格柵的設計計算
一、格柵設計一般規定
1、柵隙
(1)水泵前格柵柵條間隙應根據水泵要求確定。
(2) 廢水處理系統前格柵柵條間隙，應符合下列要求：最大間隙40mm，其中人工清除25~40mm，機械清除16~25mm。廢水處理廠亦可設置粗、細兩道格柵，粗格柵柵條間隙50~100mm。
(3) 大型廢水處理廠可設置粗、中、細三道格柵。
(4) 如泵前格柵間隙不大於25mm，廢水處理系統前可不再設置格柵。
2、柵渣
(1) 柵渣量與多種因素有關，在無當地運行資料時，可以採用以下資料。
格柵間隙16~25mm；0.10~0.05m3/103m3 (柵渣/廢水）。
格柵間隙30~50mm；0.03~0.01m3/103m3 (柵渣/廢水）。
(2) 柵渣的含水率一般為80%，容重約為960kg/m3。
(3) 在大型廢水處理廠或泵站前的大型格柵（每日柵渣量大於0.2m3)，一般應採用機械清渣。
3、其他參數
(1) 過柵流速一般採用0.6~1.0m/s。
(2) 格柵前渠道內水流速度一般採用0.4~0.9m/s。
(3) 格柵傾角一般採用45°~75°，小角度較省力，但佔地面積大。
(4) 機械格柵的動力裝置一般宜設在室內，或採取其他保護設備的措施。
(5) 設置格柵裝置的構築物，必須考慮設有良好的通風設施。
(6) 大中型格柵間內應安裝吊運設備，以進行設備的檢修和柵渣的日常清除。
二、格柵的設計計算
1、平面格柵設計計算
(1) 柵槽寬度B
式中，S為柵條寬度，m；n為柵條間隙數，個；b為柵條間隙，m；為最大設計流量，m3/s；a為格柵傾角，（°); h為柵前水深，m，不能高於來水管（渠）水深；v為過柵流速，m/s。
(2) 過柵水頭損失如
式中，h0為計箅水頭損失，m；k為係數，格柵堵塞時水頭損失增大倍數，一般採用3；ζ 為阻力係數，與柵條斷而形狀有關，按表2-1-1阻力係數ζ計箅公式計算；g為重力加速度，m/s2。
(3) 榭後槽總高H
式中，h2為柵前渠道超高，m，—般採用0.3。
(4) 柵槽總長L
式中，L1為進水渠道漸寬部分的長度，m；L2為柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度；H1為柵前渠道深，m；B1為進水渠寬，m；α1為進水渠道漸寬部分的展開角度，（°)，一般可採用20。
(5)每日柵渣量W
式中，W1為柵渣量，m3/103m3廢水，格柵間隙為16~25mm時，W1=0.10~0.05；格柵間隙為30~50mm時，W1 =0.03~0.01；Kz為城市生活汙水流量總變化係數。
汙泥池計算公式
一、地基承載力驗算
1、基底壓力計算
(1)水池自重Gc計算
頂板自重G1=180.00 kN
池壁自重G2=446.25kN
底板自重G3=318.75kN
水池結構自重Gc=G1+G2+G3=945.00 kN
(2)池內水重Gw計算
池內水重Gw=721.50 kN
(3)覆土重量計算
池頂覆土重量Gt1= 0 kN
池頂地下水重量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
基底以上的覆蓋土總重量Gt = Gt1 + Gt2 = 279.50 kN
基底以上的地下水總重量Gs = Gs1 + Gs2 = 45.50 kN
(4)活荷載作用Gh
頂板活荷載作用力Gh1= 54.00 kN
地面活荷載作用力Gh2= 65.00 kN
活荷載作用力總和Gh=Gh1+Gh2=119.00 kN
(5)基底壓力Pk
基底面積: A=(L+2×t2)×(B+2×t2)=5.000×8.500 = 42.50 m2
基底壓強: Pk=(Gc+Gw+Gt+Gs+Gh)/A
=(945.00+721.50+279.50+45.50+119.00)/42.500= 49.66 kN/m2
2、修正地基承載力
(1)計算基礎底面以上土的加權平均重度rm
rm=[1.000×(20.00-10)+2.000×18.00]/3.000
= 15.33 kN/m3
(2)計算基礎底面以下土的重度r
考慮地下水作用，取浮重度，r=20.00-10=10.00kN/m3
(3)根據基礎規範的要求，修正地基承載力:
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、結論
Pk=49.66 <fa=138.33 kPa, 地基承載力滿足要求。
二、抗浮驗算
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, 抗浮滿足要求。
三、荷載計算
1、頂板荷載計算:
池頂板自重荷載標準值：P1=25.00×0.200= 5.00 kN/m2
池頂活荷載標準值：Ph= 1.50 kN/m2
池頂均布荷載基本組合：
Qt = 1.20×P1 + 1.27×Ph= 7.91 kN/m2
池頂均布荷載準永久組合：
Qte = P1 + 0.40×Ph= 5.60 kN/m2
2、池壁荷載計算:
池外荷載：主動土壓力係數Ka= 0.33
側向土壓力荷載組合(kN/m2)：
池內底部水壓力： 標準值= 25.00 kN/m2, 基本組合設計值=31.75 kN/m2
3、底板荷載計算(池內無水，池外填土)：
水池結構自重標準值Gc=945.00kN
基礎底面以上土重標準值Gt=279.50kN
基礎底面以上水重標準值Gs=45.50kN
基礎底面以上活載標準值Gh=119.00kN
水池底板以上全部豎向壓力基本組合：
Qb = (945.00×1.20+279.50×1.27+45.50×1.27+119.00×1.27×0.90)/42.500
= 39.59kN/m2
水池底板以上全部豎向壓力準永久組合：
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
板底均布淨反力基本組合:
Q = 39.59-0.300×25.00×1.20= 30.59 kN/m2
板底均布淨反力準永久組合:
Qe = 31.00-0.300×25.00
= 23.50 kN/m2
4、底板荷載計算(池內有水，池外無土):
水池底板以上全部豎向壓力基本組合：
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
板底均布淨反力基本組合：
Q = 49.86-(0.300×25.00×1.20+2.500×10.00×1.27) = 9.11kN/m2
水池底板以上全部豎向壓力準永久組合：
Qbe=[4.500×8.000×1.50×0.40+945.00+(3.900×7.400×2.500)×10.00]/42.500
= 39.72kN/m2
板底均布淨反力準永久組合：
Qe=39.72-(0.300×25.00+2.500×10.00)
= 7.22kN/m2
四、內力、配筋及裂縫計算
1、彎矩正負號規則
頂板：下側受拉為正,上側受拉為負
池壁：內側受拉為正,外側受拉為負
底板：上側受拉為正,下側受拉為負
2、荷載組合方式
1.池外土壓力作用(池內無水，池外填土)
2.池內水壓力作用(池內有水，池外無土)
3.池壁溫溼度作用(池內外溫差=池內溫度-池外溫度)
頂板內力：
計算跨度: Lx= 4.100 m, Ly= 7.600 m , 四邊簡支
按雙向板計算：
B側池壁內力：
計算跨度：Lx= 7.700 m, Ly= 2.500 m , 三邊固定,頂邊簡支
池壁類型：淺池壁,按豎向單向板計算
池外土壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m)：
基本組合：-8.13， 準永久組合：-5.61
池內水壓力作用角隅處彎矩(kN.m/m)：
基本組合：6.95，準永久組合：5.47
基本組合作用彎矩表(kN·m/m)
底板內力：
計算跨度:Lx= 4.200m, Ly= 7.700m , 四邊簡支+池壁傳遞彎矩按雙向板計算。
1、池外填土，池內無水時，荷載組合作用彎矩表(kN·m/m)
基本組合作用彎矩表：
配筋及裂縫：
配筋計算方法：按單筋受彎構件計算板受拉鋼筋。
裂縫計算根據《水池結構規程》附錄A公式計算。
按基本組合彎矩計算配筋,按準永久組合彎矩計算裂縫，結果如下：
頂板配筋及裂縫表(彎矩:kN.m/m, 面積:mm2/m, 裂縫:mm)
風機常需用的計算公式
(簡化，近似，一般情況下用)
1、軸功率：
註：0.8是風機效率,是一個變數,0.98是一個機械效率也是一個變數(A型為1,D、F型為0.98,C、B型為0.95)
2、風機全壓：(未在標準情況下修正)
式中：P1=工況全壓(Pa)、P2=設計標準壓力(或表中全壓Pa)、B=當地大氣壓(mmHg)、T2=工況介質溫度℃、T1= 表中或未修正的設計溫度℃、760mmHg=在海拔0m,空氣在20℃情況下的大氣壓。
海撥高度換算當地大氣壓：
(760mmHg)－(海撥高度÷12.75)=當地大氣壓 (mmHg)
註：海拔高度在300m以下的可不修正。
1mmH2O=9.8073Pa
1mmHg=13.5951mmH2O
760mmHg=10332.3117 mmH2O
風機流量0～1000m海撥高度時可不修正；
1000～1500M海撥高度時加2%的流量；
1500～2500M海撥高度時加3%的流量；
2500M以上海撥高度時加5%的流量。
比轉速：ns
MBR計算公式
AAO進出水系統設計計算
一、曝氣池的進水設計
初沉池的來水通過DN1000mm 的管道送入厭氧—缺氧—好氧曝氣池首端的進水渠道，管道內的水流速度為0.84m/s。在進水渠道中汙水從曝氣池進水口流入厭氧段，進水渠道寬1.0m，渠道內水深為1.0m，則渠道內最大水流速度
式中：v1——渠內最大水流速度(m/s )；
b1——進水渠道寬度(m)；
h1——進水渠道有效水深(m)。
設計中取b1=1.0m，h1=1.0m
V1=0.66/(2×1.0×1.0)=0.33m/s
反應池採用潛孔進水，孔口面積
F=Qs/Nv2
式中：F——每座反應池所需孔口面積(m2)；
v2——孔口流速(m/ s )，一般採用0.2～1.5 m/ s 。
設計中取v2=0.4 m/s
F=0.66/2×0.4=0.66m2
設每個孔口尺寸為0.5m×0.5m，則孔口數
N=F/f
式中：n——每座曝氣池所需孔口數(個)；
f——每個孔口的面積( m2 )。
n=0.66/0.5×0.5=2.64
取n=3
孔口布置圖如下圖圖所示：
二、曝氣池出水設計
厭氧—缺氧—好氧池的出水採用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水頭
式中：H——堰上水頭(m)；
Q——每座反應池出水量(m3/s)，指汙水最大流量( 0.579m/s)；與回流汙泥量、回流量之和(0.717×160% m3/s)；
m——流量係數，一般採用0.4～0.5；
b——堰寬(m)；與反應池寬度相等。
設計中取m=0.4，b=5.0m
設計中取為0.19m。
厭氧—缺氧—好氧池的最大出水流量為(0.66+0.66/1.368×160%)=1.43m3/s，出水管管徑採用DN1500mm，送往二沉池，管道內的流速為0.81m/s。
芬頓計算公式
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(如澱粉、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汙泥中，剩餘的出水總氮需滿足相關水質排放要求。
2）碳源投加量計算
同化作用進入汙泥中的氮按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)
汙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—根據設計的汙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)
與沉澱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
由於在實際工程中，反應並不是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)，所以實際化學沉澱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冊和德國設計規範中都提到了同步沉澱化學除磷可按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，當採用鐵鹽時需要投加:1.5×(56/31)=2.7 kgFe/kgP；
當採用鋁鹽時需投加:1.5×(27/31)= 1.3kgAl/kgP
2、需要輔助化學除磷去除的磷量計算
同步沉澱化學除磷系統中，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於已經運行的汙水處理廠及設計中的汙水處理廠其算法有所不同
1）已經運行的汙水處理廠 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——汙水處理廠出水允許總磷濃度，mg/L
2）設計中的汙水處理廠
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。計算前應首先繪製流程草圖，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：高於泵入口中心線：為正；低於泵入口中心線：為負；
S——吸入幾何高度，m；
取值：高於泵入口中心線：為負；低於泵入口中心線：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係數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，且不大於油滴上浮速度的15倍;
池子的尺寸範圍：深度0.9～2.4m；寬度1.8～6.1m；深度/寬度0.3～0.5；安全係數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——動力粘度係數，(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，然後校核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——沉澱時間，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。
吸水井有效容積大於排水泵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，貯油坑裡可設蒸汽加熱。
1—料鬥；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。