水处理常用计算公式汇总 | 碳源、除磷、反渗透、水泵和隔油池……

碳源计算公式

1、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。

 

 

2、碳源投加量计算

 

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。

 

 

 

除磷计算公式

1、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++PO3-4→AlPO4↓(1)

Fe3++PO3-4→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｡

 

2、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) 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) 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｡ 

 

 

反渗透计算公式

 

 

水泵计算公式

泵的扬程计算是选择泵的重要依据，这是由管网系统的安装和操作条件决定的。计算前应首先绘制流程草图，平、立面布置图，计算出管线的长度、管径及管件型式和数量。

 

一般管网如下图所示，（更多图例可参考化工工艺设计手册）。

 

D——排出几何高度，m；

取值：高于泵入口中心线：为正；低于泵入口中心线：为负；

 

S——吸入几何高度，m；

取值：高于泵入口中心线：为负；低于泵入口中心线：为正；

 

Pd、Ps——容器内操作压力，m液柱（表压）；

取值：以表压正负为准

 

Hf1——直管阻力损失，m液柱；

Hf2——管件阻力损失，m液柱；

Hf3——进出口局部阻力损失，m液柱；

h ——泵的扬程，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

计算式中各参数符号的意义↓

某些工业管材的ε约值见下表↓

 管网局部阻力计算 ↓

常用管件和阀件底局部阻力系数ζ↓

 

 

隔油池计算公式

1、设计基准

 

可能分离的油的最小粒径：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;

池子的尺寸范围：深度0.9～2.4m；宽度1.8～6.1m；深度/宽度0.3～0.5；安全系数k=1.6。

 

2、计算

 

过水断面积A：A=Q/v，m2 （1）

式中：

Q——处理水量，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——油滴粒径，一般取0.015cm

μ——动力粘度系数，(g·s)/cm2，当水温为20℃时μ=0.0102

u——油滴上浮速度，m/min

 

池子宽度B和有效水深h1，按设计基准取下限值，然后校核Bh1≥A，否则重新设定B、h1值。

 

池总长度 L=L1+L2+L3+L4

 

式中 

L1——布水槽宽度，一般取0.5～0.8m;

L2——油水分离区有效长度，m;

L2＝kvt，m (3-5-39)

 

式中 

t——沉淀时间，min

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

其他符号同前

L3——集水槽宽度，一般取0.8m;

L4——吸水井宽度，m。

吸水井有效容积大于排水泵5min排水量。

 

3、浮上油的处置

 

浮油经撇油管收集，自流出水外。在浮油量不 大，来水比较稳定时，可在池外用油桶接受，否则 需设贮油坑，坑顶面高度与隔油池顶相平。对温度 低时粘度较大的浮油，贮油坑里可设蒸汽加热。

 

1—料斗；2—定量给料器；3—溶解溶液桶；

 4—搅拌机；5—计量泵；6—Y型过滤器。