水污染控制工程与技术11引言随着我国经济的高速发展,人民的生活水平显著提高,如何解决水资源匮乏,安全问题一直是困扰水处理工作者的一个难题。水是动植物和人的身体中不可缺少的物质,可以说没有水就没有生命的存在。另外,人类生活中的衣食住行离不开水。工农业生产也离不开水,水是工农业生产的重要原料。在农业生产中消耗的淡水是人类耗水总量的60%—80%,工业也需要大量的水进行生产。另外,水在内河和海洋运输上起着很重要的作用。自然界中淡水量不到总水量的1%。据21世纪城市水资源国际学术研讨会透露,联合国已经把我国列为世界上13个最缺水的国家之一,目前我国人均用水量是世界人均用水量的30%左右。人类现在用水量越来越大,且污染越来越严重,这就要求我们要保护水资源。饮用水的安全问题也很重要,人们对源水进行一系列的处理后饮用。在20世纪初,饮用水净化技术已经形成了,现在被人们普遍称为常规处理工艺的处理方法,即:混凝,沉淀或澄清,过滤和消毒。这种常规处理工艺至今仍被世界大多数国家所采用,是目前饮用水处理的主要工艺。另外,近年来,由于城市和经济的发展,污水排放量持续增长,水源污染问题日益严重,制约了经济的持续发展,各城市都迫切需要新建或改建污水处埋厂。本文只对回转式隔板絮凝池的设计做一些说明。1.1回转式隔板絮凝池的特点隔板絮凝池是应用历史悠久、目前仍常应用的一种水力搅拌絮凝池,有往复式和回转式两种。后者是在前者的基础上加以改进而成。在往复式隔板絮凝池内,水流作180度转弯,局部水头损失较大,而这部分能量消耗往往对絮凝效果作用不大。因为180度的急剧转弯会使絮体有破碎可能,特别在絮凝后期。回转式隔板絮凝池内水流作90度转弯,局部水头损失大为减小,絮凝效果也有所提高。隔板絮凝池通常用于大、中型水厂,因水量过小时,隔板间距过狭不便施工和维修。隔板絮凝池优点是构造简单,管理方便。缺点是流量变化大者,絮凝效果不稳定,与折板及网格絮凝池相比,因水流条件不甚理想,能量消耗(即水头损失)中的无效部分比例较大,故需较长絮凝时间,池子容积较大。[1]1.2回转式隔板絮凝池与其他絮凝池的比较水污染控制工程与技术2表1-1几种絮凝池的比较型式优缺点适用条件隔板絮凝池往复式优点:(1)絮凝效果好(2)构造简单,施工方便缺点:(1)体积较大(2)水头损失较大(3)转折处絮凝颗粒容易破裂(4)出水流量分配不易均匀(1)适用于水量大于30000m3/d的水厂(2)水量变动小回转式优点:(1)絮凝效果好(2)水头损失小(3)结构简单,施工方便缺点:(1)出水流量分配不易均匀(2)出口处易积泥(1)适用于水量大于30000m3/d的水厂(2)水量变动小(3)适用于旧池的改建和扩建旋流絮凝池优点:(1)容积小(2)水头损失小缺点:(1)池子较深(2)地下水位高处施工较困难(3)絮凝效果较差一般用于中小型水厂涡流絮凝池优点:(1)絮凝时间短(2)容积小(3)造价较低缺点:(1)池子较深(2)锥底施工较困难(3)絮凝效果较差适用于水量小于30000m3/d的水厂折板絮凝优点:(1)絮凝时间短(2)容积小(3)絮凝效果好缺点:造价较高适用于水量变化不大的水厂水污染控制工程与技术3池穿孔絮凝池优点:结构简单,施工方便缺点:絮凝效果差适用于水量变化不大的水厂网格絮凝池优点:(1)絮凝效果好,节省药剂(2)水头损失小(3)絮凝时间较短缺点:(1)存在末端池底积泥现象(2)网格上可能滋生藻类,造成孔眼堵塞(1)单池处理10000~15000m3/d为宜,处理水量大时,可采用两组或者多组并联运行(2)适用于新建也可以用于旧池的改造机械絮凝池优点:(1)絮凝效果好,节省药剂(2)水头损失小(3)可适应水质,水量的变化大,小水量均适用,并且适应水量变动较大的水厂1.3回转式隔板絮凝池的适用条件在表1-1中已经给出,即:(1)适用于水量大于30000m3/d的水厂。(2)水量变动小。(3)适用于旧池的改建和扩建。2总体设计2.1设计依据及原理设计依据见任务书。水和药剂作用完成后,水中的胶体等微小颗粒已初步凝聚,产生了微小絮体,但还未达到自然沉降的程度。絮凝阶段夫人主要任务是,创造适当的水利条件,使药剂与水混合产生微小絮凝体,在一定时间内凝结成具有良好物理性能的絮凝体,它应有足够大的粒度(0.6~1.0mm),密度和强度(不易破碎),并为杂质颗粒在沉淀澄清阶段迅速沉降分离创造良好的条件。絮凝设施要求有一定的停留时间和适当的搅拌强度,以使小絮体能相互碰撞,并防止生成大大絮体沉淀,但搅水污染控制工程与技术4拌强度不能过大,否则会使形成的絮体破碎,且絮体越大越易破碎,因此在絮凝设施中,搅拌强度应该逐渐减小。[2]絮凝设施主要设计参数为搅拌强度和絮凝时间。搅拌强度用絮凝池内水流速度梯度G表示:ThG60(2-1)式中G——絮凝池内水流速度梯度,1s;——水的密度,3/mkg;h——水头损失,m;——水的动力粘滞系数,2/)(mskg;T——絮凝时间,min。GT值间接的表示整个絮凝时间内颗粒碰撞的总个数,可用来控制絮凝效果,根据生产运行经验,其值一般应控制在1×104~1×105为宜。在设计计算完成后,应校核GT值,如果不符合要求,应调整水头损失h或絮凝时间T进行重新设计。2.2设计原始数据该城市最高日用水量为240(L/cap·d),絮凝池分为20个,得到设计流量为1250(m3/h),絮凝时间T=20(min),池深H=1.5m,进口速度v1=0.5m/s,出口速度v2=0.2m/s,隔板间距分为7档。如表2-1所示:表2-1设计原始数据表最高日用水量(L/cap·d)絮凝池/个设计流量Q(m3/h)絮凝时间T/min池深H/m进口速度v1/m/s出口速度v2/m/s隔板/档240201250201.50.50.272.3设计水量查居民生活用水定额表,一区特大城市的最高日用水量180~270(L/cap·d),在这里取240(L/cap·d)。以此就可以计算出设计水量,计算过程如下:取回转式隔板絮凝池个数为20,则312400.0012500000600000(/)Qmd每个池子的流量:36000001250(/)2024Qmh水污染控制工程与技术52.4絮凝池的所有参数计算2.3.1回转式隔板絮凝池的容积计算60QTW(2-2)式中W——絮凝池的容积,3m;Q——设计流量,hm/3;T——絮凝时间,min;60——分钟。3125020417()6060QTWm2.3.2池长计算HBWL(2-3)式中L——絮凝池长,m;W——絮凝池的容积,3m;H——絮凝池深,m;B——絮凝池的宽度,m。为了与沉淀池配合,絮凝池宽度取B=12m,则14723.21.512WLmHB(2-4)2.3.3各档隔板间距nnHQa3600(2-5)式中na——各档的隔板间距,m;Q——设计流量,hm/3;H——池深,m;n——廊道内水流速,sm/;3600——每小时3600秒。[3]廊道内水的流速vn由0.5m/s递减至0.2m/s,则12500.231()360036001.5nnnnQamH据此公式,na的计算结果列于表2-2。水污染控制工程与技术6表2-2各档隔板间距na表序号流速)/(smn隔板间距man/计算值na采用值na累计值10.501=12.28a(m)10.50a0.5020.4520.513a20.55a1.0530.4030.578a30.60a1.6540.3540.660a40.70a2.3550.3050.770a50.80a3.1560.2560.924a61.00a4.1570.2071.115a71.20a5.35注:为均布水流,把最后一个廊道宽度(71.20am)分成两股进行回转流动为使两股水流到达絮凝池出口(穿孔配水墙)是水量平衡,其流量各按45%与55%分配,则近端(流程短)一股的廊道宽度770.450.451.200.50()aam,另一股的廊道宽度为770.500.501.200.70()aam。2.3.4池宽度的核定nnaB(2-6)式中B——池宽,m;na——隔板间距,m;n——隔板厚度,m。取隔板的厚度为0.16m(板厚0.12m,两面粉刷各厚0.02m),池的外壁厚度不计入,则nnaB1217171nnnaanaaaaaaaaaaaaaa12)()(76543217654321m72.2592.15.18.925.12.3.5第一层(内层)隔板长度为计算隔板端离隔板壁的距离为C=1m,则水污染控制工程与技术7])[(12171721''nnnaCaLl=23.2[(3.650.5)1(3.150.7)120.16]12.28()m(2-7)2.3.6絮凝池廊道的总长度计算226.31()nLm,计算过程见表2-3。表2-3絮凝池廊道总长度计算表序号廊道宽度man/mln/每圈总长度/m关系式数值关系式数值累计值10.5011ll12.281112alL25.0625.0620.55112aCll13.78212242aalL30.1155.1730.602232all14.8832133)(42aaalL34.5689.7340.703342all16.08432144)(42aaaalL39.46129.1950.804452all17.485432155)(42aaaaalL45.16174.3561.005562all19.08)(254321566aaaaaalL24.58198.9371.206672all20.0865432177)(2aaaaaalL27.38226.31由此可知226.31()nLm。注:(1)隔板端离隔板壁的距离为C=1m。(2)nl和nL的数值未考虑隔板的厚度。(3)nl为每一圈廊道长边的内边长。2.3.7水头损失计算nLRCgSh22202(2-8)式中:——转弯处局部阻力系数;S——转弯次数;水污染控制工程与技术8——廊道内流速,sm/;0——转弯处流速,sm/;C——流速系数;R——水力半径,m。cpHaQ360045cos0(2-9)式中0——转弯处流速,sm/;Q——设计流量,hm/3;H——池深,m;cpa——廊道宽度的平均值,m。[4]计算数据如下:转弯处局部阻力系数0.1。转弯次数为25次即:25S。廊道内流速采用平均值,即:)/(35.022.05.0221sm转弯处流速0采用平均值,廊道宽度的平均值为13.350.764()7nncpaamn所以0cos4512500.7070.214(/)360036001.50.764cpQmsHa2.3.8廊道断面的水力半径计算0.7641.50.30()20.76421.5cpcpaHRmaH(2-10)2.3.9流速系数根据水力半径R和池壁粗糙系数n(水泥砂浆抹面的渠道,n=0.013)的数值,查表(见《给排水设计手册》)确定,C=63.2。2.3.10水头损失廊道总长度为226.31()nLm,则22022nhSLgCR水污染控制工程与技术92220.2140.35125226.3129.8163.270.3000.0815()m2.3.11絮凝时间计算226.31647()11(min)0.35ncpLTs(2-11)2.3.12GT值核算ThG60(2-12)式中——水的密度,3/mkg;h——水头损失,m;——水的动力粘滞系数,24/)(10029.1mskg;T——絮凝时间