污水处理构筑物设计计算

第三章 污水处理构筑物设计计算
3.1格栅计算
格栅是由一组平行的金属栅条制成，斜置在污水流经的渠道上或水泵前集水并处，用以截留污水中的大块悬浮杂质，以免后续处理单元的水泵或构筑物造成损害。

格栅按照栅条形式分为直棒式格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅、活动格栅；按照格栅栅条间距分为粗格栅，栅条间距大于40mm ；中格栅，栅条间距为15-35mm ；细格栅，栅条间距为1-10mm 。

按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅。

按照安装方式分为单独设置的格栅和格栅与沉砂池合建一处的格栅。

其计算草图如下：
3.1.1格栅设计参数
设计流量33Q 10000m /d=0.116m /s = 栅前流速v 0.7m/s = 栅条宽度s=0.01m 过栅流速v=0.9m/s 栅前水深h=0.4m 格栅间隙b=0.02m 格栅倾角α=60。

单位栅渣量0.05m ³栅渣/10³m ³污水
3.1.2计算
据污水流量总变化系数表，由内差法得，
z 1167012070K 1.69 1.59 1.69
--=-- 解得K Z =1.50
则 Q max =QK Z =0.174m 3/s
又因为Q min 根据经验约为平均日流量的1/2-1/4。

所以得Q min =(1/2-1/4)Q=（0.058-0.029）m 3/s
①栅条的间隙数
max sin60n bhv
Q N =。

式中 n ——格栅栅条间隙数（个）
Q max ——最大设计流量（m ³/s ）
α——格栅倾角
N ——设计的格栅组数（组）
b ——格栅栅条间隙（m ）
h ——格栅栅前水深（m ）
v ——格栅过栅流速（m/s ）
0.174sin 60n 230.020.40.9
⨯=≈⨯⨯。

（个） ②格栅槽的宽度
B=s （n-1）+bn
式中 B ——格栅槽的宽度（m ）
B=0.01()0.02230.68⨯23-1+⨯=（m ） 验证：max Q 0.174v 0.91b n h 0.02.4
=
==（+1）（23+1）0（m/s ） 1hb B 0.40.020.68Q =v 0.910.19sin b s sin 600.010.02
α⨯==++。

（m 3/s ）>0.058（m 3/s ）符合要求
③进水渠道渐宽部分长度 111
2tan B B L α-= 式中 L 1——格栅前部渐宽段的长度（m ）
B ——格栅槽宽度（m ）
1α——进水渠渐宽段展开角度，一般取20°
B 1——进水渠宽度（m ）
设计中取 B 1=0.5m ，1α=20°，此时进水渠道内的流速为
max 11Q 0.174v 0.80B h 0.50.4
===⨯m/s 。

1.0.680.50.252tan 20
L -=
=⨯（m ） ④栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
120.250.1250.1322
L L ===≈(m) ⑤通过格栅的水头损失
2
10sin 2v h kh k g
ξα== 式中 h 1——通过格栅的水头损失（m ）
h 0——计算水头损失（m ）
k ——系数，格栅受栅渣堵塞时，水头损失增大的倍数，一般取k=3 g ——重力加速度（9.81m/s 2）
ξ——阻力系数，其值与栅条的断面形状有关 设计中采用栅条断面为矩形的格栅，取4
3s b ξβ⎛⎫= ⎪⎝⎭
，取β=2.42 0.1m m 97.0060sin 8.929.0)02.001.0(42.232341≈=⨯⨯⨯⨯=。

h ⑥栅后槽总宽度
设计中取栅前水渠道超高h 2=0.3m ，栅前槽高H 1=h+h 2=0.4+0.3=0.7m ，
则：H=h+h 1+h 2=0.4+0.1+0.3=0.8（m ）
⑦栅槽总长度
112H L L +L +1.0+0.5+tan α
= 式中 L ——栅槽总长度（m ）
L 1——格栅前部渐宽段的长度（m ）
L 2——格栅后部渐窄段的长度（m ）
H 1——栅前渠中水深（m ）
0.7L 0.25+0.13+1.0+0.5+ 2.28tan 60=≈。

（m ） ⑧ 每日栅渣量
max 1z Q W 86400W=K 1000
⨯⨯ 式中 W ——每日栅渣量（m 3/d ）
W 1——栅渣量（m 3栅渣/103m 3污水），取0.07m 3栅渣/103m 3污水
K Z ——污水流量总变化系数
0.1740.0786400W=0.71.501000
⨯⨯=⨯ （m 3/d ）>0.2m 3/d 所以采用机械除渣的方法。

⑨格栅间工作台
台面应高出栅前最高设计水位0.5m ，工作台上应有安全和冲洗设施。

格栅工作台两侧过道宽度为0.8m ，工作台过道宽度为1.5m 。

选用回转式格栅HG —800一台，格栅槽安装高度1.05m ，格栅槽有效格栅宽度为800mm ，栅条间隙20mm ，整机功率为1.1KW ，格栅倾角60°。

污物的排出采用机械装置：600φ螺旋输送机，选用长度l=8.0m 的一台。

3.2沉淀池
3.2.1设计参数
①设计流量
沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。

在合流制的污水处理厂系统中，当废水是自流进入沉淀池时，应按最大流量作为设计流量；当用水泵提升时应按水泵的最大组合流量作为设计流量。

在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核，但沉淀时间应不大于30min 。

②沉淀池的经验设计参数
对于污水处理厂，如无污水性能的实测资料时，可参照以下数据活性污泥法后的二沉池：
沉淀时间t/h 1.5-2.5
表面水力负荷m 3/（m 2h ） 1.0-1.5
污泥量g/d 10-21
污泥含水率% 99.2-99.6 ③沉淀池有效水深、沉淀时间与表面水力负荷相互关系，见下表：
表面水里负荷q/m 3/
（m 2h ）
沉淀时间t/h
H=2.0m H=2.5m H=3.0m H=3.5m H=4.0m 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 1.0 1.33 2.0 1.0 1.25 1.67 2.5 1.0 1.2 1.5 2.0 3.0 1.17 1.4 1.75 2.33 3.5 1.33
1.6
2.0
2.67 4.0 ④沉淀池的几何尺寸
沉淀池的超高不小于0.3m ，缓冲层高采用0.3-0.5m ，贮泥斗斜壁的倾角，方斗不宜小于60°，圆斗不宜小于55°，排泥管直径不宜小于200mm 。

⑤沉淀池出水部分
一般采用堰流，在堰口保持水平。

出水堰的负荷为：对于二沉池，一般取
1.5-
2.9L/(sm)，有时亦可采用多槽出水布置，以提高水质。

⑥贮泥斗的容积
一般按不大于2日的污泥量计算。

对于二沉池，按贮泥时间不超过2小时计算。

⑦排泥部分
沉淀池一般采用静水压力排泥，静水压力数值如下：初沉池应不小于1.5m ；活性污泥后的二沉池应不小于0.9m ；生物膜法的二沉池应不小于1.2m 。

3.2.2设计计算
①中心管面积与直径
n Q q max
max 100max 1A 4d nv Q A ==
=
π
式中 A 1——中心管有效面积（m 2）
Q max ——最大设计流量（m 3/s ）
n ——池子的个数（个）
v 0——中心管内流速（m/s ）
d 0——中心管有效直径（m ）
q max ——每个池子的最大设计流量（m 3/s ）
设计中取n=8，v 0=0.03m/s ，则
022.08174.00.14
.1373.04d 73.00.03
80.174A max 01===⨯==⨯=
q 喇叭口直径d 1=1.35d 0=1.35(m)
反射板直径d 2=1.3d 1=1.76（m ）
②沉淀池的有效水深，即中心管的高度
.6vt 3h 2=
式中 h 2——沉淀池的有效水深（m ）
v ——污水在沉淀区的上升流速，mm/s ，如有沉淀实验资料，等于拟去除的最小颗粒的沉速v ，如无沉淀实验资料，则取0.5-1.0mm/s
t ——沉淀时间（h ），一般采用1.0-2.0h
设计中取v=0.7mm/s ，t=1.5h
3.785.1.70.63h 2=⨯⨯=（m ）
③中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
1
1max 3d v q h π= 式中 h 3——中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度（m ）
v 1——污水从间隙流出的速度（m/s ），一般不大于0.02m/s
d 1——喇叭口直径（m ），d 1=1.35d 0
设计中取v 1=0.02m/s ，则
26.035
.14.132.00022.0h 3=⨯⨯=（m ） ⑤沉淀池有效断面面积，即沉淀区面积
v
q A max 2= 式中 A 2——沉淀池有效断面面积（m 2）
31.43007
.00022.0A 2==（m 2） ⑥沉淀池总面积和池深
π
4A D A A A 2
1=+=
式中 A ——沉淀池总面积（m 2）
D ——沉淀池的直径（m ）
6.43.1432.164D 32.16
31.430.73A =⨯==+=
⑦污泥部分所需容积
T P C C Q V 602110
)1(86400)(⨯--=γ 式中 V ——污泥所需容积（m 3）
Q ——设计流量（m 3/s ）
C 1——进水悬浮物浓度（mg/l ）
C 2——出水悬浮物浓度（mg/l ）
γ——污泥容重（t/m 3）
P 0——污泥含水率（%）
设计中取T=1d ，P 0=97%，C=82.8×0.5=41.4mg/l ，则
2.511
)97.01(86400)4.418.82(174.0=⨯⨯-⨯-⨯=V （m 3） ⑧污泥斗高度及污泥斗容积
)r Rr (R 3h V tan 22r D h 22515++=-=
πα 式中 V 1——截头圆锥部分容积（m 3）
h 5——污泥室截头圆锥部分高度（m ）
R ——截头圆锥上部半径（m ）
r ——截头圆锥下部半径（m ）
α——污泥斗倾角（°）一般采用45°-60°
设计中取r=0.2m ，。

45=α，R=D/2=3.2m ，则
3
32215m 2.5m 34.334.290.2.203.03.033.04.13V m 3.045tan 2.2026.4h >≈=+⨯+⨯==⨯-=
）（）（）（。

符合设计要求
⑧沉淀池的总高度
54321h h h h H h ++++=
式中 H ——沉淀池的总高度（m ）
h 1——超高（m ），一般取0.3m
h 4——缓冲层高度（m ），一般取0.3m
64.733.026.078.33.0=++++=H
⑨进水集配水井
沉淀池分两组，每组四个池子，沉淀池进水端设集配水井，污水在集配水井内部的配水井内平均分配，然后流进每组沉淀池。

配水井内中心管直径
2
max 14v Q D π= 式中 D 1——配水井内中心管直径（m ）
v 2——配水井内中心管上升流速（m/s ），一般采用s m v 6.02≥ 设计中取v 2=0.7m/s ，则
56.07
.014.3174.041=⨯⨯=D (m) 配水井直径
13
24D v Q D +=π 式中 D 2——配水井直径（m ）
v 3——配水井流速（m/s ），一般采用v 3=0.2-0.4m/s
设计中取v 3=0.3m/s ，则
03.156.03
.014.3174.0422=+⨯⨯=D （m ） ⑩进出水渠道
⑴进水渠道
沉淀池分为两组，每组四个沉淀池，每组设计流量为0.087m 3/s ，每组设一个进水渠道，污水进入进水渠道后由沉淀池中心管流入沉淀池。

进水渠道宽度为0.7m ，进水渠道水深为0.6m ，渠道内水流流速为0.6m/s 。

⑵出水堰
沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道，然后汇入出水管道排入集配水井外部的集水井内。

出水堰采用单侧90°三角形出水堰，三角堰顶宽0.16m ，深0.08m ，间距0.1m ，每个沉淀池有112个三角堰，每组沉淀池有448个三角堰。

三角堰有效水深0.04m ，堰后自由跌落0.1-0.15m ，三角堰流量为
2
51143.1H Q =
式中 Q 1——三角堰流量（m 3/s ）
H 1——三角堰水深（m ） 0004576.004.043.1251=⨯=Q （m 3/s ）
每组沉淀池的三角堰流量为0.0004576×448=0.205m 3/s>0.08m 3/s ，三角堰后自由跌落0.15m ，则出水堰水头损失为0.19m 。

⑶出水渠道
出水渠道设在沉淀池四周，收集三角堰出水，出水渠道宽0.25m ，深0.40m ，有效水深0.20m ，水平流速0.42m/s 。

出水渠道将三角堰出水汇集送入出水管，出水管道采用钢管，管径DN300mm ，管内流速0.60m/s 。

⒒排泥管
沉淀池采用重力排泥，排泥管直径DN300mm ，排泥静水压头采用1.2m ，连续将污泥排出池外贮泥池内。

3.3调节池的计算
3.3.1调节池概述
在本工艺中，调节池主要的作用有三个：（1）工艺流程过程中污水产生的水质水量都不均匀。

故而需要设计一个调节池来均匀水质水量，为后期处理，污水处理工艺正常运行做准备；（2）调节池同时又可以做事故池来用，如果后面污水处理设备在维修检查过程时调节池可以暂时来储存工艺污水；（3）造纸过程中各个阶段产生的污水水温不同，调节池可以调节水温，使水温处于一个恒温状态有利于后续生物处理。

故调节时需对池内废水进行混合，本工艺采用机械搅拌混合方法及对角线出水调节池。

对角线出水调节池的特点是出水槽沿对角线方向设置，同一时间流入池内的废水，由池的左右两侧，经过不同时间倒流出水槽。

从而达到自动调节、均和的目的。

为防止废水在池内短路，可以在池内设置若干纵向隔板。

其空气量为
1.5-3m 3/(m 2h)。

调节池有效水深为1.5-2m ，纵向隔板间距为1-1.5m 。

3.3.2调节池的计算
①调节池的体积V
1.4
qT V = 式中 V ——调节池的体积（m 3）
q ——实际流量（m 3/s ）
T ——调节时间（h ）
设计中取T=4h ，则
17907.1789.4
13600474.10V ≈=⨯⨯=（m 3） ②调节池的面积A
H
V A = 式中 A ——调节池的面积（m 2）
H ——调节池有效水深（m ）
设计中取H=2m ，则
8952
1790A ==
（m 2） ③调节池池长L
B
A L = 式中 L ——调节池池长（m ）
B ——调节池池宽（m ）
设计中取B=15m ，则
6015
895L ≈=（m ） ④隔板数n
.5
1B n = 式中 n ——隔板数（格）
10.5
115n ==（格） 调节池有效水深取2m ，面积为895m 2，取池宽为15m ，池长为60m ，纵向隔板间
距为1.5m ，将池宽分30格。

⑤理论上每日的污泥量 )
1(1000)(010max P C C Q W --= 式中 Q max ——最大设计流量（m 3/s ）
C 0——进水悬浮物浓度（kg/m 3）
C 1——出水悬浮物浓度（kg/m 3）
P 0——污泥含水率，取值97%
设计中取C 0=41.4kg/m 3，C 1=20.7kg/m 3，则
12.0)
97.01(1000)7.204.41(174.0=-⨯-⨯=W (m 3/d) ⑥污泥斗尺寸
取污泥斗尺寸为0.4×0.4m 2，污泥斗倾角取45°，污泥斗上口面积为2×2m 2，则污泥斗的高度为：
8.045tan 2
4.0201=-=h （m ） 污泥斗的容积为
)(3
1212111f f f f h V ++= 式中 V 1——污泥斗的容积（m 3）
h 1——污泥区高度（m ）
f 1——污泥斗的上口面积（m 2）
f 2——污泥斗的下口面积（m 2）
33.1)16.0416.04(8.03
11=⨯++⨯⨯=V (m 3)>0.12m 3
⑦进水布置
进水起端中间设进水堰，堰长为池长2/3，堰宽为0.5m ，高1.6m 。

⑧出水设置
出水直接用清水泵从最低水位处将污水打进下一个构筑物中，泵进口设置在污泥斗上口正上方。

3.3.3调节池的中和处理
用化学法改变废水的酸或碱，使pH 值达到中性左右的过程叫中和。

处理酸、碱的碱或酸称为中和剂。

酸性废水的中和方法有利用碱性废水或废渣进行中和、投加碱性药剂及通过中和性能的滤料过滤三种方法。

碱性废水的中和方法有利用酸性废水或废渣进行中和，投加酸性药剂等。

投加中和法是酸碱废水中和处理使用最广泛的一种方法，碱性药剂有石灰、石灰石、苏打、苛性钠等，酸性废水中和处理常用的药剂是石灰。

由于本工艺中废水pH 值为11.37，而处理后的pH 值要求为6-9，则需投加酸性物质石灰。

3.3.4搅拌机
为防止泥砂等杂质沉淀于调节池，在调节池内设搅拌机。

采用江苏天雨环保集团有些公司生产的ZJ1000型搅拌机。

该产品具有结构紧凑，操作方便，搅拌效果好等特点。

共需2台搅拌机，共4万元左右，功率为0.75KW/台。

3.4 UASB 反应器
3.4.1设计参数
⑴污泥参数
设计温度T=25℃
容积负荷N v =8.5kgCOD/（m 3d ）污泥为颗粒状
污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD
产气率0.5m 3/kgCOD
⑵设计流量
Q max =0.174m 3/s=626.4m 3/h=15033.6m 3/d
⑶水质指标 表5 UASB 反应器进出水水质指标
水质指标 COD （mg/l ） BOD （mg/l ）
SS （mg/l ） 进水水质 465 162.75
20.7 设计去除率 90% 90%
30% 设计出水水质 46.5 16.3
14.49
3.4.2设计计算
①UASB 反应器容积的计算
本设计采用容积负荷法确立其容积
v N S Q V 0max = 式中 V ——反应器的有效容积（m 3）
S 0——进水有机物浓度（kgCOD/m 3）
35.8225.8465.06.15033m V =⨯=
取有效容积系数为0.8，则实际体积为1028m 3 ②主要构造尺寸的确定
UASB 反应器采用圆形池子，布水均匀，处理效果好。

取水力负荷 q 1=1.5m 3/(m 3h)
反应器表面积 A=Q max /q 1=626.4/1.5=417.6m 2
反应器高度 H=V/A=1028/417.6=2.67m ，取H=3m 采用10座相同的UASB 反应器，则每个单池面积A 1为： A 1=A/10=626.4/10=62.64m 2 9.814
.364
.62441
=⨯=
=
π
A D (m)取D=9m
则实际横截面积为 A 2=3.14D/4=63.6m 2
实际表面水力负荷 q 1=Q max /10A 2=626.4/636=0.98 q 1在0.5-1.5m/h 之间，符合设计要求。

③UASB 进水配水系统设计 ⒈设计原则
进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均；
⑵应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌； ⑶易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。

本设计采用圆形布水器，每个UASB 反应器设30个布水点。

⒉设计参数 每个池子的流量
Q=626.4/10=62.64m 3/h ⒊设计计算
查有关数据，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m 3/（m 2h ），每个进水口的负荷须
大于2m 2
，则布水孔个数n 必须满足242>n D π，即328
914.382
2
=⨯=<D n π，取n=30个，则每个进水口负荷12.230
4914.342
2
=⨯⨯==n D a πm 2 可设三个圆环，最里面的圆环设5个孔口，中间设10个，最外围设15个，其草
图见下图2
⑴内圈5个孔口
服务面积：S 1=5×2.12=10.6m 2 折合为服务圆的直径为：
m S 67.314
.36
.10441
=⨯=
π
用此直径做一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布5个孔口，则圆环的直径计算如下：
m S d S d 6.214
.36
.1022241
112
1=⨯=
=
=
π
π
⑵中间设10个孔口
服务面积：S 2=10×2.12=21.2m 2 折合为服务圆的直径为：
m S S 36.614
,3)
2.216.10(4)
(421=+⨯=
+π
则中间圆环的直径计算如下：
2
4
)
36.6(2
22S d =
-π 则d 2=5.2m
⑶外圈设15个孔口
服务面积：S 3=15×2.12=31.8m 2 折合为服务圆的直径为：
m S S S 0.914
.3)
8.312.216.10(4)
(4321=++⨯=
++π
则中间圆环的直径计算如下：
2
4
)
9(3
232S d =
-π 则d 3=7.8m
布水点距反应器池底120mm ，孔口径15cm 。

④三相分离器的设计 ⒈设计说明
UASB 的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。

对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工作经验，三相分离器满足以下几点要求：
沉淀区的表面水力负荷<1.0m/h ；
三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5-1.0m ；
沉淀区四壁倾斜角度应在45°-60°之间，使污泥不积聚，尽快落入反应区内；
沉淀区斜面高度约为0.5-1.0m ；
进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速h m /2≤； 总沉淀水深m 5.1≥；
水力停留时间介于1.5-2h ；
分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm 以上； 以上条件如能满足，则可达到良好的分离效果。

⒉设计计算
本设计采用无导流板的三相分离器 ⑴沉淀区的设计
沉淀器（集气罩）斜壁倾角050=θ
沉淀区面积：6.634
914.3422
=⨯==D A πm 2
表面水力负荷)(0.1)(98.06
.63104.6262323h m m h m m nA Q q ⋅<⋅=⨯==
符合要求 ⑵设计回流缝
h 2的取值范围为0.5-1.0m ，h 1一般取0.5m 取h 1=0.5m ，h 2=0.7m ，h 3=2.4m 依据图4-5所示的几何关系知：
θ
tan 31h b =
式中 b 1——下三角集气罩底水平宽度（m ） θ——下三角集气罩斜面的水平夹角 h 3——下三角集气罩的垂直高度（m ）
则m b 0.250tan 4
.20
1==
b 2=b-2b 1=9-2×2.0=5.0m
下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v 1，可用下式计算：
1
1
1nS Q v =
式中 v 1——回流缝中混合液上升流速（m/s ） Q ——反应器设计废水流量（m 3/h ）
S 1——下三角形集气罩回流缝的总面积（m 2） n ——反应器的三相分离器单元数，取3
h m h m v /2/77.14/0.514.318/4.62621<=⨯=符合要求
上下形集气罩之间回流缝流速v 2的计算：
EH
CF EQ CE EH CE EQ CF S S Q v 250sin 2
)
(14.3022
2+=⨯=+=
=
式中 S 2——上三角形集气罩回流缝面积（m 2）
CE ——上三角形集气罩回流缝的宽度，CE>0.2m,取CE=1.0m CF ——上三角形集气罩底宽，取CF=6.0m
h m v v h
m v m S m
EQ m EH /0.2/64.124.21184.62624.210.12)
53.70.6(14.353.7766.020.6766.050sin 0.1122220<<=⨯==⨯+⨯=
=⨯+==⨯=
确定上下集气罩相对位置及尺寸
m
h m DI BC DI AD h m AB CD DI m BE AE AB m CE BE m
EG AE m
HG EH EG m
b CF HG m
CE BC 0.115.2596.050sin 50sin 78.019.150tan 97.140sin 266
.140sin 266.15.02
)(556.150cos 0
.150cos 540
00
0200==+=+==⨯=⨯==-==⨯=====+==-====
气液分离设计
由图4-5知，欲达到气液分离的目的，上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的水平距离（AB 的水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小，所以重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。

由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。

当混合液上升到A 点后将沿着AB 方向斜面流动，并设流速为v a ，同时假定A 点的气泡以速度v b 垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着v a 和v b 合成速度的方向运动，根据速度合成的平行四边形法则，则有：
AB
BC AB AD v v a b == 要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：
)(AB
BC AB AD v v a b => 在消化温度为25℃，沼气密度l g g /12.1=ρ；水的密度31/0449.997m kg =ρ； 水的运动粘滞系数v=0.0089×10-4m 2/s ；取气泡直径d=0.01cm
根据斯托克斯（Stokes ）公式可得气体上升速度v b 为
2
118)(d g v g b μ
ρρβ-=
式中 v b ——气泡上升速度（cm/s ） g ——重力加速度（cm 2/s ） β——碰撞系数，取0.95
μ——废水的动力粘度系数，g/(cms)，βμv =
h m s cm v b /96.21/616.095
.00089.01801.010)12.10449.997(108.995.02
32==⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-
水流速度v a =v 2=1.67m/h
校核：
AB
BC v v AB BC v v a b a b >====99.178.0556
.115.1367
.196.21 故设计满足要求。

⑤排泥系统设计
A. UASB 反应器中污泥总量计算
一般UASB 污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15gVss/L,则10座UASB 反应器中污泥总量：G=VG=1028×15=1542kgVSS/d 。

B. 产泥量计算
厌氧生物处理污泥产量取：0.1kgMLSS/kgCOD ⑴UASB 反应器总产泥量
d kgMLSS E rQC X /02.431028104659.01.031=⨯⨯⨯⨯==∆- 式中 X ∆——UASB 反应器产泥量（kgMLSS/d ）
r ——厌氧生物处理污泥产量（kgMLSS/kgCOD ） C 1——进水COD 浓度（kg/m 3） E ——去除率，本设计取90%
⑵根据MLSS/SS=0.8，d kgSS X /78.538
.002
.43==
∆ ⑶污泥含水率为97%，当含水率>95%时，取3/1000m kg s =ρ，则污泥产量：
d m h m P X W s s /8.64/7.2)
98.01(100078
.53)1(330==-⨯=-∆=
ρ
⑷污泥泥龄
)(2978.531542d X G c ==∆=
θ C.排泥系统设计
在UASB 三相分离器下0.5m 和底部0.4m 高处，各设置一个排泥口，共两个排泥口，每天排泥一次，排泥管管径为200mm 。

⑥出水系统设计计算
出水的均匀排出对固液分离的影响较大，也是保证反应器均匀稳定运行的关键。

UASB 反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽，常用的两种布置方式，如图4-6所示。

图4-6（a ）出水槽的宽度常常用20cm ，深度由计算确定；图4-6（b ）所示出水槽的特点是出水槽与三相分离器集气罩成一整体，有助于实现装配化，简化加工和安装过程。

当UASB 反应器为封闭式时，总出气管必须通过一个水封，以防漏气和确保厌氧条件；同时，水封高度对反应器的正常运行也有很大的影响，过高会使反应器内压力过大，过低则会出现浮泥堵塞出气管的问题。

当处理的废水中含有蛋白质和脂肪或大量悬浮固体数量，有利于提高出水水质。

A.出水槽设计
对于每个反应池，有4个单元三相分离器，出水槽共有4条，槽宽0.3m 。

⑴设出水槽口附近水流速度为a=0.2m/s ，则 槽口附近水深
m ua Q 073.02
.03.040174
.041max =⨯⨯= 取槽口附近水深为0.25m ，出水槽坡度为0.01m ；出水槽尺寸6m ×0.2m ×0.25m ；出水槽数量为4座。

B.溢流堰设计
⑴出水槽溢流堰共有8条（4×2），每条长6m ，设计90°三角堰，堰高50mm ，堰口水面宽b=50mm 。

每个UASB 反应器处理水量0.0174l/s ，查知溢流堰负荷为1-2l/(ms),设计溢流负荷f=2/(ms)，则
堰上水面总长为：m f Q L 7.82
4
.171max === 三角堰数量：17410507.83
=⨯==
-b L n （个），每条溢流堰三角堰数量：174/4=43.5个。

一条溢流堰上共有44个100mm 的堰口，44个100mm 的间隙。

⑵堰上水头校核 每个堰出流率：s m n Q q /101.0174
0174
.0351max -⨯===
按90°三角堰计算公式：2543.1h q =
堰上水头：m q h 022.0)43
.1101.0()43.1(4
.034.0=⨯==-
⑶出水渠设计计算
反应器沿长边设一条矩形出水渠，4条出水槽的出水流至此出水渠。

设出水渠宽u x =0.4m ，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s 。

渠口附近水深
m a u q x 145.03
.04.00174.0=⨯= 以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.25+0.145=0.395m ，离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为8.75m ，考虑到排水管中心距长边池壁50mm ，出水渠突出池子长边池壁0.45m ，则出水渠长为8.75+0.45=9.3m ，出水渠尺寸为9.3m ×0.4m ×0.395m ，向渠口坡度0.001。

⑷UASB 排水管设计计算
选用DN200钢管排水，充满度为k=0.6，管内水流速度为
s m D k Q v /93.02.06.014.30174.0442
21max =⨯⨯⨯==π
⑦沼气收集系统设计计算 A.沼气量计算
沼气主要来自厌氧阶段，设计产气率取0.5m 3/kgCOD 。

⑴总产气量G=rQC 1E=0.5×626.4×0.465×0.9=131.1m 3/h ⑵集气管
每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有9根集气管。

每根集气管内最大气流量
s m /100.49
36001
.13133-⨯=⨯ 根据资料知，集气室沼气出气管最小直径d=100mm 。

⑶沼气主管
池子9根集气管通到一根主管，采用钢管，单池沼气主管管道坡度为0.005。

池子沼气主管内最大气流量
s m /037.03600
1
.1313= 取DN200mm ，充满度为0.8，则流速为s m v /47.12
.014.38.0037
.042
=⨯⨯⨯= B.水封灌设计
水封灌主要是用来控制三相分离器的集气室中气液两相界面高度的，因为当液面太高或波动时，浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室，同时兼有排泥和排除冷凝水的作用。

⑴水封高度H H=H 1-H 0
式中 H ——反应器至贮气灌的压头损失和贮气罐内的压头
为保证安全取贮气罐内压头，集气罩中出气气压最大H 1取2mH 2O ，贮气罐内压强H 0为400mmH 2O 。

⑵水封灌
水封高度取0.6m ，水封灌面积一般为出气管面积的4倍，则
22213.042.014.34
1
441m d S ≈⨯⨯⨯=⨯=π
水封灌直径取0.5m 。

C.沼气柜容积确定
由上述计算可知，该处理站日产沼气123.8m 3，则沼气柜容积应为1h 产气量
的体积确定，即35.5124
1
.131m qt V =⨯== 设计选用DN200mm 钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为mm H mm 540600⨯φ。

选用100m 钢板水槽内导轨湿式储气柜2个（C-1416A ）。

⑧加热系统
设进水温度为15℃，反应器的设计温度为25℃。

那么所需要的热量：
ηγ/)(v r F F H q t t d Q -⋅⋅=
式中 Q H ——加热废水需要的热量(KJ/h) d F ——废水的相对密度，按1计算 F γ——废水的比热容（KJ/(kgk)） q v ——废水的流量（m 3/h ） t r ——反应器内的温度（℃） t ——废水加热前的温度（℃） η——热效率，可取0.85
则h KJ Q H /3095185
.04
.626)1525(12.4=⨯-⨯⨯=
每天沼气的产量为131.1×24=3146.4m 3，其主要成分是甲烷，沼气的平均热值为23KJ/L,每小时的甲烷总热量为：131.1×23×103= 3.0×106 KJ/h ，因此足够加热废水所需要的热量。

⑨加碱系统
在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳pH 值是6.8-7.2，由于厌氧过程的复杂性，很难准确测定和控制反应器内真实的pH 值，这就要靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要2000-5000mgCaCO 3/L 时，就会导致其pH 值下降，所以反应器内碱度须保持在1000mgCaCO 3/L 以上，为保证厌氧反应器内pH 值在适当的范围内，必须向反应器中直接加入致碱或致酸物质，间接调节pH 值，主要致碱药品有：NaCO 3、NaHCO 3、NaOH 以及Ca （OH ）2。

在UASB 反应器中安装pH 指示仪，并在加碱管路上设有计量装置，将计量装置和pH 指示仪用信号线连接起来，根据UASB 反应器中pH 的大小来调整加碱量，当UASB 反应器中pH 过低时，打开加碱管路上的开关，往UASB 反应器中加碱，使上升；反之，当UASB 反应器中pH 过高时，关闭加碱管路上的开关，停止加碱，使pH 值下降。

3.5 SBR 反应器
3.5.1设计参数
污泥负荷[kgBOD/(kgMLSSd)] 0.1-0.4 MLSS （mg/l ） 1500-5000 周期数 3-4 排除比（单周期的排水量与反应池容积之比） 1/4-1/2
安全高度（cm ） 50以上 需氧量[kgO 2/kgBOD] 0.5-1.5 污泥产量[kgMLSS/kgSS] 约0.7
溶解氧（mg/l ）好氧工序>2.5 缺氧工序进水0.3-0.5 沉淀、排水<0.7 反应池池数 >2(Q<500m 3/d 时可取1)
处理要求
项目 进水水质（mg/l ） 出水水质（mg/l ） 去除率（%） C0D 46.5 40 14 BOD 23.25 8 66 SS 20.7 8 62 TN 25 10 60 TP 9.9 0.5 95 氨氮 33 6 82 由上表知BOD/COD=0.5 3.5.2设计计算
设计处理流量Q=10000m 3/d=416.7m 3/h=0.116m 3/s 总变化系数K z =1.5
进水f d =VSS/SS=0.7，出水f=VSS/SS=0.75 曝气池出水溶解氧浓度 2mg/l 活性污泥自身氧化系数K d （20）=0.06
污泥龄d c 25=θ，
活性污泥产率系数Y=0.6
混合液浓度MLSS ，X=4000mgMLSS/L 硝化反应安全系数K=3
20℃时反硝化速率常数q=0.12kgNO 3--N/kgMLSS ，若生物污泥中约含0.124的氮用于细胞合成
设SBR 运行每一周期时间为8h ，进水1.0h ，反应（曝气）（4-5）取4h ，沉淀2h ，排水（0.5-1）取1h 。

周期数38
24
==n SBR 处理污泥负荷设计为N=0.4kgBOD/(kgMLSSd)，根据运行周期时间安排和自动控制等特点，SBR 反应池设置6个。

①污泥量计算
SBR 反应池所需污泥量为
6.5441000
4.07
5.0)
825.23(1000075.075.0=⨯⨯-⨯===
s r N QS MLVSS MLSS {kg （干）} 设计沉淀后污泥的SVI （污泥容积指数）=90mg/l （SBR 工艺中一般取80-150）
SVI 在100以下沉降性能良好。

则污泥体积为：
60106.544902.12.13=⨯⨯⨯=⨯⨯=-MLSS SVI V s (m 3
)
②SBR 反应容积
b F st V V V V ++=
式中 V st ——代谢反应所需污泥容积（m 3）
V F ——反应池换水容积（进水容积）（m 3
） V b ——保护容积（m 3）
7.41612410000124=⨯=⨯=Q V F (m 3)
V s =60m 3，则单池污泥容积为V s1=60//4=15（m 3
） 则V=15+416.7+V b =431.7+V b ③SBR 反应池构造尺寸
SBR 反应池为满足运行灵活及设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区。

SBR 反应池单池平面（净）尺寸为16×8=128m 2（长宽比在1/1-2/1） 水深为5.0m ，池深为5.5m 。

单池容积为 V=16×8×5=640（m 3） 则保护容积为V=208.3（m 3）
4个池总容积256064044=⨯==∑V V （m 3）
3.5.3 SBR 反应池运行时间与水位控制
SBR 池总水深5.0m ，按平均流量考虑，则进水前水深为3.2m ，进水结束后5.0m ，排水时水深5.0m ，排水结束后3.2m 。

5.0m 水深中，换水水深为1.8m ，存泥水深为2.0m ，保护水深1.2m ，保护水深的设置是为避免排水时对沉淀剂排泥的影响。

进水开始与结束由水位控制，曝气开始由水位和时间控制，曝气结束由设计控制，沉淀开始与结束由时间控制，排水开始由时间控制，排水结束由水位控制。

3.5.4 排水口高度和排水管管径
①排水口高度
为保证每次换水V=416.7m 的水量及时快速排除，以及排水装置运行的需要，排水口应在反应池最低水位之下约0.5-0.7m ，设计排水口在最高水位之下2.5m 。

②排水管管径
每池设自动排水装置一套，出水口一个，排水管1根；固定设于SBR 墙上。

排水管管径DN200mm 。

设排水管排水平均流速为0.15m/s ，则排水量为
h m s m v d q /36/0106.015.03.04
14.343322==⨯⨯==π
则每周期（平均流量时）所需排水时间为
h q Q 196.036
127.41612≈=⨯= 3.5.5 排泥量及排泥系统 ①SBR 产泥量
SBR 的剩余污泥主要来自微生物代谢的增值污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。

SBR 生物代谢产泥量为
QS N b
a N QS b
aQS V bX aQS X s
s r )(-=-=-=∆ 式中 a ——微生物代谢增值系数（kgVSS/kgBOD ）
b ——微生物自身氧化率（1/d ）
根据活性污泥性质，参考类似经验数据，设a=0.70。

B=0.05，则有
)/(881025.1510000)4
.005
.070.0(3d kg X =⨯⨯⨯-=∆-
假定排泥含水率为99%，则排泥量为
)/(8.801
.01088)1(103
3
03d m P X Q r =⨯=-⨯∆=
考虑到一定的安全系数，则每天排泥量为26.4m 3/d
复核出水BOD ：
K 2=0.018，进水S BOD =23.25mg/l ，混合液MLSS 浓度X=4000mg/l ，出水f=VSS/SS=0.75，曝气时间t=4h ，池子个数n 1=4，则
出水BOD 浓度L ch 为：
l mg Xftn K S L BOD ch /0.84
475.04000018.02425
.2324242412=⨯⨯⨯⨯+⨯=+=
复核出水氨氮：
微生物合成去除的氨氮：l mg Q X N w /8.810000
88
12.012.0=⨯=∆=
复核表明，仅靠微生物合成不能使出水氨氮低于设计标准。

如考虑硝化作用，出水氨氮的设计计算：
⑴标准水温（15℃）时硝化最大比增长速度1155.0-=d μ，
曝气池内平均溶解氧DO=2mg/l ，溶解氧半速度常数K 0=1.3，污水pH 值为7.2，冬季10)15(098.015)10(19.0)]2.7(833.01[)/(--=-⨯-⨯+=d pH DO K DO e T m μμ
⑵标准水温（15℃）时硝化菌半速度常数K 15=0.5mg/l ，冬季
l mg e K K T /28.0)15(118.01510=⨯=-
⑶硝化菌自身氧化系数b 20=0.04，则027.004.1)20(2010=⨯=-T b b。