斜管沉淀池计算例题
沉淀 3.3.1 介绍
给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下，悬浮固体从水中分离的过程，原水经过投药，混合与反应过程，水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来，以完成澄清的作用，混凝沉淀后出水浊度一般在10 度以下。 （1）沉淀池类型的选择
本设计采用斜管沉淀池，斜管沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多直径较小的平行的倾斜管的沉淀池。斜管沉淀池的特点：沉淀效率高，池子容积小和占地面积小；斜管沉淀池沉淀时间短，故在运行中遇到水质、水量的变化时，应注意加强管理， 以保证达到要求的水质。从改善沉淀池水力条件的角度分析，由于斜管的放入，沉淀池水力半径大大减小，从而使雷诺数大为降低，而弗劳德数则大大提高，因此，斜管沉淀池也满足水流的稳定性和层流的要求。从而提高沉淀效果。 （2）斜管沉淀池的设计计算
本设计采用两组沉淀池，水流用上向流。异向流斜管沉淀池宜用于浑浊度长期低于1000 度的原水。斜管沉淀区液面负荷，应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用～)/(23h m m ?。
斜管设计一般可采用下列数据：管径为25～35 毫米；斜长为1.0 米；倾角为60°。斜管沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于1.0 米；底部配水区高度不宜小于1.5 米。
3.3.2 设计计算
（1）设计参数
处理水量Q＝0.425 m/s，斜管沉淀池与反应池合建，池有效宽度B＝8.8m，混凝处理后颗粒沉降速度u
＝0.4mm/s，清水区上升速
度v＝3.0mm/s，采用塑料片热压六边形蜂窝管，管厚0.4mm，边距d ＝30mm，水平倾角60度。采用后倾式，以利于均匀配水。斜管长1m，管径一般为25～35mm（即管的内切圆直径），取为30mm。
（2）清水面积
A＝Q/v
＝＝142m2
1
其中斜管结构占用面积按照5％计算，人孔所占面积为1 m2，则：
＝142×＋1＝149.75m2，
实际清水区所需面积为：A
1
进水方式：进水区沿8.8m长的一边布置。
为了配水均匀设计尺寸：B×L＝8.8m×14.3m
（3）斜管长度L
＝v/sin60°＝＝3.5mm/s，
斜管内水流速度v
2
L＝（×
2×sin60°）d/（u
×cos60°）
＝（×）×30/（×）
＝746mm
考虑到管端紊流，积泥等因素，过渡区采用200mm，斜管总长为以上两者之和，取946mm，按照1000mm计。
（4）沉淀池高度
清水区高1.2m，布水区高1.5m，斜管高1000×sin60°＝0.87m，穿孔排泥斗槽高0.8m，超高0.3m，池子总高H ＝++++＝4.7m。
斜管安装长度
2
L=L×cos60°＝1×＝0.5m
（5）沉淀池进口穿孔花墙
穿孔墙上的孔洞流速v
3采用v
3
＝0.15 m/s，洞口的总面积：
A
2＝Q/ v
3
＝＝2.8 m2，
每个洞口尺寸定为15cm×8cm，
则洞口数为：（×）＝240孔。
穿孔墙布于布水区1.5m的范围内，孔共分为4层，每层60个。
（6）集水系统
采用两侧淹没孔口集水槽集水。中间设1条集水渠，沿池长方向两边各布置10条穿孔集水槽，为施工方便槽底平坡，
集水槽中心距：L ’＝L/n ＝10＝1.43m ， 每条集水槽长（）/2＝4.1m ，
每槽集水量q ＝（10×2）＝0.02125 m 3/s ， 考虑池子的超载系数为20％，故槽中流量 q 0＝＝×＝0.0255 m 3/s
集水槽双侧开孔，孔径d ＝25mm ， 又q ＝uf gh 2，则：
孔数n ＝Q/q ＝
2gh uf Q ＝
12
.08.92025.04
62.002125
.02?????
π
＝，
取n ＝46个，每边23个孔眼。 孔距：
23
1
.4＝0.18m ，孔眼从中心向两边排列。 集水槽宽b ＝4.0＝×（）4.0＝0.207m ，为便于施工取为0.2m 起点槽中水深H 1＝＝×＝0.15m
终点槽中水深H
2
=＝×＝0.25m
淹没深度取12cm，跌落高度取5cm，超高0.15m
槽的高度H
3＝H
2
＋＋＋＝0.57m
（7）集水渠
集水渠：集水渠的流量为0.425m3/s，
假定集水渠起端的水流截面为正方形，则渠宽度为：
b＝×（）4.0＝0.64m。
起端水深0.66m，考虑到集水槽的水流进入集水渠时应自由跌水，跌落高度取0.08m，即集水槽底应高于集水渠起端水面0.08m，同时考虑到集水槽顶与集水渠相平，则集水渠的总高度为：
H
1
＝++＝1.28m
出水管流速v
4
＝1.2m/s，则直径为：D＝（×4/π）5.0＝672mm，取D＝700mm。
（8）沉淀池的排泥
采用穿孔排泥管，穿孔排泥管横向布置，沿与水流垂直方向共设10根，单侧排泥至集泥渠，集泥渠尺寸L×B×H＝25.7m ×1.0m×2.5m，
孔眼采用等距布置，穿孔管长11m，首末端集泥比为，查得K
w
＝，取孔径d＝25mm，
孔口面积f＝×10-4，取孔距s＝0.4m，孔眼数目：
m＝L/s-1＝11/＝27个。
孔眼总面积：∑w
＝27××10-4＝0.01323m2，
穿孔管断面面积为：w＝∑w
0/
w
k＝＝0.0184 m2，
穿孔管直径为：D
＝(4×π) 5.0=0.153m。
取直径为200mm，孔眼向下与中垂线成45度角，并排排列，采用启动快开式排泥阀。
（9）复算管内雷诺数及沉淀时间
Re=R v
2
/μ
式中:
R——水力半径,R＝d/4=30/4＝7.5mm＝0.75cm
v
2——管内流速v
2
＝v/sin60°＝＝3.5mm/s，
μ——运动粘度0.01cm2/s(t＝20℃)
Re ＝×/＝＜100
所以水流在沉淀池内是层流状态 沉淀时间：T=L`/ v 2 ＝1000/＝285s ＝ 符合沉淀时间一般为2－5min 之间的要求。
第四节 平流沉淀池的设计：
1.计算水量Q=300000m 3/d=12500m 3/h=3.472 m 3/s ，沉淀时间t=2h ，面积负荷u 0‘=40m 3/（），沉淀池个数 n=6个。
2.设计计算 （1）池容积W
W=Qt=12500?2=25000m 3 （2）单池容积W W 1=
7.41666
25000==n W m 3
（3）单池池面积F
F=
12504050000'
==u Q m 2
（4）池深H
33.31250
7
.41661===
F W H m （5）池长L
水平流速取v=10mm/s ，则池长 L==??=72m （6）池宽B B 1=
4.1772
1250==L F m 采用17.8m 。沉淀池的池壁厚采用300mm ，则沉淀池宽度为18.4m,与絮凝池吻合。 （7）校核长宽比
4045.48
.1772>==B L （8）校核长深比
106.2133
.372>==H L （9）进水穿孔花墙设计
①沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长17.8m ，超高取0.3m ，积泥高度取0.1m ，则墙高3.73m.
②穿孔花墙孔洞总面积A 孔洞处流速采用v 0=0.24m/s ，则
A=
41.224
.036003.208336000=?=v Q m 2
③孔洞个数N
孔洞采用矩形，尺寸为15cm ?18cm ，则 N=
903.8918
.015.041
.218.015.0≈=?=?A 个。
则孔洞实际流速为：
238.018
.015.09036003
.208318.015.0'0=???=??=
N Q v m/s
④孔洞布置
1.孔孔布置成6排，每排孔洞数为90÷6=15个
2.水平方向孔洞间净距取1m,即4块砖的长度，则所占的宽度为：
?+1?15=17.7m ，剩余宽度
0.2m ，均分在各灰缝中。
3.垂直方向孔洞净距取0.378m ，即6块砖厚。最上一排孔洞的淹没水深为162mm ，则孔洞的分布高度为： H=?+?+162=3.33mm
（10）出水渠
①采用矩形薄壁堰出水 ②堰上溢流负荷q 0=3003m / 则溢流长度 l=
02.1q Q =400
50000
2.1?=150m 出水支渠采用20条，则Q 1=035.020
579
.02.12.1=?=n Q m/s 则渠宽为B 1=4.01Q =0.235m 每条出水渠长度l 0=
3.320
28.171502=?-=?-n B l m 每条出水渠宽度B 0=
1B n 1B 17.8210.235
0.64n 20
-+-?==（）m
出水总渠宽为B 2 =4.0Q =1.48m 出水渠起端水深为：
2.0235
.0235.08.91)2036003.2083(73.11)3600(
73.132322=???==gb n Q h m
保护高取0.3m ，渠道高度为0.5m 。 （11）排泥设施
采用机械排泥。排泥设施采用SXH 型多口虹吸式吸泥机。排泥水位差3.3m.轨距l=18400mm.
管间距采用1.5m ，虹吸管管径取d=75mm 。扁口吸泥口采用200?20。 则吸泥管根数n=
9.115
.18
.17=，取12根，每边各分布6根。 吸泥口之间采用八字形刮泥板。
积泥高度为0.1m ，池底坡度为‰，坡向末端集泥坑，坑的尺寸采用50 cm ?50 cm ?50cm 。 排泥管直径为：
391.03600
34.3728.177.0360037.05
.05
.00=????=?=BLH d m ，采用DN400mm 。
H 0—池内平均水深，为+=3.4m t —放空时间，取3h 。 （12）水力条件复核 ①水力半径R
m B H BH R 89.12
.10632.102=+?=+==
ρω=189cm ②弗洛德常数F r
52
2109.1980
1896.0-?=?==Rg v F r
在规定范围内.
斜板斜管沉淀池的设计参数：
(1) 斜板（管）之间间距一般不小于50mm，斜板（管）长一般在左右；
(2) 斜板的上层应有的水深，底部缓冲层高度为。斜板（管）下为废水分布区，一般高度不小于，布水区下部为污泥区；
(3) 池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走；
(4) 废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为。
(5)斜板(管)与水平面呈60°角，斜板净距(或斜管孔径)一般为80～100mm。
异向流斜板（管）沉淀池的设计计算式可由如下分析求的。
假定有一个异向流沉淀单元，倾斜角为a，长度为l，断面高度为d，宽度为w，单元内平均水流速度v，所去除颗粒的沉速为u0，如下图所示。
当颗粒由a移动到b被去除，可理解为颗粒以v的速度上升l+l1的同时以u0的速度下沉l2的距离，两者在时间上相等，即
沉淀单元长度
沉淀单元的断面面积为dw，则单元所通过的流量为：
式中lw实际上即为沉淀单元的长与宽方向的面积，lwcosα即为斜板在水平方向投影的面积，可用a f代替。dw代表沉淀单元的断面积，dw/sinα即为沉淀池水面在水平方向的面积，可用a表示，这样即可得
q=u0(a f+a)
如果池内有n个沉淀池，并且考虑斜板（管）有一定的壁厚度，池内进出口影响及板管内采用平均流速计算时，上式可修正得沉淀池设计流量：
Q=ηu0（A f+A）
式中：η——系数，一般范围；
A f——斜板（管）沉淀池所有斜壁在水平方向的投影面积，A=na f；
A——沉淀池水面在水平面上的投影面积。
即异向流斜板（管）沉淀池的截留速度：
一个斜板单元的理论流量：
q=u0(a f-a)
Q=ηu0（A f-A）
即同向流斜板（管）沉淀池的截留速度：
横向流斜板（管）沉淀池的沉淀情况如下图，
由相似定律得：
式中af为沉淀单元的表面积。
Q=A f u0η
横向流沉淀池截留速度：
式中A f为沉淀区所有斜板的水平投影面积。