水厂设计(沉淀池、滤池)及计算公式(例)

根据人饮工程设计规模Q＝6000m³/d，为自流引水处理，运行时间为24小时/天，日处理水量约6000 m³，每小时水处理能力为250 m³/h。水厂建两组净水建筑物，每组日处理水量约3000 m³，每小时水处理能力为125 m³/h。

水厂建净水建筑物两组四座，单组净化能力Q＝125m³/h。水源水质化验结果表明，浑浊度、大肠菌群、细菌总数三项指标超标。为保证人民生活饮水卫生达国标GB5749-85要求，拟定净水构筑物工艺流程为：进水→旋流孔室反应→斜管沉淀→重力式无阀滤池→清水池。现只计算一座（1500 m³）的净水结构：

一．穿孔旋流孔室式反应池

设计参数：反应池采用6格，反应时间20分钟，池高度拟定为3.7m，V进口＝1.0m/s，V6＝0.2（m/s）。

反应池总容积W=QT/60＝62.5×20/60＝20.83（m³）

反应池面积F=W/H=20.83/2.5=8.332(㎡)

单格池面积f＝F/n＝8.332/6＝1.3（㎡）

设计拟定为正8边形内切圆直径为1.3m的单个反应池的面积为1.4㎡，满足设计要求。

各单池进孔口流速

Vn=V1+V2-V2

    =1.0+0.2-0.2×

=1.2-0.2

第一格进口管径采用0.15m

tn＝   式中——第n格序数

n＝6格

t1＝3.33（min） t2＝6.67（min）

t3＝10（min）    t4＝13.33（min）

t5＝16.67（min）   t6＝20（min）

V1=1.2-0.2×sqrt((1+24×3.33/20))＝0.75（m/s）

V2=1.2-0.2×sqrt((1+24×6.67/20))＝0.6（m/s）

同理可求得：

V3=0.48（m/s）    V4=0.38（m/s）

V5=0.28（m/s）    V6=0.2（m/s）

各格进口尺寸，1—6格拟定为正8边形

由流量公式得：Q＝62.5m3/h＝0.01736 m³/s

据公式Fn=Q/Vn计算得：

F1=0.01736/0.75＝0.0231（㎡）

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.11×0.22=0.0242（㎡）

F2=0.01736/0.6＝0.02（㎡）

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.12×0.24=0.0288（㎡）

同理得：

F3＝0.0363（㎡）

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.14×0.27=0.0378（㎡）

F4＝0.0462（㎡）  

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.16×0.29=0.04（㎡）

F5＝0.0613（㎡）

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.18×0.34=0.0612（㎡）

F6＝0.0868（㎡）

实际采用孔口尺寸：b×h＝0.21×0.42=0.0882（㎡）

GT值计算，要求梯度值GT在104—105之间

由公式G＝

式中h＝1.06 V2n/2g为孔口水头损失

经计算得：

H进口＝0.054   h1＝0.03  h2＝0.019  h3＝0.012  h4＝0.008  h5＝0.004

则h＝h进口+h1+h2……h5＝0.111（m）

G＝＝＝21.2（L/s）（G=20~60s-1）

GT=21.2×1500＝31800≈3.18×104在104—105之间，故能满足要求。

拟定水池超高△h＝0.3m

单格平面尺寸：

各个正八边形的边长为0.54m，排泥斗高度为0.6m，排污管径为φ150mm

具体设计见设计图

（2）斜管沉淀池

设计参数：Q＝62.5m³/h＝0.01736 m³/s；颗粒沉淀速度V0＝0.25mm/s，清水区上升流速V采用3.0mm/s，斜管倾角60°，斜管内切圆直径d＝30mm

1）清水区面积A=Q/V=0.01736/0.003＝5.787（㎡）

考虑斜管结构占用面积3％，则：实际清水区需要面积：

A＇=3.473×1.03=5.96（㎡）

2）斜管长度：

L=

   ＝(1.33×2.1/sin(60)-0.25×sin(60))/(0.25×cos(60)) ×30

＝722（mm）

考虑管端紊流、积泥等因素，则斜管总长为1000mm。

3）池总高度H=H1+H2+H3+H4+H5

式中H1—超高采用0.5米

 H2—清水区高度采用1.0米

H3—斜管高度为L×sin(60)=1×0.866＝0.87米

H4—配水区高度采用1.63米

H5—排泥区高度采用0.6米

则H＝0.5+1.0+0.87+1.63+0.6＝4.6米

为了增加沉降速度和沉淀数量，减少无阀滤池的负荷，增设置一个预沉池S=4.3×2.2＝9.46㎡，拟定预沉池尺寸为L＝4.3m，b＝2.2m；拟定沉淀池尺寸为L＝4.3m，b＝3m。

4）沉淀时间T=L1/VO=1000/3=333秒＝5.55分钟

5）复核条件

雷偌数Rr=RVO/r

式中：水力半径R＝d/4＝3/4＝0.75cm

VO—斜管内流速0.35cm/s

r—动力粘滞度（当t＝20℃时，r＝0.01c㎡/s）

故Rr=RVO/r＝0.75×0.35/0.01＝26.25＜200满足要求

弗劳德数Fr（10-3-10-4）

Fr=V02/Rg=0.35×0.35/(0.75*981)=0.000166

能满足要求，具体设计见设计图。

二．3000T重力式无阀滤池

设计参数，滤速8m/h，平均冲洗强度15L/s.㎡，冲洗历时5min，允许水头损失1.5米，设计地坪标高为357.06米，滤池底入地坪深度0.6米。

1）滤池面积f1＝Q/V＝62.5/8＝7.813（㎡）

连通渠考虑采用腰长为0.3m的等腰直角三角形，则面积：

f2＝0.32/2＝0.045（㎡）

故滤池总面积F= f1+4×f2=7.813+4×0.045= 7.9925（㎡）

按照正方形设计，取边长为2.8m，F=2.8×2.8=7.84（㎡）。

实际过滤面积F＝7.84-4×0.045=7.66（㎡）

2）滤池高度

底部集水区高度0.3米，滤板高度0.1米，支承层高度0.2米，滤料层高度0.75米，净空高度0.35米，顶盖高度0.12米。

冲洗水箱高度H冲=0.06qFt/nf=2.75(m)

F——滤池面积，㎡；

f——冲洗水箱面积，㎡；

n——滤池个数；

q——冲洗强度，L/s.㎡；

t——冲洗时间，min；

故：滤池总高度=0.3+0.1+0.2+0.75+0.35+0.12+2.75=4.57米。

3）进水配水槽：

面积A=1.442(㎡)

根据结构要求采用2.06×0.7米，高度1.83米

进水管：Q＝0.01736m3/s，采用管径DN=150mm，流速0.98m/s（0.5—1.0 m/s），管长Lj=15m

进水管水头损失：h＝

—局部阻力系数

h=0.009×15+（0.5+3×0.6+1.5）×0.6622 /（2×9.8）＝0.182（m）

出水管选用DN=150mm，流速为0.98m/s

4）几个控制标高

滤池出水口（即冲洗水箱水位）标高＝滤池总高－滤池入土高度+地面标高＝4.57-0.6+357.06＝361.03（m）

虹吸辅助管管口标高C＝滤池出水口标高+期终允许水头损失值＝361.03+1.72＝362.75（m）

进水分配水箱堰顶标高＝虹吸辅助管标高C+进水管水头损失+安全高度＝362.75+0.182+0.2＝363.132（m）

5）虹吸管管径

拟定虹吸上升管和下降管均采用DN200mm，即可满足要求。

为防止虹吸管工作时，因进水中带入空气而有可能产生“虹吸提前破坏”现象，在滤池将冲洗前，进水分配箱内保持一定的水层深度，考虑箱底与滤池冲洗水箱平齐，进水管U形存水弯的底部中心标高放在排水井底标高处。

进水挡板直径比虹吸上升管管径大15cm，距离管口20cm，要求顶盖面与水平间夹角为15°，以利于反冲洗时将污水汇流至顶部管口经虹吸管排出。

6）滤池出水管管径

采用与进水管相同的管径DN150。

7）排水管管径

排水流量＝15×5.055+20.8=96.625 L/s

采用管径DN=400mm