设计院常用的水处理常用计算公式汇总，值得收藏

本网编辑 2022-12-16

流程君整理了以下水处理常用计算公式，供大家了解学习。

碳源计算公式

一

碳源选择

通常反硝化可利用的碳源分为快速碳源(如甲醇、乙酸、乙酸钠等)、慢速碳源(如淀粉、蛋白质、葡萄糖等)和细胞物质。不同的外加碳源对系统的反硝化影响不同，即使外加碳投加量相同，反硝化效果也不同。

与慢速碳源和细胞物质相比，甲醇、乙醇、乙酸、乙酸钠等快速碳源的反硝化速率最快，因此应用较多。表1 对比了四种快速碳源的性能。

二

碳元投加量计算

1）氮平衡

进水总氮和出水总氮均包括各种形态的氮。进水总氮主要是氨氮和有机氮，出水总氮主要是硝态氮和有机氮。

进水总氮进入到生物反应池，一部分通过反硝化作用排入大气，一部分通过同化作用进入活性污泥中，剩余的出水总氮需满足相关水质排放要求。

2）碳源投加量计算

同化作用进入污泥中的氮按BOD5去除量的5%计，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se分别为进水和出水的BOD5浓度。

反硝化作用去除的氮与反硝化工艺缺氧池容大小和进水BOD5浓度有关。

反硝化设计参数的概念，是将其定义为反硝化的硝态氮浓度与进水BOD5浓度之比，表示为Kde(kgNO3--N/kgBOD5)。

由此可算出反硝化去除的硝态氮

[NO3--N]=KdeSi。

从理论上讲，反硝化1kg 硝态氮消耗2.86kgBOD5，即：

Kde=1/2.86(kg NO3--N/kgBOD5)

=0.35(kg NO3--N/kgBOD5)

污水处理厂需消耗外加碳源对应氮量的计算公式为：

N=Ne计-NsNe计=Ni-KdeSi-0.05(Si-Se)

式中：

N—需消耗外加碳源对应氮量，mg/L；

Ne 计—根据设计的污水水质和设计的工艺参数计算出能达到的出水总氮，mg/L；

Ns— 二沉池出水总氮排放标准，mg/L；

Kde—0.35，kg

NO3--N/kgBOD5；

Si—进水BOD5浓度，mg/L；

Se—出水BOD5浓度，mg/L；

Ne计需通过建立氮平衡方程计算，生化反应系统的氮平衡见图1。

通过计算出的氮量，折算成需消耗的碳量。

格栅的设计计算

一

格栅设计一般规定

1、栅隙

(1)水泵前格栅栅条间隙应根据水泵要求确定。

(2) 废水处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：最大间隙40mm，其中人工清除25~40mm，机械清除16~25mm。废水处理厂亦可设置粗、细两道格栅，粗格栅栅条间隙50~100mm。

(3) 大型废水处理厂可设置粗、中、细三道格栅。

(4) 如泵前格栅间隙不大于25mm，废水处理系统前可不再设置格栅。

2、栅渣

(1) 栅渣量与多种因素有关，在无当地运行资料时，可以采用以下资料。

格栅间隙16~25mm；0.10~0.05m³/103m³ (栅渣/废水）。

格栅间隙30~50mm；0.03~0.01m³/103m³ (栅渣/废水）。

(2) 栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m³。

(3) 在大型废水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m³)，一般应采用机械清渣。

3、其他参数

(1) 过栅流速一般采用0.6~1.0m/s。

(2) 格栅前渠道内水流速度一般采用0.4~0.9m/s。

(3) 格栅倾角一般采用45°~75°，小角度较省力，但占地面积大。

(4) 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。

(5) 设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。

(6) 大中型格栅间内应安装吊运设备，以进行设备的检修和栅渣的日常清除。

二

格栅的设计计算

1、平面格栅设计计算

(1) 栅槽宽度B

式中，S为栅条宽度，m；n为栅条间隙数，个；b为栅条间隙，m；为最大设计流量，m3/s；a为格栅倾角，（°)；h为栅前水深，m，不能高于来水管（渠）水深；v为过栅流速，m/s。

(2) 过栅水头损失如

式中，h₀为计箅水头损失，m；k为系数，格栅堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；ζ 为阻力系数，与栅条断而形状有关，按表2-1-1阻力系数ζ计箅公式计算；g为重力加速度，m/s²。

(3) 榭后槽总高H

式中，h₂为栅前渠道超高，m，—般采用0.3。

(4) 栅槽总长L

式中，L₁为进水渠道渐宽部分的长度，m；L₂为栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度；H₁为栅前渠道深，m；B₁为进水渠宽，m；α₁为进水渠道渐宽部分的展开角度，（°)，一般可采用20。

(5)每日栅渣量W

式中，W₁为栅渣量，m³/10³m³废水，格栅间隙为16~25mm时，W₁=0.10~0.05；格栅间隙为30~50mm时，W₁ =0.03~0.01；Kz为城市生活污水流量总变化系数。

污泥池计算公式

一

地基承载力验算

1、基底压力计算

(1)水池自重Gc计算

顶板自重G1=180.00 kN

池壁自重G2=446.25kN

底板自重G3=318.75kN

水池结构自重Gc=G1+G2+G3=945.00 kN

(2)池内水重Gw计算

池内水重Gw=721.50 kN

(3)覆土重量计算

池顶覆土重量Gt1= 0 kN

池顶地下水重量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

基底以上的覆盖土总重量Gt = Gt1 + Gt2 = 279.50 kN

基底以上的地下水总重量Gs = Gs1 + Gs2 = 45.50 kN

(4)活荷载作用Gh

顶板活荷载作用力Gh1= 54.00 kN

地面活荷载作用力Gh2= 65.00 kN

活荷载作用力总和Gh=Gh1+Gh2=119.00 kN

(5)基底压力Pk

基底面积: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=5.000×8.500 = 42.50 m²

基底压强: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A

=(945.00+721.50+279.50+45.50+119.00)/42.500= 49.66 kN/m²

2、修正地基承载力

(1)计算基础底面以上土的加权平均重度rm

rm=[1.000×(20.00-10)+2.000×18.00]/3.000= 15.33 kN/m³

(2)计算基础底面以下土的重度r

考虑地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m³

(3)根据基础规范的要求，修正地基承载力:

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、结论

Pk=49.66 <fa=138.33 kPa, 地基承载力满足要求

二

抗浮验算

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, 抗浮满足要求。

三

荷载计算

1、顶板荷载计算:

池顶板自重荷载标准值：P1=25.00×0.200= 5.00 kN/m²

池顶活荷载标准值：Ph= 1.50 kN/m²

池顶均布荷载基本组合：

Qt = 1.20×P1 + 1.27×Ph= 7.91 kN/m²

池顶均布荷载准永久组合：

Qte = P1 + 0.40×Ph= 5.60 kN/m²

2、池壁荷载计算:

池外荷载：主动土压力系数Ka= 0.33

侧向土压力荷载组合(kN/m²)：

池内底部水压力：标准值= 25.00 kN/m², 基本组合设计值=31.75 kN/m²

3、底板荷载计算(池内无水，池外填土)：

水池结构自重标准值Gc=945.00kN

基础底面以上土重标准值Gt=279.50kN

基础底面以上水重标准值Gs=45.50kN

基础底面以上活载标准值Gh=119.00kN

水池底板以上全部竖向压力基本组合：

Qb = (945.00×1.20+279.50×1.27+45.50×1.27+119.00×1.27×0.90)/42.500= 39.59kN/m²

水池底板以上全部竖向压力准永久组合：

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

板底均布净反力基本组合:

Q = 39.59-0.300×25.00×1.20= 30.59 kN/m²

板底均布净反力准永久组合:

Qe = 31.00-0.300×25.00= 23.50 kN/m²

4、底板荷载计算(池内有水，池外无土):

水池底板以上全部竖向压力基本组合：

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

板底均布净反力基本组合：

Q = 49.86-(0.300×25.00×1.20+2.500×10.00×1.27) = 9.11kN/m²

水池底板以上全部竖向压力准永久组合：

Qbe=[4.500×8.000×1.50×0.40+945.00+(3.900×7.400×2.500)×10.00]/42.500 = 39.72kN/m²

板底均布净反力准永久组合：

Qe=39.72-(0.300×25.00+2.500×10.00) = 7.22kN/m²

除磷计算公式

一

除磷药剂投加量的计算

国内较常用的是铁盐或铝盐，它们与磷的化学反应如式(1)､(2)｡

Al³⁺+PO₄^3-→AlPO₄↓(1)

Fe³⁺+PO₄^3-→FePO₄↓(2)

与沉淀反应相竞争的反应是金属离子与OH-的反应，反应式如式(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的磷酸盐，需要1mol的铁离子或铝离子｡

由于在实际工程中，反应并不是100%有效进行的，加之OH^-会参与竞争，与金属离子反应，生成相应的氢氧化物，如式(3) 和式(4)，所以实际化学沉淀药剂一般需要超量投加，以保证达到所需要的出水 P浓度｡

《给水排水设计手册》第5册和德国设计规范中都提到了同步沉淀化学除磷可按1mol磷需投加1.5mol的铝盐 (或铁盐)来考虑｡

为了计算方便，实际计算中将摩尔换算成质量单位｡如：

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

也就是说去除1kg 磷，当采用铁盐时需要投加:1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP；

当采用铝盐时需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP｡

二

需要辅助化学除磷去除的磷量计算

同步沉淀化学除磷系统中，想要计算出除磷药剂的投加量，关键是先求得需要辅助化学除磷去除的磷量｡对于已经运行的污水处理厂及设计中的污水处理厂其算法有所不同｡

1、已经运行的污水处理厂

PPrec=PEST-PER （5）

(5) 式中

PPrec——需要辅助化学除磷去除的磷量，mg/L；
PEST——二沉池出水总磷实测浓度，mg/L；
PER——污水处理厂出水允许总磷浓度，mg/L｡

2、设计中的污水处理厂

根据磷的物料平衡可得:

PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP （6）

(6) 式中

PIAT——生化系统进水中总磷设计浓度，mg/L；
PBM ——通过生物合成去除的磷量，PBM= 0.01CBOD，IAT，mg/L；
CBOD，IAT——生化系统进水中 BOD5 实测浓度， mg/L；
PBioP——通过生物过量吸附去除的磷量，mg/L｡

PBioP值与多种因素有关，德国 ATV-A131标准中推荐PBioP的取值可根据如下几种情况进行估算：

(1)当生化系统中设有前置厌氧池时，
PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT进行估算｡

(2)当水温较低､出水中硝态氮浓度≥15mg/L，即使设有前置厌氧池，生物除磷的效果也将受到一定的影响，
PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 进行估算｡

(3)当生化系统中设有前置反硝化或多级反硝化池，但未设厌氧池时，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡

(4)当水温较低，回流至反硝化区的内回流混合液部分回流至厌氧池时(此时为改善反硝化效果将厌氧池作为缺氧池使用)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT进行估算｡

文章内容来源环保工程师，图片来源：环保学院，转载平台：环保工程师微信，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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