1、4.1 设计参数 设计水量为： Q=75200m3/d=0.859 m3/s； 设计滤速采用 v=9.5m/h，强制滤速 v 20 /mh； 滤池采用单层石英砂均质滤料，冲洗方式采用：先气冲洗，再气 -水同时冲洗，最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册 P612 表 9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间，参数具体如下： 1冲洗强度 第一步气冲冲洗强度 q 气 1=16L/（ sm2）；第二步气 -水同时反冲洗 ,空气强度 q气 2=16L/（ sm2） ,水冲洗强度 q水 1=4L/（ sm2）；第三步水冲洗强度 q水 2=6L/（ sm2）。反冲洗横扫强度为 q 反 =2L/（ sm2）。
2、2冲洗时间 第一步气冲洗时间 t气 =3min,第二步气 -水同时反冲洗时间 t气水 =4min,单独水冲时间 t 水 =5min；冲洗时间共计为 :t=12min=0.2h；冲洗周期 T=48h。 4.2 池体设计 1滤池工作时间 t： t=24-24t/T=24-0.2 24/48=23.9h (式中未考虑排放初滤水 )； 2. 滤池总面积 F: F=Q vt=74200 (9.5 23.9)=326.8m2； 3. 滤池分格 选双格 V型滤池 ,池底板用混凝土 ,单格宽 B=3.5m,长 L=12m,面积 42m2,共四座 ,每座面积 284=242=f mx ,总面积 336m2； 4
3、. 校核强制滤速 v : v =Nv (N-1)=4 9.5 3=12.67m/， 满足 v h/m17 的要求； 5. 滤池的高度确定 滤池超高 H6=0.4m，滤层上水深 H5=1.5m,滤层厚度 H4=1.2m。承托层厚取H3=0.05m。滤板采用 H2=0.1m 厚预制板。滤板下布水区高度取 H1=0.75m； 滤池的总高度为 : H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=0.75+0.1+0.05+1.2+1.5+0.4=4.0m； 图 4-1 滤池高度计算简图 6. 水封井的设计 滤池采用单层加厚均粒滤料 ,粒径 0.95-1.35mm,不均匀系数 1.2-1.6。均粒滤料清洁滤料层
4、的水头损失按下式计算 : vld1m m-1xvx1 8 0= 0203020 ）（）（清 gH 式中 : 所以： ( ) cmH 07.1826.01 2 01.08.0 15.0 5.0-19 8 10 1 0 1.01 8 0= 232 清根据经验 ,滤速为 8-10m/h 时 ,清洁滤料层水头损失一般为 30-40cm,计算值比经验值低 ,取经验值的底限 30cm 为清洁滤料层的过滤水头损失。正常过滤时 ,通过长柄滤头的水头损失 m22.0h ,忽略其他水头损失 ,则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为 : m52.0=22.0+3.0= 开始H 。 8.08.0-75.00 . 2
5、6 c m / s=9 . 5 m /h=vc m / svcm1 2 0=lcmlcm1.0cmd5.0ms/cm0 1 0 1.020s/cmvcm000022，取然砂粒为滤料颗粒球度系数，天，滤速，滤层厚度，根据厂家提供的数据直径，与滤料体积相同的球体滤层空隙率，取时为，水的运动粘度，水头损失，水流通过清洁滤料层的清H为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层 ,水封井出水堰顶标高与滤料层相同 ,设计水封井平面尺寸 2m 2m,堰底板比滤池底板低 0.3m。 水封井出水堰总高为 : H 水封 =0.3+H1+H2+H3=0.3+0.75+0.1+0.05=1.2m； 因为每座滤池的过滤水量
6、 :Q 单 =vf=9.5 84=798m3/h=0.222m3/s。所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式 :Q=1.84bh3/2计算得 : m15.0=284.1 2 2 2.0=b84.1= 3232堰单水封Qh ； 则反冲洗完毕 ,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高 0.15+0.52=0.67m。 4.3 反冲洗管渠系统 : 1. 反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大 ,为 6L/(s.m2)，则： Q 反水 =q 水 2 f=6 84=504L/s=0.504 m3/s； V型滤池反冲洗时 ,表面扫洗同时进行 ,其流量： Q 表水 =q 表水 f=2 84=1
7、68L/s=0.168m3/s； Q 反 =Q反水 +Q 表水 =0.504+0.168=0.672m3/s； 2. 反冲洗配水系统的断面计算 配水干管进口流量应为 1.5m/s,配水干管 (渠 )的截面积 : A 水干 =Q 反水 /v 干 =0.504/1.5=0.336m2； 反冲洗配水干管选用钢管 DN700,流速为 1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管输送到气水分配渠 ,由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部布水区。反冲洗水通过配水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管或孔口的流速为 1-1.5m/s 左右 ,取 v 支 =1m/s。 则配水支管 (渠 )的截面积 :A
8、方孔 =Q 反水 /v=0.504/1=0.504m2； 此即配水方孔总面积 ,沿渠长方向两侧各布置 20个配水方孔 ,共 40个 ,孔中心间距 0.6m。 面积 :A 小孔 =0.504/40=0.0126m2，每个孔口尺寸取 0.11m 0.11m。 3反冲洗用气量 Q 气 的计算 反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算 ,这时气冲的强度为）2ms/(16L ,Q 反气 =q 气 f=16 84=1344L/s=1.344m3/s； 4配气系统的断面计算 配气干管 (渠 )进口流速应为 5m/s 左右 ,则配气干管 (渠 )的截面积： A 气干 =Q 反气 v 气干 =1.344/5
9、=0.2688m2； 反冲洗配气干管用钢管 DN600,流速为 4.75m/s,反冲洗用空气 ,由反冲洗配气干管输送至气水分配渠 ,由气水分配渠两侧的布气小孔到滤池底部布水区 ,布气小孔紧贴滤板下缘 ,间距与布水方孔相同 ,共计 40 个 ,反冲洗用空气通过配气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。 反冲洗配气支管流速或孔口流速应为 10m/s 左右 ,则配气支管 (渠 )的截面积为 : A 气支 =Q 反气 v 气支 =1.344 10=0.1344m2； 每个布气小孔面积 :A 气孔 =0.1344 40=0.00336m2； 孔口直径 : m0 6 5.0=/0 0 3 6.0x4=d
10、）（气孔 ； 每孔配气量 : q 气孔 = Q 反气 40=1.344 40=0.0336m3/s=120.96 m3/h； 5气水分配渠的断面设计 对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时 ,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大 ,因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计 ,气水同时反冲洗时反冲洗水量为 : Q 反水 =q 水 f=4 84=336L/s=0.336m3/s； 气水同时反冲洗时 ,反冲洗时用空气的流量 : Q 反气 =q 气 f=16 84=1344L/s=1.344m3/s； 气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值 ,则气
11、水分配干渠的断面积 : 249.0=53 4 4.1+1.53 3 6.0=v+v= mQQA反气反气反水反水反气水 4.4 滤池管渠的布置 4.4.1 反冲洗管渠 1气水分配渠 气水分配渠起端宽取 1.0m,高取 1.5m,末端宽取 1.0m,高取 1.0m,则起端截面积 0.6m2,末端截面积 0.4m2。两侧沿程各布置 20 个配气小孔和 20 个布水方孔 ,孔间距 0.6m,共 40 个配气小孔和 40 个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面积 0.5 40=0.0125m2末端截面积 0.4m2,满足要求。 2排水集水槽 排水集水槽顶端高出滤料层顶面 0.5m，气水分配槽起端高度为
12、1.5m,则排水集水槽起端槽高 : H 起 =H1+H2+H3+H4+0.5 1.5=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5 1.5=1.1m； 气水分配槽末端高度为 1.0m，则排水槽末端高度为 : H 末 =H1+H2+H3+H4+0.5 1.0=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5 1.0=1.6m； 底坡 :（ 1.6 1.1） 12 0.041703排水集水槽排水能力校核 由矩形断面暗沟 (非满流 ,n=0.013)计算公式校核集水槽排水能力。 设集水槽超高为 0.3m,则槽内水位高： h=1.1 0.3=0.8m, 槽宽： b=0.9Q0.4=0.9 0.8590.4=0
13、.85m，取 b=1.0m； 湿周： =b+2h=1.0+2 0.8=2.6m； 水流断面： A=bh=1.0 0.8=0.8m； 水力半径： R=A =0.8 2.6=0.308m； 水流速度： smn iRv /16.70 1 3.0 0 4 1 7.03 0 8.0= 21322132 过流能力： Q=Av=0.8 7.16=5.728m3/s 实际过水量： Q 实际 =Q 反水 +Q 表水 =0.504+0.168=0.672m3/s Q=5.728m3/s，满足要求。 4.4.2 进水系统 1进水渠 四座滤池进渠过水流量按强制过滤流量计 ,渠中流速为 0.8 1.2m/s，取 v 1
14、.0m/s。 强制过滤流量： Q 强 =7 104 1.06 3=24733m3/d=0.286m3/s （滤池工作时间 t 23.9h）； 进水支渠水流断面积 :A 支 =Q 强 v=0.286 1=0.286m2； 进水支渠宽： b=0.9Q0.4 强 =0.9 0.2860.4=0.55m，取 b=0.6m，则高： h=A 进 b=0.286/0.6=0.48m, 取 h=0.5m 考虑超高 0.3m。则进水渠高为 0.8m，考虑到施工方便，进水渠高与配水渠高相同，故取 1.0m。 四座滤池公用一个进水总渠，总渠流量： Q 总 =0.859m3/s （滤池工作时间 t 23.9h）； 进
15、水总渠水流断面积 :A 总 =Q 总 v=0.859 1=0.859m2； 进水总渠宽： B=0.9Q0.4总 =0.9 0.8590.4=0.85m，取 b=1.0m，高： H=A 总 B=0.859 1.0=0.859m，取 H=0.9m 考虑超高 0.3m。则进水总渠高为 1.2m。 2每座滤池的进水孔 每座滤池由进水侧壁开 3 个进水孔。两侧进水孔口在反冲洗时关闭 .中间进水孔孔口设手动调节闸板 ,在反冲洗时不关闭 ,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按孔口淹没出流公式 gh264.0= AQ 计算 .其总面积按滤池强制过滤水量计 ,孔口两侧水位差取 0.1m, 232.01.081.926
16、4.0 2 9 2.0=264.0= mghQA 强总孔 ； 中间孔面积及表面扫洗水量的计算 : A 中孔 =A 总孔 Q 表水 Q 强 =0.32 0.168 0.292=0.18m2； 孔口宽 : b 中孔 =0.9Q0.4表水 =0.9 0.1680.4=0.46m， 取 b 中孔 =0.5m，则高 h 中孔 =0.4m； 两个侧孔口设闸门 ,采用橡胶囊充气阀 ,每个侧孔面积 : A 侧孔 =（ A 总孔 A 中孔 ） 2=（ 0.32 0.18） 2=0.07 m2； 孔口宽： b 侧孔 =0.9（ Q强 2 Q表水 2） 0.4=0.9（ 0.292 2 0.168 2） 0.4 0
17、.30m， 则高 h 侧孔 =0.3m。 3每座滤池内设的宽顶堰 为保证进水的稳定性 ,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠 ,再经滤池内的配水渠分配到两侧的 V 型槽。设宽顶堰堰上水头： H=0.15m,宽顶堰与进水总渠平行设置 ,与进水总渠侧壁相距 0.5m,堰上水头由矩形堰的流量公式 23bh84.1=Q 得 , mhQb 7.2=15.084.1 2 8 6.0=84.1= 2/32/3 取 宽顶堰堰宽 b=3m。 4每座滤池的配水渠 进入每座滤池的浑水经过宽顶堰溢流至配水渠 ,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的 V 型槽 .滤池配水渠宽 b 配水渠 =0.4m,渠高为 1
18、.0m,渠总长等于滤池总宽 .则渠长 L 配水渠 =7+0.4=7.4m.当渠内水深 h 配水渠 =0.4m时 ,流速 (进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去 ,每侧流量为 /2Q强 )： V 配水渠 =Q 强 2b 配水渠 L 配水渠 =0.286（ 2 0.4 0.4） =0.89m/s,满足滤池进水管渠流速在 0.8-1.2m/s 的要求。 4.4.3 V 型槽的设计 1扫洗水布水孔 V型槽底部开有水平布水孔，表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀布置，内径一般为 20 30mm ，过孔流速为 2.0 /ms 左右，本设计采用 dv孔 =0.025m，vv孔 =2m/s。 每座滤池
19、 V型槽的水平布水孔总截面积为： 2vv m0 8 4.0=0.21 6 8.0=v=孔表水孔 QA 每座滤池 V型槽的水平布水孔总数为： 个孔孔孔 1 6 8=0 2 5.0x14.3x410 8 4.0=d41= 22vvAN 每座滤池单侧 V型槽的水平布水孔数为 80个 ，布水孔间距为 0.15m。 2 V型槽垂直高度的确定 滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约 50 100mm，本设计采用： h1=0.1m。 根据孔口出流公式 gh264.0= AQ ，则表面扫洗时 V 型槽内水位高出滤池反冲洗时液面的高度 h2为： m55.0=8.9x2 04.0x64.0x21 6 8.0=g2 64.
20、0x2/=2h 2 ）（）（ 表孔表水 AQ 扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面 50 150mm，本设计采用： h3=150mm=0.15m。 取 V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为： h4=0.21m； 反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式 2/3bh84.1=Q 求得，其中 b 为集水槽长， m12=b L ； Q 反单 为单格滤池反冲洗水量： smQQ /33 6.0=2/67 2.0=2/= 3反反单 ， 则反冲洗时排水集水槽的堰上水头 h5为： m06.0=12x84.1/(3 3 6.0=1 . 8 4 b/Q=h 32325 ）（反单 V型槽的垂直高度
21、为： h1+h2+h3+h5=0.1+0.55+0.15+0.21=1.01m； V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为： h1+h2+h5=0.1+0.55+0.06=0.71m； V型槽的倾角采用 45 。 3 校核过滤时 V 型槽流速 V型槽在滤池过滤时处于淹没状态，槽内设计始端流速不大于 0.6 /ms 。 V型槽过滤时始端的截面积为： 22v m4 5 1.0=95.0x21=始A 单格滤池过滤时 V型槽的流量为： q=Q 8=0.859 8=0.107m3/s 滤池过滤时 V 型槽始端流速为： vv始 = q Av始 =0.107 0.451=0.237m/s 0.6m/s，满足要
22、求 4校核反冲洗时 V 型槽流速 V型槽内设计始端流速不大于 0.6 /ms 。 V型槽反冲洗时始端的截面积为： 22v m36.0=85.0x21=始A 单格滤池反冲洗时 V型槽的流量为： q=Q 表水 2=0.168 2=0.084m3/s 滤池反冲洗时 V型槽始端流速为： vv始 = q Av始 =0.084 0.36=0.23m/s 0.6m/s，满足要求。 4.5 冲洗水的供应： 1冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失 1h 反洗配水干管用钢管， DN700,管内流速为 1000i=2.88m，布置管长总计为 50m。则反冲洗总管的沿程水头损失 m14 4.0=50x00 28 8.
23、0=h ,f iL 主要配件及局部阻力系数 见下表： s/31.1=7.0x 14.3 504.0x 4=4=v 22 mDQ配件名称 数量 /个 局部阻力系数 90弯头 2 2x1.02=2.04 DN600 闸阀 2 2x0.15=0.3 等径四通 2 2x3.0=6.0 8.34 m73.0=2 x 9 . 831.1x34.8=g2v=h 22,j 则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失： mhh jf 8 7 4.0=73.0+1 4 4.0=+=h ,1 2. 清水池最低水位与排水槽堰顶的高差 H0=0.5m 3. 滤池配水系统的水头损失 2h （ a）气水分配渠的水头损失按最不利条件
24、，即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管（非满流， n=0.013）近似计算。 气水同时反冲洗时， /s0. 34 m=s/m336.0= 33气水Q 则气水分配渠内的水面高为： mvQ 56.0=4.0x5.1/(336.0=b/(=h ）气水）水干反气水反水 ( ) 0 0 5.0=)15.0/5.1x0 1 3.0(=/nv=i 23/223/2渠渠反渠水力坡降 R m06.0=12x0 0 5.0=li=h 反水反水反水渠内的水头损失 （ b）气水分配干渠底部配水方孔水头损失 方孔h 气水分配干渠底部配水方孔水头损失按孔口淹没出流公式， 0.8 2Q A
25、gh 计算。其中 Q 为 Q反 气 水 ， A 为配水方孔的总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部分内容可知，配水方孔的实际总面积为 2m50 4.0=方孔A 。则 : mAQ 036.0=)8.9x2(/504.0x8.0/(34.0=g2/8.0/(=h 22 ）方孔）方孔 （ c）查手册，反洗水经过滤头的水头损失 m22.0h 滤 （ d）气水同时通过滤头时增加的水头损失 增h 气水同时反冲洗时气水比 75.3=4/15=n ，长柄滤头配气系统的滤帽缝隙总面积与滤池过滤总面积之比约为 1.25%，则长柄滤头中的水流速度 smfQV /3.0=)84x%25.1/(34.0=)%25.1/(
26、= 反气水柄 通过滤头时增加的水头损失 OH 222m0 6 7.0=pa6 5 5=3.0x12.0+3.0x01.0+01.0x75.3x9 8 1 0=v12.0+v01.0+01.0n9 8 1 0=h）（）（增 则滤池配水系统的水头损失 m38.0=067.0+22.0+036.0+06.0= h+h+h+h=h 2 增滤方孔反水4. 砂滤层的水头损失 3h 滤料为石英砂，容重 31 m/t65.2= ，水所谓容重为 3m/t1= ，石英砂滤料膨胀前的孔隙率 41.0=m0 ，滤料层膨胀前的厚度 m0.1=3H 。则滤料层的水头损失 m97.0=0.1x41.0-11-65.2=m-
27、11-/=h 3013 ）（）（ H 5. 富裕水头 4h 取 1.5m，则反冲洗水泵的最小扬程为： 72.8=5.1+97.0+38.0+87.0+5=h+h+h+h+= 43210HH 水泵选四台 250S14 单级双吸离心泵，三用一备。扬程为 11 米时，每台泵的流量为576 3/mh。 4.6 反洗空气的供给 1长柄滤头的气压损失 滤头p 气水同时反冲洗时，反冲洗用空气流量 31.34 4 /Q m s反 气 。长柄滤头采用网状布置，约 55 个 / 2m ,则每座滤池共计安装长柄滤头 个4 6 2 0=84x55=n 每个滤头的通气量 SL /29.0=4620/41000x34.1 根据厂家提供的数据，在该气体流量下的压力损失最大为： k pa3=pa3 0 0 0= 滤头P 2. 气水分配渠配气小孔的气压损失 气孔p 反冲洗时气体通过配气小孔的流速 : smAQ /12.10=0 0 3 3 2.0/0 3 3 6.0=/=v 气孔气孔气孔 ； 压力损失按孔口出流公式 pgAQ 23 6 0 0=计算 式中： 孔口流量系数， 0.6; A 孔口面积， 2m ；
