斜管沉淀池计算例题

3.3.1介绍

给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下，悬浮固体从水中分离的过程，原水经过投药，混合与反应过程，水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来，以完成澄清的作用，混凝沉淀后出水浊度一般在10度以下。（1）沉淀池类型的选择

本设计采用斜管沉淀池，斜管沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多直径较小的平行的倾斜管的沉淀池。斜管沉淀池的特点：沉淀效率高，池子容积小和占地面积小；斜管沉淀池沉淀时间短，故在运行中遇到水质、水量的变化时，应注意加强管理，以保证达到要求的水质。从改善沉淀池水力条件的角度分析，由于斜管的放入，沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数大为降低，而弗劳德数则大大提高，因此，斜管沉淀池也满足水流的稳定性和层流的要求。从而提高沉淀效果。（2）斜管沉淀池的设计计算

本设计采用两组沉淀池，水流用上向流。异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于1000度的原水。斜管沉淀区液面负荷，应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用9.0～11.0m3/(m2•h)。

斜管设计一般可采用下列数据：管径为25～35毫米；斜长为1.0米；倾角为60°。斜管沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于1.0米；底部配水区高度不宜小于1.5米。3.3.2设计计算（1）设计参数

处理水量Q＝0.425m/s，斜管沉淀池与反应池合建，池有效宽度B＝8.8m，混凝处理后颗粒沉降速度u0＝0.4mm/s，清水区上升速度v＝3.0mm/s，采用塑料片热压六边形蜂窝管，管厚0.4mm，边距d＝30mm，水平倾角60度。采用后倾式，以利于均匀配水。斜管长1m，管径一般为25～35mm（即管的内切圆直径），取为30mm。（2）清水面积

A＝Q/v1＝0.425/0.003＝142m2

其中斜管结构占用面积按照5％计算，人孔所占面积为1m2，则：实际清水区所需面积为：A1＝142×1.05＋1＝149.75m2，

进水方式：进水区沿8.8m长的一边布置。为了配水均匀设计尺寸：B×L＝8.8m×14.3m（3）斜管长度L

斜管内水流速度v2＝v/sin60°＝3.0/0.866＝3.5mm/s，L＝（1.33×v2-0.35×sin60°）d/（u0×cos60°）

＝（1.33×3.5-0.35×0.866）×30/（0.35×0.5）＝746mm

考虑到管端紊流，积泥等因素，过渡区采用200mm，斜管总长为以上两者之和，取946mm，按照1000mm计。（4）沉淀池高度

清水区高1.2m，布水区高1.5m，斜管高1000×sin60°＝0.87m，穿孔排泥斗槽高0.8m，超高0.3m，池子总高H＝0.3+1.2+1.5+0.87+0.8＝4.7m。

斜管安装长度L2=L×cos60°＝1×0.5＝0.5m（5）沉淀池进口穿孔花墙

穿孔墙上的孔洞流速v3采用v3＝0.15m/s，洞口的总面积：A2＝Q/v3＝0.425/0.15＝2.8m2，

每个洞口尺寸定为15cm×8cm，

则洞口数为：2.8/（0.15×0.08）＝240孔。

穿孔墙布于布水区1.5m的范围内，孔共分为4层，每层60个。

（6）集水系统

采用两侧淹没孔口集水槽集水。中间设1条集水渠，沿池长方向两边各布置10条穿孔集水槽，为施工方便槽底平坡，

集水槽中心距：L’＝L/n＝14.3/10＝1.43m，每条集水槽长（8.8-0.6）/2＝4.1m，

每槽集水量q＝0.425/（10×2）＝0.02125m3/s，考虑池子的超载系数为20％，故槽中流量q0＝1.2q＝1.2×0.02125＝0.0255m3/s集水槽双侧开孔，孔径d＝25mm，

又q＝uf2gh，则：孔数n＝Q/q＝

Q0.02125

＝＝45.55，

πuf2gh 0.62××0.0252×2×9.8×0.124

取n＝46个，每边23个孔眼。孔距：

4.1

＝0.18m，孔眼从中心向两边排列。23

集水槽宽b＝0.9Q0.4＝0.9×（0.0255）0.4＝0.207m，为便于施工取为0.2m起点槽中水深H1＝0.75b＝0.75×0.2＝0.15m终点槽中水深H2=1.25b＝1.25×0.2＝0.25m淹没深度取12cm，跌落高度取5cm，超高0.15m槽的高度H3＝H2＋0.12＋0.05＋0.15＝0.57m（7）集水渠

集水渠：集水渠的流量为0.425m3/s，

假定集水渠起端的水流截面为正方形，则渠宽度为：b＝0.9×（0.425）0.4＝0.m。

起端水深0.66m，考虑到集水槽的水流进入集水渠时应自由跌水，跌落高度取0.08m，即集水槽底应高于集水渠起端水面0.08m，同时考虑到集水槽顶与集水渠相平，则集水渠的总高度为：

H1＝0.66+0.08+0.＝1.28m

出水管流速v4＝1.2m/s，则直径为：D＝（0.425×4/1.2π）0.5＝672mm，取D＝700mm。（8）沉淀池的排泥

采用穿孔排泥管，穿孔排泥管横向布置，沿与水流垂直方向共设10根，单侧排泥至集泥渠，集泥渠尺寸L×B×H＝25.7m×1.0m×2.5m，

孔眼采用等距布置，穿孔管长11m，首末端集泥比为0.5，查得Kw＝0.72，取孔径d＝25mm，

孔口面积f＝4.9×10-4，取孔距s＝0.4m，孔眼数目：m＝L/s-1＝11/0.4-1＝27个。

孔眼总面积：∑w0＝27×4.9×10-4＝0.01323m2，

穿孔管断面面积为：w＝∑w0/kw＝0.01323/0.72＝0.0184m2，穿孔管直径为：D0＝(4×0.0184/π)

0.5

=0.153m。

取直径为200mm，孔眼向下与中垂线成45度角，并排排列，采用启动快开式排泥阀。

（9）复算管内雷诺数及沉淀时间

Re=Rv2/μ

式中:

R——水力半径,R＝d/4=30/4＝7.5mm＝0.75cm

v2——管内流速v2＝v/sin60°＝3.0/0.866＝3.5mm/s，μ——运动粘度0.01cm2/s(t＝20℃)Re＝(0.75×0.35)/0.01＝26.25＜100所以水流在沉淀池内是层流状态

沉淀时间：T=L`/v2＝1000/3.5＝285s＝4.75min符合沉淀时间一般为2－5min之间的要求。

第四节平流沉淀池的设计：

333

1.计算水量Q=300000m/d=12500m/h=3.472m/s，沉淀时间t=2h，面积负荷u0‘32

=40m/（m.d），沉淀池个数n=6个。2.设计计算（1）池容积W

W=Qt=12500×2=25000m3（2）单池容积WW250003W1===4166.7m

n6

（3）单池池面积FF=

Q500002

m==1250'

40u0

（4）池深H

H=

W14166.7==3.33mF1250

（5）池长L

水平流速取v=10mm/s，则池长L=3.6vt=3.6×10×2=72m（6）池宽B

F1250B1===17.4m

L72

采用17.8m。沉淀池的池壁厚采用300mm，则沉淀池宽度为18.4m,与絮凝池吻合。

（7）校核长宽比L72==4.045>4B17.8

（8）校核长深比L72==21.6>10H3.33

（9）进水穿孔花墙设计

①沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长17.8m，超高取0.3m，积泥高度取0.1m，则墙高3.73m.

②穿孔花墙孔洞总面积A

孔洞处流速采用v0=0.24m/s，则A=

Q2083.32

==2.41m

3600v03600×0.24

③孔洞个数N

孔洞采用矩形，尺寸为15cm×18cm，则

A2.41

N===.3≈90个。0.15×0.180.15×0.18则孔洞实际流速为：

Q2083.3'

v0===0.238m/s

N×0.15×0.183600×90×0.15×0.18④孔洞布置

1.孔孔布置成6排，每排孔洞数为90÷6=15个

2.水平方向孔洞间净距取1m,即4块砖的长度，则所占的宽度为：

0.18×15+1×15=17.7m，剩余宽度17.8-17.6=0.2m，均分在各灰缝中。3.垂直方向孔洞净距取0.378m，即6块砖厚。最上一排孔洞的淹没水深为162mm，则孔洞的分布高度为：

H=6×0.15+6×0.378+162=3.33mm（10）出水渠

①采用矩形薄壁堰出水②堰上溢流负荷q0=300m3/d.m则溢流长度l=

1.2Q1.2×50000

==150mq0400

出水支渠采用20条，则Q1=

1.2Q1.2×0.579

==0.035m/sn20

则渠宽为B1=0.9Q10.4=0.235m每条出水渠长度l0=每条出水渠宽度B0=

l−B150−17.8==3.3m2×n2×20

B−（n+1）B117.8−21×0.235

=0.m=

n20

出水总渠宽为B2=0.9Q0.4=1.48m出水渠起端水深为：

h=1.733(

Q212083.3213()=1.73)=0.2m

3600ngb23600×209.8×0.235×0.235

保护高取0.3m，渠道高度为0.5m。

（11）排泥设施

采用机械排泥。排泥设施采用SXH型多口虹吸式吸泥机。排泥水位差3.3m.轨距l=18400mm.

管间距采用1.5m，虹吸管管径取d=75mm。扁口吸泥口采用200×20。

17.8

则吸泥管根数n==11.9，取12根，每边各分布6根。

1.5

吸泥口之间采用八字形刮泥板。积泥高度为0.1m，池底坡度为1.5‰，坡向末端集泥坑，坑的尺寸采用50cm×50cm×50cm。排泥管直径为：

d=

0.7BLH00.5

=

3×36000.7×17.8×72×3.40.5

=0.391m，采用DN400mm。

3×3600

H0—池内平均水深，为3.3+0.1=3.4mt—放空时间，取3h。（12）水力条件复核①水力半径R

R=

ωBH10.2×3===1.m=1cmρ2H+B6+10.2

②弗洛德常数Fr

v20.62

Fr===1.9×10−5

Rg1×980

在规定范围内.

斜板斜管沉淀池的设计参数：

(1)斜板（管）之间间距一般不小于50mm，斜板（管）长一般在1.0-1.2m左右；

(2)斜板的上层应有0.5-1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m。斜板（管）下为废水分布区，一般高度不小于0.5m，布水区下部为污泥区；

(3)池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走；

(4)废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为0.5-0.7mm/s。

(5)斜板(管)与水平面呈60°角，斜板净距(或斜管孔径)一般为80～100mm。异向流斜板（管）沉淀池的设计计算式可由如下分析求的。

假定有一个异向流沉淀单元，倾斜角为a，长度为l，断面高度为d，宽度为w，单元内平均水流速度v，所去除颗粒的沉速为u0，如下图所示。

当颗粒由a移动到b被去除，可理解为颗粒以v的速度上升l+l1的同时以u0

的速度下沉l2的距离，两者在时间上相等，即

沉淀单元长度

沉淀单元的断面面积为dw，则单元所通过的流量为：

式中lw实际上即为沉淀单元的长与宽方向的面积，lwcosα即为斜板在水平方向投影的面积，可用af代替。dw代表沉淀单元的断面积，dw/sinα即为沉淀池水面在水平方向的面积，可用a表示，这样即可得

q=u0(af+a)

如果池内有n个沉淀池，并且考虑斜板（管）有一定的壁厚度，池内进出口影响及板管内采用平均流速计算时，上式可修正得沉淀池设计流量：

Q=ηu0（Af+A）

式中：η——系数0.7，一般范围0.75-0.85；

Af——斜板（管）沉淀池所有斜壁在水平方向的投影面积，A=naf；A——沉淀池水面在水平面上的投影面积。

即异向流斜板（管）沉淀池的截留速度：

一个斜板单元的理论流量：

q=u0(af-a)

斜板沉淀池设计流量：

Q=ηu0（Af-A）

即同向流斜板（管）沉淀池的截留速度：

横向流斜板（管）沉淀池的沉淀情况如下图，

由相似定律得：

式中af为沉淀单元的表面积。沉淀池的设计流量：

Q=Afu0η

横向流沉淀池截留速度：

式中Af为沉淀区所有斜板的水平投影面积。