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一、管式静态混合器1 设计参数设计总进水量为Q=200000m3/d，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流速v=1.5m/s。计算草图如图4-2。图 4.2 管式静态混合器计算草图2 设计计算2.1 设计管径静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流量smdmnQq3315.11000002200000=；则静态混合器管径为：mvqD45.05.114.315.144=，本设计采用D=500mm；2.2 混合单元数按下式计算27.245.05.136.236.23.05.03.05.0=DvN，本设计取N=3；则混合器的混合长度为：mDNL65.135.01.11.1=2.3 混合时间T=svL1.15.165.1=2.4 水头损失mndqh143.035.015.11184.01184.04.424.42=0.5m,符合设计要求。2.5 校核 GT值1306.69564.2101.1143.09800=?=sTvhgG，在 500-10001s之间，符合设计要求。95.183464.206.695=GT二、机械搅拌器已知 Q=20 万 m3/d，设 k=1.05,n=7，t=20min 则 W=QT/60n=(200000*1.05*20)/(24*60*7)=417m3 三、沉淀澄清设备的设计斜管沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用，按照斜管中的水流方向，分为异向流、同向流、和侧向流三种形式。斜管沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。本设计沉淀池采用斜管沉淀池，设计7 组。1 沉淀池分为七组每组的设计流量为smhmQ3333.048.1190)724(200000=。2 沉淀池平面尺寸2.1 沉淀池清水区面积qQA=式中：A斜管沉淀池的表面积，2mq表面负荷，)(23hmm，一般采用)(.011.0923hmm设计中取)(923hmmq=2132.27948.1190mA=。2.2 沉淀池长度及宽度设计中取池宽度mB3.8=，则沉淀池的长度mL15.93.832.271=。为便于施工，本设计取 L=16m为了配水均匀，进水区布置在16m长度方向的一侧，在m3.8的宽度中扣除无效长度m5.0，则净出口面积211121.1603.116)5.0-3.8()5.0(mkLBA式中：1k斜管结构系数，本设计取1k=03.12.3 沉淀池总高度54321hhhhhH+=式中H沉淀池总高度，m；1h保护高度，m。本设计取1h=0.3 m；2h清水区高度，m。本设计取2h=1.2m；3h斜管区高度，m。取斜管长度l=m0.1，安装倾角60，则mlh87.060sin3=；4h配水区高度，m。本设计取4h=1.5m；5h排泥槽高度，m。本设计取5h=0.83m；则沉淀池总高度HmH7.483.05.187.02.13.0=+=。3 进出水系统3.1 沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积vQA=2式中2A孔口总面积（2m）v孔口流速（sm），一般在 0.15sm一下，本设计中取sm1.0223.3.10/33.0mA=每个孔口的尺寸定为cmcm1020，则孔口数为 245 个。进水孔位置应该在斜管以下、沉泥区以上部位。3.2 沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，则穿孔总面积：A3=1vQ式中：A3出水孔口总面积，2m。A3=1vQ=6.033.0=0.552m设每个孔的直径为4cm，则孔口的个数 N=FA3=204.0414.355.0=438个。设每条集水槽的宽度为0.4m，间距 1.5m，共设 10 条集水槽，每条集水槽一侧开孔数。为 40 个，孔间距为 20cm。10 条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度0.8m，深度 1.0m。出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。孔口损失h=h1=gv221式中：h 孔口水头损失，m；进口阻力系数。设计中取=2 h=gv221=28.926.02=0.037m。集水槽内水深取为0.4m，槽内水流速度为 0.32m/s,槽内水力坡度按0.01 计，槽内水头损失h=iL 式中：h 集水槽内水头损失，m；i水力坡度；L集水槽长度，m；设计中取 i=0.01，L=8.3m h=iL=0.01 8.3=0.083m 出水总水头损失h=h+h=0.037+0.083=0.12m，设计中取为 0.15m 3.3 沉淀池斜管的选择斜管长度一般为 0.8 1.0m，设计中取为 1.0m；斜管管径一般为2535mm，设计中取为 30mm；斜管为聚丙烯材料，厚度为0.4 0.5mm。3.4 沉淀池排泥系统设计采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管径为200mm，管上开孔孔径为 5mm，孔间距为 15mm。沉淀池底部为排泥槽，共12条。排泥槽顶宽为2.0m，底宽为 0.5m，斜面与水平夹角约为45，排泥槽斗高为0.83m。3.5 斜管沉淀池计算草图根据上面计算结果，绘制斜管沉淀池示意图，如图4.5 所示。穿 孔 排 泥 管配 水 区斜 管 区清 水 区积 泥 区集 水槽斜管沉淀池计算示意图4 核算4.1、雷诺数 Re 斜管内的水流速度为：2v=sin1AQ式中：v 斜管内水流速度，m/s；斜管安装倾角，一般采用6075。设计中取 =602v=sin1AQ=60sin21.16133.0=0.0031m/s=0.31cm/s Re=vRv2式中：R水力半径，cm，本设计取 R=0.75cm v水的运动黏度，cm/s。设计中当水温 t=20时，水的运动黏度v=0.01cm/s Re=vRv2=01.031.075.0=23.3 500，满足设计要求。4.2、弗劳德数 FrFr=Rgv22=81.975.031.02=1.31104Fr介于 0.0010.0001 之间，满足设计要求。4.3、斜管中的沉淀时间T T=21vL式中：1L斜管长度，m。设计中取1L=1.0m T=21vL=0031.00.1=322.6s=4.9min 基本上满足要求（一般在25min 之间）。四、过滤处理1.滤池总面积 F=vTQF-滤池总面积(m2)Q-设计水量(m3/d)v-设计滤速(m/h),石英砂单层滤料一般采用810 ,双层滤料一般采用1014m/h.T=T0-nt0-nt1T-滤池每日的实际工作时间（h）T0-滤池每日的工作时间（h）t0-滤池每日的冲洗后停用和排放初滤水时间（h）t1-滤池每日冲洗时间（h）n-滤池每日冲洗次数普通快滤池是目前水处理工程中常用的滤池形式之一，普通快滤池每一池上装有混水进水阀，清水出水阀，反冲洗进水阀，反冲洗排水阀，共四个阀门。普通快滤池运行稳定，出水水质较好。其缺点是阀门数量多，阀门易损坏，还必须有全套的冲洗设备。普通快滤池适于大中型水厂，单池面积不大于100m2,以免冲洗不均匀,在有条件时尽量采用表面冲洗或空气助冲设备。2.1 普通快滤池平面尺寸计算设计中取 n=2 次，t1=0.1不考虑排放初滤水时间，即t0=0 T=24-20.1=23.8h 设计中选用双层滤料石英无烟煤砂滤池取v=12 m/h F=vTQ=8.2313200000=646.4(m2)2.单池面积 f=NF=74.646=92.34(m2)设计中取 N=7 单排布置 L=12.0m，B=8.0m，滤池的实际面积为12.0 8.0=96(m2)，实际流速 v=8.23967200000=12.5 m/h 当一座滤池检修时，其余滤池的冲洗强度v=1NNv一般采用 1014 m/h v=175.127=14 m/h 2.2 滤池高度 H=H1+H2+H3+H4 H-滤池高度（m），一般采用 3.20-3.60m H1-承托层高度（m），一般可按表 6-1 确定 H2-滤料层厚度（m），一般可按表 6-2 确定 H3-滤层上水深（m），一般取 1.5-2.0m H4-超高，一般采用0.3m 设计中取 H1=0.6，H2=0.40，H3=1.80，H4=0.30 H=H1+H2+H3+H4=0.6+0.40+1.80+0.30=3.1m 表 6-1 普通快滤池承托层的粒径和厚度层数（自上而下）尺寸（mm）厚度（mm）1 24 100 2 48 100 3 816 100 4 1632 150 表 6-2 普通快滤池的滤料层厚度类别滤料组成粒径（mm）不均匀系数 K80 厚度（mm）单层石英砂滤料Dmax=1.2 2.0 700.0 Dmin=0.5 双层滤料无烟煤2.0 300400 Dmax=1.8 Dmin=0.5 石英砂2.0 400 Dmax=1.2 Dmin=0.5 三层滤料无烟煤1.7 450 Dmax=1.6 Dmin=0.8 石英砂1.5 230 Dmax=1.2 Dmin=0.5 重矿石1.7 70 Dmax=0.5 Dmin=0.25 2.3 配水系统1.最大粒径滤料的最小流态化流速vmf=12.2654.031.1001.0d54.0031.20)1(mm=12.2654.031.1001.098.0012.054.031.20)38.01(38.0m=1.08cm/s 设计中去粗取 d=0.0012m,=0.98,m=0.38,水温 20时=0.01（N.s/m2）2.反冲洗强度：q=10kvmf=101.3 1.08=14L/(s.m2)k-安全系数，一般采用1.11.3，设计中取 k=1.3 3.反冲洗流量：qg=fg=9614=1344L/s 4.干管始端流速：vg=23104Dqg=238.014.310344.14=2.69m/s 设计中取 D=0.8m5.配水只管根数nj=2aL=212.0/0.3=80根nj单池中支管根数（根）L 滤池长度（m）支管中心间距（m），一般采用 0.25-0.30m，设计中取=0.3m 6.单根支管入口流量：qj=qg/nj=1344/80=16.8L/s 7.支管入口流速：vi=23410jjDq092.014.3108.1643=2.64m/s 设计中 Dj=0.09m=90mm 8、单根支管长度：Lj=0.5(B-D)=0.5(8-0.8)=3.6m 9、配水支管上孔口总面积：FK=Kf=0.25%96=0.24=240000mm2K-配水支管上孔口总面积与滤池面积之比一般采用0.2%-0.25%，设计中取 0.25%10、配水支管上孔口流速：vK=qg/Fk=1.344/0.24=5.6m/s11、单个孔口面积：fK=4d2K=3.14/4 92=63.5mm 12、孔口总数：NK=KKfF=5.63240000=3779个13、单根支管上孔口数:nK=NK/nj=3779/80=47 个 支关上孔口布置二排，与垂直成45 夹角向下交错排列.14、孔口中心距：aK=2KjnL=2476.3=0.15m 45孔口示意图单个滤池的配水系统：800270270接 冲 洗 水 管配 水 干 管 DN800120003600360015、孔口平均水头损失：hK=1/2g(25.068.01014)2=3.5m 表 6-3 流量系数值孔口直径与壁厚之比1.25 1.5 2.0 3.0 流量系数0.76 0.71 0.67 0.62 16、配水系统校核：对大阻力配水系统，要求其支管长度与直径之比不大于60 jjdL=09.06.3=4060 对大阻力配水系统，需按下式校核，29.0)()(220anwfwf即29.0143.006.0083.0)80080014.34240000()9014.3504240000(222.4 冲洗排水槽1.冲洗排水槽中心距a0=1nL因冲洗排水槽长度不宜大于6 米，故在设计中将每座滤池中间设置排水渠，在排水渠两侧对称布置冲洗排水槽，每侧排水槽数为3 条，池中冲洗排水槽总数为6 条,a0=1nL=312=4m 2.每条冲洗排水槽长l0=2bB=26.08=3.7m b-中间排水槽宽度，取0.6m 3.每条冲洗排水槽的排水量：q0=2nqg=61344=224L/s=0.224m3/s 4.冲洗排水槽断面模数冲洗排水槽采用三角形标准断面，其断面模数为x=0.45q4.00=0.450.0820.4=0.165m 2x701.5xx冲洗排水槽断面计算图5.冲洗排水槽距砂面高度：He=eH2+2.5x+8+c=0.40.7+2.5 0.165+0.05+0.01=0.81m 6.排水槽总平面面积：F0=2xl0N2+bL=20.1653.7 6+0.612=14.526m2校核排水槽总平面面积与滤池面积之比：fF0=96526.14=15.13%25%，满足要求7.中间排水渠：采用矩形断面，渠底距冲洗排水槽底部的高度Hc=1.73322gBqg+0.2=1.73 3226.08.9344.1+0.2=1.025m 单格滤池的反冲洗排水系统布置如图：1200043043043037006003700冲 洗 排 水 渠中 间 排 水 渠至 排 水 渠15001500385538552.5 滤池反冲洗1.单个滤池的反冲洗用水量W=qft/1000=1396360/1000=449.28m3t-单个滤池的反冲洗历时（s）,可根据下表确定设计中取 t=6min,q=13L/(s.m2)滤层冲洗强度（L/s.m2）膨胀度（%）冲洗时间（min）石英砂滤料12-15 45 7-5 双层滤料13-16 50 8-6 三层滤料16-17 55 7-5 2.高位水箱冲洗（1）高位水箱冲洗容积W1=1.5W=1.5 147=220.5m3（2）承托层的水头损失mqHhw1716.01360.0022.0022.013（3）冲洗时滤层的水头损失hw4=(水砂-1)(1-m0)H2=(10002650-1)(1-0.4)0.07=0.69m 砂-滤料的密度，水-水的密度m0-滤料未膨胀前的空隙率，H2-滤料未膨胀前的厚度设计中取 m0=0.4，水=1000kg/m3，砂=2650 kg/m3，H2=0.7m（4）冲洗水箱高度Ht=hw1+hw2+hw3+hw4+hw5=1.0+3.5+0.1716+0.69+1.5=6.8616m hw1-水箱与滤池间的冲洗管道的沿程和局部水头损失之和（m）hw1-配水系统的水头损失（m）hw5-备用水头（m），一般采用 1.5-2.0m 设计中取 hw1=1.0m，hw1=hk=3.5m,hw5=1.5m 2.6 进水系统1.进水总渠：滤池的总进水量为Q=200000m3/d=2.315m3/s,设计中取进水总渠宽0.8m水深 1m，流速 v1=0.61m/s 2.反冲洗进水管：冲洗水量q=1344L/s,采用管径 d=500mm,管中流速 v=2.69m/s 3.清水管：清水总流量 Q=0.382m/s,为了便于施工渠断面采用和进水渠断面相同的尺寸单个进水管流量Q=0.0764m3/s,采用管径 D=400,v=0.61m/s 4.排水渠：排水流量qg=490L/s=0.490m3/s,排水渠断面宽度B=0.8m,渠中水深0.6m,流速 v=1.02m/s