给排水专业知识

一、管式静态混合器 1设计参数
设计总进水量为Q=200000m 3
/d ，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流速v=1.5m/s 。

计算草图如图4-2。

图4.2 管式静态混合器计算草图
2 设计计算
2.1设计管径
静
态
混
合
器
设
在
絮
凝
池
进
水
管
中
，
设
计
流
量
s m d m n Q q 3315
.11000002
200000====； 那么静态混合器管径为：
m
v q D 45.05
.114.315
.14π4=××==
，本设计采用D=500mm ； 2.2混合单元数
按下式计算27.245.05.136.236.23.05.03
.05
.0=××==D
v N ，本设计取N=3；
那么混合器的混合长度为：m DN L 65.135.01.11.1=×
×== 2.3混合时间
T=
s v L 1.15
.165
.1== 2.4水头损失
m n d q h 143.035
.015.11184.01184.04.42
4.42=××==<0.5m,符合设计要求。

2.5校核GT 值
13
06.69564
.2101.1143
.09800=×××=••=
s T v h g G ，在500-10001s 之间，符合设计要求。

95
×
=
GT
.
695=
06
1834
.
.2
64
二、机械搅拌器
Q=20万m^3/d，设k=1.05,n=7，t=20min
那么W=QT/60n=(200000*1.05*20)/(24*60*7)=417m^3
三、 沉淀澄清设备的设计
斜管沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用，按照斜管中的水流方向，分为异向流、同向流、和侧向流三种形式。

斜管沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。

本设计沉淀池采用斜管沉淀池，设计7组。

1沉淀池分为七组
每组的设计流量为 s m h m Q 3333.048.1190)724(200000==×=。

2沉淀池平面尺寸
2.1沉淀池清水区面积 q Q A =
式中： A —斜管沉淀池的外表积，2m
q —外表负荷，)(2
3h m m ，一般采用)(.011~.0923h m m 设计中取)(92
3h m m q =
2132.27948.1190m A ==。

2.2沉淀池长度与宽度
设计中取池宽度m B 3.8=，那么沉淀池的长度m L 15.93.32.271==。

为便于施工，本设计取L=16m
为了配水均匀，进水区布置在16m 长度方向的一侧，在m 3.8的宽度中扣除无效长度m 5.0，那么净出口面积
211121.1603.116)5.0-3.8()5.0(m k L B A =⨯=⨯-= 式中：1k —斜管结构系数，本设计取1k =03.1
2.3沉淀池总高度
54321h h h h h H ++++=
式中 H —沉淀池总高度，m ；
1h —保护高度，m 。

本设计取1h =0.3 m ；
2h —清水区高度，m 。

本设计取2h =1.2m ；
3h —斜管区高度，m 。

取斜管长度l =m 0.1，安装倾角 60，
那么m l h 87.060sin 3=°=；
4h —配水区高度，m 。

本设计取4h =1.5m ；
5h —排泥槽高度，m 。

本设计取5h =0.83m ； 那么沉淀池总高度H
m H 7.483.05.187.02.13.0 =++++= 。

3进出水系统
3.1沉淀池进水设计
沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积
v Q A =2
式中 2A —孔口总面积〔2m 〕
v —孔口流速〔s m 〕
，一般在0.15s m 一下，本设计中取s m 1.0 22 3.3.10/33.0m A ==
每个孔口的尺寸定为cm cm 1020×
，那么孔口数为245个。

进水孔位置应该在斜管以下、沉泥区以上部位。

3.2沉淀池出水设计
沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v 1=0.6m/s ，那么穿孔总面积： A 3=
1
v Q
式中： A 3—出水孔口总面积，2m 。

A 3=
1v Q =6
.033.0=0.552m 设每个孔的直径为4cm ，那么孔口的个数 N=
F
A 3=204.04
14.355.0×=438个。

设每条集水槽的宽度为0.4m ，间距1.5m ，共设10条集水槽，每条集水槽一侧开孔数。

为40个，孔间距为20cm 。

10条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度0.8m ，深度1.0m 。

出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。

孔口损失
∑h = ∑h 1=ξg
v
22
1
式中： ∑h —孔口水头损失，m ；
ξ—进口阻力系数。

设计中取ξ =2
∑h = ξg
v 22
1 =2×8.926.02
⨯ =0.037m 。

集水槽内水深取为0.4m ，槽内水流速度为0.32m/s,槽内水力坡度按0.01计，槽内水头损失
∑h =iL 式中： ∑h —集水槽内水头损失，m ；
i—水力坡度；
L—集水槽长度，m；
设计中取i=0.01， L=8.3m
∑h =iL=0.01×8.3=0.083m
出水总水头损失
∑h=∑h +∑h =0.037+0.083=0.12m，设计中取为0.15m
3.3沉淀池斜管的选择
斜管长度一般为0.8～1.0m，设计中取为1.0m；斜管管径一般为25～35mm，设计中取为30mm；斜管为聚丙烯材料，厚度为0.4～0.5mm。

3.4沉淀池排泥系统设计
采用穿孔管进展重力排泥，每天排泥一次。

穿孔管管径为200mm，管上开孔孔径为5mm，孔间距为15mm。

沉淀池底部为排泥槽，共12条。

排泥槽顶宽为
2.0m，底宽为0.5m，斜面与水平夹角约为45°，排泥槽斗高为0.83m。

3.5斜管沉淀池计算草图
根据上面计算结果，绘制斜管沉淀池示意图，如图4.5所示。

穿孔排泥管配水区
斜管区
清水区
积泥区
集水槽斜管沉淀池计算示意图
4核算
4.1、雷诺数Re
斜管内的水流速度为：
2v =
θ
sin 1A Q
式中： v —斜管内水流速度，m/s ；
θ—斜管安装倾角，一般采用60°～75°。

设计中取 =60° 2v =
θ
sin 1A Q
= ︒⨯60sin 21.16133.0=0.0031m/s=0.31cm/s Re=
v
Rv 2
式中：R —水力半径，cm ，本设计取R=0.75cm
v —水的运动黏度，cm/s 。

设计中当水温t=20℃时，水的运动黏度v=0.01cm/s Re=
v
Rv 2=01.031
.075.0⨯ =23.3＜500，满足设计要求。

4.2、弗劳德数F r
F r =Rg
v 2
2
= 81.975.031.02⨯=1.31×104
F r 介于0.001～0.0001之间，满足设计要求。

4.3、斜管中的沉淀时间T T =
2
1v L 式中：1L —斜管长度，m 。

设计中取1L =1.0m
T =
2
1v L =0031.00.1 =322.6s=4.9min 根本上满足要求〔一般在2～5min 之间〕。

四、过滤处理
1.滤池总面积 F=
vT
Q
F-滤池总面积(m 2) Q- 设计水量(m 3/d) v-设计滤速(m/h),石英砂单层滤料一般采用8~10 ,双层滤料一般采用10~14m/h.
T=T 0-nt 0-nt 1
T-滤池每日的实际工作时间〔h 〕T 0-滤池每日的工作时间 〔h 〕 t 0-滤池每日的冲洗后停用和排放初滤水时间〔h 〕 t 1-滤池每日冲洗时间〔h 〕
n-滤池每日冲洗次数普通快滤池是目前水处理工程中常用的滤池形式之一，普通快滤池每一池上装有混水进水阀，清水出水阀，反冲洗进水阀，反冲洗排水阀，共四个阀门。

普通快滤池运行稳定，出水水质较好。

其缺点是阀门数量多，阀门易损坏，还必须有全套的冲洗设备。

普通快滤池适于大中型水厂，单池面积不大于100m 2,以免冲洗不均匀,在有条件时尽量采用外表冲洗或空气助冲设备。

2.1普通快滤池平面尺寸计算
设计中取n =2次，t 1=0.1ｈ不考虑排放初滤水时间，即t 0=0
T=24-2×0.1=23.8h
设计中选用双层滤料石英无烟煤砂滤池取v=12 m/h F=
vT Q =8
.2313200000⨯=646.4(m 2) 2.单池面积 f=
N
F =74.646=92.34(m 2)
设计中取N=7 单排布置 L=12.0m ，B=8.0m ，滤池的实际面积为12.0×
8.0=96(m 2) ， 实际流速v =
8
.23967200000
⨯⨯=12.5 m/h
当一座滤池检修时，其余滤池的冲洗强度v ＇=1
-N Nv
一般采用10~14 m/h v ＇=1
75
.127-⨯=14 m/h
2.2滤池高度 H=H 1+H 2+H 3+H 4
H -滤池高度〔m 〕，一般采用3.20-3.60m H 1-承托层高度〔m 〕，一般可按表6-1确定 H 2-滤料层厚度〔m 〕，一般可按表6-2确定 H 3-滤层上水深〔m 〕，一般取1.5-2.0m H 4-超高，一般采用0.3m
设计中取H 1=0.6， H 2=0.40， H 3=1.80 ，H 4=0.30 H=H 1+H 2+H 3+H 4=0.6+0.40+1.80+0.30=3.1m
表6-1 普通快滤池承托层的粒径和厚度
表6-2 普通快滤池的滤料层厚度
2.3配水系统
1.最大粒径滤料的最小流态化流速
v mf =12.26×54.031
.1001.0⨯φd ×54
.0031.20)1(m m -
=12.26×54.031.1001.098.0012.0⨯×54
.031
.20
)
38.01(38.0m -=1.08cm/s 设计中去粗取d=0.0012m,φ=0.98,m=0.38,水温20℃时μ=0.01〔N.s/m 2〕 2.反冲洗强度：q=10kv mf =10×1.3×1.08=14L/(s.m 2) k-平安系数，一般采用1.1~1.3，设计中取k=1.3 3.反冲洗流量：q g =fg=96×14=1344L/s 4.干管始端流速：v g =2
3
104D q g ⨯⨯⨯-π=2
38.014.310344.14⨯⨯⨯-=2.69m/s 设计中取D=0.8m
5.配水只管根数
n j =2a L =2×12.0/0.3=80根 n j —单池中支管根数〔根〕 L —滤池长度〔m 〕
α—支管中心间距〔m 〕，一般采用0.25-0.30m ，设计中取α=0.3m 6.单根支管入口流量：q j =q g /n j =1344/80=16.8L/s
7.支管入口流速：v i =234
10j j D q ⨯⨯-π092.014.3108.1643⨯⨯⨯-=2.64m/s 设计中D j =0.09m=90mm
8、单根支管长度：L j =0.5×(B-D)=0.5×(8-0.8)=3.6m
9、配水支管上孔口总面积：F K =Kf=0.25%×96=0.24=240000mm 2
K-配水支管上孔口总面积与滤池面积之比一般采用0.2%-0.25%，设计中取0.25% 10、配水支管上孔口流速：v K =q g /F k =1.344/0.24=5.6m/s
11、单个孔口面积：f K =4
d 2
K =3.14/4×92=63.5mm 12、孔口总数：N K =
K
K f F =5.63240000=3779个 13、单根支管上孔口数:n K =N K /n j =3779/80=47个 支关上孔口布置二排，与垂直成45夹角向下交织排列.
14、孔口中心距：a K =2K j n L =2
476
.3=0.15m
孔口示意图
单个滤池的配水系统 ：
接冲洗水管
15、孔口平均水头损失：h K =1/2g(
25
.068.01014
⨯⨯)2=3.5m
表6-3 流量系数μ值
16、配水系统校核：对大阻力配水系统，要求其支管长度与直径之比不大于60
j
j d L =09.06
.3=40＜60
对大阻力配水系统，需按下式校核，
29.0)()(
220≤+a
nw f w f 即29.0143.006.0083.0)800
80014.34240000()9014.3504240000(
2
2≤=+=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯
2.4冲洗排水槽 1. 冲洗排水槽中心距
a 0=
1
n L 因冲洗排水槽长度不宜大于6米，故在设计中将每座滤池中间设置排水渠，在排水渠两侧对称布置冲洗排水槽，每侧排水槽数为3条，池中冲洗排水槽总数为6条 , a 0=
1
n L =312=4m 2. 每条冲洗排水槽长
l 0=
2
b B -=26
.08-=3.7m
b-中间排水槽宽度，取0.6m 3. 每条冲洗排水槽的排水量：q 0=2
n q g =61344
=224L/s=0.224m 3/s 4. 冲洗排水槽断面模数
冲洗排水槽采用三角形标准断面，其断面模数为
x=0.45×q 4
.00=0.45×0.0820.4
=0.165m
冲洗排水槽断面计算图
5.冲洗排水槽距砂面高度：H e =eH2+2.5x+8+c=0.4×0.7+2.5×0.165+0.05+0.01=0.81m
6.排水槽总平面面积：F 0=2xl 0N 2+bL=2×0.165×3.7×6+0.6×12=14.526m 2 校核排水槽总平面面积与滤池面积之比：
f
F 0=96526.14=15.13%＜25% ，满足要求
7.中间排水渠：采用矩形断面，渠底距冲洗排水槽底部的高度
H c =1.73×322gB q g
+0.2=1.73×32
2
6
.08.9344
.1 +0.2=1.025m
单格滤池的反冲洗排水系统布置如图：
至排水渠
2.5滤池反冲洗
1.单个滤池的反冲洗用水量
W=qft/1000=13×96×360/1000=449.28m 3
t-单个滤池的反冲洗历时〔s 〕,可根据下表确定 设计中取t=6min,q=13L/(s.m 2)
2.高位水箱冲洗
（1） 高位水箱冲洗容积
W1=1.5W=1.5×147=220.5m 3 〔2〕承托层的水头损失
m q H h w 1716.01360.0022.0022.013=⨯⨯=⨯= （3） 冲洗时滤层的水头损失
h w4=(
水砂ρρ-1) (1-m 0) H 2=(1000
2650
-1) (1-0.4)×0.07=0.69m 砂ρ-滤料的密度 ，水ρ-水的密度
m 0-滤料未膨胀前的空隙率 ，H 2-滤料未膨胀前的厚度 设计中取m 0=0.4， 水ρ=1000kg/m 3 ，砂ρ=2650 kg/m 3 ，H 2=0.7m （4） 冲洗水箱高度
H t =h w1+h w2+h w3+h w4+h w5=1.0+3.5+0.1716+0.69+1.5=6.8616m h w1-水箱与滤池间的冲洗管道的沿程和局部水头损失之和〔m 〕 h w1-配水系统的水头损失〔m 〕 h w5-备用水头〔m 〕，一般采用1.5-2.0m 设计中取h w1=1.0m ，hw 1= h k =3.5m, h w5=1.5m 2.6进水系统
1.进水总渠：滤池的总进水量为Q=200000m 3/d=
2.315m 3/s,设计中取进水总渠宽0.8m 水深1m ，流速v 1=0.61m/s
2.反冲洗进水管：冲洗水量q=1344L/s,采用管径d=500mm,管中流速v=2.69m/s
3.清水管：清水总流量Q=0.382m/s,为了便于施工渠断面采用和进水渠断面一样
的尺寸单个进水管流量Q=0.0764m3/s,采用管径D=400,v=0.61m/s
4.排水渠：排水流量q g=490L/s=0.490m3/s, 排水渠断面宽度B=0.8m,渠中水深0.6m,流速v=1.02m/s。