《水及废水处理工艺设计》

1 水及废水处理工艺设计水及废水处理工艺设计 学号学号 XXXXXXX 姓名姓名 AAAA 班级班级 QQQQQ 构筑物名称 折板絮凝池构筑物名称 折板絮凝池 济南大学土木建筑学院济南大学土木建筑学院 2011 年年 9 月月 28 2 日日 目目 录录 第第 1 章章 折板絮凝池简介折板絮凝池简介 1 1 折板絮凝池的定义及分类 3 1 2 折板絮凝池的发展史 3 1 3 折板絮凝池的优缺点 3 1 4 折板絮凝池的机理 3 第第 2 2 章章 折板絮凝池的构造折板絮凝池的构造 2 1基本构造 3 2 2工作原理 4 2 3工艺特点 4 第第 3 章章 折板絮凝池设计参数及规定折板絮凝池设计参数及规定 3 1折板设计参数 4 3 2阻力系数 的选取 4 3 3单池设计流量与折板间距 5 3 4絮凝时间 5 3 5 折板絮凝的组合方式 5 3 6GT 值和流速的选取 5 第第 4 章章 折板絮凝池设计实例折板絮凝池设计实例 4 1 设计计算 5 4 2 絮凝池 7 4 3 折板絮凝池 12 第 5 章 总结总结 13 参考文献参考文献 14 3 第第 1 章章 折板絮凝池简介折板絮凝池简介 1 1 折板絮凝池的定义及分类折板絮凝池的定义及分类 折板絮凝池 folded plate flocculating tank 指的是水流以一定流速在折板之 间通过而完成絮凝过程的构筑物 按照水流方向可将折板絮凝池分为竖流式和 平流式 根据折板布置方式不同又分为同波折板和异波折板两种形式 按水流 通过折板间隙数 又分为单通道和多通道 1 2 折板絮凝池的发展史折板絮凝池的发展史 折板絮凝池是近 20 年来在隔板絮凝池基础上发展起来的 20 世纪 70 年代初 期 国内外高效絮凝池技术及装置的试验研究发展较快 到 70 年代中期 华东 地区开始大量推广人字折板竖流絮凝装置 目前 折板絮凝池工艺已经成为国 内给水厂常用的絮凝工艺形式 1 3 折板絮凝池的优缺点折板絮凝池的优缺点 其优点是水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间连续不断地缩放流 动 形成众多小漩涡 从而提高原水中颗粒的絮凝效果 1 4 折板絮凝池的机理折板絮凝池的机理 折板絮凝池的构造是在池内放置一定数量的平行折板或波纹板 主要运用折 板的缩放或转弯造成的边界层分离而产生的附避紊流能方式 在絮凝池内沿程 保持横向均匀 纵向分散的输入微量而足够的能量 有效地提高输入能量利用 率和混凝设备容积利用率 增加液流相对运动 以缩短絮凝时间 提高絮凝体 沉降性能 絮凝的数学描述一般分为两个独立的过程 迁移和粘附 迁移过程产生颗粒的 碰撞 迁移是由于水中颗粒速度差异引起的 在折板絮凝池中 速度差异认为 是一下三种因素造成的 颗粒的布朗运动 紊流漩涡 颗粒间沉降速度差异 粘附作用取决于和颗粒物体本身表面性质有关的瞬时作用力 可以用以下数学 形式描述 i 和 j 为颗粒的有效碰撞速率 N N i j CiCj 1 第第2 2章章 折板絮凝池的构造折板絮凝池的构造 2 12 1 基本构造基本构造 折板絮凝池由异波折板 同波折板 平板 池体等组成 详见下图 4 2 22 2 工作原理工作原理 折板絮凝池通常采用竖流式 折板的形式一般有平板 折板和波纹板 折 板按照波峰和波谷的相对安装和平行安装又可以分成 异波折板 和 同波折 板 按水流在折板间上下流动的间隙数可分为 单通道 和 多通道 折板 絮凝池主要运用折板的缩放或转弯造成的边界层分离而产生的附壁紊流耗能方 式 在絮凝池内沿程保持横向均匀 纵向分散地输入微量而足够的能量 有效 地提高输入能量利用率和混凝设备容积利用率 增加液流相对运动 以缩短絮 凝时间 提高絮凝体沉降性能 2 32 3工艺特点工艺特点 1 絮凝时间短 容积较小 占地面积小 2 絮凝效果好 3 构造复杂 造价较高 第第3章章 折板絮凝池设计参数及规定折板絮凝池设计参数及规定 3 1 折板设计参数折板设计参数 折板的夹角有90 和120 两种 折板夹角过大会减少波折数 影响紊流强 度 夹角过小则不易滑泥 实践证明 折板夹角为120 运行效果较好 在有效水深一定的情况下 折板的波折数取决于折板夹角和折板宽度 并 影响液流的紊流强度 折板宽度小则波折数多 液流紊流强度大 折板块数也 增多 折板宽度应随着絮凝体成长情况而沿程递减 宜采用30 40 50 cm 三 种宽度 折板长度与流程布置有关 但过大会增加结构厚度 3 2 阻力系数阻力系数 的选取的选取 目前国内已投产的竖流折板絮凝池存在的一个突出问题是水头损失的设计 计算值与实测值相差较大 实测值 设计计算值 以致絮凝池设计水位与实际不 5 符 弦高过大 上端转折处流速改变 甚至影响絮凝效果 究其原因是阻力系 数 值选值不当 部分国内水厂水头损失实测情况见表3 实践证明 折板絮凝工艺阻力系数 值宜取 同步折板0 3 异步折板渐缩 0 05 渐放0 2 上转弯 1 8 下转弯3 3 3 单池设计流量与折板间距单池设计流量与折板间距 由于折板絮凝工艺属边壁附壁紊流耗能方式 折板壁板的边界效应对絮凝 效果影响很大 当折板间距增大至一定距离时 笔者认为此距离约为0 8 m 壁 板边界效应将大为减弱甚至到可忽略程度 影响了絮凝效果 故折板间距不宜 过大 因而折板絮凝池单池设计流量也不可过大 反之 间距过小会造成清洗 絮凝池不便 故大型絮凝池的设计应合理确定单池流量和布置流程 上元门水 厂2 沉淀池采取大型水厂小型化措施 将池内流量在絮凝池前两段分为3个单元 后4段分为6个单元 增强了水流中附壁絮流作用 为提高折板絮凝池对运行流 量变化的适应性 3个单元各设一根 DN 500 mm 进水管和闸阀以便调节水量 3 4 絮凝时间絮凝时间 絮凝时间是絮凝池最重要的设计参数之一 最早建成的六合县水厂折板絮 凝池絮凝时间为6min 镇江市金山水厂和湖北汉阳县水厂折板絮凝池絮凝时间 分别为10min 和7 7min 上元门水厂2 絮凝池絮凝时间10 6min 现行设计规范 和设计手册规定为6 15min 为确保工艺效果 提高折板絮凝池的适应能力并 留有余地 折板絮凝工艺絮凝时间不宜少于10min 有些地方折板絮凝池因絮凝 时间过短 出现絮凝效果欠佳或适应性差 药耗过大现象 3 5 折板絮凝的组合方式折板絮凝的组合方式 折板絮凝的组合方式分为同步折板和异步折板两类 异步折板水流速度和 方向转变频繁 射流作用和液流左右振荡强烈 颗粒碰撞剧烈 同步折板水流 运动状况变化程度较异步折板弱 为使输入能量与絮凝体成长过程相适应 折 板絮凝的组合方式为 絮凝区前段采用异步折板 中段采用同步折板 后段为 平板 上元门水厂2 絮凝池前两段为异步折板 后4段中的12个流道为同步折板 最后1个流道为平板 3 6 GT 值和流速的选取值和流速的选取 竖流折板絮凝工艺各段流速和时间的选取是决定絮凝效果的关键 G 值和 流速的递减必须与折板絮凝工艺流程中絮凝体由小到大的形成过程相适应 以 提高絮凝效果 G 值的递减不宜少于5段 每段流道数为3 4道 以防流速突变 打碎已形成的絮凝体 异步折板段设计时 应注意后段波峰流速要小于前段波 谷流速 起始流速宜为0 4 m s 左右 以增加颗粒碰撞几率 降低药耗 末端流 速宜 0 07m s 以保护已形成的大粒度絮凝体 同时降低 Re 数 便于絮凝区的 紊流状态向沉淀区的层流状态过渡 保证沉淀效果 六合 汉阳县水厂及现行 设计规范各段流速与时间取值见表1 上元门水厂2 絮凝池设计参数见表2 实 践表明 上元门水厂折板絮凝池 GT 值基本合理 已为南京地区许多改 扩建 工程采用 并列入南京市自来水公司技术标准 第第4章章 折板絮凝池设计实例折板絮凝池设计实例 6 本设计采用折板絮凝池 折板絮凝池是在絮凝池内 放置一定数量 的折板 水流沿折板上 下流动 经过无数次折转 促进颗粒絮凝 这种 絮凝池因对水质水量适应性强 停留时间短 絮凝效果好 又能节约絮凝 药剂 因此选用次絮凝池 4 14 1 设计计算 设计计算 4 1 14 1 1 单组絮凝池有效容积单组絮凝池有效容积 Q 30000 24 1250m3 h V QT 1250 12 4 60 62 5m3 4 1 2絮凝池长度 取 H 3 25m B 6 0m L V H B 62 5 3 04 6 3 25m 絮凝池长度方向用隔墙分成三段 首段和中段均为1 0米 末段格宽为2 0米 隔墙厚为0 15米 则絮凝池总长度为 L 3 25 5 0 15 4 0m 4 1 24 1 2 各段分隔数各段分隔数 与沉淀池组合的絮凝池池宽为24 0米 用三道隔墙分成四组 每组池宽为 B 24 3 0 15 4 5 8875m 首段分成10格 则每格长度 L1 2 5 8875 4 0 15 10 1 06m 首段每格面积为 f1 1 0 1 06 1 06m2 通过首段单格的平均流速为 v1 1250 3600 4 1 06 0 082m s 中段分为8格 末段分为7格 则中段和末段的各格格长 面积 平均流 速分别为 L2 1 36m f2 1 36m2 v2 0 064m s L3 0 71m f3 1 42m2 v3 0 061m s 4 1 4水头损失计算 相对折板 取v1 0 14m s v2 0 27m s h1 0 5 v12 v22 2g 0 00136m 渐缩段水头损失 取F1 0 56m2 F2 1 06m2 h2 1 0 1 F1 F2 2 v2 2g 0 00082m h 0 312m 平行折板 取v 0 2 7 h1 0 6 v2 2g 0 6 0 22 2 9 81 0 001223m 同理 h2 0 00378m h3 0 0042m h 24 0 00082 8 0 00378 0 0042 0 083m 平行直板 h 1 3 0 1012 2 9 81 0 00156m h 7 0 00156 0 011m 总水头损失为 H 0 312 0 083 0 011 0 406m 4 4 2 2絮絮凝凝池池 设计两组 每组设一池 每池设计流量 絮凝时间 s0 064mQ 3 12mint 设计平均水深为 4 0mH 1 絮凝池有效容积 V 3 46 1m60120 064QtV 2 絮凝池面积 f 2 11 5m 4 0 46 1 H W f 3 每个池子的净宽 B 絮凝池净长度则池子的净宽度 4 8mL 2 4m L f B 4 絮凝池的布置 絮凝池的絮凝过程为三段 第一段 0 3m sV1 第二段 0 2m sV2 第三段 0 1m sV3 将絮凝池垂直水流方向分为 6 格 每格净宽为 0 8m 每两个为一絮凝段 第一二格采用单通道异波折板 第三 四格采用单通道同波折板 第五 六格 采用直板 5 折板尺寸及布置 如图 3 6 所示 折板采用钢丝水泥板 折板宽度 0 5m 厚度 0 035m 折角 90 折板净 长度 0 8m 8 90 500 700 35 350 图 3 6 折板尺寸示意图 6 絮凝池长度 L 和宽度 B 考虑折板所占宽度为 0 035 0 05m 池壁厚 250mm 池底厚 300mm 絮2 凝池的实际宽度 B 2 4 0 05 3 0 5 3 05m 考虑隔板所占长度为 0 2m 絮凝 池的实际长度 L 4 8 0 2 5 0 5 6 3m 因此 由以上计算尺寸对絮凝池进行平面布置 絮凝池平面图如图 3 7 所 示 池 淀 沉 管 斜 第一絮凝区 穿孔布水墙 第二絮凝区 第三絮凝区 进水管 250800 200 800 200 800 200 800 200 800 250 2550 图 3 7 折板絮凝池平面布置图 7 各折板的间距及实际流速 第一 二格 取 b 0 27m0 27m 0 80 3 0 064 Lv Q b 1 1 1 9 第三 四格 取 b 0 40m0 40m 0 80 2 0 064 Lv Q b 2 2 2 第四 六格 取 b 0 80m0 80m 0 80 1 0 064 Lv Q b 3 3 3 0 1m s0 08 0 80 7 0 27 0 064 Lb Q V 实谷 实谷1 0 3m s 0 80 27 0 064 Lb Q V 峰 实峰 0 2m s 0 80 40 0 064 Lb Q V 2 2 0 1m s 0 80 80 0 064 Lb Q V 3 3 2550300 4000 300 300 4000 3002550 300 3002550 图 3 8 折板絮凝池计算简图 8 水头损失 h 计算参照图 3 8 第一二格为单通道异波折板 i21i h hn hhnhh 10 2g vv h 2 2 2 1 11 2g v F F 1h 2 2 2 1 22 2g v h 2 0 3i 式中 总水头损失 m h 一个缩放组合的水头损失 m h 转弯或孔洞的水头损失 m i h n 缩放组合的个数 渐放段水头损失 m 1 h 渐放段段阻力系数 1 渐缩段阻力系数 2 转弯或孔洞处阻力系数 3 相对峰的断面积 1 F 2 m 相对谷的断面积 2 F 2 m 峰速 m s 1 v 谷速 m s 2 v 转弯或孔洞处流速 0 v m s 第一格通道数为 4 单通道的缩放组合个数为 4 个 n 4 164 3 01 8 下转弯 上转弯 0 1 0 5 3321 0 3m sv1 0 08m sv2 2 1 0 22m0 80 27F 2 2 0 78m0 80 35 20 27F 上转 下转弯各为两次 取转弯髙为 0 6m 0 13m s 0 60 8 0 064 v0 渐放段水头损失 m102 13 9 812 0 080 09 0 5 2g vv h 3 2 2 2 2 1 11 渐缩段水头损失 11 m104 68 9 82 0 3 0 78 0 22 0 11 2g v F F 0 11h 3 2 22 1 2 2 1 2 转弯或孔洞的水头损失 m108 27 9 812 0 13 3 01 82 2g v 2 h 3 2 2 0 3i i21i h hn hhnhh 3 108 27104 68102 1316 33 0 117m 第二格的计算同第一格 第三格为单通道折板 i h 2g v n hnhh 2 i 式中 每一转弯的阻力系数 n 转弯的个数 v 板间流速 m s 同上 i h 计算数据如下 第三格通道数为 4 单通道转弯数为 2464n 折角为 90 0 6 则0 2m s v 0 038m108 27 9 82 0 2 0 624h 2g v n h 3 2 i 2 第四格的计算同第三格 第五格为单通道直板 2g v n nhh 2 式中 转弯处阻力系数 n 转弯次数 12 v 平均流速 m s 其计算数据如下 第五格通道数为 3 两块直板 180 转弯次数 进口 出口孔洞2n 2 个 180 转弯 进口孔 0 3 06 1 v 0 10m s m104 14 9 812 0 10 1 06 3 12 2g v n h 3 22 8 絮凝池各段的停留时间 第一 二格水流停留时间为 s Q vv t b 122 91 0 064 210 80 50 0354 02 550 8 1 1 第三 四格均为122 91stt 12 第五 六格水流停留时间为 s124 88 0 064 20 83 00 0354 02 550 8 Q vv t 3b1 3 9 絮凝池各段的 G 值 1 1 60 T rH G 式中 G 速度梯度 1 s 水的容重 3 kg m 水的动力粘度 2 s mkg T 反应时间 min 水温为 20 4 101 029 第一段 异波折板 1 4 96 18s 101 0292122 91 20 1171000 G 第二段 同波折板 1 4 54 81s 101 0292122 91 20 0381000 G 第三段 直板 1 4 3 17 95s 101 0292124 88 2104 141000 G 13 絮凝池的总水头损失 絮凝时间 则0 318mh min12 36741 4st 可求得 GT 值 44 3 3 102104 81741 4 741 4101 0 0 3189 81101 0 t t h g GT 4 34 3 折板絮凝池折板絮凝池 中水水量 19000 10 1900m3 d 选用两组折板絮凝池 1 每个絮凝池设计水量 Q 1900 2 24 39 59m3 h 单絮凝池有效容积 V QT T 取 12min V QT 39 59 12 60 7 918 m3 2 絮凝池长度 L V H B 取有效水深 H 1 5m 单组池宽 B 2 m L V H B 7 918 1 5 2 2 64m 在长度方向上分三段 首段和中段格宽 0 6m 末段格宽 1 44m 隔墙厚 0 15m 3 折板布置 折板布置首段采用峰对峰 中段采用两峰对齐 末段采用平行直板 1 相对折板 H1 0 5 v12 v22 2g 式中 H1 折板渐放段水头损失 v1 峰处流速 取 0 14m s v2 谷处流速 取 0 27m s H1 0 5 v12 v22 2g 0 5 0 272 0 142 2 9 8 0 00136m H2 渐缩段的水头损失 F1 相对峰的断面积 0 56m2 F2 相对谷的断面积 1 06m2 H2 1 0 1 F1 F2 2 v2 2g 0 00082m Hi 转弯或孔洞的水头损失 阻力损失系数 上转弯为 1 8 下转弯 为 3 0 V0 转弯或孔洞流速 为 0 304m s Hi 1 8 0 3042 2 9 8 0 0048m 上转弯 Hi 3 0 0 3042 2 9 8 0 014m 下转弯 h n H1 H2 Hi 40 0 00136 0 00082 10 0 00848 0 014 0 312m 2 平