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)/(23h m m •。

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。

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＝142m2
其中斜管结构占用面积按照5％计算，人孔所占面积为1 m2，则：实际清
水区所需面积为：A
1
＝142×1.05＋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：B×L＝8.8m×14.3m
（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
×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
2
L=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 m2，
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 m3/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 gh 2，则：
孔数n ＝Q/q ＝ 2gh uf Q ＝
12
.08.92025.0462.002125.02⨯⨯⨯⨯⨯π
＝45.55， 取n ＝46个，每边23个孔眼。

孔距：23
1.4＝0.18m ，孔眼从中心向两边排列。

集水槽宽b ＝0.9Q 4.0＝0.9×（0.0255）4.0＝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）4.0＝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）5.0＝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/w k ＝0.01323/0.72＝0.0184 m 2，
穿孔管直径为：D 0＝(4×0.0184/π) 5.0=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。

第四节 平流沉淀池的设计：
1.计算水量Q=300000m 3/d=12500m 3/h=3.472 m 3/s ，沉淀时间t=2h ，面积负荷u 0‘=40m 3/（m
2.d ），沉淀池个数 n=6个。

2.设计计算
（1）池容积W
W=Qt=12500⨯2=25000m 3
（2）单池容积W
W 1=7.41666
25000==n W m 3 （3）单池池面积F F=12504050000'0
==u Q m 2
（4）池深H
33.31250
7.41661===F W H m （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
B 1=4.1772
1250==L F m 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
4045.48
.1772>==B L （8）校核长深比
106.2133
.372>==H L （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v 0=0.24m/s ，则 A=41.224
.036003.208336000=⨯=v Q m 2
③孔洞个数N
孔洞采用矩形，尺寸为15cm ⨯18cm ，则 N=903.8918
.015.041.218.015.0≈=⨯=⨯A 个。

则孔洞实际流速为：
238.018
.015.09036003.208318.015.0'0=⨯⨯⨯=⨯⨯=N Q v m/s 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 ，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
①采用矩形薄壁堰出水
②堰上溢流负荷q 0=3003m /d.m
则溢流长度 l=02.1q Q =400
500002.1⨯=150m 出水支渠采用20条，则Q 1=035.020
579.02.12.1=⨯=n Q m/s 则渠宽为B 1=0.94.01Q =0.235m
每条出水渠长度l 0=
3.32028.171502=⨯-=⨯-n B l m 每条出水渠宽度B 0=1B n 1B 17.8210.2350.64n 20
-+-⨯==（）m 出水总渠宽为B 2 =0.94.0Q =1.48m
出水渠起端水深为：
2.0235
.0235.08.91)2036003.2083(73.11)3600(73.132322=⨯⨯⨯==gb n Q h m 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。

则吸泥管根数n=9.115
.18.17=，取12根，每边各分布6根。

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：
391.03600
34.3728.177.0360037.05
.05.00=⨯⨯⨯⨯=⨯=BLH d m ，采用DN400mm 。

H 0—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
m B H BH R 89.12
.10632.102=+⨯=+==ρω=189cm ②弗洛德常数F r
52
2109.1980
1896.0-⨯=⨯==Rg v F r 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）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80～100mm。

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l，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u0，如下图所示。

当颗粒由a移动到b被去除，可理解为颗粒以v的速度上升l+l1的同时以u0的速度下沉l2的距离，两者在时间上相等，即
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：
式中lw实际上即为沉淀单元的长与宽方向的面积，lwcosα即为斜板在水平方向投影的面积，可用a f代替。

dw代表沉淀单元的断面积，dw/sinα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(a f+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=ηu0（A f+A）
式中：η——系数0.7，一般范围0.75-0.85；
A f——斜板（管）沉淀池所有斜壁在水平方向的投影面积，A=na f；
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：
一个斜板单元的理论流量：
q=u0(a f-a)
斜板沉淀池设计流量：
Q=ηu0（A f-A）
即同向流斜板（管）沉淀池的截留速度：
横向流斜板（管）沉淀池的沉淀情况如下图，
由相似定律得：
式中af为沉淀单元的表面积。

沉淀池的设计流量：
Q=A f u0η横向流沉淀池截留速度：
式中A f为沉淀区所有斜板的水平投影面积。