机械加速澄清池设计说明

机械加速澄清池
机械搅拌澄清池属于泥渣循环型澄清池。

其池体主要由第一絮凝室、第二絮凝室及分离室三部分组成。

这种澄清池的工作过程 (见图3-14)为：加过混凝剂的原水由进水管1，通过环形配水三角槽2的缝隙流入第一絮凝室，与数倍于原水的回流活性泥渣在叶片的搅动下，进行充分地混合和初步絮凝。

然后经叶轮5提升至第二絮凝室继续絮凝，结成良好的矾花。

再经导流室III进入分离室IV，由于过水断面突然扩大，流速急速降低，泥渣依靠重力下沉与清水分离。

清水经集水槽7引出。

下沉泥渣大部分回流到第一絮凝室，循环流动形成回流泥渣，另一小部分泥渣进入泥渣浓缩室V排出。

机械搅拌澄清池的设计要点与参数汇列于下。

♦池数一般不少于两个。

♦回流量与设计水量的比为(3:1)-(5:1)，即第二絮凝室提升水量为进水流量的3-5倍。

♦水在池中的总停留时间为1.2-1.5h。

第二絮凝室停留时间为0.5-1.Omin，导流室停留时间为2.5-5.Omin(均按第二絮凝室提升水量计)。

♦第二絮凝室、第一絮凝室、分离室的容积比=1:2:7。

为使进水分配均匀，现多采用配水三角槽(缝隙或孔眼出流)。

配水三角槽上应设排气管，以排除槽中积气。

♦加药点一般设于原水进水管处或三角配水槽中。

♦清水区高度为1.5-2.0m。

池下部圆台坡角一般为45°。

池底以大于5%的坡度坡向池中心。

♦集水方式宜用可调整的淹没孔环形集水槽，孔径20-3Omm。

当单池出水量大于400m3/h 时，应另加辐射槽，其条数可按：池径小于6m时用4-6条；直径为6~1Om时用6-8条。

♦根据池子大小设泥渣浓缩斗1-3个，小型池子可直接经池底放空管排泥。

浓缩室总容积约为池子容积的1%~4%。

排泥周期一般为0.5-1.Oh，排泥历时为5-60s。

排泥管流速按不淤流速计算，其直径不小于1OOmm。

♦机械搅拌的叶轮直径，一般按第二絮凝室径的70%-80%设计。

其提升水头约为0.05-0.lOm.
♦搅拌叶片总面积，一般为第一絮凝室平均纵剖面积的10%-15%。

叶片高度为第一絮凝室高度的1/2-1/3。

叶片对称装设，一般为4-16片。

♦溢流管直径可较进水管小一号。

♦在进水管、第一及第二絮凝室、分离室、泥渣浓缩室、出水槽等处装设取样管。

♦ 澄清池各处的设计流速列于表3-7，供选用。

机械搅拌澄清池池体部分的计算 1.已知条件
设计水量（含水厂自用水）3
3
5250/219/60.8/Q m d m h L s === 泥渣回流量按4倍设计流量计。

第二絮凝室提升流量3
5560.8304(/)0.304(/)Q Q L s m s ==⨯==提 水的停留时间 1.2t h =总
第二絮凝室及导流室流速150/v mm s = （以Q 提计） 第二絮凝室水的停留时间0.6min t = 分离室上升流速21/v mm s = 2.设计计算 （1）池的直径 ① 第二絮凝室 面积
2110.304
6.08()0.05
Q w m v ===提 直径
1
144 6.08
2.8()
3.14
w D m π
⨯=
=
=
壁厚取为0.05m ，则第二絮凝室外径为
'
110.052 2.80.1 2.9()D D m =+⨯=+=
② 导流室
面积采取 2
21 6.08()w w m == 导流室导流板（12块）所占面积为：2
10.3A m =
导流室和第二絮凝室的总面积为：
'2221121()0.785 2.9 6.080.312.98()4
D w A m π
Ω=
++=⨯++=
直径 1
24412.98
4.1()3.14
D m π
Ω⨯=
=
=
壁厚取为0.05m ，则导流室外径为：
'
220.052 4.10.1 4.2()D D m =+⨯=+=
③ 分离室面积3w 2320.060860.8()0.001
Q w m v =
== ④ 第二絮凝室、导流室和分离室的总面积2Ω '2
22232()60.80.785 4.274.65()4
w D m π
Ω=+
=+⨯=
⑤ 澄清池直径D 2
4474.65
9.8()3.14
D m π
Ω⨯==
=
（2）池的深度
① 池的容积V
有效容积 '
219 1.2263V Qt ==⨯≈3总（m ） 池结构所占体积假定为 3
014()V m =
则池的设计容积 '3
026314277()V V V m =+=+=
② 池直壁部分的体积1W 池的超高取 00.3H m = 直壁部分的水深取 1 2.6H m = 223110.7859.8 2.6196()4
W D H m π
=
=⨯⨯=
③池斜壁部分所占体积2W
3
2127719681()W V W m =-=-=
④池斜壁部分的高度2H
由圆台体积公式 2
2
22()
3
W R rR r H π
=++
式中 R ——澄清池的半径，m ，为4.9m ； r ——澄清池底部的半径。

2r R H =-代入上式得
3
2
2
22223
330H RH R H W π
-+-
= 3
2
2
2223
3 4.93 4.98103.14
H H H -⨯+⨯-
⨯=
所以 2 1.5H m = ⑤池底部的高度3H
池底部直径 229.82 1.5 6.8()d D H m =-=-⨯= 池底斜坡取5%，则深度3 6.80.050.050.17(
)22
d H m =⨯=⨯=取30.15H m = ⑥澄清池总高度H
01230.3 2.6 1.50.15 4.55()H H H H H m =+++=+++=
（3）絮凝室和分离室 ①第二絮凝室高度4H 410.3040.660
1.8()6.08
Q t H m w ⨯⨯=
==提 ②导流室水面高出第二絮凝室出口的高度5H 5110.304
0.69()3.14 2.80.05
Q H m D v π=
==⨯⨯提， 取0.7m
③导流室出口宽度1B
导流室出口流速采用360/v mm s =
导流室出口的平均半径为：'123 2.9 4.1
3.5()22
D D D m ++=
== 1330.304
0.46()0.06 3.14 3.5
Q B m v D π=
==⨯⨯提
出口的竖向高度
'
1
10.4620.65()cos 45o
B B m =
=
⨯=
1B 的准确算法是：
出口环形断面的直径 132122cos 45 4.122
o B D D B =-⨯
=- 出口环形过水断面面积为： 2
31111123.14 4.112.9 2.22A D B B B B B π⎛⎫==⨯-
=- ⎪ ⎪⎝⎭
又 230.304
5.05()0.06
Q A m v =
==提 2115.0512.9 2.22B B =-，即2112.2212.9 5.050B B -+=
2112.912.94 2.22 5.0512.911
5.382 2.22 4.44
B ±-⨯⨯±===⨯和0.43m
取10.43B m =，此值与上述近似算法求出的0.46m 相近，其误差工程上是允许的。

④配水三角槽
三角槽流速取 40.25/v m s = 三角槽断面面积为： 2440.0608
0.122()220.25
Q w m v =
==⨯ 考虑今后水量的增加，三角槽断面选用：高0.75m ，底0.75m 。

三角槽的缝隙流速取50.4/v m s =，则缝宽 250.0608
0.011()4.360.4 3.14 4.36
Q B m v π=
==⨯⨯⨯
取2cm （式中4.36 2.920.73=+⨯，见图3-17）
⑤第一絮凝室
第一絮凝室上口直径为：'
4120.75 2.9 1.5 4.4()D D m ==⨯=+=，实际采用4.24m 。

第一絮凝室的高度为：
61254 2.6 1.50.7 1.8 1.6()H H H H H m =+--=+--= 伞形板延长线与斜壁交点的直径为： 5 2.12 1.6 3.142 3.47.12()2D m +-⎛⎫
=⨯+= ⎪⎝⎭
⑥回流缝
泥渣回流量 3
"440.06080.243(/)Q Q m s ==⨯= 缝流速取 6150/v mm s = 缝宽 265"0.243
0.072()0.15 3.147.12
Q B m v D π=
==⨯⨯，取0.1m 。

⑦各部分的体积
第二絮凝室的体积为：
()222'2145214
222
3()440.785 2.8(1.80.7)0.785(4.1 2.9) 1.827.3()
V D H H D D H m π
π⎡⎤=
++
-⎢⎥⎣
⎦=⨯⨯++-⨯=
第一絮凝室如图3-20所示，其体积可分成两个圆台体计算（锥形池底的体积，考虑可能积泥，不计入）
222212(1.60.16)(3.56 2.2 3.56 2.2)0.16(3.56 3.4 3.4 3.56)
3
3
37.84 6.244()
V m π
π
=
⨯-⨯++⨯+
⨯⨯++⨯=+=
分离室的体积为：
'3312()263(4427.3)192()V V V V m =-+=-+=
⑧第二絮凝室、第一絮凝室及分离室的体积比 213::27.3:44:1921:1.6:7V V V ==
（4）进水管（槽） ①进水管
采用300d mm =的铸铁管，其管流速为70.86/v m s = ②放空管和溢流管 采用200d =的铸铁管 ③出水槽
采用穿孔环形集水槽 a .环形集水槽中心线位置
取中心线直径6D 所包面积等于出水部分面积的45%，则得 2'2
36245%()4
4
w D D π
π
=
-
22
60.4560.80.7850.785 4.2D ⨯=-⨯ 2
627.360.78513.85D =-
所以 641.21
7.25()0.785
D m =
=
工程中采用67.8D m =
b .集水槽断面取水量超载系数为1.5。

集水槽流量为：
3
1111.50.0608 1.50.0456(/)22
Q Q m s =⨯=⨯⨯=
槽宽 0.4
0.431
0.90.90.04560.262()B Q m =⨯=， 取0.3m
槽起点水深为 30.750.750.322.5()B cm =⨯= 槽终点水深为 31.25 1.250.337.5()B cm =⨯=
为安装方便，全槽采用：槽宽30.3B m =，槽高70.45H m =。

c .孔眼
采取集水槽孔口自由出流，设孔口前水位为0.05m 。

孔眼总面积为：200.0743()f m ∑=
==
孔眼直径采用25mm ，则单孔面积2
0 4.91f cm =
孔眼总数 00743
152()4.91
f n f ∑=
=≈个 每槽两侧各设一排孔眼，位于槽顶下方200mm 处 孔距 622 3.147.8
0.32()152
D S m n π⨯⨯=
==，工程上采用0.25S m =，以留有充分的余地。

d .出水总槽
总槽流量 3
21220.04560.091(/)Q Q m s ==⨯=
槽中流速采用 80.7/v m s =， 水深80.22H m = 槽宽 24880.091
0.59()0.70.22
Q B m v H =
==⨯， 取0.6m （5）泥渣浓缩室 ①浓缩室溶积4V
浓缩时间取 15min 0.25t h ==浓 浓缩室泥渣平均浓度取2500/mg l δ=
4()219 2.08Q c M t V δ
-⨯⨯=
=
=3浓
（100-5）0.25
（m ）2500
浓缩斗采用一个，形状为正四棱台体，其尺寸采用： 上底为1.6 1.6m m ⨯ 下底为0.40.4m m ⨯ 棱台高1.8m
故实际浓缩室的体积为：
'43 1.81.6 1.60.40.43[2.560.160.64]0.6 2.02()
V m ⎡=⨯+⨯⨯⎣=++⨯= ②泥渣浓缩室的排泥管直径
泥渣浓缩室的排泥管直径采用100mm
机械搅拌澄清池搅拌设备工艺计算 （一）设计概述
机械搅拌澄清池搅拌设备具有两部分功能。

其一，通过装在提升叶轮下部的浆板完成原水与池回流泥渣水的混合絮凝；其二，通过提升叶轮将絮凝后的水提升到第二絮凝室，再流至澄清区进行分离，清水被收集，泥渣水回流至第一絮凝室。

搅拌设备一般采用无机变速电动机。

电动机功率可根据计算确定，也可参照经验数据选
用。

电动机功率经验数值为5-7 Kw/km 3
.h 。

搅拌设备的工艺计算，主要是确定提升叶轮和搅拌叶片（浆板）的尺寸，以及电动机的功率。

（二）计算例题 1.已知条件 设计流量3
3
420/0.1166/Q m h m h == 第二絮凝室径 3.5D m = 第一絮凝室深度1 2.22H m = 第一絮凝室平均纵剖面积2
15F m = 2.设计计算 （1）提升叶轮 ①叶轮外径1D
取叶轮外径为第二絮凝室径的70%，则
10.70.7 3.5 2.45()D D m ==⨯=， 取2.5m ②叶轮转速
叶轮外缘的线速度采用1 1.5/v m s =， 则 116060 1.5
11.5(/min)3.14 2.5
v n r D π⨯=
==⨯ ③叶轮的比转速s n
叶轮的提升水量取3550.11660.583(/)Q Q m s ==⨯=提
叶轮的提升水头取0.1H m =
所以
0.753.6511.51800.1
s n ⨯=== ④叶轮径2D
由表3-8， 当180s n =时，122D D = 12 2.5 1.25()22
D D m ===
⑤叶轮出口宽度
2160()Q B m KD n
=提 式中 Q 提——叶轮提升水量，即30.583/m s
K ——系数，为3.0；
n ——叶轮最大转速，/min r
2600.5830.1620.2()3.0 2.511.5B m ⨯=
=≈⨯⨯ （2）搅拌叶片
①搅拌叶片组外缘直径3D
其线速度采用21/v m s =，则， 2360601 1.66()3.1411.5
v D m n π⨯=
==⨯ ②叶片长度2H 和宽度b ， 取第一絮凝室高度的
13为2H ，即，2111 2.220.74()33
H H m ==⨯= 叶片宽度采用0.2b m = ③搅拌叶片数1n
取叶片总面积为絮凝室平均纵剖面积的8%，则
120.080.08158()0.20.74
F n bH ⨯===⨯片
搅拌叶片和叶轮的提升叶片均装8片，按径向布置。

（3）电动机功率
电动机的功率应按叶轮提升功率忽然叶片搅拌功率确定
①提升叶轮所消耗功率1N 1()102Q H N kW ρη
=提 式中 ρ——水的容重，因含泥较多，故采用3
1100/kg m
η——叶轮效率，取0.5；H ——提升水头，m ，按经验公式计算。

22111.5 2.50.11()8787
nD H m ⨯⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 所以 111000.5830.11 1.39()1020.5
N kW ⨯⨯==⨯ ②搅拌叶片所需功率2N 3442
221()()400w H N C r r Z kW g ρ=-
式中 C ——系数，为0.5； ρ——水的容重，采用31100/kg m ；
2H ——搅拌叶片长度，m ；Z ——搅拌叶片数；
g ——重力加速度，29.81/m s ；1r ——搅拌叶片组的缘半径，为0.63m ； 2r ——搅拌叶片组的外缘半径，为0.83m ；w ——叶轮角速度，/rad s 22 3.1411.5 1.2(/)6060
n w rad s π⨯⨯=== 所以， 34411100 1.20.740.5(0.830.63)80.46()4009.81
N kW ⨯⨯=⨯⨯-⨯=⨯ ③搅拌器轴功率N ： 12 1.380.46 1.84()N N N kW =+=+= ④电动机功率'N ：传动效率0.50.75η=:，现取0.5， ' 1.84 3.68()0.5N N kW η=
== 选用电机功率为4.5kW ，减速机构采用三角皮带和蜗轮蜗杆。