水處理常用計算公式匯總 | 碳源、除磷、反滲透、水泵和隔油池……

碳源計算公式

1、碳源選擇

 

通常反硝化可利用的碳源分為快速碳源(如甲醇、乙酸、乙酸鈉等)、慢速碳源(如淀粉、蛋白質、葡萄糖等)和細胞物質。不同的外加碳源對系統的反硝化影響不同，即使外加碳投加量相同，反硝化效果也不同。

 

與慢速碳源和細胞物質相比，甲醇、乙醇、乙酸、乙酸鈉等快速碳源的反硝化速率最快，因此應用較多。表1 對比了四種快速碳源的性能。

 

 

2、碳源投加量計算

 

1）氮平衡

 

進水總氮和出水總氮均包括各種形態的氮。進水總氮主要是氨氮和有機氮，出水總氮主要是硝態氮和有機氮。

 

進水總氮進入到生物反應池，一部分通過反硝化作用排入大氣，一部分通過同化作用進入活性污泥中，剩余的出水總氮需滿足相關水質排放要求。

 

2）碳源投加量計算

 

同化作用進入污泥中的氮按BOD5 去除量的5%計，即0.05(Si-Se)，其中Si、Se 分別為進水和出水的BOD5 濃度。

 

反硝化作用去除的氮與反硝化工藝缺氧池容大小和進水BOD5 濃度有關。

 

反硝化設計參數的概念，是將其定義為反硝化的硝態氮濃度與進水BOD5 濃度之比， 表示為Kde(kgNO3--N/kgBOD5)。

 

由此可算出反硝化去除的硝態氮

[NO3--N]=KdeSi。

 

從理論上講，反硝化1kg 硝態氮消耗2.86kgBOD5，即：

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

=0.35(kg NO3--N/kgBOD5)

 

污水處理廠需消耗外加碳源對應氮量的計算公式為：

N=Ne 計 - NsNe 計=Ni - KdeSi - 0.05(Si-Se)

 

式中：

N—需消耗外加碳源對應氮量，mg/L；

Ne 計—根據設計的污水水質和設計的工藝參數計算出能達到的出水總氮，mg/L；

Ns— 二沉池出水總氮排放標準， mg/L； 

Kde—0.35，kg

NO3--N/kgBOD5；

Si—進水BOD5 濃度，mg/L；

Se—出水BOD5 濃度，mg/L；

Ne 計需通過建立氮平衡方程計算，生化反應系統的氮平衡見圖1。

 

 

通過計算出的氮量，折算成需消耗的碳量。

 

 

 

除磷計算公式

1、除磷藥劑投加量的計算

國內較常用的是鐵鹽或鋁鹽，它們與磷的化學反應如式(1)?(2)?

Al3++PO3-4→AlPO4↓(1)

Fe3++PO3-4→FePO4↓(2)

與沉淀反應相競爭的反應是金屬離子與OH-的反應，反應式如式(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的磷酸鹽，需要1mol的鐵離子或鋁離子?

由于在實際工程中，反應并不是100%有效進行的，加之OH^-會參與競爭，與金屬離子反應，生成相應的氫氧化物，如式(3) 和式(4)，所以實際化學沉淀藥劑一般需要超量投加，以保證達到所需要的出水 P濃度?

《給水排水設計手冊》第5冊和德國設計規范中都提到了同步沉淀化學除磷可按1mol磷需投加1.5mol的鋁鹽 (或鐵鹽)來考慮?

為了計算方便，實際計算中將摩爾換算成質量單位?如：

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

也就是說去除1kg 磷，當采用鐵鹽時需要投加:1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP；

 

當采用鋁鹽時需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP?

 

2、需要輔助化學除磷去除的磷量計算

同步沉淀化學除磷系統中，想要計算出除磷藥劑的投加量，關鍵是先求得需要輔助化學除磷去除的磷量?對于已經運行的污水處理廠及設計中的污水處理廠其算法有所不同?

1）已經運行的污水處理廠 PPrec=PEST-PER 

(5) 式中 

PPrec——需要輔助化學除磷去除的磷量，mg/L；
PEST——二沉池出水總磷實測濃度，mg/L；
PER——污水處理廠出水允許總磷濃度，mg/L? 

2）設計中的污水處理廠

根據磷的物料平衡可得: PPrec=PIAT-PER-PBM -PBioP 

(6) 式中 

PIAT——生化系統進水中總磷設計濃度，mg/L； 
PBM ——通過生物合成去除的磷量，PBM= 0.01CBOD，IAT，mg/L；
CBOD，IAT——生化系統進水中 BOD5 實測濃度， mg/L； 
PBioP——通過生物過量吸附去除的磷量，mg/L?

PBioP值與多種因素有關，德國 ATV-A131標準中推薦PBioP的取值可根據如下幾種情況進行估算：

(1)當生化系統中設有前置厭氧池時，
PBioP可按(0.01~0.015)CBOD，IAT進行估算? 

(2)當水溫較低?出水中硝態氮濃度≥15mg/L，即使設有前置厭氧池，生物除磷的效果也將受到一定的影響，
PBioP可按 (0.005~0.01)CBOD，IAT 進行估算? 

(3)當生化系統中設有前置反硝化或多級反硝化池，但未設厭氧池時，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進行估算?

(4)當水溫較低，回流至反硝化區的內回流混合液部分回流至厭氧池時(此時為改善反硝化效果將厭氧池作為缺氧池使用)，
PBioP可按≤0.005CBOD，IAT進行估算? 

 

 

反滲透計算公式

 

 

水泵計算公式

泵的揚程計算是選擇泵的重要依據，這是由管網系統的安裝和操作條件決定的。計算前應首先繪制流程草圖，平、立面布置圖，計算出管線的長度、管徑及管件型式和數量。

 

一般管網如下圖所示，（更多圖例可參考化工工藝設計手冊）。

 

D——排出幾何高度，m；

取值：高于泵入口中心線：為正；低于泵入口中心線：為負；

 

S——吸入幾何高度，m；

取值：高于泵入口中心線：為負；低于泵入口中心線：為正；

 

Pd、Ps——容器內操作壓力，m液柱（表壓）；

取值：以表壓正負為準

 

Hf1——直管阻力損失，m液柱；

Hf2——管件阻力損失，m液柱；

Hf3——進出口局部阻力損失，m液柱；

h ——泵的揚程，m液柱

h＝D+S+hf1+hf2+h3+Pd－Ps

 

h= D－S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps

h= D＋S+hf1+hf2+hf3+Pd－Ps

計算式中各參數符號的意義↓

某些工業管材的ε約值見下表↓

 管網局部阻力計算 ↓

常用管件和閥件底局部阻力系數ζ↓

 

 

隔油池計算公式

1、設計基準

 

可能分離的油的最小粒徑：d≥15μm;

油的密度：ρ=0.92～0.95g/cm3;

隔油池水平流速：v≤0.9m/min，且不大于油滴上浮速度的15倍;

池子的尺寸范圍：深度0.9～2.4m；寬度1.8～6.1m；深度/寬度0.3～0.5；安全系數k=1.6。

 

2、計算

 

過水斷面積A：A=Q/v，m2 （1）

式中：

Q——處理水量，m3/min;

v——水平流速，m/min;

v≤15u （2）

式中 

G——重力加速度，980cm/s2

ρ油——油的密度，g/cm3

ρ水——水的密度，g/cm3

d——油滴粒徑，一般取0.015cm

μ——動力粘度系數，(g·s)/cm2，當水溫為20℃時μ=0.0102

u——油滴上浮速度，m/min

 

池子寬度B和有效水深h1，按設計基準取下限值，然后校核Bh1≥A，否則重新設定B、h1值。

 

池總長度 L=L1+L2+L3+L4

 

式中 

L1——布水槽寬度，一般取0.5～0.8m;

L2——油水分離區有效長度，m;

L2＝kvt，m (3-5-39)

 

式中 

t——沉淀時間，min

t=h1/u (3-5-40)

其他符號同前

L3——集水槽寬度，一般取0.8m;

L4——吸水井寬度，m。

吸水井有效容積大于排水泵5min排水量。

 

3、浮上油的處置

 

浮油經撇油管收集，自流出水外。在浮油量不 大，來水比較穩定時，可在池外用油桶接受，否則 需設貯油坑，坑頂面高度與隔油池頂相平。對溫度 低時粘度較大的浮油，貯油坑里可設蒸汽加熱。

 

1—料斗；2—定量給料器；3—溶解溶液桶；

 4—攪拌機；5—計量泵；6—Y型過濾器。