反应絮凝池及斜管沉淀池计算讲解学习

反应絮凝池及斜管沉
淀池计算
反应絮凝池及斜管沉淀池计算
1、栅条絮凝池设计计算
1.1、栅条絮凝池设计
通过前面的论述确定采用栅条絮凝池。

栅条絮凝池是应用紊流理论的絮凝池，网格絮凝池的平面布置由多格竖井串联而成。

絮凝池分成许多面积相等的方格，进水水流顺序从一格流向下一格，上下接错流动，直至出口，在全池三分之二的分格内，水平放置栅条，通过栅条的孔隙时，水流收缩，过孔后水流扩大，形成良好的絮凝条件。

1.1.1网格絮凝池设计要求：
（1）絮凝时间一般为10-15min 。

（2）絮凝池分格大小，按竖向流速确定。

（3）絮凝池分格数按絮凝时间计算，多数分成8-18格，可大致按分格数均匀成3段，其中前段3-5min ，中段3-5min ，未段4-5min 。

（4）栅条数前段较多，中段较少，未段可不放。

但前段总数宜在16层以上，中段在8层以上，上下两层间距为60-70㎝。

（5）每格的竖向流速，前段和中段0.12-0.14m/s ，未段0.22-0.25m/s 。

（6）栅条的外框尺寸加安装间隙等于每格池的净尺寸。

前段栅条缝隙为50㎜，中段为80㎜。

（7）各格之间的过水孔洞应上下交错布置，孔洞计算流速：前段0.3-0.2 m/s ，中段0.2-0.15 m/s ，末段0.14-0.1 m/s ，各过水孔面积从前段向末段逐步增大。

所有过水孔须经常处于淹没状态。

（8）栅孔流速，前段0.25-0.3 m/s ，中段0.22-0.25 m/s 。

（9）一般排泥可用长度小于5m ，直径150-200mm 的穿孔排泥管或单斗底排泥，采用快开排泥阀。

1.1.2网格絮凝池计算公式 （1）池体积
60
QT
V
( m 3) (3.1) 式中：V ——池体积( m 3)； Q ——流量（m 3/h ）；
T ——絮凝时间(min) （2）池面积
1
H V
A =
（㎡） (3.2) 式中：A ——池面积（㎡）； 1H ——有效水深(m) （3）池高
()m H H 3.01+= (3.3) （4）分格面积
v Q
f =
(3.4) 式中：f ——分格面积；
0v ——竖井流速（m/s ）
（5）分格数
f
A
n =
(3.5) 式中：n ——分格格数； （6）竖井之间孔洞尺寸
2
2v Q
A =
（㎡） (3.6) 式中：2A ——竖井之间孔洞尺寸（㎡）；
2v ——各段过网格水头损失（m/s ）
（7）总水头损失
∑∑+=21h h h （m ） (3.7)
g
v h 22
111ε= （m ） (3.8)
g
v h 222
22ε=（m ） (3.9)
式中：h ——总水头损失（m ）；
1h ——每层网格水头损失（m ）
2h ——每个孔洞水头损失（m ） 1v ——各段过网流速（m/s ） 2v ——各段孔洞流速（m/s ）
1ε——网格阻力系数，前段取1.0，中段取0.9
2ε——孔洞阻力系数，可取3.0
1.1.3网格絮凝池设计计算
因为设计流量0.182m³/s ，流量比较小，只需采用一个反应池，设絮凝时间10min,得絮凝池的有效容积为：
V =0.182×10×60=109.2 m³
设平均水深为3.0m ，得池的面积为：
34.360
.32.109m A ==
竖井流速取为0.12 m/s ，得单格面积：
25.112
.0182.0m f ==
设每格为方形，边长采用1.23m ，因此每格面积1.5㎡，由此得分格数为：
3.245
.14.36==n
为配合沉淀尺寸采用25格 实际絮凝时间为：
min
4.10623182
.0250.323.123.1==⨯⨯⨯=
s t 池的平均有效水深为3.0m ，取超过0.45m ，泥斗深度0.65m ，得池的总高度为：
m H 10.465.045.00.3=++=
过水洞流速按进口0.3 m/s 递减到出口0.1 m/s 计算，得各过水孔洞的尺寸见表：
表1.1 过水孔洞的尺寸
图1.1 网格絮凝池布置图
絮凝池布置中，图中已表示从进口到出口各格的水流方向，“上”、“下”表示隔墙上的开孔位置，上孔上缘在最高水位以下，下孔下缘与排泥槽口齐平。

编号1-7格中每格安装3层网格，8-15格中每格安装1层网格，后阶段不需要安装网格，上下间距为60cm 。

网格絮凝池水头损失由水流通过两竖井间孔洞损失和每层网格水头损失组成，即
∑∑+=21h h h
式中1h ——水流通过网格水头损失，m ，
2h ——水流通过竖井间孔洞水头损失，m
水流通过竖井间孔洞水头损失 表1.2
∑12
h =0.0140+0.0140+0.0110+0.0090+0.0079+0.0068+0.0061=0.0688m ∑22h
=0.0061+0.0061+0.0052+0.0046+0.0041+0.0037+0.0037+0.0034=0.03051m ∑32
h
=0.0025+0.0023+0.0021+0.0017+0.0015+0.0015=0.0101m
1-7网格为前段，网栅空隙实际面积为0.65㎡，前段栅条缝隙为50㎜，空隙宽为水过网孔流速为0.28m/s ；8-15网格为中段，网栅空隙实际面积为0.76㎡，水过网孔流速为0.24m/s ，前段网格孔水头损失：
m g v h 004.08
.9228.022
211
11
=⨯==ξ 中段网格孔水头损失：
m g v h 0026.08.9224.09.022
2222
1
=⨯⨯==ξ
前段水头损失：
m h h h 1528.021004.00688.0211=⨯+=+=∑∑
停留时间：
s T t 72.17425
7
1=⨯=
水温20
C 0
：
141119272
.17410029.11528
.01000--=⨯⨯⨯==
s t h G μγ 中段水头损失：
m h h h 05131.080026.003051.0212=⨯+=+=∑∑
停留时间：
s T t 68.19925
8
2=⨯=
1
4
2225068
.19910029.105131.01000--=⨯⨯⨯==
s t h G μγ 后段水头损失：
m h h h 0176.0213=+=∑∑
停留时间：
s t t T t 6.249213=--=
1
4333226
.24910029.101.01000--=⨯⨯⨯==
s t h G μγ 网格絮凝池主要设计参数规定前段速度梯度70-1001
-s ，中段速度梯度40-501
-s ，末段速度梯度10-201
-s 。

通过上述的计算，每阶段速度梯度符合设计的要求。

排泥管的直径一般为150-200mm 。

则排泥管直径采用150mm 的排泥管。

图1.2
网格絮凝
池的平面
图与剖面
图
2、（上向）斜管沉淀池的设计与计算
斜管沉淀池，是一种在沉淀池内装置许多间隔较小的平行直径较小的平行倾斜管的沉淀池。

特点是沉淀效率高、池子容积小和占底面积少。

从平流式沉淀池内颗粒沉降过程分析和理想沉淀原理可知，悬浮颗粒的沉淀去除率仅于沉淀面积有关，而与池深无关。

在沉淀池容积一定的条件下，池深越浅，沉淀面积越大，悬浮颗粒去除率越高。

2.1斜管沉淀池设计要点
（1）斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形，其内径或边距d 一般采用25-35mm 。

（2）斜管长度一般为800-1000mm 左右，可根据水力计算结合斜管材料决定。

（3）斜管的水平倾角θ常采用60°。

（4）斜管上部的清水区高度，不宜小于1.0m ，较高的清水区有助于出水均匀和减少日照影响及藻类繁殖。

（5）斜管下布水区高度不宜小于1.5m 。

为使布水均匀，在沉淀池进口处应设穿孔墙或格栅等整流措施。

（6）积泥区高度应根据沉泥量、沉泥浓缩程度和排泥方式等确定，排泥设备同平流式沉淀池，可采用穿孔管排泥或机械排泥等。

（7）斜管沉淀池采用侧面进水时，斜管倾斜以反向进水为宜。

（8）斜管沉淀池的出水系统应使池子的出水均匀，其布置与一般澄清池相同，可以采用穿孔管或穿孔集水槽等集水。

2.2斜管沉淀池设计计算
（1）设计数据选用
表面负荷取q =10m³/(㎡·h)，清水区上升流速即为v =0.00278m/s,斜管材料选用厚0.4mm 塑料板热压成正六边形管，内切圆直径d=30mm,长1000mm ，水平倾角60°。

（2）计算与设计
①清水区面积
q Q A =
=10
25
.656=65.63㎡ (4.1) 取斜管沉淀池平面尺寸5.5×12=66㎡，进水区布置在12m 长边一侧，在5.5m
短边中扣除1000×cos60°=500 mm 无效长度，并考虑斜管结构系数1.03，则净出口面积为：
3
25.5803.112
5.0125.5m A =⨯-⨯=
斜管出口水流实际上升流速为：
s
mm s m m s m v s /13.3/00313.025.58/1823.02
3===
(4.2) 斜管内轴向流速为：
s mm v /61.360sin 13
.30
0==
(4.3)
取清水区高度1.20m ，超高0.30m 。

②斜管区高1000×sin60°=866mm=0.87m 。

③取配水区高1.50m ，下部穿孔排泥管处斜槽高0.80m 。

④斜管沉淀池高度:H=0.30+1.20+0.87+1.50+0.80=4.67m 。

(4.4) （3）复核
①雷诺数Re 值： 水力半径：
cm mm d R 75.05.74
304====
(4.5) 当水温t=20°时，水的运动黏度s cm v /01.02
=则
08.2701
.0361
.075.0Re 0=⨯==
v Rv (4.6) ②弗劳德数Fr 值
()4
2
2
1077.198175.0361.0-⨯=⨯=
=Rg v Fr (4.7)
③斜管沉淀时间
min 62.427761
.31000
===
s T (4.8) （4）进水区
从网格絮凝池到沉淀池，尽量减小紊流区域，不使絮凝体破碎，进水区的布置是沉淀池设计的重要环节。

进水区通常采用穿孔墙的形式，将水流分布于沉淀池整个断面，进水区设计首先考虑絮凝体的破碎影响，按絮凝池末端流速作为过孔流速设计穿孔墙过水面积，且池底积泥面上0.3至池底范围内不设进水孔。

考虑到施工方便，进水孔可设计成（50-150）mm×（50-150）mm 方孔。

设计流速为0.1m/s ，以絮凝池末端流速为设计流速。

则穿孔墙的总面积：
v Q f =
=1
.01823.0=1.823m³ (4.9) 单个穿孔墙尺寸：
100mm×100mm
共设计01
.0823
.1=
n =182.3≈180 斜管进水区域的高度为1.5m ，则共十五行，每行开12个孔。

（5）出水区
采用穿孔集水管，间距1.0m ，共12支管，
每支管的流量：
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s m q /015.012
1823.03==
(4.10) 集水管的直径采用150mm ，则0.8m/s ，集水管上的开孔圆孔直径取30mm ，
每个孔流量： s m d q /104.4462.0'342-⨯=⨯⨯=π
， (4.11)
集水槽开孔个数：
34104.4015.04
=⨯-个 按孔口间距@=160mm 设计，集水管至池口的距离360mm,集水管输送水到集水渠采用自由下落，集水管出口到集水渠的水面高度200mm ，在集水渠的水流流速1.2m/s ，则集水渠的宽取0.6m ，则池底到液面的高度300mm 。

则集水渠的高度：
360+200+300=860mm 。

总的输水干管采用管径：D =450mm,管中流速：1.14 m/s
排泥管的管径选用150mm 的管。

图2.1 沉淀池的平面图与剖面图。