一大型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3

0.243 m /s。

一、网格絮凝池及过渡段设计计算

（一）絮凝池有效容积

3

V=QT=0.243 X 18 X 60=262.44 m

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

2

A=V/H=262.44/4=65.61m

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

2

f=Q/V=0.243/0.12=2.03m 2

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 X 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 X2.1X 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： A i=Q/V=0.243/0.25=0.972m2，取尺寸为 1.45m X 0.7m;

第二段孔洞尺寸：A2=Q/V=0.243/0.17=1.430m2，取尺寸为 1.45m X 1.0m;

第二段孔洞尺寸：A3=Q/V=0.243/0.12=2.025m2 ，取尺寸为 1.45m X 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 X 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 X 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h n= z v2/2g

式中：h n—每层网格水头损失（m）; Z —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h n=z v2/2g

式中：h n—每个孔洞水头损失（m）; Z —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

2

A 1=Q/q=21000/24/6=145.83m 2

式中：A i—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）,

32

规范要求为5.0~9.0m/m ?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）A i = 150.20m2

2、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疋11.6m，斜管安装时会产生无效

长度1X 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 x 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 ; h?—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 x 0.4m, 则孔洞个数=2.025/0.4/0.4疋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=0.042 m3/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=v n d2/4=0.3 x 3.14 x 0.032/4=2.12 x 10-4,孔数n=Q/q=0.042/2.12 x104=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 x 0.0420.4= 0.28m ;

起点槽中水深H1 = 0.75b = 0.75 x 0.28= 0.21m ;

终点槽中水深H2=1.25b = 1.25 x 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 x 2.4m，斗底尺寸为0.4m x 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 x B x H = 18.5m x 1.0m x 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/s

—运动粘度0.01cm2/s (t = 20 C)

Re = Rv/卩=0.75 x 0.1924/0.01 = 14.43V 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。