正式工业污水处理厂平面型格栅设计

中北大学

课程设计说明书学生姓名：敖晶晶学号：1004014212 学院：化工与环境学院

专业：环境工程

题目：工业污水处理厂平面性格栅设计

指导教师：晋日亚职称: 教授

2013年5月26 日

中北大学

课程设计任务书

2012/2013 学年第二学期

学院：化工与环境学院

专业：环境工程

学生姓名：敖晶晶学号：1004014212 课程设计题目：工业污水处理厂平面性格栅设计

起迄日期： 5 月20 日～ 6 月17 日课程设计地点：中北大学

指导教师：晋日亚

系主任：王海芳

下达任务书日期: 2013 年 5 月 26

课程设计任务书

1．设计目的：

通过课程设计，进一步强化水污染控制工程课程的相关知识的学习，初步掌

握污水处理中常见构筑物的设计方法、设计步骤。学会用CAD软件绘制构筑物的基本设计图纸。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

原始数据与基本参数：

最大设计流量：2.5m3/s；日设计流量：95000 m3/d。

其它参数查阅相关文献自定。

设计内容和要求：

①计算平面型格栅的各部分尺寸；

②平面型格栅构筑物的图纸详细设计。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

（1）课程设计说明书一份；

（2）说明书内容包括：

①平面型格栅在水处理中的作用说明；

②根据给出参数对平面型格栅各部分尺寸的详细计算过程；

③设计图纸（CAD绘图）规范，图纸包括整体图和局部图的设计，计算尺寸要在图中相应的位置标明；

④单位要正确，参考文献必须在说明书中相应的位置标注，语言流畅、规范。

（3）工作量：4周

课程设计任务书

4．主要参考文献：

[1]晋日亚、胡双启主编．水污染控制技术与工程．北京：兵器工业出版社，2005。

[2]高廷耀主编．水污染控制工程．(下册) ．北京：高等教育出版社，1989

[3]王宝贞主编．水污染控制工程．北京：高等教育出版社．1990

[4]孙彗修等主编．排水工程（上）．北京：中国建筑工业出版社．2000

[5]张希衡主编．废水治理工程．北京：冶金工业出版社，1984

[6]张自杰等主编．排水工程（下）．北京：中国建筑工业出版社．2000

[7]尹士君、李亚峰编著．水处理构筑物设计与计算．北京：化学工业出版社．2004 5．设计成果形式及要求：

设计说明书一份（含构筑物设计详图），设计说明书格式按中北大学课程设计的相关要求。

6．工作计划及进度：

2013年5月26日~6月1日：领取课程设计任务书，明确课程设计的内容，查阅相关资料。

6月1 日~6月23日：设计计算、绘制相关图纸。

6月24日~6月26日：打印装订设计说明书，答辩。

系主任审查意见：

签字：

年月日

工业污水处理厂平面型格栅设计

摘要：工业污水未经处理直接排放,其中可能含有一些大粒度的悬浮物。为了清除污水和雨水泵站以及污水处理厂进水中含有的较大悬浮物，保护后续处理设施的正常运行，以及降低其他处理设施的负荷，需要在污水处理厂的一级处理中设定一个筛滤设备—格栅。格栅是由一组平行的金属栅条或筛网、格栅柜和清渣耙三部分组成，安装在污水处理厂的端部。格栅主要作用是将污水中的大块污染物拦截出来，否则这些大块污染物将堵塞后续单元的机泵或工艺管线。

关键字：平面格栅；机械除渣；工业污水

目录

1 前言 0

2 污水处理构筑物设计—格栅设计 (2)

2.1 待处理污水的各项指标及出水指标要求 (2)

2.2 处理工艺流程 (2)

2.3格栅的基本资料 (2)

2.3.1 格栅的分类 (2)

2.3.2 格栅的工艺参数 (3)

2.4格栅设计要点 (4)

2.5 格栅设备的选用 (4)

2.5.1回转式格栅清污机的结构特点 (5)

2.5.2 XHG-I型回转式格栅清污机参数 (5)

2.6 格栅设计计算 (5)

2.6.1 已知条件 (5)

2.6.2 设计计算 (6)

3 结论 (8)

参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。

1 前言

从一级处理构筑物池型选择上,国内外几乎采用相同池型，其差距突出表现在与之配套的机械设备上。尽管国产一级处理机械设备从无到有引进、消化吸收国外先进技术，有少数产品已接近国际先进水平，但是国产设备普遍地存在材质差，加工精度低，能耗高，产品品种少，设备不配套，可靠性差，以及自动化水平低的问题。在制造工艺水平和规模化生产等方面与国外相比，其差距更大。因此，加速发展污水处理厂一级处理机械设备制造工业，赶超世界先进水平，这对我国控制水体污染，减少投资，降低能耗,提高污水处理厂自动化水平[1]。

在污水处理工艺中，要使排放的污水达到国家规定的排放标准，除了二级处理之外，以及处理的作用也是必不可少的。一级处理的主要方法是物理法，一级处理的常用方法有：筛滤法，沉淀法，上浮法，预曝气法。筛滤法是用来分离污水中呈悬浮状态污染物。常用设备是格栅和筛网。格栅主要用于截留污水中大于栅条间隙的漂浮物，一般布置在污水处理厂或泵站的进水口，以防止管道、机械设备及其他装置的堵塞。格栅的清渣，可采用人工或机械方法。有的是用磨碎机将栅渣磨碎后，再投入格栅下游，以解决栅渣的处置问题。

城市污水处理就是利用各种设施设备和工艺技术，将污水中所含的污染物质从水中分离去除,使有害的物质转化为无害的物质,有用的物质,水得到净化，资源得到充分利用。城市污水处理厂工艺目前仍在广泛应用的有一级处理、二级处理和深度处理,但无论哪种处理工艺,都是必须经过污水预处理。预处理过程就去除污染物而言,可能不起关键作用，但预处理对于保证整个污水处理厂的正常运转则是至关重要的。曾有数据统计，60％以上的污水处理厂由于预处理过程存在问题而严重影响了后续处理过程的运转，在这些污水处理厂中，30％以上的运转问题又直接与预处理过程有关。因此，预处理过程的设备选型和维修应该引起足够的重视。预处理过程由格栅、沉砂池和沉淀池等组成。其中格栅的处理是一个非常重要的步骤。

格栅是安装在泵站集水井进口处或污水处理厂前端的一组平行栅条或网，主要去除污水中较大的悬浮物，漂浮物，纤维物质和固体颗粒物质，减轻后续处理设施的负荷，防止阻塞排泥管道，以保证水泵及后续污水处理设施的正常运行。该设施在污水处理工艺中起做预处理或前处理的重要作用，其建设的完善程度将直接影响污水处理运行效率。因此，格栅及配套设施的设计，安装应引起足够重视。

格栅除污机是通过格栅将固体与液体分离的一种除污机械。按中华人民建设部标准的解释是：用机械的方法，将格栅截留的栅渣清捞出水面的设备。格栅除污机的目的在于提供一种运行平稳，动力消耗低，清除效果好的格栅除污机。在城市

给排水泵站或污水处理系统中，为了清除进水中的漂浮物，确保处理系统中其它机械设备的正常运行和水处理后续工序的正常进行，往往需要在进水口处设置用于拦截，清渣的机械格栅。

目前的污水处理厂在对污水进行处理时，一般首先需要对污水中的悬浮杂质及水体中的固体进行清除，才好做进一步的处理。目前市场上清除固体杂质最常用的是格栅设备，但是现有的格栅设备结构比较复杂，杂质清除时带水较多，导致杂质常常会随水流下，从格栅中流出，影响格栅设备的清除效果。

格栅除污机是一种可以边连续自动拦截并清除流体中各种杂物的水处理专用设备，广泛的应用于城市污水处理、自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中必不可少的专用设备，是目前我国最先进的固液分离设备我国污水处理厂一般设置两道格栅。一道设在提升泵房前面,另一道设在沉砂池前面。小型污水处理厂一般采用人工捞渣的人工格栅。大中型污水处理厂常采用机械格栅,栅距为16~25mm,最大不超过40mm。格栅分垂直安装和倾斜安装两种。

我国常用的机械格栅有:链条式格栅；移动式伸缩臂格栅；钢丝绳牵引式格栅；旋转式固液分离机；弧形格栅。在城市污水处理厂里，污水提升泵房前应设置中格栅，在沉砂池前设置栅条间距细格栅。大型污水处理厂格栅间一般为单独设置，以便于运行管理；中小型污水处理厂一般采取与泵房、沉砂池合建，以节省工程造价。大型污水处理厂通常设置人工除渣的辅助性旁通格栅槽。机械格栅一旦出现故障，旁通格栅能自动分流全部污水。目前，我国大型污水处理厂，常采取与格栅同步运行的皮带运输机输送栅渣，栅渣送至城市垃圾场填埋[1]。

国外格栅的形式与我国大致相同，但有其特性。其特性主要体现在下列方面:

(1)格栅的材质。格栅多为不锈钢和工程塑料制造，防腐性能好，加工精度高，经久耐用。

(2)栅渣处理:进行少量填埋。大多采取压榨、打包、焚烧方式,或栅渣先经粉碎、研磨，然后返回至污水处理厂进行处理，或者与污泥一起处置。

(3)自动控制方式:①格栅按工作时间自控运行;②栅渣输送、处理与格栅联动,延时停机;③格栅能在一定范围内反向运行;④具有高水位报警及格栅前后水位差控制运行装置;⑤各设备均有工况指示及事故报警,重要参数远传至中央控制室。

(4)臭气防治。格栅间常采取密封式室内安装,防止臭气外逸,减少空气污染,改善污水处理厂操作环境。

为了提高一级处理的效果，在筛滤设备上我国应做好格栅设备的标准化系列化工作。改变材质使用上的传统作法,通过使用不锈钢等优良材料，改善防腐性能。提高设备制造精度，增加设备运行的可靠程度。针对我国城市排水系统多为合流制，污水中含渣量大且成分复杂的特点，在引进消化国外先进技术的同时，

开发适合我国水质特点的格栅。重点放在与格栅配套的栅渣处理设备(栅渣输送机、压榨机、打包机、研磨机等)上[2]。

2 污水处理构筑物设计——格栅设计

2.1 待处理污水的各项指标及出水指标要求

待处理污水：处理水量9.5×104m3/d；

COD Cr450 mg/L

BOD5 200 mg/L

SS 250 mg/L

处理后污水：污水经二级处理后应符合以下具体要求：

CODcr≦70mg/L

BOD5≦20 mg/L

SS≦30 mg/L

2.2 处理工艺流程

污水→格栅→污水泵房→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒池→出水

本次课程设计中将设计平面型的中格栅。

2.3格栅的基本资料

2.3.1 格栅的分类

（1）按格栅条间距的大小分类：细格栅、中格栅和粗格栅3类，其栅条间距分别为4～10mm，15～25mm和大于40mm。

（2）按清渣方式不同分类：人工除渣格栅和机械除渣格栅两种。人工清渣主要是粗格栅。

（3）按栅耙的位置不同分类：前清渣式格栅和后清渣式格栅。前清渣式格栅要顺水流清渣，后清渣式格栅要逆水流清渣。

（4）按形状不同分类：平面格栅和曲面格栅。平面格栅在实际工程中使用较多。（5）按构造特点不同分类：抓扒格栅、循环式格栅、弧形格栅、回转式格栅、转鼓式格栅和阶梯式格栅

目前使用较多的粗格栅型式有回转式、高链式和三索式，细格栅有回转式、弧形和阶梯式。上述3种粗格栅在国内污水处理厂中都有使用，以回转式粗格栅居多。阶梯式细格栅是近年来从国外引进的格栅类型，国内已有生产。在国内污水处理厂中，上述3种细格栅中回转式和阶梯式使用较多，尤其是阶梯式细格栅以栅条间距小，使用效果。

表2.1各种机械格栅特点比较[3]

类型优点缺点适用范围

链条式构造简单，制造

方便，容易操作

占地面积小套筒滚子价格高，耐

腐蚀性差

杂物在链条与链轮之

间时容易卡住

适宜清楚长纤维，带

状的污染物

适宜较浅的大、中、

小型格栅

移动伸缩臂式钢丝绳在水上，运

行寿命长

不清渣时设备在

水面上，维护检修

方便移动时耙齿与栅条间

隙的对位比较困难

需三套电动机及减速

器。构造复杂

适用于中等深度的

宽大格栅

钢丝绳牵引式无水下固定部件，

维护检修方便钢丝绳干、湿交替工作

易腐蚀，应采用不锈钢

丝绳

固定式适用中、小型

格栅，移动式适用于

宽大型格栅

2.3.2 格栅的工艺参数

影响格栅作用有栅距、过栅流速和水头损失三个工艺参数。

(1)栅距

栅距即在相邻两根栅条间的距离。栅距大于40mm的为粗格栅，栅距在20～40mm之间的为中格栅，栅距小于20mm的为细格栅。

一般情况下，粗格栅拦截的栅渣并不太多，只有一些非常大的污染物，但它能有效地保护中格栅的正常运行。中格栅对栅渣的拦截发挥主要作用，绝大部分栅渣将在中格栅被拦截下来，细格栅将进一步拦截剩余的栅渣。

(2)过栅流速

污水在栅前渠道内的流速一般控制在0.4—0.8m/s，经过格栅的流速一般控制在0.6—1.0m/s。过栅流速不能太大，否则将把本该拦截下来的软性栅渣冲走。同时，过栅流速也不能太小。如果过栅流速低于0.6m/s，栅前渠道内的流速将有可能低于0.4m/s，污水中粒径较大的砂粒将有可能在栅前渠道内沉积。

(3)水头损失

污水过栅水头损失与过栅流速有关，一般在0.2—0.5m之间。如果过栅水头损失即格栅前后水位差增大。此时，有可能是过栅水量增加，更有可能是格栅局部被堵死。如过栅水头损失减小，说明国展流速降低，此时要注意砂在栅前渠道内的沉积。

2.4格栅设计要点

（1）格栅的栅条间隙，应根据水泵允许通过污物的能力来确定。

（2）污水处理系统设计中，设两道格栅，一般在泵房前设一道中格栅，在泵房后设一道细格栅，同时格栅栅条间隙应符合下列要求：人工清除的为25—40mm，机械清除的为16—25mm，最大间隙40mm。

（3）如水泵前格栅间隙不大于25mm，污水处理系统前可不再设置格栅。

（4）栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：

栅条间隙16～25mm，0.1～0.05m3/103m3/d（栅渣/污水）

栅条间隙30～50mm，0.03～0.01 m3/103m3/d（栅渣/污水）

栅渣的含水率为80%，密度约为960kg/ m3。

（5）在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3），一般应采用机械清渣。

（6）机械格栅不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。

（7）过渣流速一般采用0.6～1.0m/s。

（8）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s。

（9）格栅倾角一般采用45°～70°。人工清除格栅倾角小时，较省力，但占地面积大。

（10）过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。

（11）格栅间必须设置工作台，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。

（12）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。工作台正面过道宽度：人工清除不应小于1.2m

机械清除不应小于1.5m

（13）机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。

（14）设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。

（15）格栅间内应安设吊运设备，以进行格栅及其他设备的检修和栅渣的日常清除[4]。

2.5 格栅设备的选用

根据每日栅渣量大于0.2m3/d，选用机械除渣格栅。

根据处理泵前悬浮物，采用中格栅。

根据日设计水流量以及过栅流速，栅条间距，栅前水深等计算参数，确定选用XHG-I型回转式格栅清污机[5]。

2.5.1回转式格栅清污机的结构特点

回转式格栅除污机由架体、牵引链、传动系统、齿耙组合，水下导轮组合、水下副栅、栅条，该设备由传动装置、链轮，齿耙等部件组成，齿耙材质为ABS 工程塑料、尼龙或不锈钢制成，机架材质一般由碳钢或不锈钢制成。

主要结构特点:

1．除污动作连续，分离效率高；

2．结构紧凑，电气控制简单，自动化程度高；

3．耐腐蚀性好，能耗低，无噪音。

4. 在设备工作时，自身具有很强的自净能力，不会发生堵塞现象，所以日常维修工作量很少。

2.5.2 XHG-I型回转式格栅清污机参数

机宽B（mm）2150 沟宽B2（mm）1800

格栅的有效宽度B1(mm) 1640

沟深H1(mm) 2750 栅前水深h（mm）1000

流量Q（m3/h）9500 过栅流速V栅（m/s）1

耙齿运行速度（m/mim）5.0 栅隙（mm）10

安装角度60°出渣高度（mm）750

2.6 格栅设计计算

2.6.1 已知条件

日设计流量为q=9.5×104m3/d；

城市污水处理最大流量为Q max=2.5m/s；

求格栅各部分尺寸

2.6.2 设计计算

图2.1格栅计算示意图

（1）栅槽宽度B

栅条的间隙数（n) bhv

Q αsin max = 式中，Q max ——最大设计流量，m 3/s ，取2.5m 3/s ；

α ——格栅倾角，（°），取α=60°；

b ——栅条间隙，m ，取b=0.03m ；

n ——栅条间隙数，个；

h ——栅前水深，m ，取h=1m ；

v ——过栅流速，m/s ，取1m/s 。

格栅设两组，一用一备。 则7855.771

103.060sin 5.2≈=??=o n （个）；

栅条数n-1=78-1=77（条）

栅槽宽度（B ）

栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m ；设栅条宽度s=10mm=0.01m,选用矩形断面栅条。

B=s(n-1)+bn+0.2

则： B=s(n-1)+bn+0.2=0.01×(78-1)+78×0.02+0.2=2.57m

（2）通过格栅的水头损失h 2

设进水渠宽B 1=1.9m ，其渐宽部分展开角度α=20°进水渠道内的流速为0.7m/s ； 111t a n 2B B L α-=

m B B L o

o 92.020tan 29.157.220tan 211≈-=-= 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L 2

2

12L L = m L L 46.0292.0212===

通过格栅的水头损失h 2；

k h h 02=

αξ=sin g

2v h 2

0 34

)(b

s βξ= 式中，h 2—— 设计水头损失，m ；

h 0—— 计算水头损失，m ；

g —— 重力加速度，m/s 2，取g=9.8m/s 2；

k —— 系数，格栅受污泥堵塞时的水头损失增大倍数，一般采用3； —— 阻力系数，与栅条断面形状有关。可按手册提供的计算公式和相关系数计算。设栅条断面为锐边矩形断面；

42.2=ξ

则：k sin g 2v )b s (k h h 23402?αβ==360sin 8

.92102.001.042.2234??????? ???=o m 127.0≈ （3）栅槽总高度H ，m ；

设栅前渠道超高h 1=0.3 m

21h h h H ++=

则： 21h h h H ++==271.03.01++=427.1

（4）栅槽总长度L ，m

α+

+++=t a n H 5.00.1L L L 121 式中——为栅前渠道深，21h h H +=； 则：m L o

61.460tan 127.09.15.00.146.092.0≈++

+++= （5）每日栅渣量W ；

1000QW 1=W 式中，W —— 每日栅渣量，m 3 /d

W 1—— 栅渣量，m 3/(103m 3污水)

在格栅间隙为30mm 的情况下，设栅渣量为每1000m 3污水产0.02m 3 。 则每日栅渣量：

1000

02.095000?=W =1.9m 3/d ＞0.2m 3/d 故采用机械清渣[6].

3 结论

本次课程设计中我主要的工作是进行格栅方面的设计，包括对格栅的选取，对格栅宽度、格栅的水头损失、栅后槽总高度、栅槽总长度和每日栅渣量的计算。 计算过程中的问题还是比较多，做得也不是很细致。有些公式因为数据不足没有能够使用上，还有一些经验参数的选取也没有实际的经验作为指导。相信以后参加工作之后，积累了经验，能更好地掌握。

最后是制图方面。这也从一方面检验了我们工程制图的能力，包括三视图的画法，空间想象能力和平面布置能力，这对我而言都是一个考验。这也是我认为本设计中最需要时间的一项工作，这一点是真正将理论运用到实践的一点，因为要考虑的不仅仅停留在能不能用，而要上升至好不好用的方面。这也是今后工作

中要贯穿的主要职责。

通过这几天的设计，是我对水污染控制工程这门课又有了在理论课上感受不到的新的认识，理论课上，我们只是接受课本上给的数据和公式进行习题的解答，没有机会自主的选择数据以及认识到公式及数据是怎么来的，而在课程设计中就弥补了这方面的不足，从型号，大小等各方面，都需要我们进行自主的选择，有时需要反反复复的进行验证才能得到一个最优的方案，使我们清楚地认识到，一个数据的获得并不是那么容易，这是在理论课上永远得不到的经验，所以说，理论与实践相结合是十分重要的，实践需要理论作支持，理论需要实践来巩固，；两者有机的结合，才会使一科的知识真正学扎实，学透。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。能顺利完成这次课程设计，我要感谢老师的悉心指导，希望以后还有机会向老师学习，也希望有更多机会参加到实际的生产和设计工作。

参考文献

1付立凯.国内外城市污水处理现状及发展趋势[J].石油石化节能与减排，2012，（1）:12-15

2 高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2007；

27

3 北京市市政设计院给水排水设计手册(第二版)[M] 北京中国建筑工业出版社 2003.

4 尹士君，李亚峰等.水处理构筑物设计与计算[M].北京：化学工业出版，2004：10

5 晋日亚，胡双启.水污染控制技术与工程[M].北京：兵器工业出版2005；

21

6 张大群.污水处理机械设备设计与应用[M].哈尔滨：化学工业出版社2006：73