高效沉淀池計(jì)算書（包括尺寸、回流、負(fù)荷計(jì)算等）

梵心4466 2022-01-16

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功能介紹：利用軟化沉淀設(shè)施，在沉淀池內(nèi)進(jìn)行絮凝沉淀、軟化處理，去除大部分硬度、堿度、氟、硅和懸浮物等，然后利用雙膜法去除水中大部分鹽，產(chǎn)品水全廠統(tǒng)一收集回用。

設(shè)計(jì)水量

項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力為375m³/h，根據(jù)處理工藝的水量平衡圖，高效沉淀池的總設(shè)計(jì)水量為426 m³/h，分為2座，每座設(shè)計(jì)水量為QD=213m³/h。

設(shè)計(jì)水質(zhì)

設(shè)計(jì)原水水質(zhì)如下表所示，其中懸浮物濃度按照增加各種反洗排水估算。

	懸浮物	總硬度	鈣離子	鎂離子	碳酸氫根	非碳酸鹽硬度	二氧化硅
單位	（mg/L）	（mmol/L）
設(shè)計(jì)水質(zhì)	20.00	11.70	7.82	3.91	10.17	1.50	1.17
設(shè)計(jì)出水水質(zhì)	10.00	4.00	2.00	2.00	2.5	1.5	0.67
去除率	去除率	65.8%	74.4%	48.8%	75.4%	0.0%	14.7%
注： 1、懸浮物量為估算值，包含濾池、超濾反洗水，超濾正洗水，再生廢水，濾液等； 2、設(shè)計(jì)均按照mmol/L計(jì)算。

設(shè)計(jì)參數(shù)選取

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，混凝區(qū)停留時(shí)間取值范圍為30~120s，該計(jì)算書取值為2min；絮凝區(qū)停留時(shí)間取值范圍為6~10min，該計(jì)算書取值為10min，斜管上升流速取值范圍為12~25m/h，該計(jì)算書取值為12m/h；污泥回流比取值范圍為2~5%，該計(jì)算書取值為4%。

單座設(shè)計(jì)計(jì)算

混凝池設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）基本參數(shù)

本項(xiàng)目在混凝池投加藥量有PFS、堿、碳酸鈉（根據(jù)調(diào)試確定）、鎂劑四種。

混凝池池體數(shù)量設(shè)計(jì)為3座，一座用于調(diào)節(jié)pH，一座用于加混凝劑與碳酸鈉，一座加鎂劑。每座混凝池的停留時(shí)間設(shè)T₁為2min。

（2）單座混凝池池體尺寸

池體的有效容積V₁=QD×T1÷60=213×2÷60=7.1（m³）

設(shè)計(jì)水深h₁為2.5m，設(shè)計(jì)超高h(yuǎn)₁`=0.5m，則池體總高

H1=h₁+ h₁`=2.5+0.5=3.0（m）

池體平面面積S₁=V₁÷h₁=7.1÷2.5=2.84（m²）

混合室為正方形，邊長a₁=（m），設(shè)計(jì)取值為1.8m

寬深比a₁/h₁=1.8÷2.5=0.72，符合設(shè)計(jì)手冊(cè)要求寬深比≤1.2~1.3的要求。

（3）混凝池?cái)嚢铏C(jī)功率

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，混合池的當(dāng)量直徑

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》攪拌器直徑

d=（1/3~2/3）D=（1/3~2/3）×2.03=0.68~1.35（m），取值為0.7m

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，混合池水力梯度G的取值范圍為500~1000S^-1，此處取值G=500 S^-1，設(shè)計(jì)水溫為20℃，水的粘度μ為0.00101Pa?s，則最小吸收功率

根據(jù)《給水處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算》，攪拌機(jī)總機(jī)械效率?₁=0.75，攪拌機(jī)傳動(dòng)效率?₂取值為0.60~0.95，該處取?₂=0.70，則旋轉(zhuǎn)軸所需電機(jī)功率

N1=P÷?₁÷?₂=1.77÷0.75÷0.7=3.37Kw，取值為4Kw

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，該處外緣線速度取值v₁=1.5 m/s，則攪拌器轉(zhuǎn)速

n=60v₁÷(πd)=60×1.5÷3.14÷0.7=40.95 （r/min），此處取值為60 r/min。

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第九冊(cè)》攪拌器距混合池底高度

H=（0.5~1）d=（0.5~1）×0.7=0.35~0.7（m），此處取值為0.35m。

有效水深與當(dāng)量直徑之比h₁/D=2.5÷2.03=1.23，符合設(shè)計(jì)手冊(cè)要求寬深比≤1.2~1.3的要求。

絮凝池設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）設(shè)計(jì)基本參數(shù)

絮凝池池體數(shù)量n₂=1座，反應(yīng)時(shí)間T₂取10min。

（2）絮凝室尺寸

絮凝室有效容積V₂=QD×T₂÷60÷=213×10÷60=35.5（m³）

設(shè)計(jì)水深h₂=4.8m，設(shè)計(jì)超高h(yuǎn)₂`=0.4m，則總池高

H₂=h₂+ h₂`=4.8+0.4=5.2（m）

絮凝室面積S₂=V₂÷h₂=35.5÷4.8=7.4（m）

絮凝室為正方形，邊長：a₂=（m），取值為2.8m。

（3）導(dǎo)流筒尺寸

攪拌器能產(chǎn)生10~15倍于處理流量，該處取值為15，則循環(huán)流量

Q=15QD=15×213÷3600=0.8875（m³/s）

導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)計(jì)上升流速vh取值為0.6 m/s，則導(dǎo)流筒內(nèi)徑

導(dǎo)流筒停留時(shí)間T導(dǎo)=5s，則導(dǎo)流筒高度

H導(dǎo)=T導(dǎo)×vh=5×0.6=3（m）

（4）絮凝池?cái)嚢铏C(jī)功率

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，絮凝池的水力梯度范圍為70~100S^-1，該處設(shè)水力梯度G為100 S^-1，設(shè)計(jì)水溫為20℃，該溫度下絮凝區(qū)水的粘度μ為0.002Pa?s，則最小吸收功率

根據(jù)《給水工程》，攪拌機(jī)總機(jī)械效率?₁=0.75，攪拌機(jī)傳動(dòng)效率?₂取值為0.60~0.95，該處取?₂=0.60，則旋轉(zhuǎn)軸所需電機(jī)功率

N1=P₁÷?₁÷?₂=0.71÷0.75÷0.6=1.58kW

攪拌器直徑d=DG-0.1=1.5-0.1=1.4m

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第九冊(cè)》攪拌器外緣線速度取值范圍為0.4~1.1m/s，該處外緣線速度取值v₁=1.0m/s，則攪拌器轉(zhuǎn)速

n=60v₁÷(πd)=60×1.0÷3.14÷1.4=13.65 （r/min），此處取值為25 r/min。

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第九冊(cè)》攪拌器距絮凝池底高度

H=（0.5~1）d=（0.5~1）×1.4=0.7~1.4（m），此處取值為1.4m。

葉輪提升水頭H為0.1m，則葉輪提升消耗功率

P₂=ρQH÷102÷η=1010×0.88×0.1÷102÷0.6=1.45（kW）

對(duì)應(yīng)所需電機(jī)功率N₂=P₂÷?₁÷?₂=1.45÷0.75÷0.6=3.23（kW）

絮凝池?cái)嚢柙O(shè)備總功率N=N₁+N₂=1.58+3.23=4.8（kW），取值為5.5 kW

沉淀池

（1）清水區(qū)

表面負(fù)荷q取12m³/（m²?h），斜管結(jié)構(gòu)占用面積按4%計(jì)算，沉淀池清水區(qū)面積

取值19m²。

主收集渠寬度為0.80m，深度為0.40m，收集渠加壁厚總寬為B渠=1.20m。

斜管區(qū)寬度：B=L沉-1.2=6.5-1.2=5.3m；

斜管區(qū)長度L斜=S斜/B=19÷5.3=3.58設(shè)計(jì)取值3.6m。

實(shí)際斜管使用面積S斜= L斜×B=5.3×3.6=19.08m²

集水槽間距1.5m，集水槽數(shù)量：

n集=2×L斜÷1.5=4.8個(gè)，設(shè)計(jì)取值6個(gè)；

集水槽寬取值0.2m，深度取值0.3m；集水槽長度為(B+0.4)÷2=2.85m

那么每個(gè)集水槽尺寸為2.85×0.2×0.3m

（2）進(jìn)水區(qū)

絮凝區(qū)來水經(jīng)淹沒式溢流堰向下進(jìn)入沉淀區(qū)的進(jìn)水區(qū)，進(jìn)水區(qū)流速v_j=60.00m/h，入口面積S=QD/v_j=213÷60=3.55（m²），取值為4m²，則進(jìn)水區(qū)寬度為B₁=S/L₁=4÷6.5=0.62（m），取值為0.7m。

（3）污泥區(qū)

根據(jù)給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)以及工程經(jīng)驗(yàn)，沉淀濃縮區(qū)水力負(fù)荷取q沉=5.5m/h；

沉淀區(qū)平面面積S沉=QD÷ q沉=213÷5.5≈39m²

沉淀區(qū)正方形邊長L沉=m，設(shè)計(jì)取值6.5m。

污泥斗上部直徑D=1.80m，下部直徑D`=0.40m，污泥斗傾角θ=60°，則污泥斗垂直高度H7=（D-D`）×tanθ÷2 =（1.80-0.40）×tan60°÷2=1.21（m）;

刮泥區(qū)坡度i=0.07，

刮泥區(qū)深度H₅=（L沉-D）÷2×i=（6.5-1.8）÷2×0.07=0.16（m）；

污泥斗容積為

H指H₇，

則V=3.14×1.21×（1.8×1.8+0.4×0.4+1.8×0.4）÷3÷4=1.31（m³）,

坡向區(qū)容積為

V_坡=π×H₅×(D₂+L_沉₂+ D×L_沉)÷4÷3=3.14×0.147×（1.8×1.8+6×6+1.8×6）÷4÷3=2.46m³

設(shè)污泥區(qū)排泥時(shí)間T=4h，則污泥區(qū)容積V0=q×T=1.25×4=5（m3）；池體邊長a`=L_沉=6.5m，則直段污泥高度

H4=（V0-V-V_坡）÷ a` ₂=（5-1.31-2.46）÷6.5÷6.5=0.03（m）。

設(shè)清水區(qū)高度H₁=1m，斜管區(qū)高度H₂=1.3m，布水區(qū)高度H3=1.5m，超高H₆=0.5m，

則沉淀池總高H=H₁+H₂+H₃+H₄+H₅+H₆+H₇

=1.0+1.3+1.5+0.03+0.16+0.5+1.21=5.7（m）

（4）集水槽

集水槽寬度為B為0.2m，高度HG為0.30m，水槽底距斜管距離h`=0.10m，每個(gè)集水槽的水量為Qu=213÷6=35.5 （m³/h），

水槽內(nèi)流速v=0.5m/s，水槽內(nèi)終點(diǎn)水深:

HE=Qu÷B÷v=35.5÷0.2÷0.5÷3600=0.1（m）;

集水槽長度為（5.3+4）/2=2.85m，堰上水位高度每米布置出水凹口數(shù)量8個(gè)，即單個(gè)集水槽設(shè)出水凹口Nt=2.85×8=22.8個(gè)，取值22個(gè)。每個(gè)出水凹口的高度為HC=0.07m，長度LC=0.05m。每個(gè)凹口的流量為qc=Qu÷Nt=35.5÷23=1.543 （m³/h）.

凹口水位高度

凹口底距槽水面距離HGE=HG-HC-HE=0.3-0.07-0.1=0.13（m）

集水槽過水損失H₂=HGE+hce=0.13+0.028=0.158（m），取值為0.16m。

（5）污泥回流及排放量計(jì)算

污泥回流比R按設(shè)計(jì)流量的4%計(jì)，

則單池污泥回流量Qr=RQD=4%×213=8.52（m³/h），設(shè)計(jì)污泥循環(huán)泵流量取值為10m³/h；

進(jìn)水懸浮物含量SS₁=20mg/L，出水懸浮物含量SS₂=10mg/L，則SS產(chǎn)生的絕干污泥量為W1=QD（SS₁-SS₂）÷1000=213×（20-10）÷1000=2.13（kg/h）；

由于鈣鎂來源于礦井尾水原水，鈣鎂唯一的出處為污泥，所以鈣鎂硬度總處理水量為375m³/h，那么每座處理水量為187.5m³/h；污泥量計(jì)算時(shí)按照全部去除計(jì)算。根據(jù)加藥計(jì)算書可知：

pH調(diào)節(jié)從6調(diào)節(jié)至11，需要加入氫氧化鈣的量n₁=0.5mmol/L

去除鎂需要加入氫氧化鈣的量n₂=3.91÷2=1.955 mmol/L

去除碳酸氫根需要加入氫氧化鈣的量n₃=10.17÷2=5.085 mmol/L

氫氧化鈣投加富余量n₄=0.1 mmol/L

原水中鈣的量n₅=3.91 mmol/L

計(jì)算時(shí)pH調(diào)節(jié)按照水量平衡高密池進(jìn)水量426m³/h，折算至原水量375m³/h，那么按照原水量375m³/h計(jì)算pH調(diào)節(jié)需要加入氫氧化鈣的量n₁₁=426×n₁÷375=0.568mmol/L

加入氫氧化鈣的總量：

n=n₁₁+n₂+n₃+n₄+n₅=0.568+1.955+5.085+0.1+3.91=11.618mmol/L

根據(jù)加藥計(jì)算書可知，

鈣產(chǎn)生的絕干污泥量W₂=187.5×11.618×100÷1000=217.48（kg/h）；

鎂產(chǎn)生的絕干污泥量W₃= 187.5×3.91÷2×74÷1000=27.13（kg/h）；

二氧化硅產(chǎn)生的絕干泥量

W₄=187.5×（1.17-0.67）÷2×172÷1000=8.06kg/h）；

根據(jù)招標(biāo)文件要求，則絕干污泥總量W=（W₁+W₂+W₃+ W₄）=254.99（kg/h），設(shè)計(jì)取值為255kg/h；

設(shè)污泥含水率r=90%，則濕污泥量q=W÷（1-r）/1000=255÷（1-0.9）÷1000=2.55（m³/h），則每天單池污泥排放量=q×24=2.55×24=61.2（m³/d）；

設(shè)排泥泵每天運(yùn)行時(shí)間為8小時(shí)，則排泥泵的流量q`=61.2÷8≈8（m³/h）。

設(shè)泥餅含水率為65%，則泥餅帶走水量為（255÷（1-65%）-255）÷1000=0.474（m³/h），取值為0.5 m³/h。

校核污泥含水率：0.5÷(0.255+0.5)=66.23%，滿足招標(biāo)文件要求污泥含水率≤75%。

pH調(diào)節(jié)池

（5）基本參數(shù)

池體數(shù)量為1座，混合區(qū)的停留時(shí)間設(shè)T₄為1~2min。設(shè)置取值1min

兩座高密度池設(shè)置1座pH調(diào)節(jié)池。處理水量429m³/h

（5）單座池體尺寸

池體的有效容積V₄=Q×T₁÷60=426×1÷60=7.1（m³）

設(shè)計(jì)有效水深h₄為2m，設(shè)計(jì)超高h(yuǎn)₄=0.5m，則池體總高

H₁=h₄+ h₄`=2+0.5=2.5（m）

池體平面面積S`₄=V₄÷h₄=7.1÷2=3.55（m²）

混合室為正方形，邊長a₄=（m），取值為2m。

（5）pH攪拌機(jī)功率

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，混合池的當(dāng)量直徑

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》攪拌器直徑

d=D_·÷3=1×2.26÷=0.75（m），取值為0.75m

N₁=P/÷?₁÷?₂=1.77÷0.75÷0.7=3.77Kw，取值為4kW

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》，該處外緣線速度取值v₁=1.5 m/s，則攪拌器轉(zhuǎn)速

n=60×v₁÷(π×d)=60×1.5÷3.14÷0.75=38.22 （r/min），此處設(shè)備選型取值為80 r/min。

根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第九冊(cè)》攪拌器距混合池底高度

H=（0.5~1）d=（0.5~1）×0.75=0.38~0.76（m），此處取值為0.4m。

有效水深與當(dāng)量直徑之比h₄÷D₄=2÷2.26=0.89，符合設(shè)計(jì)手冊(cè)要求寬深比≤1.2~1.3的要求。

單池水力計(jì)算

單池原水進(jìn)水管計(jì)算

進(jìn)水管數(shù)量n₁為1，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)水管流速范圍為1.5~2 m/s，該處進(jìn)水管流速v設(shè)為1.5m/s，則進(jìn)水管管徑

取值為250mm；

審核進(jìn)水管流速

單池絮凝池進(jìn)水管計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)水管流速范圍為0.5~1 m/s，該處進(jìn)水管流速v₂設(shè)為0.65m/s，則進(jìn)水管管徑

取值為350mm；

局部阻力損失合計(jì)

H_局=n₁×ζ₁×v₁²/2g+n₂×ζ₂×v₂²/2g+ n₃×ζ₃×v₃²/2g+n₄×ζ₄×v₄²/2g

=1×0.48×0.65²/(2×9.81)+ 1×1×0.65²/(2×9.81) + 1×0.96×0.65²/(2×9.81) + 1×1.5×0.65²/(2×9.81)

=0.010+0.022+0.021+0.032=0.085 （m）

式中，

ζ₁、ζ₂、ζ₃、ζ₄分別為起端、末端、90°彎頭和三通的系數(shù)；

v₁、v₂、v₃、v₄分別為起端、末端、90°彎頭和三通的流速；

n₁、n₂、n₃、44分別為起端、末端、90°彎頭和三通的個(gè)數(shù)。

沿程阻力損失h_沿=i/L=1.5/1000/5=0.008（m）

則總損失合計(jì)為h₁=h_局+h_沿=0.085+0.008=0.093（m），設(shè)計(jì)取值為0.1m。

集水槽計(jì)算

集水槽寬度為B為0.2m，高度HG為0.30m，水槽底距斜管距離h`=0.10m，每個(gè)集水槽的水量為Qu=213÷6=35.5 （m³/h），

水槽內(nèi)流速v=0.5m/s，水槽內(nèi)終點(diǎn)水深：

HE=Qu÷Bv=35.5÷0.2÷0.5÷3600=0.1（m）：

集水槽長度為（5.3+4）/2=2.85m，堰上水位高度每米布置出水凹口數(shù)量8個(gè)，即單個(gè)集水槽設(shè)出水凹口Nt=2.85×8=22.8個(gè)，取值22個(gè)。

每個(gè)出水凹口的高度為HC=0.07m，長度LC=0.05m。

每個(gè)凹口的流量為qc=Qu÷Nt=35.5÷23=1.543（m³/h）.

凹口水位高度

凹口底距槽水面距離HGE=HG-HC-HE=0.3-0.07-0.1=0.13（m）

集水槽過水損失h₂=HGE+hce=0.13+0.028=0.158（m），取值為0.16m。

主收集渠計(jì)算

主收集渠跌水高度h_d設(shè)為0.1m

沉淀池水頭損失h₃=HE+h_d=0.1+0.1=0.2（m），取值為為0.2m

pH調(diào)節(jié)池計(jì)算（兩座池體合建一座）

設(shè)調(diào)節(jié)池的過孔流速v為0.52 m/s，過水洞面積

A=QD÷v=426÷3600÷0.52=0.23m²

過水洞寬度B設(shè)為0.6m，高度H設(shè)為0.4m，則過孔損失

h₄=ζv²/2g=1.06×0.52×0.52÷(2×9.81)=0.01（m）

根據(jù)給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，此處ζ值為1.06

合計(jì)總水頭損失

h=h₁+h₂+h₃+h₄=0.1+0.16+0.2+0.01=0.47（m）

合計(jì)

本項(xiàng)目預(yù)處理產(chǎn)生絕干污泥量：2×255kg/h=510kg/h

帶走水量：2×500kg/h=1000kg/h

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來自：梵心4466 > 《水》

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