排水工程计算公式合集.docx

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排水工程计算公式合集

排水工程

第1章排水系统概论

1、排水系统的体制及其选择

v排水系统的体制：

【雨水，污水（生活、生产）】

v分流制排水系统（新建城区，工业企业）

v完全分流制排水系统

v不完全分流制排水系统

v合流制排水系统（截流式合流制排水系统）

v排水体制的选择：

（规范1.0.4）

v环境保护要求

v技术安全可靠

v经济造价分析

v维护管理费用

2、城市排水系统的组成

v城市污水排水系统

v室内污水管道系统及设备

v室外排水管道系统

v污水泵站及压力管道

v城市污水处理厂

v出水口及事故排出口

v城市雨水排水系统：

v建筑物的雨水管道系统和设备

v居住小区或工厂雨水管渠系统

v街道雨水管渠系统

v排洪沟

v出水口

3、城市排水系统的总平面布置

v城市排水系统总平面布置的任务：

v确定干管、主干管的走向

v确定污水处理厂和出水口的位置

v城市排水系统总平面布置的原则：

v管网密度合适，管道工程量小，水流畅通

v充分利用地形地势，顺坡排水，避免提升

v地形起伏较大的地区，采用高、低区系统分离

v尽量减少中途加压泵站的个数

v截流干管的布置要使全区污水管道能便捷、直接地接入

4、城市排水系统的总平面布置

v城市排水系统总平面布置的常见形式：

（教材图）

v直流正交式（适用于雨水）

v正交截留式（合流制）

v平行式（排水坡度过大、减小流速、避免冲刷）

v高低分区式（地形起伏过大，减少提升能耗）

v辐射分散式（城区大、中心地势高、出路分散）

v环绕式（中小城市、排水出路集中）

第2章污水管道系统的设计

1、污水设计流量的计算

v污水设计流量：

v生活污水量＋工业废水量＋（地下水渗入量）

v最大日最大时（高日高时）污水流量

v流量单位－L/S（升/秒）

v污水量变化系数：

v污水设计流量的基本计算公式：

v设计流量＝

v排水个体数×排水定额×变化系数

v排水时间×单位换算

v生活污水设计流量的计算公式：

Q1－居住区生活污水设计流量（L/s）；

n－居民生活污水定额（L/人.d）；80－90％用水定额（表2－2－1）

N－设计人口（人）；设计人口＝人口密度×服务面积

KZ－生活污水量总变化系数，（表2－2－2

v污水管道水力计算的基本公式:

Q－流量，m3/s；

A－过水断面面积，m2，

v－流速，m/s；

R－水力半径（过水断面面积与湿周的比值），m；

I－水力坡度（水面坡度，管底坡度）；

C－流速系数（谢才系数）；

n－管壁粗糙系数（表2－2－7）

v污水管道水力计算的设计规定：

（新规范有变化）

v管壁粗糙系数（n）－表2－2－7

v设计充满度（h/D）（0.55－0.75）——表2－2－8

v最小设计流速（vm）（管道:

0.6m/s，明渠:

0.4m/s）

v最大设计流速（vx）（金属管道:

10m/s，非金属:

5m/s）

v最小设计坡度（I）（街区内：

0.004，街道下：

0.003）

v最小管径（街区内：

200mm，街道下：

300mm）

v最大允许埋深（干燥土壤：

7－8m）

v最小覆土厚度（冰冻，动荷载，支管衔接）——P252

v污水管道水力计算的方法（图表法）：

v根据所选管材，使用相应粗糙系数（n）的水力计算图表；

v根据设计流量（Q），初步确定管径（D）；

v使用相应管径（D）的水力计算图表进行水力计算；

v设定1个未知参数（I，v，h/D），求定另外2个：

v坡度（I）控制法——尽量采用最小设计坡度，减小埋深；

v流速（v）控制法——流速逐段增大，参照上段流速；

v充满度（h/D）控制法——尽量采用最大允许充满度，以降低工程造价。

v污水管道水力计算的步骤（教材P261－263例题）

v编制污水主干管水力计算表，列入所有已知数据；

v根据设计流量Q和最小管径D，确定起始管段未知参数（I，v，h/D），可根据情况设定1个，求定另外2个；

v根据设计流量Q的变化，设定下游管段管径D，遵循流速随流量增大而增大或不变的原则设定设计流速，然后确定该管段其它未知参数（I，h/D），通过试算定夺；

v计算管段上、下端的水面标高、管内底标高及埋设深度：

根据管段长度和坡度求坡降，根据管径和充满度求水深；

v根据管段衔接方式，确定下游管段上端的管内底标高。

v设计管段及设计流量的确定：

v设计管段的划分:

流量、管径、坡度不变的直线管段

v设计管段的设计流量：

v

本段流量（q1）：

沿线街坊，起点进入

v转输流量（q2）：

上游、旁侧管段

v集中流量（q3）：

工厂，大型建筑

第3章雨水管渠系统的设计

1、暴雨强度公式

暴雨强度公式是描述降雨量、降雨历时和重现期三者之间数学关系的经验公式

式中：

q——设计暴雨强度，L/s.ha

t——降雨历时，min

P——设计重现期，a

A1,b,c,n——地方参数，根据统计方法计算确定

2、雨水设计流量计算公式：

式中：

Q——雨水设计流量，L/s

Ψ——径流系数，<1的经验数值

q——设计暴雨强度，L/s.ha

F——汇水面积，ha

v径流系数Ψ的确定：

v加权平均法（按地面种类，表2－3－2）

v区域综合径流系数（市区：

0.5－0.8，郊区：

0.4－0.6）

v设计暴雨强度q的确定：

v设计重现期P：

一般：

1a，重要地段：

2－5a

v集水时间（设计降雨历时）t：

t=t1+mt2

vt1——地面集水时间，5－15min

vt2——管渠内流行时间，t2=∑L/60v（min）

vm——折减系数（暗管：

m=2，明渠：

m=1.2）

v一般情况雨水设计流量的计算：

例题1

v雨水管线如图所示，已知径流系数为0.5，重现期为1a，暴雨强度公式为q=2001（1+0.81lgP）/（t+8）0.71（L/s.ha），FA=30ha，tA=10min，雨水自汇水面积最远点流至第一检查井再流至该设计断面的时间为12min，求Q2-3（）L/s?

vA3855.6B3577.7C3343.6D3527.8

例题2

v某雨水管线如图所示，已知FA=2.3ha，FB=2.1ha，径流系数为0.6，tA=10min，暴雨强度公式为q=500/t0.65（L/s.ha），求Q1-2

vA140L/s,B150L/s,C170L/s,D180L/s

例题3

v一雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流，q=c/（t+b）n，若tA+tA-B>tB，

求QB-C？

例题3

v一雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流，q=c/（t+b）n，若tA+tA-B＜tB，

求QB-C？

v雨水管渠水力计算的设计规定（新规范有变化）

v重力，满管流

v最小设计流速:

（暗管:

0.75m/s，明渠:

0.4m/s）

v最大设计流速:

（金属管:

10m/s，非金属管:

5m/s）

v最小设计坡度:

（雨水管道：

0.003，雨水口连接管：

0.01）

v最小管径:

（雨水管道：

300mm，连接管：

200mm）

v管道衔接方式：

管顶平接

v最小覆土厚度：

（车行道下：

0.7m）

第4章合流制管渠系统的设计

v溢流井上游（合流）管渠设计流量的确定：

溢流井后截流干管管段设计流量的确定：

例题1

某合流制溢流井上游管网系统中的旱流量为20l/s，截流倍数选3，溢流井下游管网系统中的旱流量为10l/s，雨水设计流量为100l/s，则该合流制溢流井下游截流干管的设计流量为：

（）

A130l/sB150l/sC170l/sD190l/s

解：

第5章排水管渠的材料、接口、基础及构筑物

v排水管渠系统上的构筑物：

v雨水口：

收集雨水，包括进水篦、井筒和连接管

v连接暗井：

排水管径>800mm时，替代检查井

v溢流井：

截流干管上的重要构筑物

v检查井：

管道交汇、转弯、变径、变坡、跌水

v跌水井：

消能，降速，防止冲刷

v水封井：

隔绝易燃易爆气体，水封深度0.25m

v倒虹管：

穿越河流、山涧、洼地和地下障碍物

v出水口：

排水管渠进入水体的最终出口

第6章城市污水处理概论

1、城市污水的组成：

v生活污水

v工业污（废）水

v初期雨水

v城市污水的污染指标：

v感观指标：

浊、色、嗅、味、温

v物理化学指标：

pH、SS、BOD、COD、毒物指标

v生物指标：

细菌总数、总大肠菌群数、病毒

2、水体的物理性污染及危害（水温、色度、SS）

v水体的无机物污染及危害

v氮、磷污染与水体富营养化

v重金属污染及食物链的富集、迁移、转化

v水体的有机物污染及危害

v有机物污染－微生物耗氧导致水质恶化

v油类污染－油膜覆盖导致水生态恶化

v毒性有机物污染－对人类和水生物的危害

v水体的病原微生物污染及危害

3、城市污水的一级处理（物理处理）

v处理对象：

悬浮物（SS）

v处理方法：

筛滤截留，重力分离

v处理构筑物：

v格栅

v沉砂池

v沉淀池

4、城市污水的二级处理（生物处理）

v处理对象：

胶体和溶解性有机物（BOD,COD）

v处理方法：

好氧生物法

v处理构筑物：

v活性污泥法（传统法，氧化沟，SBR）

v生物膜法（曝气生物滤池，接触氧化法）

5、城市污水的三级处理（深度处理）

v处理对象：

氮、磷、SS和有机物（BOD,COD）

v处理方法：

生物法，物化法

v处理构筑物：

v生物除磷脱氮系统，曝气生物滤池，MBR

v混凝＋沉淀＋过滤（CMF）

v活性炭吸附过滤

v电渗析，反渗透

6、城市污水处理厂的污泥处理

v处理目的：

减量，稳定，综合利用

v处理方法：

物理法，化学法，生物法

v处理构筑物：

v浓缩池

v消化池

v污泥脱水机械

v沼气利用设备

7、城市污水处理厂的设计水质、水量

v设计人口当量（as）：

BOD5：

20－35g/人.d

SS：

35－50g/人.d

v设计当量人口（Ｎ）：

N＝Q﹡Sa/as

v平均日污水量：

设计规模，成本计算，栅渣量、沉砂量、污泥量计算

v高日高时流量：

管渠、物理处理构筑物

v高日均时流量：

生物处理构筑物

第7章污水的物理处理

v物理处理法的去除对象：

v粗大漂浮物

v悬浮物（SS）

v物理处理法常用工艺与设备

v筛滤截留——格栅，筛网，过滤

v重力分离——沉淀，上浮

v离心分离——离心机，旋流分离器

1、格栅的类型及构造特点

v位置（泵前，泵后）

v作用（保护水泵，去除SS）

v间隙（粗格栅，中格栅，细格栅）

采用机械清除时为：

16~25mm，采用人工清除时为：

25~40mm，

细格栅为：

3~10mm（设计常采用），粗格栅为50~100mm，中格栅为10~40mm

v形状（平面，曲面）

v格栅倾角：

宜采用450~750，机械格栅倾角一般采用600~700，有时为900，

v格栅渣量估算：

·栅条间隙宽度为16~25mm，栅渣量为0.10~0.05m3/103m3

·栅条间隙宽度为25~40mm，栅渣量为0.03~0.01m3/103m3

·栅渣的含水率约为70~80%；密度约为：

750~960kg/m3

v清渣方式（手动，机械）

每天栅渣量大于0.2m3时，一般采用机械清除

2、格栅的设计计算要点

1）、格栅宽度计算：

B=S（n-1）+en

n=Qmax*√sinα/ehv

式中：

B—栅槽宽度，m

S—格条宽度，m,一般取S=0.01m

e—栅条间隙，，粗格栅e=50~100mm，中格栅e=10~40mm，

细格栅e=3~10mm（设计常采用）

n—格栅间隙数；

Qmax—最大设计流量，m3/s

h—栅前水深，m

v—过栅流速，m/s

α--格栅倾角：

宜采用450~750，

√sinα—经验系数

2）、过栅水头损失计算：

h1=kh0

h0=ξ*v2*sinα/2g

式中：

h1--过栅水头损失，m

H0—计算水头损失，m

k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数：

一般k=3

ξ—阻力系数，与栅条断面形状有关，ξ=β（S/e）4/3

当为矩形断面时：

β=2.42，

3）、栅槽总高度

H=h+h1+h2,

式中：

H--栅槽总高度,m

h—栅前水深，m

h1--过栅水头损失，m

h2—栅前渠道超高，m，一般采用0.3m

4）、栅槽总长度

L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα

L1=（B-B1）/2tgα1

L2=L1/2

H=h+h2,

式中：

L--栅槽总长度,m

H1—栅前槽高，m

L1—进水渠道渐宽部分长度，m

B1—进水渠道宽度，m

α1--进水渠展开角，一般采用200

L2—栅槽与出水渠的渐缩长度，m，

5）、每日栅渣量计算：

W==Qmax*W1*86400/（K总*1000）

式中：

W--每日栅渣量,m3/d;

W1—栅渣量（m3/103m3）,取0.1~0.01，粗格栅取小值，细格栅取大值，中格栅去中值

K总—生活污水总变化系数

例题1：

某污水处理厂Qmax=0.3m3/s，Kz=1.4，栅条间隙e=20mm，过栅流速0.9m/s，栅前水深0.4m，安装倾角60度，栅渣量0.06L/m3，求栅条间隙数n，每日栅渣量W?

An=26，W=0.8m3/dBn=39，W=1.11m3/d

Cn=30，W=1.01m3/dDn=32，W=1.04m3/d

3、沉砂池的类型与设计计算

1）平流式沉砂池的设计应符合下列要求

·最大流速应为0.3m/s,最小流速应为0.15m/s；

·最大流量时停留时间不应小于30s,一般为30~60S

·有效水深不应大于1.2m，每格宽度不宜小于0.6m；一般采用0.75~1.0m；

·沉沙量的确定：

生活污水按每人每天0.01~0.02l计，城市污水按10万方沉沙量为3M3计，沉沙含水率为60%，储沙量的容积按2d的沉沙量计，斗壁倾角为550~600

·沉沙池超高不宜小于0.3m.

4、曝气沉砂池的设计与计算

1）、设计参数：

a）按最大设计流量设计，池数和分格数应不少于2；

b）旋流速度控制在0.25~0.4m/s

c）选定沉砂池水力停留时间（1~3min），计算总有效容积；

d）选定沉砂池设计水平流速（0.1m/s），计算总有效断面积；

e）选定沉砂池有效水深（2~3m），宽深比为（1~1.5），长宽比可搭5，计算池长和总宽度；

f）根据宽深比要求（1~1.5），确定池数或分格数；

g）处理每m3污水的曝气量为0.1~0.2m3空气或每m3池表面积3~5m3/h;

h）计算沉砂量（0.03L/m3），沉沙含水率为60%，密度为1500kg/m3,校核沉砂斗容积，选择排砂设备；

i）选定气水比（0.1~0.2）或曝气强度，计算曝气量；

j）设计进、出水系统，空气管路系统，选择鼓风机和曝气装置

2）、计算公式：

a、总有效容积：

V=60Qmaxt

式中：

V—总有效容积；m3

Qmax—最大设计流量，m3/s

t—最大设计流量时的停留时间，min

b、池断面积：

A=Qmax/v

式中：

A—池断面积；m2

v—最大设计流量时的平均流速，m/s

c、池总宽度：

B=A/H

式中：

A—池断面积；m2

B--池总宽度m

H—有效水深，m

d、池长：

L=V/A

式中：

A—池断面积；m2

L--池长,m

V—总有效容积；m3

f、所需曝气量：

q=3600DQmax

式中：

q—所需曝气量；，m3/h

D--每m3污水所需曝气量，m3/m3

V—总有效容积；m3

例题1：

某污水处理厂曝气沉砂池，Qmax＝1.0m3/s，停留时间t＝3min，水平流速v＝0.1m/s，水深2m，分两格，求池长、宽

AL=15m，b=3mBL=15m，b=2.5m

CL=18m，b=3mDL=18m，b=2.5m

解：

例题2：

已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.2m3/s,总变化系数K=1.50，设计砂斗容积按不大于2天的沉砂量，城市污水的沉砂量为每104m3的污水沉砂30（0.3）m3，沉砂池的沉砂斗容积为（）m3.

A0.69B1.38C0.35D2.76

解：

沉淀池的类型及构造特点

v平流式沉淀池【斜板（管）】：

长深比>8

v竖流式沉淀池：

径深比<3

v辐流式沉淀池：

径深比6－12

v三种沉淀池的特点及适用条件（表2－7－3）

v辐流式初沉池与二沉池的主要区别

初沉池

二沉池

处理目的

去除SS

回收活性污泥

SS浓度

200-400mg/L

2000-4000mg/L

沉淀类型

絮凝沉淀

拥挤沉淀

表面负荷

1.5～3.0m3/m2.h

1.0～1.5m3/m2.h

设计沉速

1.5～3.0m/h

1.0～1.5m/h

沉淀时间

1.0～2.0h

1.5～2.5h

堰上负荷

≤2.9L/s.m

≤1.7L/s.m

排泥方式

间歇、重力

连续、虹吸

排泥机械

半桥式刮泥机

全桥式刮、吸泥机

污泥含水率

95～97%

99.2～99.6%

污泥量/人

14－17

10－21

5、辐流式沉淀池的设计与计算

1）、设计参数：

a）确定沉淀池个数（不少于2个）；

b）确定设计流量和表面负荷，计算单池面积；

c）确定沉淀时间，计算有效水深并校核径深比（宜为6～12）；

d）一般机械排泥，排泥旋转速度宜为1~3r/h,刮泥板的外缘线速度不宜大于3m/min;

e）缓冲层高度，非机械排泥为0.5m,机械排泥时，缓冲层上缘高度宜高出刮泥板0.3m;

f）计算沉淀池总高度（保护高＋有效水深＋缓冲层高＋坡底落差＋污泥斗高）；

g）坡向泥斗的底坡不宜小于0.05；

h）计算污泥量，校核污泥斗容积；

i）设计进水系统，排水系统，排泥系统，排渣系统

2）、计算公式

（1）、每座沉淀池表面积和池径

A1=Qmax/nq0

D=√4A1/π

式中：

A1—每池表面积；m2

D--每池直径,m；

n—池数；m3

q0—表面水力负荷，m3/（㎡·h）

（2）、沉淀池的有效水深

h2=q0t

式中：

h2—有效水深；m

t--沉淀时间,见表2-7-4（P322）

（3）、沉淀池总高度

H=h1+h2+h3+h4+h5

式中：

H--总高度，m

h1—保护高；取0.3m

h2—有效水深即沉淀区高度；m

h3—缓冲层高；非机械排泥为0.5m,机械排泥时，缓冲层上缘高度宜高出刮泥板0.3m;m

h4—沉淀池底坡落差；m

h5—污泥斗高度；m

（4）、沉淀池污泥区容积：

W=SNt/1000

式中：

W—每日污泥量，m3/d

S—每人每天生产的污泥量L/（人·天），见表2-7-4（P322）

N—设计人口数；

t—两次排泥时间间隔，初次沉淀池宜按不大于2d计，曝气池后的二次沉淀池按2h计，机械排泥的初次沉淀和生物膜法处理后的二次沉淀按4h计。

*、如果已知污水悬浮物浓度和去除率，污泥量可按下式计算：

W=Qmax*24（C0-C1）100t/ρ（100-P0）

式中：

C0,C1—分别是进水和出水的悬浮物浓度，kg/m3.如有浓缩池、消化池及污泥脱水机的上清液回流至初次沉淀池，则式中的C0应取1.3C0，C1应取1.3C0的50%~60%；

P0—污泥含水，%，见表2-7-4（P322）

ρ—污泥密度，kg/m3,含水率在95%以上，故ρ可取1000kg/m3

t—两次排泥时间间隔，同上

例题1：

某污水处理厂，初沉池采用辐流沉淀池，Qmax=7854m3/h，q0=2m3/m2.h，t=1.5h，n=2，求沉淀池直径D，有效水深H。

AD=70m，H=4.5mBD=60m，H=4m

CD=50m，H=3mDD=40m，H=2.5m

解：

第8章污水的生物处理

v活性污泥的形态：

v黄褐色絮绒状颗粒，粒径0.02-0.2mm；

v污水中悬浮生长，含水率>99%，比重1.002-1.006

v活性污泥的组成：

v具有代谢功能活性的微生物群体（Ma）

v微生物内源代谢、自身氧化的残留物（Me）

v原污水带入的难降解惰性有机物（Mi）

v原污水带入的无机物（Mii）

1、活性污泥法的主要设计参数

vBOD负荷F/M（Ns，Nv）

v生物降解需氧量（R0）

v活性污泥增殖量（⊿X）

v污泥龄（θc）——生物固体停留时间

v污泥容积指数（SVI）

v污泥浓度（X，Xv，Xr）

v污泥回流比（R）

v剩余污泥量（Qw）

2、BOD污泥负荷（kgBOD5/kgMLSS.d）

Q－设计流量X－曝气池混合液污泥浓度

V－曝气池容积K2－有机物降解动力学常数

t－水力停留时间f－MLVSS/MLSS＝0.75

Sa－进水BOD浓度η－BOD去除率

Se－出水BOD浓度

3、有机污染物降解与需氧量

O2－活性污泥需氧量，kg/d；

Q－污水设计流量，m3/d；

Sr－去除的有机物（BOD）浓度，kg/m3；

V－曝气池有效容积，m3；

Xv－挥发性悬浮固体（MLVSS）浓度，kg/m3；

a’－BOD氧化分解需氧率，kg；

b’－活性污泥自身氧化需氧率，kg

4、有机污染物降解与活性污泥增殖

⊿X－活性污泥增殖量，kg/d；

Q－污水设计流量，m3/d；

Sr－去除的有机物（BOD）浓度，kg/m3；

V－曝气池有效容积，m3；

Xv－挥发性悬浮固体（MLVSS）浓度，kg/m3；

a－污泥产率（o.4–0.8）；－Y

b－活性污泥自身氧化率（0.04–0.075）。

－Kd

5、污泥龄θc（d）——生物固体停留时间（SRT）

⊿X－活性污泥增殖量，kg/d；

V－曝气池有效容积，m3；

X－混合液悬浮固体（MLSS）浓度，kg/m3；

Xr－回流污泥浓度，kg/m3；

Qw－剩余污泥排放量，m3/d；

R－污泥回流比（25–100％）。

4、BOD负荷与污泥龄的关系

低负荷

一般负荷

高负荷

污泥负荷

<0.1

0.2~0.5

>1.5

污泥龄

20～30

5～15

0.2～2.5

7、污泥容积指数SVI（mL/g）

SVI－污泥容积指数，一般应为120左右；

SV（％）－曝气池混合液污泥30分钟沉降比；

X－曝气池混合液活性污泥浓度（MLSS）

vSVI是判断活性污泥沉降性能和生物活性的指标，正常活性污泥的SVI应在80－150之间，一般应为120左右；

vSVI<80，说明活性污泥中无机成分增多，活性