居民生活污管道系统设计t计算书.docx

目录
第一章 污水管道系统的设计计算 1
1.1 设计流量的确定 1
1.1.1 生活污水设计流量 1
1.1.2 工业废水设计流量 2
1.1.3 城市污水管道系统的设计总流量 3
1.1.4 管段设计流量 4
1.2 污水管道的水力计算 4
1.2.1 水力计算公式 4
1.2.2 水力计算设计参数： 5
第二章 雨水管道系统的设计计算 6
2.1 气象资料及地质资料 6
2.1.1 地质资料 6
2.1.2 气象资料 6
2.2 地面径流系数ψ 6
2.3 单位面积径流量 7
2.4 雨水管道的水力计算 8
第三章 污水的处理程度 9
3.1 设计污水水量 9
3.2 设计污水水质 10
3.3 污水处理程度计算 10
3.3.1 污水的SS处理程度计算 11
3.3.2 污水的BOD处理程度计算 11
3.3.3 污水的氨氮处理程度计算 15
3.3.4 污水的磷酸盐处理程度计算 16
第四章 污水的一级处理 17
4.1 粗格栅设计计算 17
4.2 细格栅设计计算 21
4.3 沉砂池设计计算 24
4.4 配水井的设计计算 28
4.5 初沉池设计计算 30
第五章 污水厂的生化处理 35
5.1 A2O生化池的设计计算 35
5.2 二沉池的设计计算 47
第六章 污水的深度处理 55
6.1 机械混合池计算 55
6.2 V型滤池设计计算 58
6.3 紫外线消毒渠的设计计算 73
6.4 巴氏计量槽设计 74
第七章 污泥处理 78
7.1 浓缩池的设计计算 78
7.2 贮泥池的设计计算 81
7.3 脱水车间的设计计算 83
第八章 污水厂的高程计算 85
8.1 污水的高程计算 85
8.1.1 构筑物的水头损失 85
8.1.2 管渠的水力计算 85
8.1.3 污水处理厂的高程布置 85
8.2 污泥的高程计算 87
第九章 污水总泵站的设计 89
9.1 水泵流量及扬程的初步确定 89
9.2 初步选泵 89
9.3 吸、压水管路实际水头损失的计算及水泵扬程的核算 90
9.4 集水井 91
9.5 泵房高度的确定 91
第十章 经济分析 92
附表 96

第一章 污水管道系统的设计计算
1.1 设计流量的确定
1.1.1 生活污水设计流量
1.居民生活污水设计流量
居民生活污水主要来自居住区，它通常按下式计算：

=

式中： Q1—居民生活污水设计流量，L／s；
n —居民生活污水量定额，L／(cap·d)；
N —设计人口数，cap；
KZ—生活污水量总变化系数。
设计中的城市总人口近期（2020年）为15万，远期规划（2030年）为20万；规划2020年镇区建设用地为 500公顷；到2030年规划建设用地为900公顷。
污水管网设计按远期人口计算，各街区的排水的平均计算结果如附表1
生活污水量总变化系数

生活污水量总变化系数 表1-1
污水平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数Kz
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
注：①当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数用内插法求得；
②当居住区有实际生活污水量变化资料时，可按实际数据采用。

我国在多年观测资料的基础上，经过综合分析归纳，总结出了总变化系数与平均流量之间的关系式，即：
=
式中 Q —污水平均日流量，L/s。当Q＜5L/s时，Kz=2.3；当Q＞1000L/s时，Kz=1.3。
2.工业企业生活污水和淋浴污水设计流量
工业企业的生活污水和淋浴污水主要来自生产区的食堂、卫生间、浴室等。其设计流量的大小与工业企业的性质、污染程度、卫生要求有关。一般按下式进行计算：
= +
式中 Q3—工业企业生活污水和淋浴污水设计流量，L/s；
A1 —一般车间最大班职工人数，cap；
B1—一般车间职工生活污水定额，以25L/(cap·班)计；
K1—一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；
A2—热车间和污染严重车间最大班职工人数，cap；
B2—热车间和污染严重车间职工生活污水量定额，以35L／(cap·班)计；
K2—热车间和污染严重车间生活污水量时变化系数，以2.5计；
C1—一般车间最大班使用淋浴的职工人数，cap；
D1—一般车间的淋浴污水量定额，以40L／(cap·班)计；
C2—热车间和污染严重车间最大班使用淋浴的职工人数，cap；
D2—热车间和污染严重车间的淋浴污水量定额，以60L／(cap·班)计；
T —每工作班工作时数，h。
淋浴时间按60min计。
工业生产污水和职工人数等情况原始资料已给出，具体如表1-2所示。

工厂职工人数及工业污水量 表1-2
工 厂
名 称
最大班职工人数（cap）
沐浴人数（cap）
生产污水
（m3/d）
一般车间
热车间
一般车间
热车间
羽绒服厂
658
120
265
120
1500
丝 绸 厂
120
50
40
50
800
化 肥 厂
220
860
150
850
2500
石油机械厂
360
450
180
430
2000
炼 油 厂
300
1500
150
1350
5000
电 机 厂
100
360
70
310
130
汽车修理厂
50
150
30
130
60

计算结果如附表2所示
1.1.2 工业废水设计流量
工业生产污水和职工人数等情况原始资料已给出，具体如表1-2所示。工业废水设计流量按下式计算

式中 Q4 —工业废水设计流量，L／s；
m —生产过程中每单位产品的废水量定额，L／单位产品；
M —产品的平均日产量，单位产品/d；
T —每日生产时数，h；
KZ—总变化系数。
计算结果如表1-3所示。
工厂集中用水量 表1-3
工厂
名称
生活水量(L/s)
生产用水量（m3/d)
工业废水时变化系数Kz
日平均用水量L/s
生产用水量（L/s)
总集中用水量（L/s)
羽绒服厂
6.88
1500.00
1.80
17.36
31.25
38.13
丝绸厂
1.75
800.00
1.80
9.26
16.67
18.42
化肥厂
19.97
2500.00
1.40
28.94
40.51
60.48
石油机械厂
11.86
2000.00
1.40
23.15
32.41
44.27
炼油厂
31.20
5000.00
1.40
57.87
81.02
112.22
机电厂
7.69
130.00
1.50
1.50
2.26
9.95
汽车修理厂
3.25
60.00
1.40
0.69
0.97
4.22
*注*其他集中用水量还有公园设计流量3.5L/s，火车站设计流量3.5L/s，医院污水设计流量0.97L/s。

1.1.3 城市污水管道系统的设计总流量
城市污水管道系统的设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算，即直接将上述各项污水设计流量计算结果相加，作为污水管道设计的依据，城市污水管道系统的设计总流量可用下式计算：
（L/s）
设计时也可按综合生活污水量进行计算，综合生活污水设计流量为：
（L/s）
式中 Q1’—综合生活污水设计流量，L/s；
n’— 综合生活污水定额，对给水排水系统完善的地区按综合生活用水定额90%计，一般地区按80%计；
其余符号同前。
此时，城市污水管道系统的设计总流量为：
（L/s）
本设计采用第一种方法。计算结果如附表1-3
1.1.4 管段设计流量
1．本段流量q1
本段流量一般用下式计算：
=
式中 q1—设计管段的本段流量，L／s；
F—设计管段服务的街坊面积，hm2；
KZ—生活污水量总变化系数；
qs—生活污水比流量，L／(s·hm2)。
生活污水比流量可采用下式计算：
=
式中 n—生活污水定额或综合生活污水定额，L／(cap·d)；
ρ—人口密度，cap/ hm2。
2．转输流量q2
转输流量是指从上游管段和旁侧管段流来的污水量。它对某一设计管段而言，是不发生变化的，但不同的设计管段，可能有不同的转输流量。
3．集中流量q3
集中流量是指从工业企业或其它大型公共设施流来的污水量。对某一设计管段而言，它也不发生变化。
设计管段的设计流量是上述本段流量、转输流量和集中流量三者之和。
计算结果见附表1-3
1.2 污水管道的水力计算
1.2.1 水力计算公式
流速

流量

式中 —过水断面面积m2；
—水力坡度；
—管道粗糙系数；
—水力半径。
1.2.2 水力计算设计参数：
1. 设计充满度t：

最大设计充满度 表1-4
管径D或暗渠高H(mm)
最大充满度h/D
200～300
0.55
350～450
0.65
500～900
0.70
≥1000
0.75

2.设计流速v：
根据设计手册，污水最小设计流速定为0.6m/s。通常金属管道的最大设计流速为10m/s,非金属管道最大设计流速为5m/s。
3.最小管径
四川地区街道最小管径为300mm。
4.最小设计坡度
管径200mm的最小设计坡度是0.004，管径300mm的最小设计坡度是0.003。
5.污水管道最小埋深
由于本设计中起端标高较大，本设计控制点的埋深为2.70m。
综合上述设计参数，本设计污水干管水力计算表详见附表1-4

第二章 雨水管道系统的设计计算
2.1 气象资料及地质资料
2.1.1 地质资料
地质情况良好，为亚砂土、亚粘土、砂、石组成，其厚度为2.1～7.0m，地基承载能力1KGf/cm2以上，地震烈度小于6度，土壤最低温度3℃，土壤平均温度16℃。
2.1.2 气象资料
风向：常年主导风向为北风和西北风，最大风速3.6m/s，平均风速1.7m/s；
气压：平均气压为723mm汞柱高；
气温：最高为40.3℃，最低为－4.3℃，年平均气渐为17.2℃；
湿度：年平均湿度78%；
降水：年平均降水量为935.80mm。
2.2 地面径流系数ψ
地面覆盖种类情况见表2-1。
地面覆盖种类情况表 表2-1
地面覆盖种类
江东区
江西区
屋 面
45%
43%
混凝土道路，人行道
25%
26%
碎石路面
2%
2%
非铺砌路面
2%
1%
公园及绿地
26%
28%

根据《室外排水设计规范》GB500014-2006中3.2.2条规定，地面的径流系数如表2-2。

径 流 系 数 表2-2
地面种类

各种屋面、混凝土或沥青路面
0.85～0.95
大块石铺砌路面或沥青表面处理的碎石路面
0.55～0.65
级配碎石路面
0.40～0.50
干砌砖石或碎石路面
0.35～0.40
非铺砌土路面
0.25～0.35
公园或绿地
0.10～0.20

整个汇水面积上的平均径流系数值按各类地面面积用加权平均计算，即

式中 Fi—汇水面积上各类地面的面积（ha）；
—相应各类地面的径流系数；
F—全部回水面积。
计算结果如表2-3
地面综合径流系数 表2-3
地面种类
屋面
混凝土路
碎石路面
非铺砌路面
公园及绿地
加权平均值
径流系数
0.9
0.9
0.45
0.3
0.15
1
江东区
0.45
0.25
0.02
0.02
0.26
0.684
江西区
0.43
0.26
0.02
0.01
0.28
0.675
2.3 单位面积径流量

设计暴雨强度：
（L/s.ha）
式中 P —重现期，取P=2a；
t —降雨历时（min），t = t1+mt2；
t1 —地面集流时间，取t1=5min；
m —折减系数，取m=1；
t2 —管内雨水流行时间（min），；
L —设计管段长度（m）；
v —管内流速（m/s）。
单位面积径流量：
(L/ha)

2.4 雨水管道的水力计算
根据每一设计管段所承担的汇水面积可就近排入附近雨水管道的原则，使用鸿业市政管线计算管段的设计流量、流速、坡度等，计算结果具体见附表2-1

第三章 污水的处理程度
3.1 设计污水水量
城市每天的平均污水量

计算结果如下表。
水厂近远期处理规模 表3-1

设计人口（人）
生活污水定额（250L/d·cap)
日平均生活污水量(m3/d)
集中排水量(m3/d)
总排水量(m3/d)
总排水量(L/s)
远期
200000
250.00
50000.00
12492.05
62492.05
723.28
近期
150000
250.00
37500.00
12492.05
49992.05
578.61
差值
12500.00

考虑10%的地下水渗透系数，则本设计，水厂的规模为
62492.05×（1+10%）=68742.2 (m3/d)=0.7956（m3/s）

最大日最大时设计秒流量

考虑10%的地下水渗透后，设计秒流量为
1094.57×（1+10%）=1204.03(L/s) =104025.6(m3/d)
3.2 设计污水水质
嘉南市城市污水经取样分析，水质情况如表3-2。

城市污水水质资料 表3-2

14～24
6.8～7.8

据原始资料，污水厂进水缺失氨氮等指标，进分析取值如下
氨氮浓度取20（mg/L），CODcr取600(mg/L)，总碱度为300mg/L。

3.3 污水处理程度计算
由于受纳水体的自净能力有限，污水厂的出水水质必须严格要求。污水厂的处理程度应根据受纳水体的流量、水质等确定或参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002执行。

一级A标最高允许排放浓度（日均值）（单位：mg/L） 表3-3
序号
1
2
3
4
5
6
7

受纳水体按四类水体计算。四类水体的各项指标如3-4

四类水体的各项指标（单位：mg/L） 表3-4
序号
1
2
3
4
5
6
7
指标
pH值
DO
COD
BOD5
NH3-N
总磷
总氮
标准值
6~9
3
30
6
1.5
0.3
1.5

3.3.1 污水的SS处理程度计算
1. 按水体中SS允许增加的量计算排放的SS浓度
污水排入受纳水体后，假设污水与全部河水完全混合并稀释。
（1） 计算处理后污水总出水口的SS浓度

（2） 计算处理程度：

2. 按二级生物处理后的水质排放标准计算SS处理程度
根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）》中规定城市二级污水处理厂一级A排放标准，总出水口处污水的SS浓度为10mg/L。

3. 计算SS处理程度
从以上两种计算方法比较得出，方法2得出的处理程度高于方法1，所以本污水处理厂的SS的处理程度为96.00%。

3.3.2 污水的BOD处理程度计算
1. 按河流中溶解氧的最低容许浓度计算（用最高温度算）
（1） 求出水口处DO的混合浓度

（2） 求出水口处水温的混合温度

（3） 求水温为18.1°C时的耗氧速率常数k1值

（4） 求水温为18.1°C时的复氧速率常数k2值

（5） 求起始点的亏氧量DO0和临界点的亏氧量DOc

不同温度下的溶解氧量 表3-5
温度OC
溶解氧（mg/L)
温度oC
溶解氧（mg/L)
0
14.64
18
9.46
1
14.22
19
9.27
2
13.82
20
9.08
3
13.44
21
8.90
4
13.09
22
8.73
5
12.74
23
8.57
6
12.42
24
8.41
7
12.11
25
8.25
8
11.81
26
8.11
9
11.53
27
7.96
10
11.26
28
7.82
11
11.01
29
7.69
12
10.77
30
7.56
13
10.53
31
7.43
14
10.30
32
7.30
15
10.08
33
7.18
16
9.86
34
7.07
17
9.66
35
6.95

（6） 求起始点的有机物浓度L0和临界时间tc

采用试算法或者代入法计算机进行计算得
tc=1.30
L0=20.01
（7） 求起始点允许的20°C时BOD5的浓度

（8） 计算污水处理厂允许排放的BOD5浓度
LeBOD5=LBOD5Q河Q+1-Q河QL河

LeBOD5=13.68258.90.796+1-258.90.796×2=3812.6 mg/s

（9） 计算处理程

明显的，允许排放量超过了实际排放量，这是由于小水量排入大水体，所以忽略河流的自净能力，全部进行处理。
2. 按河流中BOD5的最高允许浓度计算
污水排入受纳水体后，假设河水与全部污水完全混合，污水中的有机物是河水中有机物急剧上升。随着河水的流动，河水中有机物被生物氧化分解又会使河水中有机物逐渐恢复。
（1） 计算由污水排放口流到下游取水口处的时间

（2） 2.2将20°C标准下河流的BOD5值L5河和河流任意时段最高允许的BOD5值 LSST的数值换算成18.1°C时的数值。

换算成18.1o时的L5河
L5河=4.68（1-10-0.09x5）=0.90mg/L

（3） 求18.1°C时的L5e BOD5的值
LeBOD5=Q河QL5st10-k1t-L5河+L5st10-k1t
=258.90.7963.6010-0.09×0.386-2+3.6010-0.09×0.386
=622.21+3.90
=626.12 mg/L
（4） 将18.1oC时的BOD5换算成20oC时的BOD5值
626.12=L0(1-10-0.109×5)
L0=881.69mg/L
L5e BOD5=881.691-10-0.1×5=602.87mg/L

（5） 计算处理程度
计算结果出现负值。

3. 按二级生物处理后的水质排放标准计算
根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）》中规定城市二级污水处理厂一级A排放标准，总出水口处污水的BOD5浓度为10mg/L。

4. 计算BOD的处理浓度
从以上三种计算方法可以看出，方法3得出的处理程度较高，所以本污水处理厂的BOD5的处理程度为96.67%。

3.3.3 污水的氨氮处理程度计算
根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中规定城市污水处理厂一级A标，总出口处为污水的氨氮浓度为5mg/L

式中 E—氨氮处理程度（%）；
C—进水氨氮浓度（mg/L）；
Ce—处理后污水允许排放的氨氮浓度（mg/L）。
E=20-520=75%

3.3.4 污水的磷酸盐处理程度计算
根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中规定城市污水处理厂一级A标，总出口处为污水的磷酸盐浓度为5mg/L

式中 E—磷酸盐处理程度（%）；
C—进水磷酸盐浓度（mg/L）；
Ce—处理后污水允许排放的磷酸盐度（mg/L）。

综上所述，确定设计进出水水质及污染物去除率如表3-5

设计进出水水质及污染物去除率(mg/L) 表3-5
指标
BOD5
CODcr
SS
TN
TP
NH3-N
进水水质
300
450
250
65
8
20
出水水质
10
50
10
15
0.5
5
去除率（%）
96.67
88.89
96.00
76.92
93.75
75.00

第四章 污水的一级处理
4.1 粗格栅设计计算
粗格栅与污水泵站合建，选用2组并行，前后均设有挡板，2组同时运行，则单组设计流量为
Q'=QN
式中 Q'—单组格栅设计流量（m3/s）；
Q—设计流量（m3/s）；
N—格栅设计组数（组）。
Q'=1.2042
=0.602 m3/s

1. 栅条的间隙数

式中 — 最大设计流量，m3/s；
—格栅倾角，(°)，一般采用45° ~75° ，取＝60°；
— 栅条间隙，m，栅渣量较小时一般用0.016~0.025m，取b＝0.020m；
— 栅条间隙数，个；
— 栅前水深，m，取h＝1.00m；
— 过栅流速，m/s，一般采用0.6~1.0 m/s，取＝0.9 m/s。
计算草图如下图所示，格栅设2组，按2组同时工作设计。则：
n=0.602sin600.02×1.0×0.9
=36个

图4-1 格栅设计计算简图
2. 栅槽宽度B
栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.2m；
设栅条宽度S=10mm(0.01m)
则栅槽宽度
B＝S(n-1)+bn+0.2＝0.01×(36-1) +0.02×36+0.2=1.27≈1.30 m
3. 栅槽总宽度
两栅槽之间间隔取0.7m则栅槽总宽度为
B’=2B+0.7=1.3×2+0.70=3.30 m
4. 通过格栅的水头损失h1
(1) 进水渠道渐宽部分的长度L1。设进水渠宽B1＝0.72m，其渐宽部分展开角度，进水渠道内的流速为0.84m/s。
(2) 进水渠道渐窄部分的长度

=0.8 m
(3) 通过格栅的水头损失

式中 — 设计水头损失，m；
— 计算水头损失，m
— 重力加速度，m/s2；
— 系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；
— 阻力系数，与栅条断面形状有关，，设栅条断面为锐边矩形断面，＝2.42。

(4) 栅槽后总高度

式中 H—栅后明渠的总高度（m）；
h2—明渠超高（m），一般采用0.3~0.5,。
设计中取h2=0.3
H=1.0+0.1+0.3=1.4 m
(5) 栅槽总长度

式中，L—格栅槽总长度（m）；
H1—栅前渠道深，。

(6) 每日栅渣量

式中 W—每日栅渣量，m3/d
W1—每日每103m3污水的栅渣量（m3/103污水）。格栅间隙为16~25mm时W1一般取0.05~0.1 m3/103污水，。
本设计取W1=0.8 m3/103污水。
m3/d > 0.2 m3/d
栅渣量比较大应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送栅渣，采用机械栅渣打包机将山楂打包，汽车运走。
(7) 进水与出水渠道
城市污水通过DN1200mm的管道送进水渠道，设计中取进水渠道宽度B1=0.72，进水水深h1=h=1.0m，出水渠道B2=B1=0.72m，出水渠道h2=h2=1.0m

4.2 细格栅设计计算
泵后细格栅与沉砂池合建，选择两组故得单组设计流量为
Q' =0.602 m3/s

1． 栅槽宽度
(1)栅条的间隙数

式中 — 最大设计流量，m3/s；
—格栅倾角，(°)，一般采用45° ~75° ，取＝60°；
— 栅条间隙，m，取b＝0.01m；
— 栅条间隙数，个；
— 栅前水深，m，取h＝1.20m；
— 过栅流速，m/s，一般采用0.6~1.0 m/s，取＝0.9 m/s。
计算草图如下图4-2所示，格栅设两组，按两组同时工作设计。则：
n=0.602sin600.01×1.2×0.9
=48个

图4-2 细格栅设计计算示意图
格栅设两组，按两组同时工作设计。则：
(2)栅槽宽度B
栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.2m；
设栅条宽度S=10mm(0.01m)
则栅槽宽度
B＝S(n-1)+bn+0.2＝0.01×(48-1) +0.01×48+0.2=1.15≈1.20 m
(3)栅槽总宽度
两栅槽之间间隔取0.7m则栅槽总宽度为
B’=2B+0.7=1.2×2+0.70=3.1 m
3、通过格栅的水头损失h1
1. 进水渠道渐宽部分的长度L1。设进水渠宽B1＝0.72m，其渐宽部分展开角度，进水渠道内的流速为0.84m/s。
2. 进水渠道渐窄部分的长度

=0.66m
3. 通过格栅的水头损失

式中 — 设计水头损失，m；
— 计算水头损失，m
— 重力加速度，m/s2；
— 系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；
— 阻力系数，与栅条断面形状有关，，设栅条断面为锐边矩形断面，＝2.42。

4. 栅槽后总高度

式中 H—栅后明渠的总高度（m）；
h2—明渠超高（m），一般采用0.3~0.5,。
设计中取h2=0.3
H=1.2+0.25+0.3=1.75m
5. 栅槽总长度

式中，L—格栅槽总长度（m）；
H1—栅前渠道深，。

6. 每日栅渣量

式中 W—每日栅渣量，m3/d
W1—每日每103m3污水的栅渣量（m3/103污水）。
本设计取W1=0.05 m3/103污水。
m3/d > 0.2 m3/d
采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送栅渣，采用机械栅渣打包机将山楂打包，汽车运走。
7. 进水与出水渠道
城市污水通过泵房提升至细格栅，设计中取进水渠道宽度B1=0.72，进水水深h1=h=1.2m，出水渠道B2=B1=0.72m，出水渠道h2=h2=1.2m
4.3 沉砂池设计计算
设计中选择二组平流式沉砂池，N=2组，分别与格栅连接，每组沉砂池设计流量为Q=0.602 m3/s
1. 沉砂部分长度L

式中 L—沉砂池的长度（m）；
v—设计流量时的速度，m/s，一般采用0.15~0.25 m/s取0.20 m/s；