3 物理处理单元工艺设计计算3.1格栅格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止阻塞排泥管道。

3.1.1 设计参数及其规定○1水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵要求确定。

○2污水处理系统前格栅栅条间隙，应符合：(a)人工清除25～40mm ；(b)人工清除16～25mm ；(c)最大间隙40mm 。

污水处理厂亦可设置两粗细两道格栅，粗格栅栅条间隙50～150mm 。

○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：(a)格栅间隙16～25mm ，0.10～0.06m 3/103m 3(栅渣/污水)；(b)格栅间隙30～50mm ，0.03～0.01m 3/103m 3(栅渣/污水)。

栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m 3。

○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0.2m 3)，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过栅流速一般采用0.6～1.0m/s 。

○8格栅前渠道内水流速度一般采用0.4～0.9m/s 。

○9格栅倾角一般采用45º～75º。

国内一般采用60º～70º。

○10通过格栅水头损失一般采用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 。

工作台上应有安全设施和冲洗设施。

○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：(a)人工清除不应小于 1.2m (b) 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。

3.1.2 格栅的计算【例题】 已知某城市污水处理厂的最大污水量Q max =0.2m 3/s ，总变化系数K z =1.50，求格栅各部分尺寸。

【解】(1) 栅条的间隙数(n)设栅前水深h=0.4m ，过栅流速v=0.9m/s ，栅条间隙宽度b=0.021m ，格栅倾α=60º。

max 260.0210.40.9Q n bhv ==≈⨯⨯(个)(2) 栅槽宽度(B)设栅条宽度S=0.01m 。

B=S(n-1)+bn=0.01×(26-1)+0.021×26=0.8(m)(3) 进水渠道渐宽部分的长度设进水渠道B 1=0.65m ，其渐宽部分展开角度α1=20º(进水渠道内的流速为0.77m/s)。

110.80.650.22220220B B l tg tg --==≈o o(m) (4) 栅槽与出水渠连接处的渐窄部分长度(l 2)120.220.1122l l ==≈(m) (5) 设栅条断面为锐边矩形断面。

4/34/32210.010.9sin 2.42sin 6030.09720.02119.6S v h k b g βα⎛⎫⎛⎫=⋅=⨯⨯⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭o (m) (6) 栅后槽总高度(H)设栅前渠道超高h 2=0.3m 。

H=h+h 1+h 2=0.4+0.097+0.3≈0.8(m)(7) 栅槽总长度(L)1120.40.30.5 1.00.220.110.5 1.0 2.2460H L l l tg tg α+=++++=++++=o(m) (8) 每日栅渣量(W)在格栅间隙21mm 的情况下，设栅渣量为每1000m 3污水产0.07m 3。

max 186400864000.20.070.810001000 1.50z Q W W K ⨯⨯===⨯(m 3/d)因W>0.2m 3/d ，所以宜采用机械清渣。

3.2沉砂池沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒。

它一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。

沉砂池的类型是，按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池、钟式沉砂池和多尔沉砂池。

3.2.1 沉砂池设计计算一般规定○1城市汗水处理厂一般均应设置沉砂池。

○2沉砂池按去除相对密度2.65、粒径0.2mm 以上的砂粒设计。

○3设计流量应按分期建设考虑；(a)当污水为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；(b)当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算 (c)在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。

○4沉砂池个数或分格数不应少于2，并宜按并联系列设计。

当污水量较小时，可考虑1格工作。

1格备用。

○5城市污水的沉砂量可按10m 3污水沉砂30m 3计算，其含水率为60%，容重为1500kg/m 3；合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。

○6砂斗容积应按不大于2d 的沉砂量计算，斗壁与不平面的倾角不应小于55º。

○7除砂一般宜采用机械方法，并设置贮砂池或晒砂场。

采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm 。

○8当采用重力排砂时，沉砂池和贮砂池应尽量靠近，以缩短排砂管长度，并设排砂闸门于管的首端，使排砂管畅通和易于养护管理。

○9沉砂池的超高不宜小于0.3m 。

3.2.2 平流式沉砂池平流式沉砂池是常用的型式，污水在池内沿水平方向流动。

平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成。

它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单和排沉砂方便等优点。

(1) 设计参数○1最大流速为0.3m/s ，最小流速为0.15m/s 。

○2最大流量时停留时间不小于30s ，一般采用30～60s 。

○3有效水深应不大于1.2m ，一般采用0.25～1m ；每格宽度不宜小于0.6m 。

○4进水头部应采取消能和整流措施。

○5池底坡度一般为0.01～0.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。

【例题】已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.2m 3/s ，最小设计流量为0.1m 3/s ，总变化系数Kz=1.50，求沉砂池各部分尺寸。

【解】(1) 长度(L) 设v=0.25m/s ，t=30s ，则L=vt=0.25×30=7.5(m)(2) 水流断面积(A)2max 0.20.8()0.25Q A m v === (3) 池总宽度(B) 设n=2格，每格宽b=0.6m ，则B=nb=2×0.6=1.2(m)(4) 有效水深(h 2)20.80.67()1.2A h mB === (5) 沉砂斗所需容积(V) 设T=2d ，则max 66864000.2302864000.6910 1.5010z Q XT V K ⨯⨯⨯⨯===⨯⨯(m 3)(6) 每个沉砂斗容积(V 0) 设每一分格有2个沉砂斗，则00.690.1722V ==⨯(m 3) (7) 沉砂斗各部分尺寸 设斗底宽a 1=0.5m ，斗壁与水平面的倾角55º，斗高'3h =0.35m ，沉砂斗上口宽：'31220.350.5 1.05555h a a tg tg ⨯=+=+=o o(m) 沉砂斗容积：'22230110.35(222)(21210.520.5)0.266h V a aa a =++=⨯+⨯⨯+⨯=(m 2)(8) 沉砂室高度(h 3) 采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗，则'3320.060.350.06 2.650.51h h l =+=+⨯=(m)(9) 池总高度(H) 设超高h 1=0.3m ，则H=h 1+h 2+h 3=0.3+0.67+0.51=1.48(m)(10) 验算最小流速(v min ) 在最小流量时，只用1格工作(n 1=1)min min 1min 0.10.25(/)0.15(/)10.60.67Q v m s m s n ω===>⨯⨯3.2.3 竖流式沉砂池竖流式沉砂池是污水由中心管进入池内后自下而上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差。

(1) 设计参数○1最大流速为0.1m/s ，最小流速为0.02m/s ； ○2最大流量时停留时间不小于20s ，一般采用30～60s ； ○3进水中心管最大流速为0.3m/s 。

3.2.4 曝气沉砂池曝气沉砂池的优点是通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小；同时，还对污水起预曝气作用。

(1) 设计参数○1旋流速度应保持0.25～0.3m/s ； ○2水平流速为0.06～0.12m/s ； ○3最大流量时停留时间为1～3min ； ○4有效水深为2～3m ，宽深比一般采用1～2； ○5长宽比可达5，当池长比池宽大得多时，应考虑设置横向挡板； ○61m 3污水的时曝气量为0.2m 3空气； ○7空气扩散装置设在池的一侧，距池底约0.6～0.9m ，送气管应设置调节气量的闸门； ○8池子的形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近可安装纵向挡板； ○9池子的进口和出口布置应防止发生短跑，进水方向应与池中旋流方向一致，出水方向应与进水方向垂直，并宜考虑设置挡板；○10池内应考虑设消泡装置。

【例题】已知某城市污水处理厂的最大设计流量为0.8m 3/s ，求曝气沉砂池的各部分尺寸。

【解】(1) 池子总有效容积(V) 设t=2min ，则V=Q max t ×60=0.8×2×60=7.5(m 3)(2) 水流断面积(A) 设v 1=0.1m/s ，则2max 10.88()0.1Q A m v ===(3) 池总宽度(B) 设h 2=2m ，则2842A B h ===(m) (4) 每格池子宽度(b) 设h 2=2m ，则42()2B b m n === (5) 池长(L)96128V L A ===(m) (6) 每小时所需空气量(q) 设d=0.2m 3/m 2，则q=dQ max ×3600=0.2×0.8×3600=576(m 3/h)沉砂室计算同平流式沉砂池。

3.2.5 旋流沉砂池涡流沉砂池利用水力涡流，使泥沙和有机物分开，以达到除砂目的。

(1) 设计参数○1最大速度为0.1m/s ，最小流速为0.02m/s ； ○2最大流量时，停留时间不小于20s ，一般采用30～60s ； ○3进水管最大流速为0.3m/s 。