穿孔旋流反应池功能性计算.doc

1 8 1 n 穿孔旋流反应池穿孔旋流反应池 由若干方格 大于 6 格 组成 各格之间隔墙上沿池壁开孔 孔 口上 下交错布置 水流沿池壁切线方向进入后形成旋流 孔口起 端流速 0 6 1 0m s 末端 0 2 0 3 s 时间 P 3 r 24 r14 P 每根旋转轴全部浆板所耗功率 W n 同一旋转半径上浆板数 CD 阻力系数 CD 1 1 旋转角速度 rad s r2r1 浆板外缘 内缘旋转半径 m T 15 25min 1 适用条件 水量变化较小的中 小水厂 其特点是构造简单 造价较低和施工方便 缺点是水量变动较大时 效果不能保证 且 各格的竖向流速低 底部可能会积泥 可与平流式沉淀池或斜管沉 淀池合建 2 设计要求 穿孔旋流絮凝池的絮凝时间宜为 15 25min 进口 处流速 0 6 1 0m s 出口处流速 0 2 0 3m s 每格孔口应上下交错布置 穿孔旋流 絮凝池每组絮凝池分格数不宜少于 6 3 各格直径约 150 200mm 的穿孔排泥管 以便排泥和清洗 4 每格进 出水孔应靠近池壁布置 下孔应在积泥面以上 上 CD 2 4 v 2g V2 2g V2 1 V2V2 2g 2 V12 V22 t T 1 n 1 2 n 孔应在最高水位以下 0 05 0 1m 孔口高度可取为宽度的 2 倍或 1 5 倍 5 孔口水头损失 喷咀直径 d h v 进水管出口或孔口流速 m s 局部阻力系数 进水管出口 1 0 孔口处 1 06 h喷嘴 0 92 0 06v2 例题 设计水量 60m3 h 水厂自用水 7 6 每格孔口流速 v v1 v2 v2 1 1 t 反应经历的时间 T 反应总时间 v1 v2 进 出口流速 注意 共 n 格 第一格 t 为 第二格 t 为 进水管管径为 200mm 为跌水混合 跌落高度 0 8m 混合槽 0 6m 反应池型式为穿孔旋流反应池 分格数为 6 絮凝时间 T 20min 进口流速 v1 1m s dg 150mm 出口流速 v2 0 2m s 絮凝池的平面尺寸为 V2 3 6 21 4 V2 W h22 5 3 6 V12 V22 T t 2 V12 V22 T t 2 1 0 04 t nt t nt T 60 1 07 20 有效容积 W 21 4m3 60 60 单池容积 W 3 567 3 6m3 池有效水深为 H 2 5m 测单池面积为 f 1 44m2 单格为正方形 边长为 1 2m 超高 h 0 3m 污泥斗底为棱行 斗底平面为一正方形 边长 0 2m 斗高 h3 0 7m 则絮凝池总高度为 H h1 h2 h3 0 3 2 5 0 7 3 5m 2 孔口尺寸 1 孔口布置 上部孔口顶距池顶 0 5m 下部孔口孔底距池顶 2 4m 进水管在 第一格池子的上部 孔口上 下对角交错布置 2 孔口流速 v v1 v2 v2 1 1 v1 v2 v2 1 1 1 0 0 2 0 2 1 1 1 2 0 2 1 24 4 6 1 Q V1 2 0 0178 0 753 0 0178 0 6 Q V3 4 Q V4 5 0 0178 0 479 Q V5 6 0 0178 0 2 0 0178 0 2 Q V2 第一格至第二格孔口流速 t t V1 2 1 2 1 24 1 2 0 2 5 0 753m s 第二格至第三格孔口流速 t 2 t 同理可得 V3 4 0 479m s V4 5 0 375m s V5 6 0 283m s 3 孔口过水面积 1 2 0 236m2 2 3 0 0297 m2 3 4 0 0372m2 5 6 0 0659m2 出口 0 089 m2 3 孔口尺寸 孔口高宽比为 2 则各孔口尺寸为 宽 高 一 二格间孔口 110 220 二 三格间孔口 120 240 四格间孔口 140 280 三 五格间孔口 150 300 5 2g V2 四 六格间孔口 180 360 出口格间孔口 210 420 故各孔口实际面积为 1 2 0 11 0 22 0 0242m2 2 3 0 12 0 24 0 0288m2 3 4 0 14 0 28 0 0392m2 4 5 0 15 0 3 0 045m2 5 6 0 18 0 36 0 0648m2 出口 0 21 0 42 0 0882m2 各孔口实际流速为 Q 0 0178 V1 2 0 7355m s 1 2 0 0212 V2 3 0 618m s V3 4 0 454m s V4 5 0 396m s V5 6 0 275m s V2 0 202m s 4 水头损失 沿程水头损失忽略不计 h 12 h进水管 1 0 0 051m 2 9 81 V2 6 0 6182 h1 2 1 06 0 029m 2 9 81 h2 3 0 021m h3 4 0 011m h4 5 0 008m h5 6 0 004 h出口 0 002m h0 051 0 029 0 021 0 011 0 008 0 004 0 002 0 126m 计算结果列于下表 孔口位置 絮凝历时 t min 孔口流速 m s 孔口面积 m2 孔口尺寸 mm 实际孔 口面积 实际速度 v m s 水头损失 h m 进口处01 000 0178Dg 1500 01771 000 051 一 二格 间 T 6 3 330 7530 0236 110 220 0 02420 7350 029 二 三格 间 2T 6 6 670 60 0297 120 240 0 02880 6180 021 三 四格 间 3T 6 10 000 4790 0372 140 280 0 03920 4540 011 四 五格 间 4T 6 13 330 3750 0475 150 300 0 0450 3960 008 五 六格 间 5T 6 16 670 2830 0629 180 360 0 06480 2750 004 出 口T 20 000 20 089 210 420 0 08820 2020 002 h 0 126 3 GT 值 水温 t 20 计 0 1020 10 3kg s m2 GT 32 08 60 20 38496 104 105之间 Rh 1000 0 126 4 排泥管 G 32 08 S 1 60 T 60 0 1020 103 20 7 dg 10mm 反应池出水经配水槽配水花墙进入斜管沉淀池 反应池与沉淀 池合建 由多格竖井串联而成 每年竖井安装若干层网格或栅条 各竖 井之间的隔墙上 上 下交错开孔 每个竖井网格数逐渐减少 一 般分 3 段控制 前段 密网 密栅 中段 疏网 疏栅 末段 不安装网 栅 1 适用条件 1 原水水温 4 0 34 0 浊度 25 2500 度 2 中 小型水厂 3 适用于亲建也可用于旧池改造 2 设计要求 1 t 10 150min 2 一般分成 6 18 格 小型水厂不宜大于 9 格 分成三段 一 二段均为 2 5 4 0min 三段 3 0 4 0min 3 网可或栅条数前段多 中段少 末段可不放 上下两层间距 为 60 70cm 农村水厂可适当减少 4 每格的竖向流速 前段和中段 0 12 0 14m s 末段 0 1 0 14m s 5 网格或栅条的外框尺寸等于每个池的净尺寸 前段栅条缝隙 8 50mm 或网格孔眼为 80 80mm 中段分别为 80mm 80mm 和 100 100mm 6 孔口交错布置 前段流速 0 3 0 2m s 中段 0 2 0 15m s 末 段 0 1 0 14m s 孔口应处于淹没状态 7 网孔或栅孔流速 前段 0 25 0 30m s 中段 0 22 0 25m s 8 穿孔或单斗底排泥 9 网格或栅条可用木料 扁钢 钢筋混凝土预制件等 12 G 值 gh G t1 当 T 20 时 1 10 3 Pa s 1000 9 81 0 126 第一段 G1 72 8 S 1 1 10 3 231 14 1000 9 81 0 051 第二段 G2 46 5 S 1 1 10 3 231 14 1000 9 81 0 01 第三段 G3 20 6 S 1 1 10 3 231 14 g h 1000 9 81 0 01 G平 89 09 S 1 t 1 10 3 231 14 例题 例题 1 已知条件 设计水量 Q 60m3 h 包括水厂自用水量 平流式沉淀池组数 n 1 9 排泥管兼放空管 其直接采用最小直径 d 150mm 长宽比 L B 12 4 长深比 L H 15 10 2 设计计算 1 沉淀池的设计水量 Q 60 Q 0 017 m3 s 3600 2 池体尺寸 0 7BLH00 5 根据放空管直径公式 d 以及已知条件 L B 12 t L H 15 可计算出 L L L 0 7 L 0 1 0 5 12 15 d t 式中 H0 池内平均水深 m 此处为 H 0 1m t 放空时间 s 此处按 0 35h 计 由以上可得 池长 L 20 00m 取 L 20 1m 池宽 B 20 1 12 1 68m 取 B 1 7m 池深 H 20 1 15 1 34 取 H 1 3m 4 沉淀池容积 W W B L H 1 7 20 1 1 3 44 4 m3 5 停留时间 t Wn 44 4 1 10 t 0 74 h Q 60 6 池内平均水平流速 V L 20 1 V 7 5 mm s 3 6t 3 6 0 74 7 进水穿孔墙 沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水 墙长 2 0m 墙高 1 5m 有 效水深 1 4m 超高 0 2m 穿孔墙空洞总面积 孔洞处流速采用 V0 0 008m s 则 Q 60 0 21 m2 3600 V0 3600 0 08 孔洞个数 N 孔洞形状采用矩形 尺寸为 15cm 18cm 则 0 21 N 7 78 8 个 0 15 0 18 0 15 0 18 8 出水渠 采用薄壁堰出水 堰口应保持水平 出水渠宽度采用 0 18m 则渠内水深 q2 Q 1 h 1 733 1 733 2 gb2 3600n gb2 60 1 1 733 2 3600 1 9 81 0 182 0 17 m 为保证自由溢水 出水渠的超高定为 0 1m 则渠道深度为 0 28m 11 9 排泥设施 由于水量较小 采用穿孔排泥 V 形槽边与水平成 53 共设 10 个槽 槽高 80cm 排泥管上装快开闸门 10 沉淀池水力条件复核 水力半径 R BH 170 130 R 51 40 cm 2H B 2 130 170 弗劳德数 Fr V2 0 752 Fr 1 1 10 5 在规定范围 1 10 4 10 5内 Rg 51 40 981 例题 例题 一 已知条件 1 设计水量 包括水厂自用水量 7 Q 60 1 07 64 2m3 h 17 83L s 0 178m3 s 2 斜管 采用塑料斜管 斜管断面积为正六边形 内切圆直径 d 25mm 斜管长 L 1m 斜管倾角 60 斜管高度 h3 0 87 斜管 板厚 0 4mm 3 池内液面上升流速 V 2 5mm s 4 清水区高度 h4 采用 h4 1 0m 5 配水区高度 h2 采用 h2 2m 6 超高 h1 采用 h1 3m 二 设计计算 12 1 沉淀池面积 Q 0 0178 1 清水已有效面积 F 7 132m2 V 0 0025 2 沉淀池初拟面积 F 斜管结构占用面积按 5 计 人孔所占面积为 1m2 则 F F 1 05 1 8 4886m2 8 5 m2 初拟平面尺寸为 L1 B1 3 4 2 5m 8 5 m2 3 沉淀池建筑面积 F建 斜管安装厚度 L2 Lcos 0 5m F建 考虑到安装间隙 长加 0 1m 宽加 0 1m L L1 L2 0 1 3 4 0 5 0 1 4 0m B B1 0 1 2 5 0 1 2 6m F建 L B 4 0 2 6 10 40m2 2 池体高度 H 根据现有池子高度 池底存泥斗深度为 0 93m 则 H h1 h4 h3 h2 h1 0 93 4 3m 3 集水系统 采用两侧淹没孔口集水槽集水 1 集水槽个数 N 3 2 集水槽的中心距 a L 4 0 a 1 33m N 3 3 槽中流量 q0 13 Q 0 0178 q 0 0059m3 s N 3 考虑到池子的超载系数为 10 故槽中流量 q0 1 1 q 0 0059 1 1 0 0065 m3 s 4 槽中水深 H2 槽宽 b 0 9 q0 0 4 0 9 0 00650 4 0 12m 起点槽中水深 H1 0 75b 0 75 0 12 0 09m 终点槽中水深 H2 1 25b 1 25 0 12 0 15m 为便于施工 槽中水深统一采用 H2 0 15m 计 5 槽的高度 H3 集水方法采用淹没式自由跌落 淹没深度取 5m 跌落高度取 5cm 槽的超高取 0 1m 则集水槽高度 H3 H2 0 05 0 05 0 1 0 15 0 2 0 35m 6 孔眼计算 所需孔眼总面积 W q0 0 0065 0 0065 W 0 0106m2 2gh 0 62 2 9 81 0 05 0 6138 q0 集水槽流量 m3 s 流量系数 取0 62 h 孔口淹没水深 m 此处为 0 05m W 孔眼总面积 单孔面积 W0 孔眼直径采用 d 25mm 则单孔面积 W0 d2 0 0252 0 00049 m2 14 4 4 孔眼个数 W 0 0106 n 21 6 取22个 W0 0 00049 集水槽每边孔眼个数 n n 2 11个 孔眼中心距离 S0 B 2 6 S0 0 236m 11 11 孔眼从中心向两边排列 7 干槽设计 三根支槽汇流通过溢流进入干槽 槽宽 B 0 9 aQ1 0 4 0 9 1 1 0 0178 0 4 0 186m 考虑池子的超载为10 考虑到结构关系 取 0 3m aQ 2 1 1 0 0178 2 槽中水深 H 3 3 3 3 0 131m 取0 15m gB2 9 81 0 22 8 落水斗 出水管直径 d 150mm 5 配水槽 配水槽宽 b 取 b 1m 6 配水花墙 1 沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水 墙长 4 0m 配水墙高为 1m 但污泥 40mm 内不设穿孔墙 孔眼形式采用矩形的半砖孔洞 其尺寸为 0 125 0 063m 孔洞面积 W0 0 125 0 063 0 00788m2 15 2 孔眼总面积 0 Q 0 V1 孔眼流速 采用0 2m s V1 0 0178 故 0 0 089m2 0 2 3 孔眼总长 n0 0 0 089 n0 11 2 取 n0 12 W0 0 00788 则孔眼实际流速为 Q 0 0178 V1 0 188m s n0 W0 12 0 00788 4 孔眼布置 孔眼布置成 2 排 每排孔眼数 12 2 6 个 水平方向孔眼间净距离取 500mm 即两砖长 则每排 6 个孔 眼时 其所占宽度为 6 63 6 500 3378mm 剩余宽度为 L 3378 4000 3378 622mm 均分在各灰缝中 垂直方向孔眼净距取 252mm 即 3 块砖厚 最上一排孔眼的 淹没水深为 250mm 则孔眼的分布高度为 2 125 252 250 752mm V2 水头损失 h 2g 16 0 1882 H 1 06 0 002m 2 9 81 7 存泥斗 1 存泥斗容积 V 棱柱体 H0 V 2LB Lb1 B 1 2 1b1 6 0 93 2 4 2 6 4 0 0 3 2 6 0 4 2 0 3 0 4 6 3 608 m3 2 周期排泥 T0 106V 1 P T0 C1 C2 Q P 泥浆含水率 P 92 泥浆容重 取 1 1 C1 进水浊度为 1010 g m3 C2 去水浊度为 10 g m3 T0 1000000 3 608 1 0 92 1 1 1010 10 0 0178 17837 S 5 h 3 排泥历时 t0 排泥管直径 d 150mm 则其断面 W 泥 d 2 0 01766m2 4 排泥流量 q 泥 0W 泥 2gh H 排泥作用水头 3 77m 17 0 流量系数 1 0 1 d 沿程阻力系数 7m 排泥管长度 1 7m 局部阻力系数 包括进口 1 0 闸门 0 1 90 弯头 0 48 出口 1 0 1 0 0 45 0 03 7 1 1 0 1 0 48 1 0 15 q 泥 0 45 0 01766 2 9 81 3 77 0 0683m3 s 排泥历时 to V 3 608 to 53 s q泥 0 0683 8 沉淀池停留时间 1 沉淀池总容积 W 总 W 总 4 2 6 1 h4 0 87 1 2 4 3 6 1 0 0 87 1 2 44 208m3 2 集水槽体积 V 槽 槽壁厚度取 0 06m 则 V 槽 B b 2 H2 0 05 2 2 2 6 0 12 2 0 06 0 15 0 1 0 06 3 18 0 58m3 3 斜管结构体积 V 管 V 管 L B 5 h3 4 2 6 0 05 0 87 0 452m3 4 人孔体积 V 孔 V孔 1 1 h3 h4 1 1 0 87 0 1 1 87m3 5 沉淀池有效容积 W 有效 W有效 W总 V槽 V管 V孔 44 208 0 58 0 452 1 87 41 306m3 6 沉淀池停留时间 T W效 41 306 T 2320 56 s 38 68 min Q 0 0178 例题 例题 1 已知条例 设计水量 q 60m3 h 包含水厂自用水量 滤速 V 8m h 冲洗强度 12L s m2 冲洗时间 t 6min 0 1h 冲洗周期 T 12h 2 设计计算 1 滤池工作时间 T 19 由于农村供水的特殊性 滤池考虑一天工作 12h 则其有效工 作时间为 t 12 t 12 T 12 0 1 12 12 11 9 h 式中未考虑排放初滤水 2 总水量 Q Q qt 60 12 720m3 d 3 池面积 F 滤池总面积 F Q vt 720 8 11 9 7 56 m3 由于滤池总面积较小 且非连续性运行 所以滤池个数采用 N 1 每个滤池面积 f F N 7 56 1 7 56 m2 4 单池平面尺寸 滤池长宽双采用 L B 1 则 滤池平面尺寸 L B f1 2 7 561 2 2 75 2 8 m 则单池实际面积 为 7 84m2 5 单池冲洗流量 q冲 q冲 fq 7 84 12 94 08 L S 0 094 m3 s 6 冲洗槽排水 断面尺寸 排水槽个数 n1 1 个 槽长 1 B 2 8m 20 槽内流速 采用 0 6m s 槽中心距池底 a 1 4m 排水槽采用标准 V 形槽底断面形式 如下图所示 其末端断面 模数为 x 0 45q0 4 0 17m 集水渠与排水槽的平面布置 见下图 设计高度 滤料层厚度采有 Hn 0 7m 排水槽底厚度采用 0 05m 槽顶位于滤层面以上的高度为 He eHn 2 5x 0 07 0 45 0 7 2 5 0 17 0 05 0 07 0 86 m 核算面积 排水槽平面总面积与单个滤池面积之比为 1 2x f 2 8 2 0 17 7 84 0 12 0 25 8 集水槽 集水渠采用矩形断面 渠宽采用 b 0 75m 渠始端水深 Hq q 7 84 8 H q 0 81 2 3 0 81 2 3 0 16 m 1000b 1000 0 75 集水渠底低于排水档底的高度 Hm Hm Hq 0 2 0 16 0 2 0 36 m 21 9 配水系统 采用大阻力配水系统 其配水干管采用方形断面暗渠结构 配水干渠 干渠始涡流速采用 V干 1 5m s 干渠始端流量 Q干 q冲 0 094m3 s 干渠断面积 A Q干 V干 0 094 1 5 0 06 m2 采用 0 09 m2 干渠断面尺寸采用 0 3 0 3 0 09 m2 干渠壁厚采用 0 1m 干渠顶面应开设孔服 配水支管 支管中心距采用 s 0 25m 支管总数 n2 2L s 2 2 8 0 25 22 4 23 根 支管流量 Q支 n2 0 094 23 0 004 m3 s 支管直径采用 d支 75mm 流速 v支 2 15m s B 0 3 2 0 1 2 8 0 5 支管长度 1 1 15 m 2 2 核算 1 d支 1 15 0 075 15 3 60 10 滤池高度 H 采用 承托层厚度 H1 0 45m 滤料层厚度 H2 0 70m 砂面上水深 H3 1 70m 滤池超高 H4 0 40m 所以滤池总高度 H 0 45 0 70 3 70 0 40 3 25 m 22 1 基本参数 设计水量 Q 80m3 h 11 11L s 分两格 滤速 V 7m h 规范 要求 6 10m h 平均冲洗强度 15L s 冲洗时间 T 5min 期终允许水头损失 1 7m 排水井堰口标高 0 7m 滤池入土深度 0 5m 2 设计计算 所需过滤面积 f1 Q V 80 7 11 43 根据 规范 要求滤池设计为 2 格 单格过滤面积 f1 11 43 2 5 72 由于连通渠采用边长为 0 3m 等腰直角三角形 其面积 f2 1 2 0 3 0 3 0 045 并考虑连通渠斜边部分砼壁厚为 80mm 的面积 则每边长 0 3 2 0 08 0 413m f2 1 2 0 413 0 413 0 085 故滤池面积 f f1 f2 5 72 0 085 4 6 06 滤池为正方形 故每边长 L f 6 06 2 46m 取 L 2 5m 实际过滤面积 F 2 5 2 5 0 085 4 2 11 82 2 滤池高度 23 底部集水区高度 H1 0 3m 滤板厚度 H2 0 1m 承托层高度 H3 0 2m 滤料层高度 H4 0 7m 浑水区高度 H5 0 4m 顶盖高度 H6 0 3m 冲洗水箱高度 H7 60qt 2 1000 60 15 5 2 1000 2 25m 超高取 H8 0 20m 滤池总高度 H H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 4 45m 3 进水分配箱 流速采用 0 05m s 面积 F 分 Q 0 05 0 01111 0 05 0 222 采用正方形 边长 0 5m 0 5m 4 进水管 流量 Q 11 11L s 选用管径 DN125 则流速 V进 0 84m s 水 力坡降 1000i进 11 25 进水管长度 1进 15m 其中 90 弯头一个 三通一个 三通管径采用 DN300 125 DN300 为初步假定的虹吸上 升管管径 沿程水头损失 hf i进 1进 0 01125 15 0 168m 局部水头损失系数为 进口 0 5 90 弯头 0 6 三通 1 5 局部水头损失 hj 0 5 3 0 6 1 5 0 842 2g 0 137m 所以进水管总水头损失 h 进 hf hj 0 168 0 137 0 305m 5 几个控制标高 冲洗水箱水位标高 4 45 0 5 0 20 3 75m 滤池入土深度为 24 0 5m 虹吸辅助管管口标高 3 75 1 7 5 45m 配水箱堰顶标高 5 45 0 305 0 15 6 0m 5 各类管径 虹吸管管径的计算 反冲洗流量 Q冲 q f1 15 5 72 85 8L s 因冲洗时不停止进水 Q进 11 11L s 故虹吸管流量 Qh 85 8 11 11 96 91L S 假定 虹吸上升管管径为 300mm 查 给水排水设计手册 水力计算 表得流速 vhs 1 33m s 水力坡降 ihs 8 84 Q 85 8L s 时 vhs 1 18m s 虹吸下降管管径为 250mm 查得流速 vha 1 94m s 水力坡降 iha 24 3 三角形连通管反冲洗时管内流速