斜管沉淀池计算例题

3.3 沉淀

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 ～11.0 m3/（m2h）。

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＝0.425 m/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/v 1＝0.425/0.003＝142m 2

其中斜管结构占用面积按照5％计算，人孔所占面积为 1 m2，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v 2 ＝v/sin60°＝3.0/0.866＝3.5mm/s，

L ＝（1.33×v 2 -0.35×sin60°）d/（u 0 × 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v 3 ＝0.15 m/s，洞口的总面积：

A 2＝Q/ v 3＝0.425/0.15＝ 2.8 m2，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）＝0.02125 m3/s，考虑池子的超载系数为

20％，故槽中流量

q 0 ＝1.2q ＝ 1.2× 0.02125＝0.0255 m 3 /s

集水槽双侧开孔，孔径 d ＝ 25mm ，

又 q ＝uf 2gh ，则：

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。

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集水槽宽 b ＝0.9Q 0.4＝0.9×（0.0255）0.4 ＝0.207m ，为便于施工取为 0.2m 起点槽中水深 H 1 ＝0.75b ＝0.75×0.2＝0.15m

终点槽中水深 H 2 =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 H 3 ＝H 2 ＋0.12＋0.05＋0.15＝ 0.57m （7）集水渠 集水渠：集水渠的流量为 0.425m 3 /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 ＝0.64m 。 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：

H 1 ＝ 0.66+0.08+0.54＝ 1.28m 出水管流速 v 4 ＝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 ，

孔数 n ＝Q/q ＝ Q uf 2gh 0.02125 2 0.62 0.025 2 2 9.8 0.12 4 ＝45.55，

孔眼采用等距布置， 穿孔管长 11m ，首末端集泥比为 0.5，查得 K w ＝ 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：∑ w 0 ＝27×4.9×10-4＝0.01323m 2 ，

穿孔管断面面积为： w ＝∑w 0/k w ＝0.01323/0.72＝0.0184 m 2， 穿孔管直径为： D 0 ＝（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=R v 2 / μ

式中:

R ——水力半径 ,R ＝d/4=30/4 ＝7.5mm ＝ 0.75cm

v 2 ——管内流速 v 2 ＝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`/ v 2 ＝ 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：

1. 计算水量 Q=300000m 3/d= 12500m 3/h=3.472 m 3/s ，沉淀时间 t=2h ，面积负荷 u 0 ‘

=40m 3/ （m 2.d ），沉淀池个数 n=6 个。

2. 设计计算 （ 1）池容积 W

3 W=Qt=12500 2=25000m 3

（ 2）单池容积 W

3）单池池面积 F 25000

6 4166 .

7 m 3

F=Q

u 0 50000 40

2 1250 m 2 n

4）池深 H 4166 .7 3.33 m 1250

（ 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

③ 孔洞个数 N

孔洞采用矩形，尺寸为 15cm 18cm ，则 则孔洞实际流速为：

Q 2083 . 3 N 0.15 0.18 3600 90 0.15 0.18 ④ 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 q 0=300m 3 /d.m W 1

F B1= F 1250 17.4 m L 72

采用 17.8m 。沉淀池的池壁厚采

用 合。

（7）校核长宽比

300mm ，则沉淀池宽度为 18.4m,与絮凝池吻 L 72

4.045 4 B 17.8

8）校核长深比

L 72 H 3.33

21.6 10

9）进水穿孔花墙设计

① 沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布

水，

则墙高 3.73m. 墙长 17.8m ，超高取 0.3m ，积泥高度取 0.1m ， ② 穿孔花墙孔洞总面积 A

孔洞处流速采用 v 0=0.24m/s ，则 A=

3600 v 0 2083 .3 3600 0.24 2 2.41m 2

N=

0.15 0.18 2.41 0.15 0.18 89.3 90 个。

v 0 0.238 m/s