NFDL工艺模块化净水设备结构设计

1、毕业设计题 目 NFDL工艺模块化净水设备结构设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0712 学 生 宋亮 学 号 指导教师 冯德振 二一一 年 五 月 二十六 日摘 要虽然我国幅员辽阔，水资源总量较大，但由于我国人口众多，故人均水资源量很少。地表水在我国的水资源中占很大比例，但是由于地表水水质成分比较复杂，因而对广大居民的生活用水尤其是农村居民的饮水安全构成了很大威胁。要保证饮水安全，实现“农村供水城市化，城乡供水一体化”，就需要多建水厂。现阶段我国可利用土地资源非常紧缺，因此如何在饮水工程项目建设中节约用地，也是重要的课题。针对问题所在，在“既要为人民提供安全饮

2、用水，又要节约用地”的目标指导下，我们提出了模块化净水设备的构想1。目前我国净水系统自动化程度较低，占地面积比较大，水处理效率较低，因而寻找出一种高效的水处理工艺，设计出紧凑的设备结构，提高设备的自动化程度都是现阶段急需解决的问题。“模块化净水设备”是将混合、絮凝、沉淀、排污、反冲、集水过滤等水处理工艺集成在几个净水模块单元内，在模块化净水控制技术的控制作用下在净水模块单元内完成对原水的净化的自动化、标准化装置。该设备的出现可以减少工作人员的劳动强度，提高水处理效率和质量，减少设备的占地面积。本次设计主要研究模块化净水设备的机械结构部分的设计。模块化净水设备集混合、絮凝、沉淀、排污、反冲、集水

3、过滤等工艺于一体。本次设计中采用了穿孔旋流絮凝、高效斜管沉淀、双层滤料过滤等比较先进水处理工艺，使设计的设备具有适用范围广，处理效果好，出水水质优良，占地面积小，而且反冲时耗水量少，节能、高效、安全等优点。关键词：模块化；穿孔旋流；斜管；滤料过滤。ABSTRACTAlthough China has vast territory and a large total water resources, because of our large population so the water resources per capita is very little. Most of Chinese w

4、ater resources is the surface water and water quality constituents are complex. These factors, on the domestic water, especially in rural drinking water, pose a great threat to security. To ensure the safety of drinking water, to achieve the urbanization of rural water supply, urban and rural water

5、supply integration , we need to build more water plant. Now in china available land resources is very scarce. So how to conservation land in construction drinking water project is an important issue. For the problem, under the guidance of the goal that is not only to provide safe drinking water for

6、people, but also economical use of land, we propose the concept of modular water purification system.Now in China water purification system with low degree of automation, covers an larger area and low efficiency of water treatment. Thus to find out an efficient water treatment process, designed comp

7、act device structure, increase automation degree of the equipment are the problems needed to resolve at this stage. Modularization of water purification device is an automated, standardized equipment integrate mixing, flocculation, sedimentation, sewage, recoil, watershed filtration and other water

8、treatment processes in some single unit of the water purification modules, under the control of Modular control technology to complete the purification of raw wate in single unit of the water purification module. The device can reduce the labor intensity of the staffs and improve water treatment eff

9、iciency and quality, reduce the equipment footprint.To design the mechanical structure part of the water purification device is the main task of this design. Modularization of water purification device integrates flocculation, sedimentation, sewage, recoil, watershed filtering and other processes in

10、 one unit, The design uses swirling perforation flocculatione, efficient sedimentation, dual-media filters and other advanced water treatment technology. This device has some advantages. For example wide application, good effect, excellent water quality, covers an area of small, and less from consum

11、ption, energy saving, efficient, safe and so on.Key words：Modular; perforated cyclone; inclined tube; dual-media filters. 目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11. 1 净水设备技术的发展现状21.1.1常规处理技术21.1.2深度处理技术与预处理技术21.1.3强化常规处理技术41.1.4 特种水质处理技术41. 2 净水设备工艺的发展52 模块化净水设备的工作原理72.1概述72.2 净水设备结构72.3 净水设备工作原理82.4净水设备的主要特点82.5净水设备

12、的性能参数93 絮凝区的设计103.1絮凝池的参数113.1.1设计数据113.1.2结构参数113.2进水管的计算113. 3絮凝池各池开口尺寸的计算123. 3. 1第一格室与第二格室之间孔口尺寸计算133. 3. 2第二格室与第三格室之间孔口尺寸计算133. 3. 3第三格室与第四格室之间孔口尺寸计算143. 3. 4第四格室与第五格室之间孔口尺寸计算143. 3. 5 第五格室与第六格室之间孔口尺寸计算153. 3. 6 第六格室与第七格室之间孔口尺寸计算153. 3. 7 第七格室与第八格室之间孔口尺寸计算163. 3. 8第八格室与第九格室之间孔口尺寸计算163. 3. 9 第九格

13、室孔口尺寸计算173.4絮凝池各格孔口位置的布置174 沉淀区的设计184.1斜管沉淀池的结构组成184.2斜管沉淀池参数特点194. 3斜管沉淀池的结构设计224.3.1设计参数224. 3. 2结构计算235 过滤区的设计265.1过滤池的组成结构265.2过滤池的参数特点265.3过滤池的池体计算285.3.1过滤池的设计参数285.3.2过滤池工作时间285.3.3过滤池总面积、分格数285.3.4过滤池高度295.3.5分水槽的计算295.3.6反冲排污管管径的计算295.3.7过滤池出水管管径的计算305.3.8配水系统305.4消毒306 结 论31参 考 文 献32致 谢33附

14、 录341 前言随着对于饮水与健康关系的研究的不断深入和生活水平的提高，人们对于饮用水水质的要求也在不断提高。常规处理工艺已经难以解决水源不断恶化，这与饮用水水质标准不断提高的相矛盾。必须在现有常规处理技术与工艺的基础上，应用新的水处理技术与工艺。从20世纪70年代开始，经过几十年的努力，国内外水处理工作者已经研究开发出许多水处理的新技术新工艺，并且已有大量的工程应用，取得了较好的净化效果。我国的饮水水源主要有地下水源和地表水源两种形式。随着经济建设飞速发展，地下水开采量不断加大，导致地下水资源不断减少。目前我国生活用水水源主要以地表水主。在以地表水为水源时，处理的主要对象是水中的悬浮物质、胶

15、体物质和病原微生物，所需采用的工艺包括混凝、沉淀、过滤、消毒。通过采用新技术在原有的工艺基础上改善净化效果，提高净化效率。农村饮水工程的进一步实施和城市化的进一步发展对生活用水需求量的增加净水设备有了更大的需求。过去净水设备主要存在以下问题：（1)现有的净水工艺和运行参数不能满足水质标准的要求；（2)净水设施运行监测和控制水平较低；（3)设备陈旧、运行效率低下；（4）占地面积较大，灵活性低，维护改造起来比较困难。针对以上问题在旧水厂的改建或新水厂的建设过程中寻求一种净化效果好、自动化程度高、效率高、方式灵活、占地面积小的净水设备成为必然。模块化净水设备凭借其投资少、见效快、占地小、规模形式灵活

16、多样、扩容方便、自动化程度高、操作方便等优势，可在未来饮水工程中发挥巨大的作用1。此外，模块化净水设备还可用于污水处理的升级处理和深度处理，处理后的污水可达到标准后可循环利用。目前城市生活污水排放已是我国城市水的主要污染源，城市生活污水处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重，这就要求我们要把处理生活污水设施的建设作为城市基础设施的重要内容来抓，而且是急不可待的事情。现阶段国家环保部门要求污水排放标准要达到城镇污水处理厂污染物排放标准中规定的一级标准，而目前已建成的污水处理系统，其排放标准大多为二级排放标准，因而需要对原有污水处理设备进行升级改造。因此模块化净水厂系统在污水处理系

17、统也有着良好的市场前景。1. 1 净水设备技术的发展现状1.1.1常规处理技术净水设备的常规处理工艺早在20世纪初期就已形成雏形，并在净水处理的实践中不断得以完善。净水设备的常规处理工艺的主要去除对象是原水中的悬浮物、胶体物和病原微生物等。净水设备的常规处理工艺主要有混凝、沉淀、澄清、过滤、消毒几个工艺。现阶段常规处理工艺仍然被世界上大多数水厂所采用，目前在我国95%以上的净水设备都是采用常规处理工艺，因而常规处理工艺是净水设备的主要工艺。当以地下水作为水源时，常规处理工艺主要的去除对象是原水中存在的病原微生物。当以不含有特殊有害物质的地下水作为水源时，通常只需对原水进行消毒处理就可以达到饮用

18、水水质要求。当以地表水作为水源时，常规处理工艺的主要去除对象是原水中的悬浮物质、胶体物质和病原微生物，所需采用的处理工艺主要包括混凝、沉淀、过滤、消毒。常规处理工艺对原水中的悬浮物、胶体物、和病原微生物等有很好的去除效果，对原水中的一些无机污染物，同时对某些重金属离子和少量的有机物也有一定的去除效果2。随着工业化的进程和城市的发展，以及现代农业对化肥和农药的大量使用等，越来越多的污染物和有害金属随着工业废水、城市废水、生活污水、垃圾渗滤液、农田径流、大气降尘和降水等进入了水体，对水体形成了不同程度的污染，与此同时水中有害物质的种类和含量也越来越多。目前水处理工程中面临的问题，除了原有的泥沙、胶

19、体物质和病原微生物外，还有有机污染物、高氨氮、消毒副产物、水质生物稳定性等问题2。1.1.2深度处理技术与预处理技术（1）深度处理技术当水源受到一定程度的污染时，为达到净化后的水质标准，在常规处理工艺的基础上，需要增加深度处理工艺。应用比较广泛的深度处理技术主要有：臭氧氧化、膜分离技术、活性炭吸附、生物活性炭。1）臭氧氧化臭氧是一种强氧化剂，它可以通过本身的氧化作用来分解水中的有机污染物。臭氧在水处理工艺中最早应用于消毒工艺中，它具有分解水中的多种有机物、除臭、除色的作用。但是由于水处理工艺中臭氧的投加量受到限制，因而不能把有机物完全分解成二氧化碳和水，其中间产物仍然会存留在水中。经过臭氧的氧

20、化处理，水中的有机物增加了羟基、羧基等，使得其降解性得到大大的提高，如果不对其进一步处理，容易引起水中微生物的繁殖。此外，臭氧处理后的水再进行加氯消毒时，一些臭氧氧化的中间产物很易于与氯反应，会产生很多的三卤甲烷类物质，使水的致突变活性增加。因此，在饮用水处理工艺中，臭氧氧化一般不会单独使用，要么用臭氧氧化替代原有的预氯化，要么是在活性炭床前设置臭氧氧化与活性炭联合使用3。2）膜分离技术膜分离技术是20世纪70年代开始发展起来的一项新的水处理技术，在90年代得到了飞速的发展，被认为是目前最有前途的水处理技术。膜分离技术是一种以压力为推动力、利用不同孔径的膜进行水与水中颗粒物质（广义上的颗粒，可

21、以是离子、分子、病毒、细菌、粘土、砂粒等）筛除分离的技术。根据膜孔径从大到小排列，可以把膜滤分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种3。3）活性炭吸附活性炭是一种具有较大吸附能力的多孔性物质。根据其外观形式，活性炭分为粒状炭（GAC）和粉状炭（PAC）两种。粒状炭常用于水的深度处理工艺中，其处理方式一般为粒状活性炭滤床过滤，使用一段时间吸附饱和后的活性炭被再生后可以重复使用。粉状炭常用于水的预处理工艺中，一般多用于短时间、季节性的原水被微污染水处理工艺中，一次性使用后不再进行再生。4）臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技术源于欧洲饮用水处理的实践。当原有水厂普遍采用的预氯化处理的时，水中所含有的氯使微生物无

22、法在活性炭床中大量生长。当与处理工艺中将氯化改为臭氧氧化后，臭氧氧化使水中有机物的生物降解性大为提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化使水中溶解的氧浓度增高（由于臭氧氧化气体的曝气作用），使得臭氧氧化后设置的活性炭床中生长了大量的细菌，生物分解水中可以生物降解的有机物，由原有单纯进行吸附的活性炭床演变成为同时具有明显生物活性的活性炭床，因此这种活性炭技术被称之为生物活性炭。臭氧生物活性炭工艺已经在欧洲饮用水处理中得到了广泛的应用。（2）预处理技术当水源受到一定的污染，或者具有某些特殊性质时，在常规处理工艺之前，需要对原水先进行预处理，预处理包括原水储存、粗大悬浮物和漂浮物的筛除、

23、沉砂、高浊度水的预沉淀、土层渗滤、曝气去除挥发性物质、粉状炭吸附、化学预氧化、生物预处理等4。1）化学预氧化化学预氧化技术是通过投加氧化剂，利用氧化剂的氧化能力，分解破坏水中的污染物质。常用的氧化剂有氯、双氧水、高锰酸钾、臭氧，正在研究开发中的还有紫外光催化氧化等4。2）生物预处理生物预处理是指在常规净水工艺前增加生物处理工艺，通过借助微生物的新陈代谢活动，来初步去除原水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐、铁、锰污染物等，从而减轻常规处理和深度处理的负荷，通过生物预处理和后续处理的物理、化学和生物的综合作用，进一步提高处理后的水质。1.1.3强化常规处理技术通过强化常规处理技术不仅可以降低出水浊度

24、，同时也降低了处理后的水中细菌、隐孢子虫、大肠菌、病毒、铁、锰等的浓度，使形成氯化消毒副产物的母体（挥发性有机物、致突变活性有机物）含量有所降低。（1）强化混凝强化混凝是指在混凝处理中投加过量的混凝剂、新型混凝剂或助凝剂、或者是其他的药剂，通过加强混凝与絮凝作用，使常规处理工艺尽可能多地去除水中的有机物和消毒副产物的前体物（主要指腐殖酸、富里酸等有机物）。强化混凝的重点是择优选择和适量投加混凝剂、助凝剂，并控制恰当的混凝条件，从而提高常规处理中浊度和天然有机物的去除效果，最大限度的去除消毒副产物的前体物，以控制和减少水中消毒副产物的产生5。浊度和天然有机物去除效果受混凝剂的种类和性质、混凝剂的

25、投加量及PH值等各种因素的影响。所以，要对需要原水进行强化混凝试验，来确定去除水中浊度和有机物的最佳PH范围及混凝剂添加量，达到提高水质和节约药剂的双重目的。（2）沉淀与气浮对于富营养化水（如高藻水）、低温低浊水、高色水等采取气浮方式，可以达到较好的效果。沉淀与气浮结合、气浮与过滤组合等工艺均可提高常规处理工艺的效果。（3）强化过滤强化过滤应主要从以下几方面入手：1）充分发挥深层颗粒滤料滤床的潜力，提高滤池的除浊能力，选用合适的反冲洗方式；2）针对近年来原水受到各种有机物污染等状况，在各种预处理及后处理工艺的辅助下，推广对滤前进水加注各种氧化剂、助滤剂等行之有效的方法，例如采用合理生化氧化膜等

26、催化、氧化，絮凝、吸附及过滤综合除浊6。（4）优化消毒为满足水质标准中微生物指标和消毒副产物指标要求，优化消毒技术是改善常规处理的重要一环。目前消毒技术主要应用二氧化氯、臭氧、紫外线等方式，采用组合式消毒工艺，实行多屏障消毒。1.1.4 特种水质处理技术（1） 除铁、除锰对于含铁、锰较多的水源要进行除铁、除锰，现在主要采用曝气氧化过滤法、曝气接触氧化锰砂过滤法、高锰酸钾氧化法、氯氧化过滤法、充氧回灌地下水层法来去除水中的铁和锰。（2） 除藻在富营养条件下水中藻类大量繁殖，特别是在水温较高的夏秋季节，水中的含藻量将增高。水中的藻类不仅会使水产生令人厌恶的味和嗅外，由于它们的比重接近于水，还会影响

27、混凝沉淀的效果，堵塞滤池进而影响水设备的的正常运行。目前主要采用微滤机、气浮法、加药灭藻法来除去水中的藻类生物。（3）除氟长期饮用过量含氟化物的水，轻者患牙斑症，牙齿斑黑，早期脱落等病症；重者患氟骨症、变形、骨折、骨骼边翠。现阶段除氟的方法主要有以下几种：吸附法混凝沉淀法离子交换法电渗析法。（4）除硬度地下水的硬度普遍较高，一般有硬度超标现象，若不与地表水混合单独对其净化处理，则需要加石灰软化，以降低其硬度，使之符合国标水质要求。1. 2 净水设备工艺的发展（1） 混合工艺的发展针对混合工艺中存在的问题在改造中要注意扬长避短，尽可能满足充分混合的要求。采用水力混合的，在运行水量与设计水量不吻合

28、的情况下，采取分组混合的方式，混合与絮凝设施可并列23套，按负荷调用。目前普遍采用的混合装置为静态管式混合器，为使混合理均匀，实现亚微观混合，节省药剂，可采用微涡旋混合装置7。（2）絮凝工艺的发展常规的反应池（包括折板反应池、网格反应池），其机理属宏观传质，效率不高，为实现亚微观传质，须在反应池中适当增添小网格，以实现高效反应，进一步提高反应效果7。（3）沉淀工艺的发展沉淀池的改进应从如下方面入手：1）降低沉淀池的流速，改善分离条件：2）增加出水槽个数或加长出水槽，改善出水条件；3）增设机械排泥或刮泥机，改善设备的排泥条件；4）在沉淀池内增设气浮单元，实现沉淀与气浮的组合，提高沉淀和泥水分离效

29、果。沉淀与气浮也可根据原水水质情况单独运行。（4）过滤工艺的发展过滤工艺在以下几个方面可以改进：1）滤料层的改进滤料组成和级配的选择应结合现有滤池条件和冲洗设施情况进行综合考虑。应采用均匀级配粗粒滤料（加厚滤层）或采用煤、砂双层滤料或陶粒滤料，但其冲洗系统必须得到相应配套。2）滤池冲洗方法的改进冲洗后滤料表层含泥量应小于1，最终冲洗排出水浊度一般应以2NUT作为目标，并尽量降至1NUT以下。经常测定冲洗强度，滤池应增加调节设施及调节出水堰高度。单层细砂级配滤池，可以考虑增加表面水冲洗设施。对于均粒滤料滤池，一方面须增加滤层厚度H，H/d1000；另一方面冲洗方法须改进为气水反冲洗8。3）助滤剂

30、的应用在滤池进水中投加少量助滤剂是改善滤池过滤性能，降低滤后水浊度的有效措施。助滤剂的投加，优点是可有效防止浊度穿透滤层，缺点是水头损失增长加快，过滤周期缩短。因此，合适的助滤剂投加量应在实际使用过程中优化调整4。2 模块化净水设备的工作原理2.1概述NFDL工艺模块化净水设备主要由絮凝区、沉淀区、过滤区三大部分组成，把絮凝、沉淀、排污、反冲、集水过滤等工艺集中在几个模块单元中实现，同时应用模块化净水控制技术（主要由模块化净水控制主、从站系统技术、中央控制系统技术及DCS控制技术组成）实现净水装置的自动运行，该设备同时具有自动加药装置及消毒设备，是一个具有全套功能的现代化、标准化“净水站”。该

31、净水设备装置适用范围广，使水处理过程从室外转到室内，避免原水处理后二次污染，且可迅速调整絮凝剂、消毒剂投加量和相应调整絮凝、沉淀、过滤过程，确保净水质量达到国标要求，保证供水安全，净化效果好，出水水质优良。模块化净水厂的模块式结构，不仅大大缩减了净水厂的占地面积还使净水生产具有灵活性、可调性、应急性。该设备装置运行自动化程度高，节能、高效、安全，可根据用水量自动调整投入运行的模块数量，操作管理人员少，生产成本低，是一种新型节能新产品9。2.2 净水设备结构该净水设备主要有絮凝区、沉淀区和过滤区组成，净水设备的三维效果图见图2.1（二维结构图见附录）。该设备采用模块化设计理念使得设备结构紧凑，工

32、艺参数合理，与此同时该设备采用了模块化净水控制技术使得整个设备操作管理方便、设备性能运行稳定可靠、净水效果好、出水负荷率高。根据原水可适当调整设备的的局部结构参数，故该设备对江、河、湖、库等源水均能适应。图2.1模块化净水设备的三维效果图2.3 净水设备工作原理该净水设备以地面水为水源，把絮凝、沉淀、排污、反冲、集水过滤等多种工艺采用模块化的设计方法集中在几个主要的模块内实现其净水功能。本次设计主要采用了穿孔旋流絮凝、高效斜管沉淀、多层滤料过滤等比较先进的工艺，其工作原理如图2.2所示。原水库水、堰塘水河水、溪沟水净化处理投药、混合反应、沉淀过滤、消毒清水池、用户图2.2净水设备的工作原理2.

33、4净水设备的主要特点（1）占地面积小，整个设备占地面积缩减为传统净水厂模式的1/81/6，设备高度为5.0米左右，室内外均可安置。（2）模块化净水系统控制采用了标准化设计的模块化净水控制主、从站系统、DCS控制方式以及中央计算机操作控制系统，使模块化净水厂的运行不仅实现了全自动及智能化，还实现了对净水厂的远程遥控、监视、数据共享等功能。（3）设备内部大量采用了轻质、无毒、耐腐材料，降低了生产成本，维护简单；其主体结构主要采用钢构框架与金属瓦楞板组合技术，刚度较好，便于吊装和运输9。（4）高浓度絮凝层能使原水中的杂质颗粒在该工艺过程中得到充分的碰撞,使其被吸附的几率增大,因而扩大了原水的适用范围

34、7。杂质颗粒去除率的增高,在含有藻类的原水中,还具有除藻功能。（5）泥渣浓缩室（可调式排泥系统）能保证泥渣及时排除,从而保证杂质颗粒去除率的稳定。（6）净水设备的自动化运行,既能保证设备的高效过滤(在原水浊度3000/L时,滤后水浊度3mg/L)，又能自动反冲，无需特意设计反冲水池和空压机等机电设备，故可节省大量成本和日常运行费用。（7） 模块式结构使其便于扩建，改造，搬迁或移地再用，净水模块能互为备用，维护方便，具有很好的应急能力。2.5净水设备的性能参数(1)出水水量: 200 m3/h；(2)适用原水浊度: SS 3000 mg/L；(3)净水出水浊度: SS 1 mg/L；(4)过滤区

35、设计滤速: 814 m/h；(5)总停留时间: T = 4550 min；(6)运行压力: 0.06 Mpa；(7)水温: 常温。3 絮凝区的设计完成絮凝过程的絮凝池在净水处理中占有重要的地位。原水中的悬浮物质的粒径往往非常细小，为除去这些物资通常采用混合絮凝的方法，即在原水中加入适当的混凝剂，经过充分的混合使克里具有絮凝性能。而絮凝池就是创造适合的水力条件使这种具有絮凝性能的颗粒在相互接触中聚集以形成较大的絮凝体的地方。因而絮凝池设计是否确当，关系到絮凝效果，而絮凝效果有直接影响后续的沉淀效果进而影响净化后的水质。现阶段常用的絮凝池主要有隔板絮凝池、折板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、网格絮凝池、机

36、械搅拌絮凝池10。本次设计的净水设备采用目前应用较普遍的穿孔旋流絮凝池。由若干方格组成（分格数一般不少于6格），在各格之间的隔板或隔墙上沿池壁开孔，孔口上下对角交叉布置，水流沿池壁切线方向进入在每格内后形成旋流，如图3.1所示。絮凝池各格室的平面呈方形易于形成旋流，池格平面方形均填角。孔口也采用方形并且孔口尺寸逐渐增大，第一格孔口尺寸最小，故流速最大，水流在第一格内旋流转速也最大。而后孔口尺寸逐渐增大，流速也逐格减小。流速的减小使速度梯度G值也相应逐格减小，速度梯度G值的减小有利于絮凝体的成长10。综上所述多级穿孔旋流式絮凝池体积小，絮凝效果好。穿孔旋流絮凝池设计要点：1）絮凝时间一般为15-

37、25min；2）孔口流速应由大到小逐减，起端孔口流速一般为0.6-1.0m/s，末端孔口流速一般为0.2-0.3m/s；3）每组絮凝池分格数不宜少于6格。-上方进水下方进水图3.1 穿孔旋流絮凝池平面示意图3.1絮凝池的参数3.1.1设计数据絮凝水量：Q=200m/h；进水流速：V=1.0m/s;出水流速：V00=0.25m/s ;絮凝时间： t=20min;絮凝池分格数：n=9。3.1.2结构参数絮凝区：长度L=4m，宽度B=3.8 m，有效高度H=4.5m，超高采用H=0.3。絮凝池：由9个面积均等的连体方形池组成，各池之间的隔墙上沿池壁开孔，孔口上下对角交叉布置。3.2进水管的计算由公式

38、: (3.1)可得: (3.2)把V0=1m/s带入公式可得进水管的管径为 表3.1管道尺寸标准根据钢制管道尺寸标准，见表3.1，可选择进水管DN250，外径为D273x6。根据表查得进水管内径：D=273-12=261(mm)=0.261(m)根据公式： (3.3)可得进水管的有效面积为由公式： （3.4）可得进水管的流速故满足要求。3. 3絮凝池各池开口尺寸的计算经过计算得到进水流速V0=1.04m/s，出水流速取V00=0.25m/s,絮凝池相邻两格室隔墙上的孔口流速可按下式计算： (3.5)V0 水最初流进时的流速，为1.04m/s；Vn 水流经中间各孔时的流速，m/s；V00水流出最

39、后一格时的流速，取0.25m/s；tn 絮凝池各格室絮凝时间，min；由第一、二格，二、三格，三、四格间依次按1/9，2/9，3/9.递增；T总的絮凝时间，min。由已知条件可知，V0=1.04m/s,V00=0.25m/s,T=20min,n=9。故： (3.6)因为单池的絮凝时间：t=T/9，故 T=9t3. 3. 1第一格室与第二格室之间孔口尺寸计算由t1=t可得第一格室与第二格室之间孔口流速：V1=1.29-0.25 (3.7)所以孔口过水截面积：S1= (3.8)孔口开为正方形，则边长3. 3. 2第二格室与第三格室之间孔口尺寸计算由t2=2t可得第二格室与第三格室之间孔口流速：V2

40、=1.29-0.25 (3.9)所以孔口过水截面积： (3.10)孔口开为正方形，则边长a=3. 3. 3第三格室与第四格室之间孔口尺寸计算由可得第三格室与第四格室孔口流速： （3.11）所以孔口过水截面积： （3.12）孔口开为正方形，则边长3. 3. 4第四格室与第五格室之间孔口尺寸计算由可得第四格室与第五格室孔口流速： （3.13）所以孔口过水截面积： （3.14）孔口开为正方形，则边长3. 3. 5 第五格室与第六格室之间孔口尺寸计算由可得第五格室与第六格室孔口流速： （3.15）所以孔口过水截面积： （3.16）孔口开为正方形，则边长3. 3. 6 第六格室与第七格室之间孔口尺寸计算

41、由可得第六格室与第七格室孔口流速： （3.17）所以孔口过水截面积： （3.18）孔口开为正方形，则边长3. 3. 7 第七格室与第八格室之间孔口尺寸计算由可得第七格室与第八格室口流速： （3.19）所以孔口过水截面积： （3.20）孔口开为正方形，则边长3. 3. 8第八格室与第九格室之间孔口尺寸计算由可得第八格室与第九格室口流速： （3.21）所以孔口过水截面积： （3.22）孔口开为正方形，则边长3. 3. 9 第九格室孔口尺寸计算由可得第九格室孔口流速： （3.23）所以孔口过水截面积： （3.24）孔口开为正方形，则边长3.4絮凝池各格孔口位置的布置上部孔口孔顶距池顶0.5m；下部孔

42、口孔第距池顶为4.0m。进水管在池的上部，第一格室与第二格室的孔开在下部，第二格室与第三格室的孔开在上部，一下孔口均按上下交错的方式布置。4 沉淀区的设计沉淀池是将絮凝工艺过程中形成的絮凝体沉淀的模块。沉淀池池体主要有进口区、沉淀区、出口区及泥渣区四部分组成10。按照水在池中的流动线路和方向，沉淀池分为平流式（卧式）、竖流式（立式）、辐流式（辐射式或径流式）、斜流式（如斜管、斜板沉淀池）等形式4。本次设计的净水设备采用斜管沉淀法。它具有沉淀效率高池体小，占地少的优点。斜管沉淀池按照进水方向又可分为横向斜管沉淀池、上向斜管沉淀池和下向斜管沉淀池三种形式8。本次设计采用应用最普遍的上向斜管沉淀池，

43、斜管沉淀池是由与水平面成一定角度（一般60o左右）的管状组件（截面为矩形或六角形等）置于沉淀池中构成。沉淀池中的水从下部流入，沿斜管向上流动，而颗粒在重力作用下沉于斜管底部，随后自动滑下。斜管沉淀池的沉淀原理如图所4.1所示。图4.1斜管沉淀池原理示意图4.1斜管沉淀池的结构组成在斜管沉淀池中，水流方向是从斜管底部流入，上部流出，沉泥从管的下端滑出，水与沉泥的运动方向是相反的，故也叫逆向流斜管沉淀池，其流向和结构形式如图4.2所示。图4.2斜管沉淀池水流方向及结构形式4.2斜管沉淀池参数特点斜管沉淀池的水力计算方法可分为分离粒径法，特性参数法和加速沉淀法三种类型10。分离粒径法在计算时不考虑流

44、速分布情况，因此计算比较简略；加速沉淀法虽然考虑了颗粒的加速沉降因素，却未考虑颗粒的起始沉降问题，同时目前也缺少验证；特性参数法采用特性参数公式，并考虑了管内的流速分布情况计算时考虑的因素比较全面因而应用较为广泛。斜管沉淀池的有关设计参数概述如下：（1）颗粒沉淀速度颗粒的沉淀速度与原水水质、净化后水质的要求及絮凝效果等因素有关。具体数据应通过沉淀实验求得。经过混合絮凝工艺处理后的颗粒沉淀速度大多数在0.30.5mm/s之间。（2）上升流速上流速度泛指斜管区平面上的液面上升速度，它可以根据表面负荷计算求得。通常在要求出水的混浊度在20度左右时，上升流速一般选为2-3mm/s。当斜管倾角为60度时

45、，其管内流速大概为2.5-3.5mm/s；另外，水在斜管内的停留时间通常在4-7min之间。（3）斜管的倾角为了便于均匀配水，斜管多采用后倾式。为了排泥方便，倾角应在50-60度，同时倾角的选择还与材料有关。目前上向斜管沉淀池中斜管的倾角一般为60度。（4）管径目前国内逆向流斜管沉淀池的断面大多采用正六角行，一般用内切直径作为斜管直径。目前用于净水处理的逆向流斜管沉淀池的管径为25-35mm。（5）斜管的长度斜管长度一般不宜小于0.5m，斜管的长度取决于斜管的加工和沉淀池的池深。沉淀池一般不宜过深，同时为安装支承的方便，斜管也不宜过长。斜管的长度一般选为1m11。图4.3正六边形断面斜管l/d

46、计算图线（6）斜管过渡段长度水流由斜管进入时要经过端紊流层流的过渡，因而斜管需要增加20-25cm过渡段长度作为斜管的一部分。（7）截留速度斜管沉淀池在布置方面的差别，将影响设计截留速度值的取用。一般规模较大的斜管沉淀池，由于其进水分配和出水收集不容易保证均匀。而设计时宜选用指标低于规模较小的斜管沉淀池。目前在逆向流斜管沉淀池设计中，截留速度一般为0.15-0.40mm/s。（8）有效系数（利用系数）有效系数指斜管区中有效过水面积（斜管区总面积减去斜管的结构面积）与斜管区总面积之比。它因材料的材质、厚度及形状不同而异。塑料六边形斜管有效系数系为。（9）配水区高度当采用V形槽穿孔管或排泥斗时，斜

47、管底到V形槽顶的高度应大于1.2-1.5m。当采用机械刮泥时斜管底到池底的高度应不小于1.5m，以便检修。另外，为了便于检修应在斜管区或池壁边设置入孔或检修廊。(10)整流设施整流的目的是使水流能均匀地由絮凝池进入斜管区下部的配水区。整流主要有形式有以下几种方式：a 、下向流配水斜管（同向流凝聚配水器），管内流速一般为0.05m/s；b、缝隙隔条整流（要求缝隙前窄后宽），穿缝流速一般为0.13m/s； c、穿孔墙整流，穿孔流速一般为0.05-0.10m/s12。(11)清水区和集水系统清水区深度一般为0.8-1.0m。集水系统的设计与澄清池相似，集水系统主要采用穿孔集水管（上面开孔）和溢流槽。

48、溢流槽有堰口集水槽和淹没空集水槽两种。在设计集水槽时，要考虑出水量超负荷的可能性，因而一般至少按设计时给定流量的1.5倍计算。(12)雷诺数Re和弗劳德数Fr雷诺数和弗劳德数已成为影响沉淀效果的两个重要指标。斜管沉淀池的雷诺数Re一般在200以下，甚至低于100。斜管沉淀池由于湿周较大，水力半径较小故弗劳德数一般很大。目前在设计斜管沉淀池时一般只进行雷诺数的复核，对于正六边形断面斜管，档期内切圆直径，管内平均流速，水温时其雷诺数见表4.113。表4.1正六边形断面载面斜管的雷诺数Re管内平均流速V（mm/s）内切圆直径（d/cm）2.53.03.54.05.03.018.822.526.330

49、37.53.52226.330.73543.74.025303540504.5283439.54556.25.03137.843.75062.55.534.241.348.25568.76.037.64552.560756.540.249576581.27.04452.561.57087.57.54756.265.77593.58.0506070801009.056687990112.510.0627581.5100125 (13)液面负荷 斜管沉淀区液面负荷通常根据经验来确定，其取值范围为9.0-11.0 m/(m/h)。4. 3斜管沉淀池的结构设计4.3.1设计参数设计流量：Q=200 m

50、/h；颗粒沉降速度：u0=0.4mm/s;液面上升流流速取V=3.0mm/s;斜管倾斜角：；斜管直径：d=30mm；沉淀池的有效系数取;表面负荷取q=10m/h =2.8mm/s; 沉淀区：长度L=7m,宽度B=3.8m。斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径d=30mm,长1000mm，水平倾角为60度。4. 3. 2结构计算（1）清水区净面积 (4.1)（2）斜管部分的面积A (4.2)斜管部分的平面尺寸，沉淀池的总宽度为3.8m，其有效宽度为3.0m，故沉淀池的有效长度为 (4.3)所以斜管部分平面尺寸（宽X长）采用X=3.00 mX6.57m。（3）进水方式和穿孔流

51、速沉淀池进水区沿边长为3.8m的一侧布置，该边的长度与絮凝池宽度相同。设计中采用穿孔墙整流的整流方式，穿孔流速取0.08m/s，则在池壁上所需开孔总面积为 (4.4)每个孔口尺寸定为0.08m0.04m所以开孔的数量为= (4.5)孔口数n定为220个，穿孔墙分布在配水区分五层，每层44个。实际的穿孔流速为=Q/(n)=200/(220)=0.079（m/s） (4.6)（4）管内流速 (4.7)考虑到水量波动，取V0 =4（mm/s）（5）管长1）有效管长l根据u0和V0的值，按图4.3得L/d=25， （4.8）2）过渡段长度 取过渡段长度=250mm3）斜管总长L (4.9)斜管支承系统

52、采用钢筋混凝土柱、小梁及角钢架设。（6）沉淀池宽调整 池宽B=+=3+1=3.5（m） （4.10）（7）复核雷诺数根据管内流速V0 =4 mm/s和管径d=30mm，查表4.1得雷诺数Re=30200故满足要求。（8）管内沉淀时间 （4.11）（9）沉淀池高斜管区高度：；清水区高度采用1.2m；超高采用0.3m；配水区高度（根据泥槽顶）采用1.3m；排泥区高度采用0.8m；保护高度0.7m；有效池深：=0.9+1.2+1.3+=3.4m；沉淀池总高：H=0.9+1.2+1.3+0.8+0.3=4.5；沉淀区总高度H=0.9+1.2+1.3+0.8+0.3+0.7=5.2m。（10）排泥系统排泥系统在斜管沉淀池中十分重要，它直接影响沉淀的效果目前常用的排泥方式有以下三类：1）机械排泥 运行过程自动控制，管理操作简单。可采用平底池以降低池高减少成本。适用于大型斜管沉淀池。2)多斗式排泥 容易控制和管理，且不易堵塞，但斗深增加了沉淀池的高度，增大了成本。它适用于中小型斜管沉淀池。3