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斜管沉淀池计算例题


3.3 沉淀
3.3.1 介绍 给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下,悬浮固体从水中分离的过程,原 水经过投药,混合与反应过程,水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体,要在沉 淀池中分离出来,以完成澄清的作用,混凝沉淀后出水浊度一般在10 度以下。 (1)沉淀池类型的选择 本设计采用斜管沉淀池,斜管沉淀池是根据浅池理论发展而来的,是一种 在沉淀池内装置许多直径较小的平行的倾斜

管的沉淀池。斜管沉淀池的特点:沉 淀效率高,池子容积小和占地面积小;斜管沉淀池沉淀时间短,故在运行中遇到 水质、水量的变化时,应注意加强管理, 以保证达到要求的水质。从改善沉淀 池水力条件的角度分析,由于斜管的放入,沉淀池水力半径大大减小,从而使雷 诺数大为降低,而弗劳德数则大大提高,因此,斜管沉淀池也满足水流的稳定性 和层流的要求。从而提高沉淀效果。 (2)斜管沉淀池的设计计算 本设计采用两组沉淀池,水流用上向流。异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度 长期低于1000 度的原水。斜管沉淀区液面负荷,应按相似条件下的运行经验确 定,一般可采用9.0~11.0 m 3 /(m 2 ? h) 。 斜管设计一般可采用下列数据:管径为25~35 毫米;斜长为1.0 米;倾角 为60°。斜管沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于1.0 米;底部配水区高度不 宜小于1.5 米。 设计计算 3.3.2 设计计算 (1)设计参数 处理水量 Q=0.425 m3/s,斜管沉淀池与反应池合建,池有效宽度 B=8.8m, 混凝处理后颗粒沉降速度 u 0 =0.4mm/s,清水区上升速度 v1=3.0mm/s,采用塑 料片热压六边形蜂窝管,管厚 0.4mm,边距 d=30mm,水平倾角 60 度。采用后 倾式,以利于均匀配水。斜管长 1m,管径一般为 25~35mm(即管的内切圆直 径) ,取为 30mm。 (2)清水面积

A=Q/v 1 =0.425/0.003=142m 2 其中斜管结构占用面积按照 5%计算,人孔所占面积为 1 m 2 ,则:实际清 水区所需面积为:A 1 =142×1.05+1=149.75m 2 , 进水方式:进水区沿 8.8m 长的一边布置。 为了配水均匀设计尺寸:B×L=8.8m×14.3m=125.84m2 (3)斜管长度L 斜管内水流速度 v 2 =v/sin60°=3.0/0.866=3.5mm/s, L=(1.33×v 2 -0.35×sin60°)d/(u 0 ×cos60°) =(1.33×3.5-0.35×0.866)×30/(0.35×0.5) =746mm 考虑到管端紊流,积泥等因素,过渡区采用200mm,斜管总长为以上两者 之和,取946mm,按照1000mm计。 (4)沉淀池高度 清水区高 1.2m,布水区高 1.5m,斜管高 1000×sin60°=0.87m,穿孔排泥 斗槽高 0.8m,超高 0.3m,池子总高 H =0.3+1.2+1.5+0.87+0.8=4.7m。 斜管安装长度 L2 =L×cos60°=1×0.5=0.5m (5)沉淀池进口穿孔花墙 穿孔墙上的孔洞流速 v 3 采用 v 3 =0.15 m/s,洞口的总面积: A 2 =Q/ v 3 =0.425/0.15=2.8 m 2 , 每个洞口尺寸定为 15cm×8cm, 则洞口数为:2.8/(0.15×0.08)=240 孔。 穿孔墙布于布水区 1.5m 的范围内,孔共分为 4 层,每层 60 个。 (6)集水系统 采用两侧淹没孔口集水槽集水。中间设 1 条集水渠,沿池长方向两边各布 置 10 条穿孔集水槽,为施工方便槽底平坡, 集水槽中心距:L’=L/n=14.3/10=1.43m, 每条集水槽长(8.8-0.6)/2=4.1m, 每槽集水量 q=0.425/(10×2)=0.02125 m 3 /s, 考虑池子的超载系数为 20%,故槽中流量 q 0 =1.2q=1.2×0.02125=0.0255 m 3 /s 集水槽双侧开孔,孔径 d=25mm,

又 q=uf 2 gh ,则: 孔数 n=Q/q= Q uf 2gh =

0.02125 0.62 ×

π
4

=45.55,

× 0.025 × 2 × 9.8 × 0.12
2

取 n=46 个, 每边 23 个孔眼。 孔距:
4 .1 =0.18m,孔眼从中心向两边排列。 23

集水槽宽 b=0.9Q 0.4 =0.9×(0.0255) 0.4 =0.207m,为便于施工取为 0.2m 起点槽中水深 H 1 =0.75b=0.75×0.2=0.15m 终点槽中水深 H 2 =1.25b=1.25×0.2=0.25m 淹没深度取 12cm,跌落高度取 5cm,超高 0.15m 槽的高度 H 3 =H 2 +0.12+0.05+0.15=0.57m (7)集水渠 集水渠:集水渠的流量为 0.425m 3 /s, 假定集水渠起端的水流截面为正方形,则渠宽度为:
b=0.9×(0.425) 0.4 =0.64m。

起端水深 0.66m, 考虑到集水槽的水流进入集水渠时应自由跌水, 跌落高度 取 0.08m,即集水槽底应高于集水渠起端水面 0.08m,同时考虑到集水槽顶与集 水渠相平,则集水渠的总高度为:
H 1 =0.66+0.08+0.54=1.28m

出水管流速 v 4 =1.2m/s,则直径为:D=(0.425×4/1.2π) 0.5 =672mm, 取 D=700mm。 (8)沉淀池的排泥 采用穿孔排泥管,穿孔排泥管横向布置,沿与水流垂直方向共设 10 根,单 侧排泥至集泥渠,集泥渠尺寸 L×B×H=25.7m ×1.0m×2.5m, 孔眼采用等距布置,穿孔管长 11m,首末端集泥比为 0.5,查得 K w =0.72, 取孔径 d=25mm,

孔口面积 f=4.9×10-4,取孔距 s=0.4m,孔眼数目: m=L/s-1=11/0.4-1=27 个。 孔眼总面积:∑w 0 =27×4.9×10-4=0.01323m 2 , 穿孔管断面面积为:w=∑w 0 / k w =0.01323/0.72=0.0184 m 2 , 穿孔管直径为:D 0 =(4×0.0184/π)
0.5

=0.153m。

取直径为 200mm,孔眼向下与中垂线成 45 度角,并排排列,采用启动快开 式排泥阀。 (9)复算管内雷诺数及沉淀时间 Re=R v 2 /μ 式中: R——水力半径,R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm v 2 ——管内流速 v 2 =v/sin60°=3.0/0.866=3.5mm/s, μ——运动粘度0.01cm2/s(t=20℃) Re=(0.75×0.35)/0.01=26.25<100 所以水流在沉淀池内是层流状态 沉淀时间:T=L`/ v 2 =1000/3.5=285s=4.75min 符合沉淀时间一般为2-5min 之间的要求。

平流沉淀池的设计: 平流沉淀池的设计: 1.计算水量 Q=300000m3/d=12500m3/h=3.472 m3/s,沉淀时间 t=2h,面积负荷 u0 ‘ =40m3/(m2.d) ,沉淀池个数 n=6 个。 2.设计计算 (1)池容积 W W=Qt=12500 × 2=25000m3 (2)单池容积 W W 25000 3 W 1= = = 4166.7 m n 6 (3)单池池面积 F F=
Q 50000 2 = = 1250 m ' 40 u0

(4)池深 H
H= W1 4166.7 = = 3.33 m F 1250

(5)池长 L 水平流速取 v=10mm/s,则池长 L=3.6vt=3.6 × 10 × 2=72m (6)池宽 B F 1250 B1= = = 17.4 m L 72 采用 17.8m。沉淀池的池壁厚采用 300mm,则沉淀池宽度为 18.4m,与絮凝池吻 合。 (7)校核长宽比 L 72 = = 4.045 > 4 B 17.8 (8)校核长深比 L 72 = = 21.6 > 10 H 3.33 (9)进水穿孔花墙设计 ①沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水, 墙长 17.8m, 超高取 0.3m, 积泥高度取 0.1m, 则墙高 3.73m. ②穿孔花墙孔洞总面积 A 孔洞处流速采用 v0=0.24m/s,则 A=
Q 2083.3 2 = = 2.41 m 3600v0 3600 × 0.24

③孔洞个数 N 孔洞采用矩形,尺寸为 15cm × 18cm,则 A 2.41 N= = = 89.3 ≈ 90 个。 0.15 × 0.18 0.15 × 0.18 则孔洞实际流速为: Q 2083.3 ' v0 = = = 0.238 m/s N × 0.15 × 0.18 3600 × 90 × 0.15 × 0.18 ④孔洞布置 1.孔孔布置成 6 排,每排孔洞数为 90 ÷ 6=15 个 2.水平方向孔洞间净距取 1m,即 4 块砖的长度,则所占的宽度为: 0.18 × 15+1 × 15=17.7m,剩余宽度 17.8-17.6=0.2m,均分在各灰缝中。 3.垂直方向孔洞净距取 0.378m, 6 块砖厚。 即 最上一排孔洞的淹没水深为 162mm, 则孔洞的分布高度为: H=6 × 0.15+6 × 0.378+162=3.33mm (10)出水渠 ①采用矩形薄壁堰出水 ②堰上溢流负荷 q0=300 m 3 /d.m 则溢流长度 l=
1.2Q 1.2 × 50000 = =150m q0 400

出水支渠采用 20 条,则 Q1=

1.2Q 1.2 × 0.579 = 0.035 m/s = n 20

则渠宽为 B1=0.9 Q10.4 =0.235m 每条出水渠长度 l0= 每条出水渠宽度 B0= l ? B 150 ? 17.8 = = 3 .3 m 2× n 2 × 20
B ? n + 1 B1 17.8 ? 21 × 0.235 ( ) = = 0.64 m n 20

出水总渠宽为 B2 =0.9 Q 0.4 =1.48m 出水渠起端水深为:

h = 1.733 (

Q 2 1 2083.3 2 1 ) = 1.733 ( ) = 0.2 m 2 3600n gb 3600 × 20 9.8 × 0.235 × 0.235

保护高取 0.3m,渠道高度为 0.5m。 (11)排泥设施 采用机械排泥。排泥设施采用 SXH 型多口虹吸式吸泥机。排泥水位差 3.3m.轨距 l=18400mm. 管间距采用 1.5m,虹吸管管径取 d=75mm。扁口吸泥口采用 200 × 20。 17.8 则吸泥管根数 n= = 11.9 ,取 12 根,每边各分布 6 根。 1.5 吸泥口之间采用八字形刮泥板。 积泥高度为 0.1m, 池底坡度为 1.5‰, 坡向末端集泥坑, 坑的尺寸采用 50 cm × 50 cm × 50cm。 排泥管直径为:

d=

0 0.7 BLH 0 .5 = 3 × 3600

0.7 × 17.8 × 72 × 3.4 0.5 = 0.391 m,采用 DN400mm。 3 × 3600

H0—池内平均水深,为 3.3+0.1=3.4m t—放空时间,取 3h。 (12)水力条件复核 ①水力半径 R R=

ω BH 10.2 × 3 = = = 1.89m =189cm ρ 2 H + B 6 + 10.2

②弗洛德常数 Fr

Fr =

v2 0.6 2 = = 1.9 × 10 ?5 Rg 189 × 980

在规定范围内.


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