净(制)构筑物
根据人饮工程设计规模Q =6000m ³/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 =125m ³/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 =1.0m/s,V6=0.2(m/s)。
反应池总容积W=QT/60=62.5×20/60=20.83(m ³)
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=1.389(㎡)
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
进口
t 1. 02
1+(2-1) n 0. 2T =1.0+0.2-0.2×
+24t n
T =1.2-0.2
第一格进口管径采用0.15m
n ''T
tn =n 式中n ''——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 =62.5m 3/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=0.0289(㎡)
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=0.0464(㎡)
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 h
则h =h 进口+h1+h2„„h 5=0.111(m ) 5=0.004
500⨯0. 111
-4G
=60⨯1. 029⨯10⨯20=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 =62.5m ³/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: 1.33V 0-V 0sin θ⎛V ⎫d V 0=⎪V cos θsin θ⎝⎭ 0L=
=(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 =0.01736m 3/s,采用管径DN=150mm,流速0.98m/s(0.5—1.0 m/s),管长Lj=15m
V 2
∑i L +∑δτ2g 进水管水头损失:h =
δτ—局部阻力系数
h=0.00649×15+(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