穿孔旋流反应池功能性计算

1、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. 61.0m/s,末端0. 2、0. 3/s,时间Cd8pid (r 24r/)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. 13 旋转角速度，rad/srr一浆板外缘、内缘旋转半径，mT=1525min。(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

2、絮凝池的絮凝时间宜为1525min。进口 处流速：0. 6'1.0m/s出口处流速：0.20.3m/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6o(3) 各格直径约150200mm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，下孔应在积泥而以上，上 孔应在最高水位以下0. 050. Im,孔口高度可取为宽度的2倍或1. 5 倍。(5)孔口水头损失:V2V：进水管出口或孔口流速，m/sJ局部阻力系数，进水管出口§ =1 0,孔口处 § =1. 061 V2V2oh 喷嘴=-=0. 92=0. 06v"u 2g2g

3、例题：设计水量：60m3/h,水厂自用水7%.,(6)每格孔口流速：V = V1 + V2 V? J1+ (話1)t:反应经历的时间；T：反应总时间；V1、V：进、出口流速注意：共n格，第一格t为,，第二格t螞一，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 vi = lm/s (dg= 150mm),出 口流速 v2=0. 2m/So絮凝池的平面尺寸为:QT 60X 1.07X20有效容积:W=21. 4m360 60单池容积：=；=3. 5673. 6m36池有效水深为H'

4、 =2. 5m测单池而积为：f= = 1. 44m-h2 2.5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,斗高花=0. 7m,则絮凝池总高度为：H=h1+h2+h3=0. 3+2. 5+0. 7=3. 5m2、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 = Vi + v2 V：= V1 + V2 V2= 1.0 + 0. 2-0.2 1+（。宦 -1）占= 1.2 0.21+24X 扫第一格至第二格孔口流速tz = tVI-2=1

5、.2-1+24X寸=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/sV45 = 0. 375m/sV56=0. 283m/s(3)孔口过水面积fl-2 =寻;2=辔| =0- 0m, 236m:f2_3 = -O_ =01=0 0297 m2V3-4°6仏._0_ 0178 _门 nq79 2/3-4-V4_5 - 0.479 _0- 0372m/5-6 = v-=卑呼 =0. 0659m2V5-60.2/00.0178 八 a” 2丿出口 =亠一= 0. 089 mV2 U23、孔口尺寸孔口高宽比为2,则各孔

6、口尺寸为(宽X高)一、二格间孔口： 110X220二、三格间孔口： 120X240四格间孔口： 140X280三、五格间孔口： 150X300四、六格间孔口： 180X360出口格间孔口： 210X420故各孔口实际面积为：fi-2f =0. 11X0. 22 = 0. 0242m2f2-3r =0. 12X0. 24 = 0. 0288m2f3-4' 0. 14 X 0. 28 0. 0392m'f =0. 15X0. 3 = 0. 045m2f5-6' 0. 18 X 0. 36 0. 0648m'f 出口 = 0. 21X0. 42 = 0. 0882m&

7、#39;各孔口实际流速为：Q 0.0178Vi-2=0. 7355m/sfl-2'0.0212V2-3 =0. 618m/sV3-4, =0. 454m/sV4-5, =0. 396m/sV 56 =0. 275m/sV2r =0. 202m/s4）水头损失沿程水头损失忽略不计1:/.h 进水管=1. 0X=0. 051m2X9. 810. 6182hi-2 1. 06 X 0. 029m 2X9. 81112-3=0. 02 lmh3-4 = 0. 011m114- 5=0. 008m115- 6=0 004h 出口 = 0. 002mAShO. 051+0. 029+0. 021+

8、0. 011+0. 008+0. 004+0. 002 = 0. 126m计算结果列于下表:孔口位宜絮凝历时t (min)孔口流速 m/s孔口面积 m:孔口尺寸mm实际孔 口而积m1实际速度vm/s水头损失h m进口处01.000. 0178Dg=1500. 01771.000. 051二格间T/6=3. 330.7530. 0236110X2200. 02420. 7350. 029二、三格间2T/6=6. 670.60. 0297120X2400. 02880. 6180. 021三.四格间3T/6=10. 000.4790. 0372140X2800. 03920. 1540. 011四

9、.五格间4T/6=13. 330. 3750. 0475150X3000. 0450.3960. 008五、八格间5T/6=16. 6i0.2830. 0629180X3600. 06480. 2750. 001出口T=20. 000.20. 089210X4200. 08820. 2020. 002工 h=0. 1263. GT 值水温 t=20°C计，U =0. 1020X10_3kg. s/m2GT=32. 08X60X20=38496(104-10之间)Rh 1000X0. 1264. 排泥管 G= 32. 08 (S1)60 UT 60X0. 1020X 103X20dg=

10、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. 034. 0°C,浊度252500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:10一150mino2) 般分成618格，小型水厂不宜大于9格，分成三段，一、 二段均为 2. 54. Omino 三段：3. 04. Omino3) 网可或栅条数前段多，中段少，末

11、段可不放。上下两层间距 为6070cm。农村水厂可适当减少。4) 每格的竖向流速，前段和中段：0. 120. 14m/s ,末 段:0. l0. 14m/s5) 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 50mm,或网格孔眼为80X80mm,中段分别为80mmX80mm和100XlOOmmo6）孔口交错布置，前段流速0. 3、0. 2m/s,中段0. 20. 15m/s, 末段0. P0. 14m/s,孔口应处于淹没状态。7）网孔或栅孔流速，前段0.250.30m/s,中段0. 220. 25m/s。8）穿孔或单斗底排泥。(12)GjMPghG = i：U txI当T = 20&#

12、176;C 时,9）网格或栅条可用木料，扁钢、钢筋混凝土预制件等。第一段/1000X9. 81X0. 126G)= y= 728(Sj:1XW3X231. 14第二段/1000X9. 81X0. 051G2=牛=46. 5 (S'1);1X1O'3X231. 14第三段.1000X9.81X0.01G3= /.= 20. 6 (S'1)y 1X1O-3X231. 14Fpg 艺h/1000X9.81X0. 016平=”=J= 89. 09(S'1)-Ut1X ICT'X 231.14U =1X1O-3 Pa s例题:1、己知条件设计水量Q = 60m3/

13、h（包括水厂自用水量）平流式沉淀池组数n二1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二15>102、设计计算(1) 沉淀池的设计水量Q60Q 二二 0. 017(m7s) 3600(2) 池体尺寸|'O. 7BLHo0 5根据放空管直径公式d二*,以及己知条件L:B=12,f tL:H =15,可计算出L:,L L ；0. 7L ( 0. I)03d 1式中Ho池内平均水深，m,此处为H+0. Im；t放空时间，s,此处按0. 35h计由以上可得 池长 L = 20. 00m,取 L 二 20. Im 池宽 B = 20.

14、1/12 二 1. 68m,取 B = 1. 7m 池深 H 二 20. 1/15 =1.34,取 H 二 1.3m(4) 沉淀池容积WW = BXLXH =1. 7X20. 1X1. 3=44. 4(n?)(5) 停留时间tWn 44.4X1t = = 0. 74 (h)Q 60(6) 池内平均水平流速VL 20. 1V 二=二 7. 5 (mm/s)36t3.6X0. 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Q孔洞处流速采用V。= 0. 008m/s,则Q60Q = 0.21 (nr)360

15、0 Vo 3600X0. 08 孔洞个数N孔洞形状采用矩形，尺寸为15cmX18cm,则Q0.21N 二二二 7. 7A 8(个)0. 15X0. 18 0. 15X0. 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:厂 Q 1 °h 二 1. 733 = 1.弦()-；gb' 3600n gb" ( ' 60 i=1.733$ ( ) 2如 3600X19.81X0.18=0. 17 (m)为保证自由溢水，出水渠的超高定为0. Im,则渠道深度为0. 28mo(9) 排泥设施由于水量较小，采用穿孔排泥，V形槽

16、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R3 BH 170X130/、R =二=51. 40 (cm)P 2H+B 2X130+170 弗劳德数FrV20. 75:Fr 一Rg二二1. 1X10气在规定范围内)51.40X981例题：一、己知条件：1、设计水量(包括水厂自用水量7%)Q = 60X1.07= 64. 2m3/h = 17. 83L/s = 0. 178m7s2、斜管采用塑料斜管，斜管断面积为正六边形，内切圆直径d二25mm, 斜管长L = lm,斜管倾角0 = 60,斜管高度h3=0. 87；斜管板厚0. 4mm3、

17、池内液而上升流速V = 2. 5mm/s4、清水区咼度hj,米用hj 1. 0m5、配水区高度比，采用k二.2m6、超高h”采用hi = . 3m二、设计计算1、沉淀池而积：Q 0.0178(1) 清水己有效面积F' = = 7. 132m2V 0.0025(2) 沉淀池初拟面积F斜管结构占用而积按5%计，人孔所占而积为说,则 F = F XI. 05+1= 8. 4886m2 = 8. 5 m2初拟平面尺寸为L1XB1=3.4X2. 5m= 8.5 m=(3) 沉淀池建筑而积F建 斜管安装厚度L2 = Leos 0 = 0. 5m F建考虑到安装间隙，长加0. Im,宽加0. ImL

18、 = U+L.+0. 1=3. 4 + 0. 5 + 0. 1= 4. 0mB =Bi+0. 1=2. 5+0. 1= 2. 6mF 建二 LXB=4. 0X2. 6= 10. 40m22、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= hi+hi + hs+hz+hi + O. 93=4. 3m3、集水系统采用两侧淹没孔口集水槽集水(1) 集水槽个数N二3(2) 集水槽的中心距aL 4.0a =二二 1. 33mN 3(3) 槽中流量qoQ 0. 0178q = 一 = = 0. 0059m7sN 3考虑到池子的超载系数为10%,故槽中流量qo = 1. 1 q = 0.

19、0059X1. 1=0. 0065 m3/s(4) 槽中水深H：槽宽 b=0. 9Xqo0 4=0. 9X0. 0065° 4=0. 12m起点槽中水深 H产0. 75b二0. 75X0. 12二0. 09m终点槽中水深 H2=1.25b=1.25X0. 12=0. 15m为便于施工，槽中水深统一采用H-0. 15m计(5) 槽的高度圧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. Im,则集水槽高度H3= H2+O. 05 + 0. 05+0. 1=0.15+0. 2=0. 35m(6) 孔眼计算 所需孔眼总面积Wq00. 00650. 0065.W=

20、二=0. 0106m'山 2gh 0. 62X 29.81X0. 050. 6138V qo集水槽流量(m3/s)U流量系数，取0.62h孔口淹没水深(m),此处为0. 05mW孔眼总面积单孔面积Wo孔眼直径采用d二25,则单孔而积jijiWo= d2 = X0. 025： =0. 00049(m2)44 孔眼个数W 0.0106n =21.6 取 22 个Wo 0.00049 集水槽每边孔眼个数n二n/2=ll个 孔眼中心距离S。B 2.6So=二=0. 236m11 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 BR. 9QJ°0. 9X (1.

21、 1X0. 0178)° '=0. 186m (考虑池子的超载 为 10%)(8)落水斗槽中水深H二考虑到结构关系，取03m(1. 1X0. 0178)2邙二 0. 131m 取 0. 15m9.81X0. 22出水管直径d =150mm5.配水槽配水槽宽b ，取b二lm6、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Imo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. 125X0. 063m孔洞而积：Wo =0.125X0. 063=0.00788m2(2)孔眼总面积Q。Vx孔眼流速，采用0.2m/s0.0178故 Q &

22、#176; 二=0. 089m20. 2(3) 孔眼总长n。Q。 0.089no 11.2 取 no 12Wo 0.00788则孔眼实际流速为Q0.0178Vi= 0. 188m/sno Wo 12X0. 00788(4) 孔眼布置 孔眼布置成2排，每排孔眼数12宁2二6个 水平方向孔眼间净距离取500mm(BP两砖长)，则每排6个孔眼时，其所占宽度为：6X63 + 6X500二3378mm剩余宽度为：L- 3378二4000 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：2X125+252 + 250

23、=752mmV" 水头损失 h= § 2g0. 1883H 二 1.06X二0.002m2X9.817、存泥斗(1) 存泥斗容积V(棱柱体)HoV 二一(2LB+Lbi+B 1】+2 Ib+)60. 93二(2X4X2.6 + 4.0X0. 3 + 2.6X0.4 +2X0. 3X0. 4)6=3. 608 (m3)(2) 周期排泥To10(1P) Ya二°(C-C2)QP泥浆含水率，P二92%；Y泥浆容重，取1.1;G进水浊度为1010 (g/m3)；G去水浊度为10 (g/m3)；To二 1000000X3. 608(1X0. 92) X 1. 1 (1010

24、-10) X 0. 0178=17837 (S)5 h(3) 排泥历时 排泥管直径d二150mm,则其断而JiW 泥二一d 2= 0. 01766m24 排泥流量q泥二UoW泥：.2gh',H'排泥作用水头，3.77m；Uo流量系数；UoI u屮+乡'/ d入一一沿程阻力系数，入二7m；i排泥管长度，1二7m；另§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) o1二二0 450.03X71+(1 + 0. 1 + 0. 48 + 1)0. 15q 泥=0. 45X0. 01766X2X9.81X3.

25、 77=0. 0683m3/s排泥历时toV3.608to 二=53 (s)q 泥0. 06838、沉淀池停留时间(1) 沉淀池总容积W总W 总=4X (2.6 + 1) X (h4+0. 87 + 1. 2)=4X3.6X (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 槽二B(b+2) (H2+0. 05X2+G X2=2. 6X (0. 12+2X0. 06) X (0.15 + 0.1 + 0.06) X3=0. 58m3(3) 斜管结构体积V管V 管二LXBX5%Xh3=4X2. 6X0. 05X0. 87=0. 452

26、m3(4) 人孔体积V孔V 孔=1X1X (h3+h4) =1X IX (0.87 + 0. 1) =1. 87m3(5) 沉淀池有效容积W有效W有效二W总V横V营V孔=44. 208-0. 58-0. 452-1. 87=41. 306m3(6) 沉淀池停留时间TW 效 41.306T二=2320. 56 (s) =38. 68 (min)Q 0.01781、己知条例设计水量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. lh冲洗周期T=12h2、设计计算(1)滤池工作时间T'由于农村供水的特殊性，滤池考虑一天工作1

27、2h,则其有效工作时间为:t' =12-t(12/T) =12-0. IX (12/12) =11. 9(h)(式中未考虑排放初滤水)(2) 总水量Qq 二 qt 二 60X12 二720m'/d(3) 池面积F滤池总面积 F=Q/(vt, ) =720/ (8X11.9) =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二1每个滤池面积 f二F/N二7. 56/1=7. 56 (m2)(4) 单池平面尺寸滤池长宽双采用L/B二1,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)

28、 单池冲洗流量q冲q 冲二fq二7. 84 X 12=94. 08 (L/S)二0. 094 (m7s)(6) 冲洗槽排水断面尺寸排水槽个数nl=l (个)槽长 1 二B二2. 8m槽内流速，采用0. 6m/s槽中心距池底a=l. 4m排水槽采用标准V形槽底断而形式(如下图所示)，其末端断面 模数为：x=0. 45q° 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H=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+ o +0. 07=0. 45X0. 7+2. 5X0. 17+0. 05+0. 07=0

29、. 86 (m) 核算而积排水槽平面总面积与单个滤池而积之比为：1X2x/f=2. 8X2X0. 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H Q/q7.84X8H =0. 81 ()2/3=0. 81 () 2/3=0. 16 (m)1000b1000X0. 75 集水渠底低于排水档底的高度Ha比二Hq+0. 2=0. 16 + 0. 2=0. 36 (m)(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干二1. 5m/s干渠始端流量Q r=q冲=0. 094m3/s干渠断面

30、积 A=Q 干/V t=0. 094/1. 5=0. 06 (m2),采用 0. 09 m2干渠断面尺寸采用0.3X0. 3=0. 09(m2)干渠壁厚采用。'=0. Im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 =2X2. 8/0. 25=22. 4=23 根支管流量 Q 支二 n2, =0. 094/23=0. 004 (m3. s)支管直径采用d支=75mm,流速v =2. 15m/sB-(0. 3+2X0. 1)2.8-0. 5支管长度i产=1. 15(m)2 2核算 i i/d 支=1. 15/0. 075=15. 3<60(

31、10)滤池高度H采用：承托层厚度H产0.45m滤料层厚度H：=0. 70m砂面上水深比二1. 70m滤池超高Hi=0. 40m所以滤池总高度 H=0. 45+0. 70 + 3. 70+0. 40=3. 25 (m)1、基木参数设计水量Q=80m7h=ll. UL/s,分两格。滤速V=7m/h(规范要求610m/h)平均冲洗强度15L/sm2冲洗时间T=5min期终允许水头损失1.7m排水井堰口标高一0. 7m滤池入土深度一0. 5m2、设计计算所需过滤面积f产Q/V二80宁7=11. 43 m2根据规范要求滤池设计为2格。单格过滤面积=11. 43/2=5. 72 m2由于连通渠采用边长为0

32、. 3m,等腰直角三角形，其而积f2f =1/2X0. 3X0. 3=0. 045 m2并考虑连通渠斜边部分磴壁厚为80mm的而积，则每边长0.3 + 2X0. 08二0.413mf2=1/2X0. 413X0. 413=0. 085 m2故滤池面积 f二 f/ +f2 =5.72+0. 085X4=6. 06 m2滤池为正方形，故每边长L= f6. 06=2. 46m,取L=2. 5m实际过滤面积 F=(2. 5X2. 5-0. 085X4) X2=ll. 82 m2(2)滤池高度底部集水区高度H产0.3m,滤板厚度H2=0. Im,承托层高度H3=0. 2m,滤料层高度HR 7m,浑水区高

33、度H3=0. 4m,顶盖高度 Hg=0. 3mo 冲洗水箱高度 H7=60qt4-(2X 1000) =60X 15X54-(2X 1000) =2. 25m,超高取Hs=0. 20m滤池总高度H二出+比+从+已+出+比+比+从=4. 45m(3) 进水分配箱流速采用0. 05m/s面积 F 分二Q/0. 05=0. 01111/0. 05=0. 222 m2采用正方形，边长0. 5mX0. 5m(4) 进水管流量Q=ll. UL/s,选用管径DN125,则流速V进=0. 84m/s,水力 坡降10001=11.250进水管长度1进=15m,其中90°弯头一个，三 通一个，三通管径采

34、用DN300X125(DN300为初步假定的虹吸上升管 管径)沿程水头损失：hf= i 进XI 进=0.01125X 15二0. 168m局部水头损失系数为：E 进口=0 5, g 9(r g头=0 6, g 三通=1. 5局部水头损失：hj=(0. 5 + 3X0. 6 + 1. 5) X0. 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 0. 5m)虹吸辅助管管口标高：3. 75+1.7=5. 45m配水箱堰顶标高：

35、5.45+0. 305+0.15=6. 0m5、各类管径虹吸管管径的计算反冲洗流量Q 冲二q fxz =15X5. 72=85. 8L/s因冲洗时不停止进水Q进二11. llL/s故虹吸管流量 Qh二85. 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=l. 33m/s,水力坡降 ihs二8. 84%。，Q二85. 8L/s 时， vhs=l. 18m/so虹吸下降管管径为250mm,查得流速vha=l. 94m/s,水力坡降 ih沪24. 3%oo三角形连通管反冲洗时管内流速V连弋冲 /4& 二0.0858/0. 045X4二0.477m/s三角形连通