斜管沉淀池计算例题

1、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

2、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 9.011.0m3/（m2?h）。斜管设计一般可采用下列数据：管径为 2535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。3.3.2 设计计算 （ 1）设计参数处理水量Q= 0.425 m/s,斜管沉淀池与反应池合建，池有效

3、宽度 B=8.8m, 混凝处理后颗粒沉降速度 u0=0.4mm/s,清水区上升速度v= 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2535mm （即管的内切圆直 径） ，取为30mm。（ 2）清水面积A= Q/v 1 =0.42g003=142m2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：A1 = 142X 1.05+1 = 149.75m2 ,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：BX L= 8.8m x 14

4、.3m( 3)斜管长度L斜管内水流速度 v2 =v/sin60° =3.0/0.866= 3.5mm/s,L= (1.33XV2-0.35Xsin60° ) d/ (UoXcos60° )=( 1.33X 3.5-0.35X0.866) X 30/ (0.35X0.5)二746mm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1000Xsin60° = 0.87m,穿孔排泥 斗槽高 0.8m,超高 0.3m,池子总高 H =0.3

5、+1.2+1.5+0.87+0.年 4.7m。斜管安装长度 L2=LX cos60° =1X0.5 = 0.5m( 5)沉淀池进口穿孔花墙穿孔墙上的孔洞流速v3采用v3=0.15 m/s,洞口的总面积：A2 =Q/ v 3 = 0.425f0.15= 2.8 m2,每个洞口尺寸定为 15cm x 8cm,则洞口数为：2.8/(0.15X0.08) =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=

6、14.310= 1.43m,每条集水槽长(8.8-0.6) /2=4.1m,每槽集水量 q = 0.425 (10X2) =0.02125 m3/s,考虑池子的超载系数为20，故槽中流量q0 = 1.2q= 1.2X 0.02125= 0.0255 m3/s又 q = uf J2gh ,则:Q0.02125= 45.55,孔数 n = Q/q =uf.2gh 0.62 一 0.0252.2 9.8 0.124取n = 46个，每边23个孔眼。孔距：41 = 0.18m,孔眼从中心向两边排列。 23集水槽宽 b = 0.9Q°.4 =0.9X (0.0255) 0.4 = 0.207m

7、,为便于施工取为 0.2m起点槽中水深 H1 =0.75b=0.75X0.2 = 0.15m终点槽中水深 H2=1.25b= 1.25X 0.2= 0.25m淹没深度取12cm,跌落高度取5cm,超高0.15m槽的高度 H3 = H2 +0.12+ 0.05+0.15 = 0.57m(7)集水渠集水渠：集水渠的流量为0.425m3/s,假定集水渠起端的水流截面为正方形，则渠宽度为：b = 0.9X (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，

8、则集水渠的总高度为：H1 =0.66+0.08+0.54= 1.28m出水管流速 V4=1.2m/s,则直径为：D= (0.425X 4/1.2 兀)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 LX BX H= 25.7m X 1.0m X 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Kw =0.72,取孔径d=25mm,孔口面积f= 4.9X 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：E w

9、0=27X4.9Xl0-4= 0.01323m2,穿孔管断面面积为： w = Ew0/kw =0.013230.72= 0.0184 m2,穿孔管直径为：D0 =(4X0.0184 冗)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 0 / n式中：R水力半径，R= d/4=30/4 = 7.5mm = 0.75cmv2 管内流速 v2 =v/sin60° = 3.0/0.866= 3.5mm/s,运动粘度 0.01cm2/s(t = 20 C)Re= (0.75X 0.35)/0.01

10、= 26.25< 100所以水流在沉淀池内是层流状态沉淀时间：T=L'/ v2 = 1000/3.5 = 285s= 4.75min符合沉淀时间一般为2 5min之间的要求。第四节平流沉淀池的设计：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WW=Qt=12500 2=25000m3(2)单池容积W4166.7 m3W 25000W1=n 6(3)单池池面积FF=QU050000401250 m23.33 m(4)池深HW1416

11、6.71250(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Bc F 1250B1二一 17.4 mL 采用 合。 L7217.8m。沉淀池的池壁厚采用 300mm,则沉淀池宽度为18.4m,与絮凝池吻B(8)L校核长宽比72 八4.045 417.8校核长深比72H(9)21.6 103.33进水穿孔花墙设计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.穿孔花墙孔洞总面积A孔洞处流速采用v0=0.24m/s,则a33600v083 2.41m23600 0.24孔洞个数孔洞采用矩形，尺寸

12、为15cm 18cm,则N=A2.410.15 0.18 0.15则孔洞实际流速为：Q0.1889.3 90个。2083.3v0N 0.15 0.18孔洞布置1.孔孔布置成6排,3600 90 0.15 0.180.238m/s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,即6块砖厚。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)出水渠采用矩形薄壁堰出

13、水则溢流长度1二1.2Q 1.2 50000 =150m400堰上溢流负荷q0=300m3/d.mq。出水支渠采用20条，则Qf11.2 0.579 0.035m/sn 20则渠宽为 Bi=0.9Q1°.4=0.235m每条出水渠长度1°=315° 17.8 3.3m 2 n 2 2°每条出水渠宽度B°=B (n&17.8 21 一35 °.64mn2°出水总渠宽为B2 =°.9Q°.4=1.48m出水渠起端水深为：h 1.733 ( Q )2 12 1.733 ( 2°83.3 )21

14、°.2m,36°°n gb - 360° 2° 9.8 0.235 0.235保护高取°.3m,渠道高度为°.5m。(11)排泥设施采用机械排泥。排泥设施采用 SXHffl多口虹吸式吸泥机。排泥水位差 3.3m.轨距 l=184°°mm.管间距采用1.5m,虹吸管管径取d=75mm。扁口吸泥口采用20° 2°。则吸泥管根数n=17且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°.1m,池底坡度为1.5%,坡向末端集泥坑，坑的尺寸采用5&#

15、176; cm 5° cm 5°cm。0.7BLH ;53 360°排泥管直径为：0.391m,采用 DN4°°mm。0.7 17.8 72 3.40.53 360°H°池内平均水深，为3.3+°.1=3.4mt一放空时间，取3h0(12)水力条件复核水力半径RcBH 10.2 3R - 1.89m =189cm2H B 6 10.2弗洛德常数FrFr22v 0.6Rg 189 98°_ 51.9 1°在规定范围内.斜板斜管沉淀池的设计参数：（1）斜板（管）之间间距一般不小于 50mm,斜板（管

16、）长一般在1.0-1.2m左右；（2）斜板的上层应有0.5-1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m。斜板（管）下为废水分布区，一般高度不小于 0.5m,布水区下部为污泥区；（3）池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物 被带走；（4）废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为 0.5-0.7mm/s。（5）斜板（管）与水平面呈60°角，斜板净距（或斜管孔径）一般为80100mm。异向流斜板（管）沉淀池的设计计算式可由如下分析求的。假定有一个异向流沉淀单元，倾斜角为 a,长度为1,断面高度为d,宽度为 W,单元内平均水流速度V,所去除颗粒的沉速为U

17、0,如下图所示。V的速度上升l+ll的同时以U0当颗粒由a移动到b被去除，可理解为颗粒以 的速度下沉12的距离，两者在时间上相等，即5 L=tJv %78y _ 血* ms a _ i 加 3十 d/ d心而仪cos a沉淀单元长度沉淀单元的断面面积为dw,则单元所通过的流量为：_. J cos 1 .,.tAv .Q =小f = ZTHIi （-: + -） = % （ L W C0£ （7 + ）d sin a Lsin a式中1W实际上即为沉淀单元的长与宽方向的面积，IwCOSa即为斜板在水平 方向投影的面积，可用af代替。dw代表沉淀单元的断面积，dw/sin a即为沉淀 池水面在水平方向的面积，可用 a表示，这样即可得q=U0（af+a）如果池内有n个沉淀池，并且考虑斜板（管）有一定的壁厚度，池内进出口 影响及板管内采用平均流速计算时，上式可修正得沉淀池设计流量：Q=r uo （Af+A）式中：-系数0.7, 一般范围0.75-0.85;Af斜板（管）沉淀池所有斜壁在水平方向的投影面积，A=naf；A沉淀池水面在水平面上的投影面积。即异向流斜板（管）沉淀池的截留速度：QQ 幅, +斜板设计长度：“门 a cos a根提同