网格絮凝罐体设计

采用数据：

总进水量，考虑排泥时流失的水量为5%，因此：

Q=1000m³/d×1.05=0.01215m³/s

1. 旋流式进水部分设计计算：

图一 旋流进水部分

1. 设此部分停留时间为：0.5min—1.0min（考虑在做烧杯实验时，快速混合的时间为0.5—1.0min），在此设计中取1.0min，则该部分的容积为：

V₁=qt=0.01215×60=0.729m³

1. 设底部出水口直径取为do=100mm，旋流进水部分的高度设为H，旋流进水顶部的直径设为D₁，经资料查询，旋流器的夹角一般在10°—140°，本设计中采用30°，则：

D₁³=1.494，则D₁=1.143m，取为1.15m即1150mm

旋流进水部分的高度为：

H =（D₁-100）/2*tan15°=（1.15-0.1）/0.5359=1.96m，取为2.00m

1. 设进水管的流速为v=1.2m/s，则

进水管直径为：d=（4q/π*v）^0.5=（4×0.01215/3.14×1.2）^0.5=0.151m，取150mm

1. 旋流器下段圆筒的高度为ho=do=100mm，圆筒的直径d=do=100mm；
2. 旋流进水部分底部采用如左图所示的结构，为喇叭口出水，其中喇叭口的出口直径为：d₁=1.35do=135mm，喇叭口高度为：h₁=d₁=1.35do=135mm
3. 旋流进水部分总高度为：H₁=h 0.10 0.135=2.235m
4. 反射板设计：

如下图

图2 旋流出水段

反射板底部直径为d₂=1.3d1=1.3×135=175.5mm

反射板底部距离喇叭口的高度为：h₂=0.30m=300mm

设反射板自身高度为：100mm，则锥形反射板的锥角为：

α₁=2arctan（175.5/200）=82.5°

验证：h₃=（d1/2）*tan（90°-82.5°/2）=77mm

因此，喇叭口底距离锥形反射板锥面的距离为：

L=200 77=277mm，介于0.25—0.5m之间，符合设计要求。

(2) 网格反应区的设计

在该设计中，网格絮凝部分分三级进行，第一级放置细网格，第二级放置中网格，第三级不放网格；其中第一级的水力停留时间为4—6min，第二级停留时间为4—6min，末段停留时间为4—6min，则整个网格絮凝时间为：12—18min。

因此，絮凝区的有效容积为：V=0.01215×（12～16）×60

=（8.748～11.664）m³

则，该罐总体积为：V_总=（8.748～11.664） 0.729

=（9.48～12.39）m³

下面进行每一级设计计算

1. 第一级格网反应区计算：

取第一级的停留时间为5min，则第一级圆筒和旋流进水部分的有效容积为：

Q₁=qt=0.01215×5×60=3.645m³

设第一级圆筒的顶部比旋流进水的液面低50mm，则

第一级圆筒的顶部距旋流进水的顶部距离为：50 200=250mm

下面计算第二反应区的高度：

如下图所示，

图3 反应区图形

已知反射板的锥角a=82.5°，而h₄=1.235-0.25=1.985m

设第一级反应区圆筒直径为D₂，则2*h₅/（D₂-0.1755）=tan48.75°

h₅=0.57（D₂-0.1755）m

∴ 第一级反应区高度至少应保证：H₁=h₄ h₅ 0.3=1.985 0.57D₂-0.1 0.3

=（2.185 0.57D₂）m

πD₂²*H₁/4=2.916 0.729 π*0.1*0.1755³/24=3.645

3.14/4* D₂²*（2.185 0.57D₂）=3.645

D₂³ 3.833 D₂²=10.367

∴ D₂=1.41m， 则 H₅=0.57（D₂-0.1755）=0.57×（1.41-0.1755）=0.704m

H₁=2.185 0.57×1.41=2.99m≈3.00m

则此时的第一级反应区的有效容积为：

Q₁¹=3.14×1.41²×3/4-0.729=0.82896-0.14590433=3.96m³

所以，第一反应区实际的水力停留时间为：

t= Q₁¹/0.01215=325.54s=5.42min，满足设计要求。

1. 布置网格，经资料查询，采用网格絮凝的罐式反应器，细网格一般介于1.5×1.5～4.5×4.5mm²时效果最好，在本设计中取其上限为4.5×4.5mm²，网格形式采用圆形网孔。

孔眼的面积为：M₁=π×4.5²×10^-6/4=1.59×10^-5m²

采用在圆环形的钢板上打孔的方法制作所需的网格。

取第一级内通过网孔的流速为v_1孔=0.30m/s，

则孔眼的总面积为：A_1孔=q/v_1孔=0.01215/0.30=0.0405m²

因此，孔眼总数为：N₁= A_1孔/ M₁=0.0405/1.59×10^-5=509.4个≈2547个

如下图所示：

图4 第一反应区网格布置图

因而，①处的圆环如下图所示：

图6 第一级网格断面

沿圆环面布置6排网孔，从内到外的直径分别为：

700，810，920，1040，1160，1280mm

六排孔所在的圆周周长：

C=π（700 810 920 1040 1160 1580）=18567mm

∴ 每个孔眼的孔距计算如下：L₁=C/N=18567/2547=7.3mm

因而每排布置的孔眼数为：n₁=π×700/7.3=301个，

n₂=π×810/7.3=349个，

n ₃=π×920/7.3=396个；

n ₄=π×1040/7.3=448个；

n ₅=π×1160/7.3=499个，

n ₆=π×1280/7.3=551个，

共计2544个

②处的圆环如下图所示：

图7第一级网格断面

沿圆环面布置8排网孔，从内到外的直径分别为：

510，610，720，830，940，1060,1180,1300 mm

则，六排孔所在的圆周周长：

C=π（510 610 720 830 940 1060 1180 1300）

=22462mm

∴ 每个孔眼的孔距计算如下：L₂=C/N=22462/2547=8.82mm

因而每排布置的孔眼数为：n₁=π×510/8.82=182个；

n₂=π×610/8.82=217个；

n ₃=π×720/8.82=256个；

n ₄=π×830/8.82=296个；

n ₅=π×940/8.82=335个；

n ₆=π×1060/8.82=378个；

n ₇=π×1180/8.82=420个；

n ₈=π×1300/8.82=463个；

共计2547个

③处的圆环如下图所示：

图8 第一级网格断面

沿圆环面布置10排网孔，从内到外的直径分别为：

370，470，570，670，770，870，970，1080，1190，1300

则，10排孔所在的圆周周长：

C=π（370 470 570 670 770 870 970 1080 1190 1300）

=25950mm

∴ 每个孔眼的孔距计算如下：L₂=C/N=25950/2547=10.2mm

因而每排布置的孔眼数为：n₁=π×370/10.21=114个；

n₂=π×470/10.2=145个；

n ₃=π×570/10.2=176个；

n ₄=π×670/10.2=206个；

n ₅=π×770/10.2=237个；

n ₆=π×870/10.2=268个；

n ₇=π×970/10.2=299个；

n ₈=π×1080/10.2=333个；

n ₉=π×1190/10.2=367个；

n ₁₀=π×1300/10.2=400个；

共计2545个

2）第二级网格反应区设计

取其停留时间为4min；

则第二级反应区水的总容积为：Q₂=qt=2.916m³

取第二反应区高度为：H₂=2.0 0.1 0.135 0.3=2.535m

其有效高度：H₂¹=2.535-0.25=2.285m

设第二圈层的直径为D3，则

π（D₃²-D₂²）×H₁/4= Q₂，代入数据得：D3=1.796m，取1.8m

② 布置网格，在反应区内布置两层中网格，网格孔径为9.0mm的圆孔，则孔眼的面积为：M₂=π*9.0²*10^-6/4=6.3585×10^-5m²