穿孔旋流反应池功能性计算.docx
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穿孔旋流反应池功能性计算
穿孔旋流反响池
由假设干方格(大于6格)组成,各格之间隔墙上沿池壁开孔,孔口上、下交织布置,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=Σ—ριω3(r24-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
ω-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每格孔口应上下交织布置,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=ξ—v:
进水管出口或孔口流速,m/s
ξ:
局部阻力系数,进水管出口
ξ=1.0,孔口处ξ=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-v21+(—-1)—
t:
反响经历的时间;
T:
反响总时间;
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反响池型式为穿孔旋流反响池,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:
QT60×1.07×20
有效容积:
W=—=——————=21.4m3
6060
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,那么絮凝池总高度为:
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、下对角交织布置。
(2)孔口流速
v=v1+v2-v21+(—-1)—
=v1+v2-v21+(—-1)—
=1.0+0.2-0.21+(—-1)—
=1.2-0.21+24×—
第一格至第二格孔口流速t′=t
V1-2=1.2-1+24×—=1.2-0.25=0.753m/s
第二格至第三格孔口流速t′=2t
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
ƒ1-2=——=———=0.236m2
ƒ2-3=——=———=0.0297m2
ƒ3-4=——=———=0.0372m2
ƒ5-6=——=———=0.0659m2
ƒ出口=——=———=0.089m2
3、孔口尺寸
孔口高宽比为2,那么各孔口尺寸为(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
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:
ƒ1-2′=0.11×0.22=0.0242m2
ƒ2-3′=0.12×0.24=0.0288m2
ƒ3-4′=0.14×0.28=0.0392m2
ƒ4-5′=0.15×0.3=0.045m2
ƒ5-6′=0.18×0.36=0.0648m2
ƒ出口=0.21×0.42=0.0882m2
各孔口实际流速为:
Q0.0178
V1-2=——=————=0.7355m/s
ƒ1-2′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=ξ—
12
∴h进水管=1.0×———=0.051m
2×9.81
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
∴Σh0.051+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
0
1.00
0.0178
Dg=150
0.0177
1.00
0.051
一、二格间
T/6=3.33
0.753
0.0236
110×220
0.0242
0.735
0.029
二、三格间
2T/6=6.67
0.6
0.0297
120×240
0.0288
0.618
0.021
三、四格间
3T/6=10.00
0.479
0.0372
140×280
0.0392
0.454
0.011
四、五格间
4T/6=13.33
0.375
0.0475
150×300
0.045
0..396
0.008
五、六格间
5T/6=16.67
0.283
0.0629
180×360
0.0648
0.275
0.004
出口
T=20.00
0.2
0.089
210×420
0.0882
0.202
0.002
Σh=0.126
3、GT值
水温t=20℃计,μ=0.1020×10-3kg.s/m2
GT=32.08×60×20=38496(104-105之间)
Rh1000×0.126
4、排泥管G=——=————————=32.08(S-1)
60μT60×0.1020×103×20
dg=10mm
反响池出水经配水槽配水花墙进入斜管沉淀池。
反响池与沉淀池合建。
由多格竖井串联而成,每年竖井安装假设干层网格或栅条。
各竖井之间的隔墙上,上、下交织开孔。
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50mm,或网格孔眼为80×80mm,中段分别为80mm×80mm和100×100mm。
6)孔口交织布置,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
ρgh
G=——
μt1
当T=20℃时,μ=1×10-3Pa·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
——ρgh1000×9.81×0.01
G平=————=——————=89.09(S-1)
μt1×10-3×231.14
例题:
1、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
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=————,以及条件L:
B=12,
t
L:
H=15,可计算出L
LL
0.7—L(—+0.1)0.5
1215
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
①池长L=20.00m,取L=20.1m
②池宽B=20.1/12=1.68m,取B=1.7m
③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
Wn44.4×1
t=—=———=0.74(h)
Q60
(6)池内平均水平流速V
L20.1
V=——=————=7.5(mm/s)
3.6t3.6×0.74
(7)进水穿孔墙
①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)。
②穿孔墙空洞总面积Ω
孔洞处流速采用V0=0.008m/s,那么
Q60
Ω=——=————=0.21(m2)
3600V03600×0.08
③孔洞个数N
孔洞形状采用矩形,尺寸为15cm×18cm,那么
Ω0.21
N=————=————=7.78≈8(个)
0.15×0.180.15×0.18
(8)出水渠
①采用薄壁堰出水,堰口应保持水平。
②出水渠宽度采用0.18m,那么渠内水深
q2Q1
h=1.733—=1.733〔——〕2——
gb23600ngb2
601
=1.733〔———〕2————
3600×19.81×0.182
=0.17(m)
为保证自由溢水,出水渠的超高定为0.1m,那么渠道深度为0.28m。
(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
①水力半径R
ωBH170×130
R=—=——=—————=51.40(cm)
ρ2H+B2×130+170
②弗劳德数Fr
V20.752
Fr=——=————=1.1×10-5(在规定范围1×10-4-10-5内)
Rg51.40×981
例题:
一、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θ=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
1、沉淀池面积:
Q0.0178
(1)清水已有效面积F′=—=———=7.132m2
V0.0025
(2)沉淀池初拟面积F
斜管构造占用面积按5%计,人孔所占面积为1m2,
那么F=F′×1.05+1=8.4886m2=8.5m2
初拟平面尺寸为L1×B1=3.4×2.5m=8.5m2
〔3〕沉淀池建筑面积F建
①斜管安装厚度L2=Lcosθ=0.5m
②F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
那么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
L4.0
a=—=—=1.33m
N3
(3)槽中流量q0
Q0.0178
q=—=——=0.0059m3/s
N3
考虑到池子的超载系数为10%,故槽中流量
q0=1.1q=0.0059×1.1=0.0065m3/s
(4)槽中水深H2
槽宽b=0.9×q00.4=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,那么集水槽高度
H3=H2+0.05+0.05+0.1=0.15+0.2=0.35m
(6)孔眼计算
①所需孔眼总面积W
q00.00650.0065
W=———=—————————=———=0.0106m2
μ2gh0.62×2÷9.81×0.050.6138
q0——集水槽流量(m3/s)
μ——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
②单孔面积W0
孔眼直径采用d=25mm,那么单孔面积
ππ
W0=—d2=—×0.0252=0.00049(m2)
44
③孔眼个数
W0.0106
n=——=————=21.6取22个
W00.00049
④集水槽每边孔眼个数n=n/2=11个
⑤孔眼中心距离S0
B2.6
S0=—=—=0.236m
1111
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%〕
考虑到构造关系,取0.3m
(aQ)2(1.1×0.0178)2
槽中水深H=3×3——=3×3—————=0.131m取0.15m
gB29.81×0.22
(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
(2)孔眼总面积Ω0
Q
Ω0=—V1——孔眼流速,采用0.2m/s
V1
0.0178
故Ω0=———=0.089m2
0.2
(3)孔眼总长n0
Ω00.089
n0=——=———=11.2取n0=12
W00.00788
那么孔眼实际流速为
Q0.0178
V1=——=—————=0.188m/s
n0W012×0.00788
(4)孔眼布置
①孔眼布置成2排,每排孔眼数12÷2=6个
②水平方向孔眼间净距离取500mm(即两砖长),那么每排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。
③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,那么孔眼的分布高度为:
2×125+252+250=752mm
V2
④水头损失h=ξ—
2g
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+Bι1+2ι1b1+)
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)γ
T0=——————
(C1—C2)Q
P——泥浆含水率,P=92%;
γ——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)≈5h
(3)排泥历时t0
①排泥管直径d=150mm,那么其断面
π
W泥=—d2=0.01766m2
4
②排泥流量q泥=μ0W泥2gh′,
H′——排泥作用水头,3.77m;
μ0——流量系数;
1
μ0------—————
μ
1+—+ξ
d
λ——沿程阻力系数,λ=7m;
ι——排泥管长度,1=7m;
Σξ——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
∴μ0=——————————————=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
③排泥历时to
V3.608
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ζ=0.06m,那么
V槽=B(b+2)(H2+0.05×2+ζ)×2
=2.6×(0.12+2×0.06)×〔0.15+0.1+0.06〕×3
=0.58m3
(3)斜管构造体积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)
Q0.0178
例题:
1、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’
由于农村供水的特殊性,滤池考虑一天工作12h,那么其有效工作时间为:
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,那么
滤池平面尺寸L=B=f1/2=7.561/2=2.75≈2.8(m),那么单池实际面积为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
①断面尺寸
排水槽个数
n1=1(个)
槽长1=B=2.8m
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(如下列图所示),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,见下列图。
②设计高度
滤料层厚度采有Hn=0.7m
排水槽底厚度采用σ=0.05m
槽顶位于滤层面以上的高度为:
He=eHn+2.5x+σ+0.07
=0.45×0.7+2.5×0.17+0.05+0.07
=0.86(m)
③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
①渠始端水深Hq
ƒq7.84×8
Hq=0.81(——)2/3=0.81(————)2/3=0.16(m)
1000b1000×0.75
②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)
(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构造。
①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0.09m2
干渠断面尺寸采用0.3×0.3=0.09(m2)
干渠壁厚采用σ’=0.1m
干渠顶面应开设孔服
②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ι1=———————=————=1.15(m)
22
核算ι1/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=1.70m③
滤池超高H4=0.40m
所以滤池总高度H=0.45+0.70+
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