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1、专题三 污水处理厂竖向设计一、竖向设计的目的和要求目的目的：确定处理流程中各处理构筑物内水位标高的合：确定处理流程中各处理构筑物内水位标高的合理设置高度，以确保在良好水力条件下运行，且使能理设置高度，以确保在良好水力条件下运行，且使能量消耗最小，最终定出始端水泵所需的设计扬程。量消耗最小，最终定出始端水泵所需的设计扬程。要求要求：确定各处理构筑物及连接管渠的高程，并绘制：确定各处理构筑物及连接管渠的高程，并绘制处理流程的纵断图，其比例一般采用纵向处理流程的纵断图，其比例一般采用纵向(1:50)(1:100)，横向为，横向为(1:500)(1:1000 ）。）。二、竖向设计的任务n 确定污水、污
2、泥处理构筑物高程之间的关系。确定污水、污泥处理构筑物高程之间的关系。n 确定污水厂内提升泵的扬程。确定污水厂内提升泵的扬程。n 确定构筑物的标高（顶面、水面及底面）。确定构筑物的标高（顶面、水面及底面）。n 确定连接管渠的断面尺寸和定位标高确定连接管渠的断面尺寸和定位标高 尽量采用明渠，不得已才用管道尽量采用明渠，不得已才用管道渠道渠道渠底标高渠底标高高、宽、水深高、宽、水深管道管道管心标高管心标高管径管径三、一般规定 污水处理厂的工艺流程，竖向设计应充分利用地形，污水处理厂的工艺流程，竖向设计应充分利用地形，符合排水通畅、降低能耗和平衡土方的要求。竖向流符合排水通畅、降低能耗和平衡土方的要求
3、。竖向流程布置一般应遵循如下规定。程布置一般应遵循如下规定。 (1)为了保证污水在各构筑物之间的顺利自流，必须为了保证污水在各构筑物之间的顺利自流，必须精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程损失、精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程损失、局部损失及构筑物本身的水头损失，此外还应考虑污局部损失及构筑物本身的水头损失，此外还应考虑污水处理厂扩建时预留的储备水头。水处理厂扩建时预留的储备水头。 (2)进行水力计算时，应选择距离最长、损失最大的进行水力计算时，应选择距离最长、损失最大的流程，并按最大设计流量计算。当有两个以上并联运流程，并按最大设计流量计算。当有两个以上并联运行的构筑物时，应考虑
4、某一构筑物发生故障时，其余行的构筑物时，应考虑某一构筑物发生故障时，其余构筑物需负担全部流量的情况。构筑物需负担全部流量的情况。 (3)计算时还需考虑管内淤积、阻力增加的可能。因计算时还需考虑管内淤积、阻力增加的可能。因此，必须留有充分的余地，以防止水头不够而发生滴此，必须留有充分的余地，以防止水头不够而发生滴水现象。水现象。 (4)污水处理厂的出水管高程，需不受洪水顶托，并污水处理厂的出水管高程，需不受洪水顶托，并且要考虑预留自由水头，一般采用且要考虑预留自由水头，一般采用0.51 m 。 (5)充分利用地形高差，实现重力自流。充分利用地形高差，实现重力自流。 (6)在认真计算并留有余量的前
5、提下，力求缩小全程在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失，降低水泵提升扬程。水头损失，降低水泵提升扬程。 (7)避免跌水等浪费水头的现象。避免跌水等浪费水头的现象。 (8)在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。污泥干化场、污泥配合，尽量减少需抽升的污泥量。污泥干化场、污泥浓缩池（湿污泥池），消化池等构筑物高程的决定，浓缩池（湿污泥池），消化池等构筑物高程的决定，应注意它们的污泥水能自动排人污水人流干管或其他应注意它们的污泥水能自动排人污水人流干管或其他构筑物的可能性。构筑物的可能性。四、竖向布置的计算1、污
6、水处理高程水力计算、污水处理高程水力计算水头水头损失损失连接连接管渠管渠计量计量设备设备配水配水设备设备构筑构筑物物(1)构筑物构筑物 各处理构筑物的水头损失（包括进出水渠的水头各处理构筑物的水头损失（包括进出水渠的水头损失），初步设计时可按下表估算。损失），初步设计时可按下表估算。构筑物构筑物水头损失水头损失/cm构筑物构筑物水头损失水头损失/cm格栅1025生物滤池27-280沉淀池1025氧化沟3040平流式沉淀池2040曝气池2550竖流式沉淀池4050混合池1030辐流式沉淀池5060接触池1030（2）连接管渠）连接管渠包括沿程和局部水头损失，污水管道按满流计算，包括沿程和局部水头
7、损失，污水管道按满流计算，水头损失按下式计算：水头损失按下式计算：2122vhhhiLgi：单位管长的水头损失：单位管长的水头损失(水力坡降水力坡降)，可根据流量、，可根据流量、管径和流速查阅管径和流速查阅给水排水设计手册给水排水设计手册第一册获得。第一册获得。：局部阻力系数，同上获得。：局部阻力系数，同上获得。说明：说明：n 连接管道中的流速一般取为连接管道中的流速一般取为0.71.5m/s。n 连接明渠中的流速，最大流量时为连接明渠中的流速，最大流量时为1.01.5m/s，最小流量时为最小流量时为0.40.6m/s。n 在确定连接管时，可考虑留有水量发展的余地。在确定连接管时，可考虑留有水
8、量发展的余地。n 生化池至二沉池的管道流量为：设计流量生化池至二沉池的管道流量为：设计流量+回流回流污泥量。污泥量。（3）计量设备）计量设备水头损失应通过计算确定，初步设计时可按水头损失应通过计算确定，初步设计时可按0.2m估算。估算。（4）配水设备）配水设备配配水井的水头损失可按一般水力学公式计算。水井的水头损失可按一般水力学公式计算。2、污泥处理高程水力计算、污泥处理高程水力计算目前污泥水力特性研究还不完善，其水力计算主要采目前污泥水力特性研究还不完善，其水力计算主要采用经验公式或实验资料确定。用经验公式或实验资料确定。（1）重力输泥管道）重力输泥管道适用于污水厂内短距离输送；设计坡度采用
9、适用于污水厂内短距离输送；设计坡度采用0.010.02；最小管径最小管径DN200，中途设清通口。，中途设清通口。（2）压力流污泥管道）压力流污泥管道适用于长距离输送，或加压设备加压后输送。适用于长距离输送，或加压设备加压后输送。污泥沿程流动阻力计算公式污泥沿程流动阻力计算公式1.851.176.82()()fHLvhKDChf:输泥管沿程水头损失输泥管沿程水头损失,m。L：输泥管长度：输泥管长度,m。D：输泥管直径，：输泥管直径，m，D0.15。v：连接管中的流速：连接管中的流速,m/s。CH：Hazen-Williams系数。系数。K安全系数。安全系数。当污泥管内的流速为当污泥管内的流速为
10、0.62.0m/s时，局部水头损失时，局部水头损失按下式计算按下式计算22fvhg：局部阻力系数，查设计手册第：局部阻力系数，查设计手册第5分册获得。分册获得。 在初步设计时，压力流输泥管道也可采用以下简单在初步设计时，压力流输泥管道也可采用以下简单的计算方法的计算方法：按清水计算，并乘以比例系数。按清水计算，并乘以比例系数。 在紊流状态下，污泥含水率大于在紊流状态下，污泥含水率大于98%，污泥管道水，污泥管道水头损失为清水的头损失为清水的24倍；含水率为倍；含水率为9092%时，为清水时，为清水的的68倍。倍。 当污泥管道较长时，为使水头损失不过大，一般流当污泥管道较长时，为使水头损失不过大
11、，一般流速采用速采用1.0m/s。丹麦。丹麦Kruger公司规定：污泥管道水头公司规定：污泥管道水头损失按输水管道损失计算，在增加一定的百分数。固损失按输水管道损失计算，在增加一定的百分数。固含率含率14%的初沉污泥，增加的初沉污泥，增加100150%；固含率；固含率0.10.4%的活性污泥，增加的活性污泥，增加50100%.五、高程布置计算方法五、高程布置计算方法选取一条距离最长，水头损失最大的流程进行计算。选取一条距离最长，水头损失最大的流程进行计算。（1）计算或根据经验确定各构筑物的水头损失。）计算或根据经验确定各构筑物的水头损失。（2）确定第一个构筑物的水面标高：）确定第一个构筑物的水
12、面标高：n 当污水厂选址处的地面标高距离当污水厂选址处的地面标高距离20年一遇洪水位年一遇洪水位较低时，则以洪水位为基准逆水流方向计算，高较低时，则以洪水位为基准逆水流方向计算，高于洪水位于洪水位1.52.0m。n 当污水厂排出管的水头损失远小于地面标高与当污水厂排出管的水头损失远小于地面标高与20年一遇洪水位之间的差值时，则以最后一个构筑年一遇洪水位之间的差值时，则以最后一个构筑物的水面为基准逆水流方向计算，然后综合考虑物的水面为基准逆水流方向计算，然后综合考虑构筑物的施工和放空等因素确定最后一个构筑的构筑物的施工和放空等因素确定最后一个构筑的水面标高。水面标高。 然后根据：然后根据：上一构
13、筑物水位高程上一构筑物水位高程=下构筑物水位高下构筑物水位高程程+水头损失水头损失(这里水头损失主要包过水构筑物水头这里水头损失主要包过水构筑物水头损失和管渠之间的水头损失损失和管渠之间的水头损失)原则倒推法计算各个构原则倒推法计算各个构筑物的标高。筑物的标高。（3）计算污泥处理流程的高程布置。）计算污泥处理流程的高程布置。（4）应当注意的是许多污水处理厂设计时在中间会）应当注意的是许多污水处理厂设计时在中间会设置一个污水泵站用于提升污水，一般设在格栅之设置一个污水泵站用于提升污水，一般设在格栅之后。所以高程布置分两段进行后。所以高程布置分两段进行:泵站上游为一段，从泵站上游为一段，从进水管渠
14、终点顺流算起进水管渠终点顺流算起;泵站下游为另一段，从河道泵站下游为另一段，从河道逆流算起。逆流算起。六、高程图绘制六、高程图绘制n 绘制方法绘制方法（1）绘制各个构筑物的纵向剖面图）绘制各个构筑物的纵向剖面图绘图绘图时，纵向一定按时，纵向一定按1:1绘制，便于进行标高查询。绘制，便于进行标高查询。横向可将构筑物尺寸缩小横向可将构筑物尺寸缩小10倍，然后绘制，一般按倍，然后绘制，一般按单线图绘制。单线图绘制。（2）布图）布图将污水处理构筑物置于图纸的上方，污泥处理构筑将污水处理构筑物置于图纸的上方，污泥处理构筑物置于图纸的下方。物置于图纸的下方。（3）插入图框）插入图框插入图框后，放大插入图框
15、后，放大50或或100倍，观察纵向是否合适，倍，观察纵向是否合适，注意留出图例、说明和设备表的位置。横向可暂时注意留出图例、说明和设备表的位置。横向可暂时不考虑。不考虑。（4）构筑物的横向大小处理）构筑物的横向大小处理可进行拉伸或压缩，但大小要相当；对于特别长的可进行拉伸或压缩，但大小要相当；对于特别长的构筑物，如曝气池，可在中间折断。构筑物，如曝气池，可在中间折断。（5）确定好出图比例后，在进行其他内容的绘制。）确定好出图比例后，在进行其他内容的绘制。六、高程图绘制六、高程图绘制n 高程图应包括的内容高程图应包括的内容（1）各个构筑物）各个构筑物污水、污泥处理构筑物，含鼓风机房、污泥脱水间等
16、。污水、污泥处理构筑物，含鼓风机房、污泥脱水间等。（2）地面线、室内地坪）地面线、室内地坪室内地坪一般比室外地面高出室内地坪一般比室外地面高出200400mm。（3）各种管线）各种管线污水管、污泥管；空气管、沼气管；上清液管；污水管、污泥管；空气管、沼气管；上清液管；加加药管；排沙管药管；排沙管（4）污水、污泥、栅渣和砂的来源与最终去向）污水、污泥、栅渣和砂的来源与最终去向n 污水来自何处？（自城市污水管网）污水来自何处？（自城市污水管网）n 处理后污水的出路？（绘出排放水体及水面）处理后污水的出路？（绘出排放水体及水面）n 泥饼、栅渣、砂的出路？（文字描述）泥饼、栅渣、砂的出路？（文字描述）
17、（5）各种设备和仪表）各种设备和仪表n 格栅、泵、风机、水下推进器、曝气机、微孔曝气格栅、泵、风机、水下推进器、曝气机、微孔曝气器、吸刮泥机等。器、吸刮泥机等。n 计量设备：流量计、计量槽、气体流量计等；计量设备：流量计、计量槽、气体流量计等；n 闸闸板、必要的阀门（排泥管、上清液管、排沙管、板、必要的阀门（排泥管、上清液管、排沙管、空气管等）空气管等）n 液位液位计、计、DO探头、探头、pH测定仪等测定仪等（6）各种标注）各种标注n 标高：地面、水面、构筑物顶、底标高：地面、水面、构筑物顶、底n 排放水体的水位：排放水体的水位：20年一遇洪水位，常水位年一遇洪水位，常水位n 污水、污泥、空气
18、干管的管径，标注污水、污泥、污水、污泥、空气干管的管径，标注污水、污泥、空气的流向空气的流向n 构筑物的名称构筑物的名称n 图例、说明、主要设备仪表一览表等。图例、说明、主要设备仪表一览表等。六、高程图绘制六、高程图绘制n 注意事项注意事项（1）标高和地面的绘制方法）标高和地面的绘制方法（2）一般来说，管道从地下敷设，保温，美观）一般来说，管道从地下敷设，保温，美观（3）管线最短、交叉最少，拐弯最少）管线最短、交叉最少，拐弯最少（4）交叉管线要断开）交叉管线要断开（5）线宽的设置一律在图层中设置，按粗、中、细管）线宽的设置一律在图层中设置，按粗、中、细管线区分绘图。线区分绘图。七、高程计算案例
19、七、高程计算案例 某某城镇污水处理厂，设计规模为城镇污水处理厂，设计规模为30000m3 /d ，工程，工程分两期建设，一期工程设计规模为分两期建设，一期工程设计规模为15000m3 /d ，总变，总变化系数化系数Kz=1.45, Qmax=0.252m3/s ，其中一级其中一级处理部分处理部分按照按照30000m3 /d 实施。污水处理厂尾水排入东侧河实施。污水处理厂尾水排入东侧河道道，一、二，一、二期工程分别排放。进水闸门井水位为期工程分别排放。进水闸门井水位为753. 45m ，河道设计水位高程为，河道设计水位高程为760. 00m. 处理工艺流程由处理工艺流程由二级处理和三级处理组成，
20、同时要考虑跨越三级处理二级处理和三级处理组成，同时要考虑跨越三级处理直接排入河道的可能直接排入河道的可能。工艺流程如下：。工艺流程如下：n 设计计算设计计算 处理处理流程的竖向布置分为两部分进行，即二级处理流程的竖向布置分为两部分进行，即二级处理系统段和三级处理系统段。二级处理系统经过进水提系统段和三级处理系统段。二级处理系统经过进水提升泵房提升后，各处理单元的水面高程要满足以重力升泵房提升后，各处理单元的水面高程要满足以重力流状态流入下一处理单元，系统末端的二沉池水位，流状态流入下一处理单元，系统末端的二沉池水位，既要既要保证以重力流状态流入三级处理系统中的一级提保证以重力流状态流入三级处理
21、系统中的一级提升泵房集水池，又要保证超越三级处理系统后，以重升泵房集水池，又要保证超越三级处理系统后，以重力力流状态流状态流入河道。三级处理竖向要保证沉淀池来水流入河道。三级处理竖向要保证沉淀池来水经过一级提升后，以重力流状态依次经过一级提升后，以重力流状态依次流经三级流经三级处理各处理各单元单元，最终流入河道，最终流入河道。七、高程设计案例七、高程设计案例某污水厂平面布置某污水厂平面布置处理构筑物个数和有效尺寸列于下表中：20 651污泥干化场(F)9 4.51二级消化池(E)9 61一级消化池(D)9 9 32二次沉淀池(C)20 22生物滤池(B)5 20 2.52初次沉淀池(A)有效尺
22、寸/m个 数处理构筑物的名称 在高程布置前，先设计各条连接处理构筑物的沟道污水厂的设计流量为：近期qV平均87L/s，qVmin140L/s；远期qV平均174L/s，qVmax245L/s。连接沟道的水力计算连接沟道的水力计算在本例中，泵站设在流程的中间 高程布置的水力计算分两段进行： 泵站上游为一段，从进水干沟终点顺流算起； 泵站下游为另一段，从河道逆流算起。 计算时，流量采用泵站的最大设计流量。已知地面高程，泵站前10.00m，泵站后8.00m；河道最高水位8.50m，常水位5.50m，进水干沟终点窨井最高水位8.05m。 (1) 先决定初次沉淀池最高水位和泵站进水池最高水位(这一水位同
23、决定进水池低水位有关)。高程进水干沟终点窨井(点1)最高水位:8.05m沟道沿程水头损失:)m(15. 050003. 0沟道局部水头损失:)m(08.081.9202.15 .12格栅水头损失:m10.0合计:m33.0计算过程：计算过程：配水进(点2)最高水位:7.72m堰口水头(b2m):自由跌落:水槽沿程水头损失:水槽局部水头损失:合计:)m(11. 0285. 1)140. 0(3/2m10. 0)m(03. 010003. 0)m(07. 081. 9284. 022m31. 0初次沉淀池(A)最高水位:7.41m堰口水头(b2 5m) :自由跌落:出水槽水头损失:沟管沿程水头损失
24、:沟管局部水头损失:)m(04. 0)1085. 1140. 1(3/2m10. 0)m(03. 010003. 0)m(22. 025009. 0)m(22. 081. 9247. 122合计:m61.0泵站(G)进水点(点3)最高水位:6.80m (2) 再决定二次沉淀池最高水位和生物滤池滤床表面高程(倒算)。河道(点9)最高水位：高程8.50m出水干沟局部损失：出水干沟局部湿头损失：合计：)m(56. 080007. 0)m(26. 081. 9255. 122m82. 0泵站 (G)出流(点8)最高水位：9.32m出水槽沿程水头损失：出水槽局部水头损失：自由跌落堰口水头(b=4 9m)
25、：合计 )m(10. 035003. 0)m(12. 081. 9208. 122m10. 0)m(01. 0)3685. 1087. 0(3/2m33. 0二沉池(C)最高水位：9.65m汇水井(点7)最高水位9.72m进水管沿程水头损：进水管局部水头损失合计：)m(02. 0100018. 0)m(05. 081. 9271. 022m07. 0沟道沿程水头损失沟道局部水头损失合计)m(05. 015003. 0)m(18. 081. 9208. 132m23. 0汇水井(点6)最高水位：9.95m9.90m生物滤池(B)排水系统中央干沟沟底高程：中央干沟高度排水系统(假底)高度滤床高度合
26、计m50. 0m25. 0m00. 2m75. 2生物滤池(B)滤床表面高程12.65m 4. 二次沉淀池同初次沉淀池配水井(点2)之间的水位差将在9.65m-7.72m=1.93m左右，足以把二次沉淀池的污泥压送至配水井，回流初次沉淀池 二次沉淀池污泥管管底高程采用8.0m，流向配水井的污泥槽采用0.02坡度，污泥槽终点高程为8.0m-0.02 20m7.6m，高于配水井的井底(7.72m-0.28m7.44m)。 污泥干化场场面高程采用9.5m。 消化池池墙底部高程采用8.1m，二级消化池污泥面最高高程将为8.1m+4.5m12.6m，比污泥干化场高12.6m-9.5m3.1m，足敷排泥之用，有部分容积可用于蓄泥。 5. 根据计算结果，绘制高程布置图 某镇污水处理厂高程布置草图某镇污水处理厂高程布置草图