净水厂网格斜管絮凝沉淀池设计计算方法

净水厂网格斜管絮凝沉淀池设计计算方法胡江博（陕西金水桥工程设计有限责任公司，陕西，西安，710000）【摘要】本文以一净水厂为例，对净水厂网格絮凝池和斜管沉淀池的设计计算方法进行了说明，为以后城镇供水项目设计人员提供了相关参考。【关键词】净水厂；网格絮凝池；斜管沉淀池；设计计算在给水处理中，网格絮凝池和斜管沉淀池是水处理时常用的构筑物。在城镇供水项目中，单池处理水量在1.0万~2.5万m3/d时，宜采用网格絮凝池和斜管沉淀池综合设计。本文以西北地区一大型净水厂为实例，对以上两种常用构筑物进行设计计算分析，此水厂设计供水规模4.0万m3/d，水厂自用水量5%。构筑物分两组设计，每组可独立运行，单组的处理水量为2.1m3/d，即0.243m3/s。一、网格絮凝池及过渡段设计计算（一）絮凝池有效容积V=QT=0.243×18×60=262.44m3式中：Q－单个絮凝池处理水量（m3/s）；V－絮凝池的有效容积（m3）；T－絮凝时间（ｓ），规范要求12~20min。（二）絮凝池面积A=V/H=262.44/4=65.61m2式中：A－单个絮凝池面积（m2）；V－絮凝池的有效容积（m3）；H－有效水深（m）。（三）单格面积f=Q/V=0.243/0.12=2.03m2式中：f－单格面积（m2）；Q－单个絮凝池处理水量（m3/s）；v－竖井内流速（m/s）,规范要求0.10~0.14m/s。假设栅格为正方形，尺寸1.45m×1.45m，每格实际面积为2.10m2，计算出分格数为：n=65.61/2.10=31.24，取整数n=32。每组池子布置4行，每行分8格，栅格混凝土厚度取0.2m，每个池子净尺寸为：L=6.4m，B=13.0m。（四）实际絮凝时间t=nfH/Q=32×2.1×4/0.243=18.43min式中：t－实际絮凝时间（min）；n－栅格个数；f－单格实际面积（m2）；H－有效水深（m）；Q－处理水量（m3/s）。（五）絮凝池排泥泥斗深度取1.0m，泥斗底边宽度取0.4m，斗坡与水平夹角为62°＞45°，符合要求；排泥采用多斗式排泥，每四格为一组排泥，共设八组，污泥由斗内排泥支管排至排泥管，每组排泥管管口安装快开排泥闸阀。（六）絮凝池高度絮凝池保护高度取0.4m，泥斗深度1.0m，池子的总高度为5.4m。（七）过水孔洞和网格设置过水孔洞的流速分三段，第一段取0.25m/s，第二段取0.17m/s，第三段取0.12m/s。第一段孔洞尺寸：A1=Q/V=0.243/0.25=0.972m2，取尺寸为1.45m×0.7m；第二段孔洞尺寸：A2=Q/V=0.243/0.17=1.430m2，取尺寸为1.45m×1.0m；第二段孔洞尺寸：A3=Q/V=0.243/0.12=2.025m2，取尺寸为1.45m×1.4m。网格设置：前两段安装网格，第一段每格安装2层，共22层，孔眼尺寸为80mm×80mm，过孔流速为0.28m/s；第二段每格安装1层，共11层，孔眼尺寸为100mm×100mm，过孔流速为0.23m/s；第三段不安装。（八）水头损失计算1、网格水头损失局部水头损失公式hn=ζv2/2g式中：hn－每层网格水头损失（m）；ζ－网格阻力系数，一般前段取1.0，中段取0.9,；v－各段过网流速（m/s）。第一段通过网格水头损失：h1=0.088m；第二段通过网格水头损失：h2=0.027m；通过网格总水头损失：h=h1+h2=0.088+0.027=0.115m。2、孔洞水头损失局部水头损失公式hn=ζv2/2g式中：hn－每个孔洞水头损失（m）；ζ－孔洞阻力系数，一般取3.0；v－孔洞流速（m/s）。第一段通过孔洞水头损失：h1=0.105m；第二段通过孔洞水头损失：h2=0.049m；第三段通过孔洞水头损失：h3=0.022m；通过孔洞总水头损失：h=h1+h2+h3=0.105+0.049+0.022=0.176m。通过絮凝池的总水头损失为0.291m。（九）过渡段絮凝池后设置过渡段，过渡段中间设置配水堰，过渡段宽度取1.9m，配水堰厚度0.30m。二、沉淀池设计计算（一）平面尺寸计算1、沉淀池清水区面积A1=Q/q=21000/24/6=145.83m2式中：A1－单个沉淀池净面积（m2）；Q－单池设计水量（m3）；q－斜管沉淀区液面负荷（m3/m2▪h），规范要求为5.0~9.0m3/m2▪h，此水厂位于低温地区，宜取小值6.0，水量可控余地大。斜管安装结构占用面积按3%计，则总面积为：A=（1+0.03）A1＝150.20m22、沉淀池长宽每组沉淀池的宽度为13.0m，则沉淀池的长度为：L=A/B=150.20/13≈11.6m，斜管安装时会产生无效长度1×cos60°=0.5m，所以沉淀池长度取12.1m，其中60°为斜管倾斜角度。3、斜管安装高度斜管长度取1.0m，斜管管径一般为30~40mm，本设计取30mm，安装高度h=1×sin60°=0.87m。4、沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.4+1.2+0.87+1.5+1.2=5.17m，取H=5.2m。式中：H－沉淀池总高度（m）；h1－保护高度m；h2－清水区高度，不小于1.0m；；h3－斜管高度；h4－配水区高度，不小于1.5m；h5－泥斗高度。（二）沉淀池进水花墙设计采用配水花墙进水，过孔流速ｖ=0.12m/s，A=Q/V=0.243/0.12=2.025m2，每个孔洞尺寸为0.4m×0.4m，则孔洞个数=2.025/0.4/0.4≈13个，池宽13m，水平方向孔眼中心间距1.0m，最外侧孔边缘距外墙0.5m。竖直方向，配水区高度1.5m，孔洞下边缘距泥斗顶部0.55m。（三）沉淀池集水设计沉淀池采用不锈钢集水槽出水。每组布置7条集水槽，集水槽中心间距2.0m，最外侧集水槽中心距外墙0.5m；每槽集水量q＝0.243/7＝0.035m3/s，水量超载系数取0.2，故槽中流量Q＝1.2q=0.042m3/s。集水槽双侧开孔，孔径d＝30mm，孔口流速0.30m/s,则单孔流量q=vπd2/4=0.3×3.14×0.032/4=2.12×10-4，孔数n=Q/q=0.042/2.12×104=198个，每侧99个，孔距=12.1/99=122mm，孔眼从中间向两边排列。集水槽宽b＝0.9Q0.4＝0.9×0.0420.4＝0.28m；起点槽中水深H1＝0.75b＝0.75×0.28＝0.21m；终点槽中水深H2=1.25b＝1.25×0.28＝0.35m；淹没深度取10cm，跌落高度取5cm，槽超高5cm槽的高度H＝H2＋0.1＋0.05＋0.05＝0.55m（四）沉淀池排泥泥斗深度取1.2m，斗顶口尺寸为2.6m×2.4m，斗底尺寸为0.4m×0.4m，斗坡与水平最小夹角为48°＞45°，符合要求；排泥采用多斗式排泥，每五格为一组排泥，沿与水流垂直方向共设五组，污泥由斗内排泥支管排至排泥管，排泥管单侧排泥至排泥渠，每组排泥管管口安装快开排泥闸阀。排泥渠尺寸L×B×H＝18.5m×1.0m×2.5m；（五）斜管内雷诺数及沉淀时间水力半径R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm斜管内水流流速：v=0.243/145.83/sin60=0.1924cm/sμ—运动粘度0.01cm2/s（t＝20℃）Re＝Rv/μ=0.75×0.1924/0.01＝14.43＜100，所以水流在沉淀池内是层流状态。沉淀时间：T=L/v＝1000/1.924＝520s＝8.7min三、结语本文以一净水厂为例，对净水厂网格絮凝池和斜管沉淀池的设计计算方法进行了说明，并对相关重要问题进行了提示，为以后城镇供水项目设计人员提供了相关参考，必将推动城镇集中供水事业的发展。参考文献［1］武汉大学水利水电学院水力学流体力学教研室/水力计算手册，第二版，中国水利水电出版社2006。［2］李震声，栅条絮凝池设计中过栅阻力系数的确定，《给水排水》2002.05。［3］陈文立王超，网格－斜管絮凝沉淀池设计计算分析，《青年与社会》2013年08。