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行業新聞

水處理常用計算公式匯總

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,在無當地運行資料時,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設施。

(6) 大中型格柵間內應安裝吊運設備,以進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;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,不能高于來水管(渠)水深;v為過柵流速,m/s。

(2) 過柵水頭損失如

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,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L

式中,L1為進水渠道漸寬部分的長度,m;L2為柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度;H1為柵前渠道深,m;B1為進水渠寬,m;α1為進水渠道漸寬部分的展開角度,(°),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,W1=0.10~0.05;格柵間隙為30~50mm時,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

一.地基承載力驗算

1.基底壓力計算

(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

2.修正地基承載力

(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

3.結論

Pk=49.66 <fa=138.33 kPa, 地基承載力滿足要求。

二.抗浮驗算

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, 抗浮滿足要求。

三.荷載計算

1.頂板荷載計算:

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

2.池壁荷載計算:

池外荷載:主動土壓力系數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

3.底板荷載計算(池內無水,池外填土):

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

4.底板荷載計算(池內有水,池外無土):

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 

四.內力、配筋及裂縫計算

1.彎矩正負號規則

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

2.荷載組合方式

1.池外土壓力作用(池內無水,池外填土)

2.池內水壓力作用(池內有水,池外無土)

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,頂邊簡支

池壁類型: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 , 四邊簡支+池壁傳遞彎矩按雙向板計算。

1.池外填土,池內無水時,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)


風機常需用的計算公式

(簡化,近似,一般情況下用)

1.軸功率:

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

2.風機全壓:(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 

風機流量0~1000m海撥高度時可不修正;

1000~1500M海撥高度時加2%的流量; 

1500~2500M海撥高度時加3%的流量;

2500M以上海撥高度時加5%的流量。 

比轉速:ns




MBR計算公式



AAO進出水系統設計計算

一.曝氣池的進水設計 

初沉池的來水通過DN1000mm 的管道送入厭氧—缺氧—好氧曝氣池首端的進水渠道,管道內的水流速度為0.84m/s。在進水渠道中污水從曝氣池進水口流入厭氧段,進水渠道寬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——進水渠道寬度(m);

h1——進水渠道有效水深(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);

f——每個孔口的面積( 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、葡萄糖等)和細胞物質。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

進水總氮和出水總氮均包括各種形態的氮。進水總氮主要是氨氮和有機氮,出水總氮主要是硝態氮和有機氮。


進水總氮進入到生物反應池,一部分通過反硝化作用排入大氣,一部分通過同化作用進入活性污泥中,剩余的出水總氮需滿足相關水質排放要求。


2.碳源投加量計算

同化作用進入污泥中的氮按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水BOD5 濃度有關。


反硝化設計參數的概念,是將其定義為反硝化的硝態氮濃度與進水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氮

[NO3--N]=KdeSi。


從理論上講,反硝化1kg 硝態氮消耗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—進水BOD5 濃度,mg/L;

Se—出水BOD5 濃度,mg/L;

Ne 計需通過建立氮平衡方程計算,生化反應系統的氮平衡見圖1。



通過計算出的氮量,折算成需消耗的碳量。


除磷計算公式

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?

由于在實際工程中,反應并不是100%有效進行的,加之OH-會參與競爭,與金屬離子反應,生成相應的氫氧化物,如式(3) 和式(4),所以實際化學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除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽 (或鐵鹽)來考慮?

為了計算方便,實際計算中將摩爾換算成質量單位?如:

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

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


當采用鋁鹽時需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP?


2.需要輔助化學除磷去除的磷量計算

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

1.已經運行的污水處理廠 PPrec=PEST-PER 

式中

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

2.設計中的污水處理廠

根據磷的物料平衡可得: PPrec=PIAT-PER-PBM -PBio

式中

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

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

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

(2)當水溫較低?出水中硝態氮濃度≥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,
PBioP可按≤0.005CBOD,IAT進行估算?

(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(此時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進行估算? 

滲透計算公式

反滲透計算公式



計公

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,計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。


一般管網如下圖所示,(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:為正;低于泵入口中心線:為負;


S——吸入幾何高度,m;

取值:高于泵入口中心線:為負;低于泵入口中心線: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——進出口局部阻力損失,m液柱;

h ——泵的揚程,m液柱


h=D+S+hf1+hf2+h3+Pd-Ps



h= D-S+hf1+hf2+hf3+Pd-Ps


h= D+S+hf1+hf2+hf3+Pd-Ps

計算式中各參數符號的意義↓


某些工業管材的ε約值見下表↓

 管網局部阻力計算 

常用管件和閥件底局部阻力系數ζ↓


隔油池計算公式

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——動力粘度系數,(g·s)/cm2,當水溫為20℃時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——油水分離區有效長度,m;

L2=kvt,m (3-5-39)


式中:

t——沉淀時間,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

浮油經撇油管收集,自流出水外。在浮油量不 大,來水比較穩定時,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 低時粘度較大的浮油,貯油坑里可設蒸汽加熱。


1—料斗; 2—定量給料器; 3—溶解溶液桶;

 4—攪拌機; 5—計量泵; 6—Y型過濾器。

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