滤池设计

滤池设计

水的过滤是水澄清处理的最终工序，也是水质净化工艺所不可缺少的处理过程。滤池选用V型滤池.

V型滤池其优点：1、较好地消除了滤料表层、内层泥球，具有截污能力强，滤池过滤周期长，反冲洗水量小特点。可节省反冲洗水量40～60%，降低水厂自用水量，降低生产运行成本。2、不易产生滤料流失现象，滤层仅为微膨胀，提高了滤料使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用。3、采用粗粒、均质单层石英砂滤料，保证滤池冲洗效果和充分利用滤料排污容量，使滤后水水质好。

滤池设计水量Q=25000m3/d, 设计滤速ν=8m/h， 过滤周期48h

滤层水头损失：冲洗前的滤层水头损失采用1.8m

反冲横扫强度1.8L/(s. m2) ，滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，粒径0.96-1.35mm，不均匀系数1.2-1.6

V型滤池剖面示意图

1.计算水量Q

设水厂自用水量占设计水量的5%，则

计算水量Q?1.05Qh?1.05?25000?26250(m3/d)

2.滤池面积F

1.1 滤池工作时间

2424 T/=24—t=24— 0.167×=23.9h

T48 1.2 滤池总面积 F=

Q26250==138m2 ?vT8?23.91.3 滤池的分格

为了节省占地，选双格V型滤池，池底板用混凝土，单格宽B=3.m,单格长

分为并列的2组，每组2座，共4座，每座面积f=72 mL=12m,面积36m2，2，总面积288m2。

3.校核强制滤速v′

v'?NV2?8??16m，满足10m～17m的要求

hhhN?12?14.滤池高度

滤池超高H5?0.3m，滤层上的水深H4?1.5m，滤料厚度H3?1.0m，滤板厚度H2?0.13m，滤板下布水区高度H1?0.9m，则滤池总高H?3.83m。

H4H3H1H2H

V型滤池剖面图

5.水封井的设计

均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:

?H清?180?(1?m0)2g3m0(12)l0v ?d0式中，?H清为均粒滤料清洁滤料层的水头损失，?为水的运动粘度，取

0.0101cm2s，d0为与滤料体积相同的球体直径，取1mm，l0为滤层厚度，取100

cm，?为滤料颗粒球度系数，取0.8

0.0101(1?0.5)212??H清?180()?100?0.33?19.11cm 39810.50.8?0.1根据经验，滤速为8~10mh时，清洁滤料层的水头损失一般为30~40cm，计算值比经验值低，取经验值的低限30 cm为清洁滤料层的水头损失。正常过

滤时，通过长柄滤头的水头损失?h?0.22m，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤式水头损失为：?H开始?0.3?0.22?0.52m，为保证滤池正

H5常过滤时池内的液面高出滤料层，水封井出水堰顶标高取滤料层上表面标高以上0.2 m 。

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 H水封?0.3?H1?H2?H3?0.3?0.3?0.?90.?13?1.0?0.，m 22.53 因为每座滤池过滤水量 Q3单?v?f?8?63?504mh?0.14m3h，

3 所以水封井出水堰上水头由Q?1.84bh2 计算得

22 h??33?Q单??1.8b4???堰??0.14?水封?1.?84???20.1m1 则滤池施工完毕，初次投入运行时，清洁滤料层过滤，滤池液面比滤料层高

0.11?0.52?0.2?0.83m

随时间的增加，过滤水损越来越大，正常过滤较清洁滤料层增加的水损为0.65m，则正常过滤时，通过调整出水阀门的开启度，保证滤池液面比滤料层高

0.11?0.52?0.2?0.65?1.3m，为留有余地，取1.5m。

6.水反冲洗管渠系统

① 反冲洗用水量Q反水的计算 反冲洗用水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大，为5L(m2.s)。

Q?q33反水水f?5?72?360Ls?0.36ms?1296mh

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?0.001?87?2m0.3s1 3 ② 水反冲洗系统的断面计算如下：

配水干管进口流速应为1.5ms左右，配水干管的截面积

AQ反水0.360水干?v?1.5?0.24m2 水干 反冲洗配水干管用钢管，DN500，流速1.6ms，反冲洗水由反冲洗配水干

管输送至气水分配渠，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。 配水支管流速取v水支?1ms，则配水支管的截面积为：

A反水水支?A方孔?Qv?0.36?0.24m2 水支1.5 配水支管用钢管，DN500，流速1.6m。

s沿渠长方向两侧各均匀布置15个配水方孔，共30个，孔中心间距0.7 m，

0.24?0.008m2，每个孔口尺寸取0.08?0.08m，反冲洗每个孔的面积A小孔?300.36?1.875m，满足要求。 水过孔流速v?s30?0.08?0.08 ③ 反冲洗用气量Q气的计算

反冲洗用气量按气冲强度最大时的空气量计算， Q反气?q气f?15?72?1080L?1.08m

ss ④ 配气系统的断面计算

配气干管进口流速为5m左右，则配气干管的截面积为：

s3A气干?Q气反1.08??0.216m2 v气干5 反冲洗配气干管用钢管，DN500，流速4.81m。反冲洗空气由反冲洗配

s气干管输送至气水分配取，由气水分配渠两侧的布气小孔配气到滤池底部布水区。布气小 孔紧贴滤板下缘，间距与布水方孔相同，共计30个。 配气支管流速应为5m左右，则配气支管的截面积为：

sA气支?Q反气1.08??0.216m2 v气支5 配气支管用钢管，DN500，流速4.81m。

s配气孔口流速应为10m，则布气小孔总面积为：

sA小孔?Q反气1.08??0.108m2 v小孔10每个布气小孔面积

A气孔?A小孔0.108??0.0036m2 3030 孔口直径d气孔4?0.0036012?（）?0.064m，取65mm。 3.141.08?4?10.99m，满足要求。 2s3.1?30?0.065 反洗空气过孔流速为v? 每孔配气量Q气孔?33Q反气1.08??0.036m?129.6m。

sh3030 ⑤ 气水分配渠的断面设计

气水同时反冲洗时反冲洗水量为

Q反气水?q水f?4?72?288L?0.288m

ss 气水同时反冲时反冲洗用空气量为

Q反气?q气f?15?72?1080L?1.08m

ss 气水分配渠的气、水流速均按相应的配气、配水干管流速取值。则气水分

配渠的断面积为

33A气水?Q反气水Q反气0.2881.08????0.192?0.216?0.408m2 v水干v气干1.557.滤池管渠的布置

① 反冲洗管渠

a 气水分配渠

气水分配渠起端宽取1.2 m ，高取1.5 m ，末端高取1 m ，则起端截

面积1.8m2，末端截面积1.2m2。两侧沿程各布置15个配气小孔和15个

布水方孔，孔间距0.7m ，共30个，气水分配渠末端所需最小截面积为0.357?0.012m2?1.2m2，满足要求。 30 b 排水集水槽

排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5 m ，则排水集水槽起端槽高为

H起?H1?H2?H3?0.5?1.5?0.9?0.13?1?0.5?1.5?1.03m ，排水集水槽末端高为H末?H1?H2?H3?0.5?1.0?0.9?0.13?1?0.5?1.0?1.53m，

底坡

1.5?31.03?0.047l7?(10m. 50) i?l c 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0.3m，则槽内水位高h排集?1.03?0.3?0.73m，槽宽

b排集?1.2m，湿周??b?2h?1.2?2?0.73?2.66m。

水流断面 A排集?bh?1.2?0.73?0.876m2， 水力半径 R?A排集?0.876?0.329m， 1.86?

?0.329?0.04?10.701?3 水流速度 v?Ri?n3m 过流能力 Q排集?Av?0.876?6.9?36.0，7 排集s23232312m936.s ，

实际过水量 Q反?Q0.36?0.1?3反水?Q表水?② 进水管渠

a 进水总渠

3m 0.49?Q，满足要求。排渠s6座滤池分成独立的两组，流速0.8～1.2m，取0.8m，每组过滤流量ss。

dsQ0.29?0.3m62， 过水断面 F??v0.8进水总渠宽1.0 m ，水面高0.5 m 。 b每座滤池的进水孔

每座滤池由进水侧壁开三个进水孔，进水总渠的浑水通过这三个进水孔进入滤池。中间进水孔设气动隔膜阀，在反冲洗时关闭，两侧进水孔不设阀门，在反冲洗时供给反洗表扫时用水。

孔口面积按孔口淹没出流公式Q?0.64A2gh，其总面积按滤池强制过

30.395mQ??0.198滤水量计。强制过滤水量强s。孔口两侧水位差取0.1 （3-1）为Q?25000m3?0.29m3Q强0.198m ，则孔口面积为A孔?两侧??0.22m2，

（0.642gh）（0.642?9.8?0.1）孔面积按表面扫洗水量设计A侧孔?A孔孔面积为Q表水0.12每个侧?0.22??0.13m2，

Q强0.1980.13?0.065m2，孔口宽B侧孔?0.25m，高H中孔?0.25m。中间孔2口面积为： 孔口B中孔?0.30m,高H中孔?0.30m。 A中孔?A孔?A侧孔?0.22?0.13?0.09m2， c 宽顶堰

宽顶堰堰宽b宽顶?5m，与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5 m 。堰上水头由矩形堰的流量公式Q?1.84h得：

2Q强0.198233h宽顶?（）?（）?0.079m

1.84b宽顶1.84?532 d 每座滤池的配水渠

滤池配水渠宽b配渠?0.5m，渠高1m，渠总长等于滤池总宽，则渠长

L配渠?3.0?2?1.2?7.2m，当渠内水深h配渠?0.5m时，渠内流速为：

v配渠?Q强0.198??0.40m

s2b配渠h配渠2?0.5?0.5 e 配水管渠过水能力校核：

配水渠的水力半径

R配渠h配渠0.5?配渠?b2h?b?0.5?0.17m

配渠配渠2?0.5?0.5 配水渠的水力坡度

?2nv??0.013?0.40?2i渠??渠?2???2??0.001 ?R3????0.173??渠内水面降落量

?h渠L渠渠?i2?0.001?7.22?0.0036m 因为配水渠最高水位h配渠??h渠?0.5?0.0036?0.504m?渠高1m，所以配水渠的过水能力满足要求。

f V型槽的设计

V型槽槽底设表扫水出水孔，直径dV孔?0.025m，间隔0.175 m，每个V型槽共设61个表扫水出水孔， 取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔0.15 m 。

根据潜孔出流公式Q?0.64A2gh，其中Q应为单格滤池的表扫水流量，则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面 22h???Q表水?V液?2?0.64A??(2g)???0.12???(2g)?表孔??2?0.64?0.03?0.50m

3 反冲洗时的排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式Q?1.84h2求得，

其中b为集水槽长，b?L排槽?10.50m，Q为单格滤池反冲洗流量

QQ反反单?2?0.43532?0.218ms ，所以

22h?Q?3?0.218?3排槽??反单?1.84b?????1.84?10.50???0.05m

V型槽倾角45。，垂直高度1.0 m ，壁厚0.05 m 。

8.冲洗水的供给

反冲洗时，选用冲洗水泵供水。

(1)冲洗泵房到滤池配水系统的管路损失?h1

反冲洗配水干管用钢管，DN500，管内流速1.60m，1000i?6.65，

s布置管长总计40m，则反冲洗总管的沿程水头损失为：

?hf?i?L?0.00665?40?0.266m 管路主要配件的局部阻力系数?见下表

表3-7 局部阻力系数?值统计表

配件名称 90。弯头 数量（个） 6 3 5 局部阻力系数? 6?6.68?4.08 3?0.06?0.18 5?1.5?7.5 DN500闸阀 等径三通 ?? 7.68 v27.68?1.62 管路的局部水头损失为?hj????1.0m，

2g2g 则冲洗泵房到滤池配水系统的管路总水头损失为：

?h1??hf??hj?0.266?1.0?1.266m (2)滤池配水系统的水头损失?h2

a 气水分配干渠的水头损失?h反水

气水分配干渠的水头损失按最不利条件，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 ，水冲洗水量为 Q反气水则气水分配渠内水面高为 h反水?3m?0.252， sQ反气水0.252??0.1m4，

v水干b气水1.5?1.2b气水h反水1.2?0.14水力半径 R反水???0.1m2，

（2h反水+b气水）（2?0.1+1.24）水力坡降 i反渠????nv0.013?1.5渠????0.0064， ???22?????R3??0.123???渠??22渠内水头损失 ?h反水?i反水l反水?0.0064?10.35?0.0665m， b 气水分配干渠底部配水方孔水头损失?h方孔

气水分配干渠底部配水方孔水头损失按Q?0.64A2gh计算，其中Q为

Q反气水，A为配水方孔总面积。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A方孔?0.32m2，则

?h方孔?Q反气水??0.252????（2g）?（2g）?0.077m ????0.64A0.64?0.32??方孔??22c 由厂家产品样本及相关技术参数值，反洗水经过滤头的水头损失

?h滤?0.22m，气水同时通过滤头时增加的水头损失?h增，气水同时反

15?3.75，长柄滤头配气系统的滤帽缝隙总面积与滤池4过滤总面积之比约为1.25%，则长柄滤头中的水流速度为：

冲时气水比n?v柄?Q反气水0.252??0.32m

s1.25?.25%?63 通过滤头时增加的水头损失?h增?9810n(0.01?0.01v?0.12v2) ?9810 702?3.75(0.?01?0.01?0.3?220.1?2Pa0.3?2)m则滤池配水系统的水头损失?h2

?h2??h反水??h方孔??h滤??h增?0.065?0.077?0.22?0.07?0.432m。

(3)砂滤层水头损失?h3

滤料为石英砂，密度?1?2.65tm30.07，石英砂滤料膨胀前的孔隙率

m0?0.41，滤料层膨胀前的厚度H3?1.0m，则滤料层水头损失为

????h3??1?1??1?m0?H3??2.65?1???1?0.41??1.0?0.97m。

???富余水头?h4取1.5 m ，清水渠与排水槽堰顶的高差H0?4m。

则反冲洗水泵所需最小扬程为：

H水泵?H0??h1??h2??h3??h4?4?1.266?0.432?0.97?1.5?8.17m 选两台14sh-28A单级双吸离心泵，一用一备，流量为240～350L，

s扬程为

16～10m，转速为1470转。

分9.反洗空气的供给

a长柄滤头的气压损失?p滤头

气水同时反冲洗时反冲洗用空气量Q反气?1.08m置，约55个3s，长柄滤头采取网状布

m2，则每座滤池共计安装长柄滤头n?55?72?3960个，每

1.08?1000?0.273L，根据厂家提供数据，在该气体流

s3960个滤头的通气量

量下的压力损失最大为?p滤头?3000Pa?3KPa。 b 气水分配渠配气小孔的气压损失?p气孔

反冲洗时气体通过配气小孔的流速

v气孔?Q气孔0.036??10m

sA气孔0.0036 压力损失按孔口出流公式Q?3600?A2g?p?计算，式中，?为孔口流量

系数，取0.6 ，则气水分配渠配气小孔的气压损失为：

?p气孔2Q气孔?113.42???14mm?0.133KPa2222222?3600?A气孔g2?3600?0.6?0.00315?9.8c配气管道的沿程压力损失?p1 反冲洗空气流量1.08m，配气干管用DN500钢管，流速4.81m。反

ss冲洗空气管总长50 m ，气水分配渠内的压力损失忽略不计。反冲洗管道的空气气压依下式计算 p气压??1.5，式中，H气压为长柄滤?H气压??9.8头距反冲洗水面的高度，H气压?1.5m，则反冲洗时空气管内的气体压力为考虑，p空气??1.5?H气压??9.8??1.5?1.5??9.8?29.4KPa。空气温度按30。3

查表得空气管道的摩阻为9.8KPa1000m，则配气管导沿程压力损失

?p1?9.8?35?0.343KPa 1000d 配气管道的局部压力损失?p2

配气管道主要配件及长度换算系数见下表

配气管道主要配件及长度换算系数 配件名称 90。弯头 数量（个） 1 3 5 局部阻力系数? 0.7 3?0.25?0.75 5?1.33?6.65 DN500闸阀 等径三通 ?K

8.1 当量长度的换算公式l0?55.5KD1.2，式中，K为长度换算系数，l0为管道当量长度，则空气管配件换算长度为：

l0?55.5KD1.2?55.5?8.1?0.501.2?195.68m

则局部压力损失为?p2?195.68?9.8?1000?1.92KPa

所以配气管道的总压力损失为?p管??p1??p2?0.343?1.92?2.26KPa。 e 气水冲洗室中的冲洗水水压p水压 p水压??H水泵??h1??h反水??h方孔?H0??9.81

??9.25?1.348?0.0665?0.07?5??9.81?27.1KPa

本系统采用气水同时反冲洗，对气压要求最不利情况发生在气水同时

反冲洗时，此时要求鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为

p出口?p管?p气?p水压?p富

式中，p管为输气管道的压力总损失，p气为配气系统的压力损失，

p气??p滤头??p气孔，p水压为气水冲洗室中的冲洗水水压，p富为富余压力，取p富?4.9KPa。所以鼓风机调压阀出口的静压为

p出口?p管?p气?p水压?p富?2.26?3?0.13?27.1?4.9?37.39KPa

10.设备选型

根据气水同时反冲洗时反冲洗系统队空气的压力、风量要求选三台LG40风机。风量40m量80m33min，风压49KPa，电机功率55KW ，两用一备，正常工作鼓风

3min?1.1Q反气?62.37mmin，符合要求。

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