给水工程教案 第10课.doc

给水工程 教案 第10课16.3 斜板与斜管沉淀池一、沉淀原理由理想沉淀池可知：当W一定时，H，A，E，浅池理论。据此，有人把普通平流沉淀池改建成多层、多格池子。其结果：1 增加了沉淀面积A，减小池深H，提高了沉淀效率E。 当v，ui不变，则，减小了池容； 当L，ui不变，则，提高了产量； 当ui，Q不变，则，提高了沉淀效率。2创造了层流条件，有利于颗粒沉淀。由于分格的原因，水力半径R Re Fr对于斜板池 Re 5001000，斜管Re 10-310-4 ，提高了10100倍。所以去除率E一定时，平流沉淀池停留时间 T = 13 h 斜板（管） T = 35 h若把平流池分成几层，其沉淀效率可用下式表示：分层后，沉淀面积增加几倍，E提高了几倍。（图1）尽管如此，但由于排泥问题解决不了，无法推广。20世纪，一位医生在作血沉实验时，偶然发现，倾斜的试管，液体体积没变，沉淀面积增加了，沉淀的路程短了，相应的沉淀效率大大提高了称之谓“斜管促沉效应”。后来人们应用于沉淀池，解决了排泥问题，斜管（板）沉淀池发展起来，浅池理论得到了实际应用。可以说这是沉淀池技术的一次革命。上向流 （图a）平向流 （图c）下向流 （图b）按水流方向可分为二、斜板（管）沉淀池分类特点：1 上向流：水流与沉泥流向相反。（异向流）2 平向流：水平流动，沉泥向下流。（侧向流）3 下向流：水流和沉泥由上而下流动。（同向流）与上向流相比，构造复杂，易堵塞。三、斜板（管）沉淀池设计计算1进水方向：2整流配水墙：（1）栅条式（2）穿孔墙： 为保证絮体不破碎，进孔流速不大于絮凝池出口流速，v孔 0.15 m/s； 进水区高度不小于1.5 m。3斜管（板）倾角小，F大，E，但排泥困难，一般取 = 60。4斜板（管）长度多采用1000 mm。（图4，下）5斜板间距、斜管直径及断面形状板间距：50150 mm，我国多用100 mm。 板距小，F大，E，安装困难，不利排泥。斜管：正六边形，管径内切圆直径6材料选择要求：轻质，耐用，价格低，无毒，多用纸质蜂窝，薄塑料板，木质、玻璃钢等。7表面负荷率清水区面积 K 结构系数（材料所占面积百分数），1.031.10；F/ 净出水面积；F 无效面积，F = 0.5B。规范规定：q = 911 m3/ m2h （2.53.0 mm/s）为提高出水水质，倾向取小值。上、平向流 36 mm/s平流池 0.50.6 mm/s下向流 814 mm/s斜管内流速： 8总高度H总 = 4.55.0 m T沉 = 35 min T总 = 20 min （总停留时间）16.4 澄清池 工作特点：利用泥渣净水的构筑物，集混合、反应、沉淀于一池。池中有高浓度悬浮泥渣层（絮凝体），高达几千毫克/升。一、泥渣净水原理1利用悬在水中的泥渣进行接触絮凝；新生成的泥渣，表面具有很强的活性，吸附和粘附水中杂质颗粒，使水得以澄清；2接触絮凝比自由絮凝强烈；3由于泥渣浓度高，颗粒碰撞的机率大，颗粒粒径d由小变大，沉淀速度由小变大，因而可提高q和Q。表面负荷q = 1.0 mm/s时，也能达到较好效果。（比平流提高近一倍，平流池0.50.6 mm/s）泥渣的形成： 在澄清池开始运行时进行培养，在培养期不排泥，有利于泥渣的形成； 原水中多投加混凝剂，低负荷运行，使泥渣逐步形成； 原水浊度低时，要投加一定量的粘土，促使泥渣形成； 把已投产池子排出的剩余泥渣引入新池中。二、分类澄清池的种类和形式甚多，基本可归纳为两大类： 泥渣悬浮型：悬浮澄清池和脉冲澄清池 泥渣循环型：机械循环型澄清池和水力循环型澄清池1泥渣悬浮型澄清池（1）悬浮澄清池加药后的原水经过气水分离器，通过穿孔配水管进入澄清室，通过泥渣层，水中杂质微粒被泥渣悬浮层截留，清水从穿孔集水槽流出。悬浮层不断增加的泥渣，由泥渣自行扩散或强制出水管的作用下，由排泥窗口进入泥渣浓缩室，经浓缩后定期排出。在泥渣悬浮层中，上升流速恰好使颗粒受到的阻力与其在水中的重力相等（处于动平衡状态），水通过悬浮层相当于泥渣在静水中的拥挤沉淀，沉速和泥渣浓度有关，速度公式：u/ = u（1-cv）mu/ 拥挤沉速，等于悬浮层的上升流速；u 自由沉速；cv 泥渣层体积浓度；m 指数。静水效率与泥渣层浓度有关，一般控制在25005000 mg/L，调整浓度的方法是控制上升流速和排泥。强制出水管（穿孔）位于清水室水面下30cm，强制出水占总出水量30%。它的主要作用造成水位差，加强排泥。（2）脉冲澄清池 （透视图）（6-1）特点：澄清池的v上周期性变化。v上大时泥渣层膨胀，v上小时泥渣层浓缩。悬浮层的不断收缩、膨胀，有利于颗粒的接触絮凝，防止颗粒在池底沉积。脉冲发生器有多种形式，下面介绍两种： 真空泵脉冲发生器 （图16-41）（6-2）上工作原理：真空泵充水过程最大水位进气阀开启放水进程最低水位进气阀关闭真空泵自动工作。如此周而复始脉冲工作。钟罩式脉冲发生器 （图16-42）（6-2）下工作原理：原水进水室空气排出，水位超过中央管顶时，部分原水溢入中央管，由水流带气作用，将罩内空气带走，形成真空，发生虹吸。水室内水迅速通过钟罩、中央管，进入配水系统。当水位降至虹吸破坏管口时，（即低水位）进气破坏虹吸，水室水位重新上升，如此进行周期性反复循环。排气管的作用：竖井水位变化时，井中空气出进。钟罩式脉冲发生器计算：（略）a.脉冲流量：QP 脉冲放水量随水位下降而变化，按平均放水量进行计算，进水量 = 放水量。 QPt2 = Qt1 + Qt2 QP 脉冲放水量，m3/s；Q 设计流量，m3/s；t1 进水室充水时间，一般取3060 s；t2 进水室放水时间，一般取1012 s；t1/ t2 充放比，一般取 3：14：1b中央管直径d1根据经验取 v1 = 2.02.5 m/s c钟罩直径：D取 v = 1 m/s。d钟罩内顶面距中央管顶的高度H钟罩内H高度上通过的流量 = 中央管流量k 安全系数，取1.21.5（虹吸时带气）d1 中央管直径；采用稳流板配水（画图）讲解：水流在稳流板下剧烈翻腾。1） 混合，反应效果好。2） 配水均匀。3） 防止淤积。脉冲澄清池优缺点：优点：1）布水均匀，净水效果好，出水浊度低， 10。 2）池深小（45 m），可做成圆形，矩形，方形，适用于大、中、小水厂。缺点：1）构造复杂。 2）运行管理水平要求高。2泥渣循环型澄清池（1）机械加速澄清池 构造：如图 工作过程：为充分发挥泥渣接触絮凝作用，让泥渣在池内循环流动。泥渣循环借助机械抽升造成。机械搅拌澄清主要由第一反应室、第二反应室和分离室组成。加药原水在第一、第二反应室与高浓度的回流泥渣相接触絮凝，形成大而重的絮凝体，在分离室泥水分离，澄清后的水由集水槽收集进入清水池，剩余泥渣经浓缩池浓缩后，排出。池内浓缩池设四个。搅拌设备作用：搅拌浆作用是混合，絮凝； 提升叶轮作用是将第一絮凝室的水提升到第二絮凝室，使泥渣循环。循环流量：35倍设计流量。 电机应可调（无级变速）容 积：W = QT容积比：第一絮凝室：第二絮凝室：分离室 = 2：1：7分离室：中下部泥渣层，上部清水层，须有1.52.0 m深度，保证出水水质。回流量控制： 改变转速 57 r/min 改变开启度，调整提升泵叶轮高度。 技术关键优点：a.效率高，单位面积产水量大（是我国应用最成功的一种）； b.具有较好的调节性能，适应水量、水质、水温的变化，工作稳定。缺点：a.需要机械设备；b.结构复杂。 机械搅拌澄清池的设计计算机械加速澄清池组成部分包括：进水管、配水槽、絮凝室、分离室、集水槽、泥渣浓缩室、搅拌设备。由于是集混合、絮凝和分离三种工艺为一体的综合工艺设备，各部分互相牵制，相互影响，计算工作往往不能一次完成，必须在设计过程中作相应的调整。1）进水管、配水槽原水进水管流速 1 m/s 左右配水槽和缝隙流速采用 0.4 m/s 左右 （环形流）Q/2 计算2）絮凝室总容积：W = QT Q代表生产能力； 取决于总停留时间，T = （1.21.5 hr）第一絮凝室：第二絮凝室：分离室 W1 ：W2 ：Wf = 2：1：7第二絮凝室和导流室的流速一般为：4060 mm/s3）分离室分离室内清水的上升流速（v上），是澄清池设计和运行的重要参数。流速低，生产水量减少，流速过高，影响出水水质，设计中邓上升流速v上 = 0.81.1 mm/s。当处理低浊度水时：采用0.70.9 mm/s。4）集水槽集水槽用于汇集清水，要求集水均匀，集水槽布置应力求避免产生局部上升流速过高或过低现象。在直径较小的澄清池中，沿池壁建造环形槽；当直径较大时，可在分离室内加设辐射形集水槽。辐射槽数大体如下：D6 m时，设68条。环形槽和辐射槽的槽壁开孔也径：d孔2030 mm。孔口流速控制在：v孔0.50.6 m/s。集水槽设计流量，应考虑超负荷运行，留有余地。集水槽的超载系数1.21.5穿孔集水槽计算方法：a.孔口总面积（m2）式中：超载系数，取1.21.5；流量系数，取孔眼直径与壁厚的比不同而异。对薄壁孔口，可采用0.62（查有关表）；Q 每只穿孔集水槽的流量，m3/s；g 重力加速度，m3/s；h 孔前作用水头，0.050.1 m。根据选定的孔口直径（2030 mm），计算小孔面积计算出孔口总数：或按孔口流速计算孔口面积和孔口上的作用水头。b.穿孔集水槽的宽度和高度设集水槽的起端水流截面为正文形，即宽度水深（Bh），临界水深导出集水槽的宽度：B0.9Q0.4B 穿孔集水槽的宽度（m）Q 穿孔集水槽的流量，m3/s。穿孔集水槽的总高度：Hh1 + h2 + h3 + h4 h1 超高，取0.1 m；h2 孔上水头，取0.05 m；h3 槽内跌落水头，0.070.08 m；h4 槽内水深，m。5）泥渣浓缩室泥渣浓缩的容积大小，影响排泥渣的浓度和排泥间隔的时间。根据澄清池的大小，可设浓缩室14个，其容积约为澄清池容积的14%，当原水浊度较高时，应选取较大容积。6）搅拌设备叶轮提升流量为（35）Q，可以用转速控制提升流量，叶轮装在第二絮凝室底板圆孔内，底板厚度可挡住部分的叶轮出口中。因此，提升流量也可靠升降叶轮来调整。叶轮直径为第二絮凝室内径的0.7.8倍，叶轮外缘的线速度为0.51.5 m/s，搅拌浆外缘0.31.0 m/s。（2）水力循环澄清池 构造：如图 工作过程：原水由池底进入，经喷嘴高速喷入喉管，因此在喉管下部喇叭口处形成真空，吸入泥渣回流。原水与泥渣在喉管中