0.7～0.8m m H 7.02= 承托层高度 m H 45.01= 滤料上水浆 7.13=H
超高 m H 3.04= 滤板高度 m H 12.05=
m H H H H H H 27.312.03.07.17.045.054321=++++=++++=
6、清水池
该清水池的停留时间为1小时，同时进行消毒有效水深为4.0米，该池的表面积为109.4平方米，长宽分别为9m 和12m,水流速为4m/h ，计算方法与调节池相同。

8、集泥井与污泥脱水间
污泥脱水泵房采用高干度离心脱水机，脱水后污泥含水量为65%。

污泥脱水机房一座，分两层。

下层布置进泥管与加药装置，上层机房内主要设备是高干度离心式脱水机，
共设三台（两用一备）。

污泥贮存采用专用贮罐两套，每个贮存罐内底部设有污泥推筛装置与出泥螺旋。

罐中污泥卸入下接的槽车。

运输至污泥填埋场填埋。

离心脱水机可连续自动化运行，设备效率高，占地小，管理方便，机房环境清洁，是近几年推广应用较快的污泥脱水机。

主要缺点是噪声大，离心机高速旋转，旋转叶片等部件要求耐磨性强，以延长使用寿命。

离心机制造材质和加工精度要求严格，以保障长期自动连续稳定运行。

设备投资较大。