V型滤池

七、V 型滤池 主要参数如下
设计水量 Q=147 000 m 3 /d 滤速V=8m/h ，强制滤速≤20m/h
总冲洗时间12min 冲洗周期T=48h
反冲横扫强度1.8L/（s·㎡）（一般为 1.4～2.0 L/(s·㎡)
滤池采用单层加厚均滤料，粒径0.96~1.35mm ，不均匀系数1.2~1.6 设计计算过程如下. （1）池体设计
1．滤池工作时间2424
'24240.2240.123.948
t t h T =-=-=-=(未考虑排放滤水) 2．滤池面积F
2147000768.83'823.9
Q F m vT =
==⨯
3．滤池的分格
为节省占地，选双格型滤池，池底板用混凝土，单格宽 B 单 =3.5m ，长L 单=14m ， 单格面积49㎡，分为并列2组，每组4座，一共8座，每座面积98㎡，总面积784㎡ 4.校核强制滤速
48
'11/13
NV v m h N ⨯=
=≈- 满足20/v m h ≤的要求。

5.滤池高度的确定 滤池超高0.3m 滤层上的水深1.5m
滤料厚度1.0m 滤板厚度0.13m
滤板下布水区高度0.9m(0.7～0.9)
滤池总高度H=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83m 6.水风井设计
滤池采用单层加厚均粒滤料，粒径0.95～1.35 ㎜，不均匀系数1.2～1.6 均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计
2
2
0030
(1)1=180
(
)m l v g
m d γϕ-清△H △ H 清 —水流通过清洁滤料层的水头损失,cm V —水的运动黏度， c ㎡/s; 20℃时为0.0101 c ㎡/s; g —重力加速度， 9812/cm m m 0 —滤料孔隙率; 取0.5;
d 0 —与滤料体积相同的球体直径，㎝，根据厂家提供数据为0.1㎝ L 0 —滤层厚
100cm
v —滤速，㎝/s ，v=11m/h=0.31 ㎝/s;
ϕ—滤料粒径球度系数，天然砂粒为0.75～0.8，取0.8;
22
3
0.0101(10.5)1=180()1000.3117.959810.50.80.1
cm -⨯≈⨯清△H
根据经验，滤速为8～10m/h 时，清洁滤料层的水头损失一般为30～40㎝，计算值比 经验值低，取经验值的低限30㎝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△h ≦0.22m ，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时，水头损失
为
△ H 开始 =0.3+0.22=0.52m
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取滤料层上表面标高衣裳0.2m 。

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+ H 1 + H 2 + H 3 =0.3+0.9+0.13+1.0+0.2=2.53m
因为每座滤料过滤水量：
33
=⨯==
=898784/0.22/ Q vf m h m s 单
所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式Q = 1.84bh 2/3
计算得： []2
2
3
3
=/(1.84=0.22/(1.8420.15m h Q b ⎡⎤⨯≈⎣⎦堰水封单））
则滤池施工完毕，除此投入运行时，清洁滤料层过滤，滤池液面比滤料层高 0.15+0.52+0.2=0.87m (2)水反冲洗管渠系统
1.反冲洗水量Q 反水的计算 反冲洗用水量按水洗强度最大时计，单独水冲洗时
反洗强度最大，为2
5/()L m s •。

3=q 598490/1746/Q f L S m h =⨯==反
V 型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量
3=q 0.0018980.18/Q f m s =⨯=表表 水反冲洗系统的断面计算方法如下：
配水干管用钢管，DN700，流速1.27m/s 。

反冲洗水由反冲洗配水干管输送至汽水分配渠，由汽水分配渠底侧的补水方孔配水到滤池底部的布水区。

反冲洗通过布水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。

配水支管流速或孔口流速1~1.5m/s 左右，取V=1m/s ，则配水支管的截面积
2=/v =0.49/10.49A Q m =方孔反水水支
此即配水方孔总面积。

沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔，共40个，孔中心间距0.6，每个孔的面积
2=0.49/400.0123A m =小
每个孔口尺寸取0.1m ×0.1m 。

反冲洗水过孔流速V=0.49/2×20×0.1×0.1=1.225m/s 满足要求 2.反冲洗用气量和的计算
反冲洗用气量按气冲强度最大时的空气流量计算。

这时气冲强度为215/(/)L m s 。

2=q 15981470/ 1.47/Q f L S m s =⨯==反气气 3.配气系统断面积算
配气干管进口流速应为5m/s 左右，则配气干管的截面积
2=/v =1.47/50.294A Q m ≈气干气反气支
反冲洗配水干管用钢管，DN250.流速9.87m/s.反冲洗用空气由反冲洗配水干管输送至气水分配渠，由汽水分配渠两侧的不起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40个。

反冲洗用空气通过配气小孔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空口流速应为10m/s 左右，则配水支管的截面积
2=/=1.47/100.15A Q v m ≈气孔反气支气 每个布气小孔面积
2=/40=0.15/400.00375m A A =气孔气支
孔口直径
12
=40.00375/3.14)0.07m,70mm d ⨯≈孔（取。

反冲洗空气过孔流速
23.1
v 0.0368/(0.07)9.57m/s,4
=⨯=满足要求
没孔配气量
33=/40=1.47/400.0368/132.48/Q Q m s m h ==气孔反气 4.汽水分配渠的断面设计
对汽水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在汽水同时反冲洗时，即汽水同时反冲洗时要求汽水分配渠面面积最大。

因此，汽水分配渠的面积设计按汽水同时反冲洗的情况设计。

汽水同时反冲洗时反冲洗水流量
2=q 498392/0.39m /Q f L S s =⨯=≈反气水水 汽水同时反冲洗时反冲洗用空气的量
2=q 15981470/=1.47m /Q f L S s =⨯=反气气
汽水分配渠的气、水流速均按相应的气、配水干管流速取值。

则汽水分配渠的断面面积
=/+/=0.39/1.5 1.47/50.260.2940.554A Q v Q v +=+≈气反气水水干反气气干
（3）滤池灌渠的布置 1.反冲洗灌渠 a ．汽水分配渠
汽水分配渠起端宽度取1.2，高度1.5，末端宽度取1.2，高度1m 。

则起端截面积1.82
m ，末端宽度取截面积1.22
m .两侧沿程布置20个配气小孔和20个布水方孔，孔间距0.6m ，共40个，汽水分配渠末端所需最小面截面积0.554/40=0.0142
m ，小于1.22
m ，满足要求 b ．排水集水槽
排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m ，则排水集水槽高：
H 起 = H 1 + H 2 + H 3 +0.5－1.5=0.9+0.13+1+0.5－1.5=1.03m
式中 H 1 、 H 2 、 H 3 ，同前池体造型设计部分滤池高度确定的内容，1.5m 为气水分配 渠起端高度。

排水槽末端高
H 末 = H 1 + H 2 + H 3 +0.5－1.0=0.9+0.13+1.0+0.5－1.0=1.53m
1.0m 为汽水分配渠末端高度
底坡
i=(1.93－1.43)/L=0.5/12=0.042
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米，槽宽b排集=1.2m，湿周X=b+2h=1.2+2×0.73=2.66m
水流断面
A
排集
= b×h=1.2×0.73=0.876 ㎡
水力半径
R= A排集/X=0.876/1.86=0.329m
水流速度
v=R2/3·I1/2/n=6.93m/s
过流能力
Q
排集
= A排集·v=0.876×6.93=6.07m3 /s
实际过水量
Q
反= Q
反水
+ Q
表水
=0.49+0.18=0.67 m3 /s
（2）进水管渠
a．进水总渠
8座滤池分成独立两组。

每组进水总渠过水流量按强制过滤流量计算，流速0.8~1.2m/s,则过滤流量
22
147000/273500/0.85/
Q m d m s
==≈
过水断面
22
/0.608/1.20.510.50m
F Q v m
===取
进水总渠宽1米，高0.5米。

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，两
叮叮当当侧进水孔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，调节闸门的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。

孔口面积按口淹没出流公式：0.64
Q=其总面积按滤池强制过滤水量计。

强制过滤水量
孔口两侧水位差取0.1m，则孔口面积
2
=Q/0.284/0.318
A m
=≈
孔强
中间孔面积按表面扫水量
2(/)0.318(0.18/0.284)0.2A A Q Q m ==⨯≈孔强中孔表 两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积
2=0.06A m ≈侧孔中孔（A -A ）/2=(0.318-0.2)/2 孔口宽=0.35=0.2B m H m 侧孔侧孔，高 C.每座滤池内设的宽顶堰
为保证进水稳定性，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，再经过滤池内的配水渠分配到两侧的V 型槽。

宽顶堰宽=0.5m,b 宽顶宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相聚0.5m 。

堰上水头由矩形堰的流量公式2/31.84b Q h =得
[]
2/3
2/3
h =/(1.84)0.284/(1.845)0.098Q b m =⨯≈⎡⎤⎣⎦
强宽顶
d ．每座滤池的配水渠
进入每座滤池的混水经过宽顶堰溢流进配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V 型槽。

滤池配水管渠宽0.5米，高1米，渠总长等于滤池跟总宽，则渠长等
=3.52+1.2=8.2m.L ⨯配渠当渠内水深0.5m 时，末端流速（进来的浑水由分配渠中
段向两侧进水孔流去，没测流量(/2Q 强）
=/(2)=0.284/(20.50.6)0.48/v Q b h m s ⨯⨯≈渠强配渠配渠
满足滤池进水管渠自清流速的要求。

e ．配水渠过水能力校核 配水渠的水力半径
=b h /(2h b )0.50.5/(20.60.5)0.17R m +=⨯⨯+≈配渠配渠配渠配渠配渠
配水渠的水力坡度
2/322/32=(0.0130.85/0.17)0.001i =⨯渠渠（nv /R ）＜
渠内水面降落量
h =i /==m l ∆⨯渠渠渠2（0.0018.2/2）0.004
因为，配水渠最高水位0.5+0.004=0.504＜渠高1m ，所以，配水的过水能力满足要求。

3.V 型槽的设计
V 型槽槽低设表扫水出水孔，直径取0.025m ，间隔0.15m 。

取V 型槽槽低高度低于表扫水出水孔0.15m 。

根据浅孔出流公式0.64Q =其中Q 应为单格滤池的表扫水量。

则侧表面扫洗时槽内水位高出滤池反冲洗时液面
2
=/(20.64)/2 5.49/19.60.63v h Q A g m ⨯=≈⎡⎤⎣⎦液表水表孔
反冲洗时的排水集水槽的堰上水头由矩形堰的堰流公式2/31.84b Q h =得，其中为
集水槽长=14m b L =槽长，Q 为单格滤池反冲洗流量
3=/20.85/20.425/Q Q m s ==反反单
所以，
[]
2/3
2/3
=/(1.84)0.425/(1.8412)0.06h Q b ⎡⎤=⨯=⎣⎦
排槽反单
V 型槽倾角45°，垂直高度0.15+0.15+0.06+0.63+0.21=1.2m,取1.2m.壁厚0.05m,反冲洗时V 型槽高出滤池内液面的高度为1-0.15-0.06-0.63=0.16m. （4）冲洗水的供给，选用冲洗水箱供水的计算 1.冲洗水箱到滤池配水系统的管路水头损失1h
反冲洗时干管用钢管DN700，管内流速1,26m/s ，1000i=2.70，布置管总长计60m.则反冲洗总管的沿程水头损失
△ h=il=0.0027×60=0.16m
反冲洗配水干管主要配件及局部阻力系数见表 2/(2)0.63j h v g ξ∆==
则冲洗水塔到滤池配水系统的管路水头损失
0.160.630.79i f j h h h m ∆=∆+∆=+=
2.滤池配水系统的水头损失2h
a.汽水分配干渠的水头损失按照最不利条件。

即汽水同时反冲洗计算。

此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，暗矩形暗管（非满流，n=0.013）近似计算。

汽水同时反冲洗时3
=0.39m /Q s 反气水。

则汽水分配渠内水面高度
=/()=0.39/(1.5 1.2)0.22h Q v b m ⨯=反反水干气水
水力半径
=b h /(2)=0.16m R h b +反水气水反水反水气水
水力坡降
2/3
=(nv /R )=0.004i 反渠渠渠
渠内水头损失
h =i l =0.00414=0.0056m ∆⨯反水反水反水
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孔口淹没出流公式。

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0.4平方米，则
2
h =/0.64/(2)0.12Q A g m ∆=⎡⎤⎣⎦方孔方孔反气水
c.有厂家产品样本及相关技术参数，反冲洗经过滤头的水头损失小于0.22m ，
d.汽水同时反冲洗时汽水比n=15/4=3.75,长柄滤头配气系统的滤冒缝隙总面积与滤池过滤总面积之比约1.25%，则长柄滤头中的水流速度
=/(1.25%)0.39/(1.25%98)0.3/v Q f m s =⨯=柄反气水
通过滤头时增加的水头损失
22=9810n(0.010.010.12)6550.067h v v Pa mH O ∆-+≈=增 则滤池配水系统的水头损失
2=0.790.470.97 1.5 3.73h h h h h m ∆=∆+∆+∆+∆+++=方孔反水滤增
3.砂滤层水头损失3h ∆
滤料为石英砂，密度为 3
1 2.65/t m γ= ，水的密度为γ，石英砂滤料膨胀前的孔隙率00.41m =，滤料层膨胀前的厚度31H m =。

则滤料层的水头损失
3103(/1)(1)0.97m h m H γγ∆=--≈
富余水头取1.5m 。

则反冲洗水箱高出排水槽顶高的高度
1234=h + 3.73H h h h m ∆∆+∆+∆=水塔
水塔容积按一座滤池冲水量的1.5倍计算
31.5()360.9V Q t Q t m =+=反水水气水气水 （5）反洗空气的供给
1.长柄滤头的气压损失p ∆滤头
汽水同时反冲洗时反冲洗用空气流量 1.473
/m s 长柄滤头采用网状布置，约
55个每平方米，每座滤池共计安装55×98个。

每个滤头通气量1.47×1000/5390=0.27L/S
根据厂家提供数据，在该气体流量下的压力损失最大为
=3000a 3p P KPa ∆=滤头
2.汽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 =/0.0368/0.03759.81m/s Q A ==气孔气孔气孔
压力损失按孔口出流公式 3600Q μ= 计算, 则汽水分配渠配气小孔气压损失
2222
2=P A g γμ∆⨯气孔气孔
（Q ）/(23600)=14mmH O=133Pa=0.133KPa 3.配气管道的沿程压力损失p ∆管
反冲洗空气流量1.473
m /s ，配气干管用DN250钢管，流速0.87m/s,反冲洗
空气管长50m.汽水分配渠内压力损失忽略不计，反冲洗管道压力
=+P ⨯气压气压（1.5H ）9.8
空气温度22度，查表，空气管道摩擦阻力为9.8KPa/1000m 。

b.配气管道的局不压力损失 1=P ⨯9.86/1000=0.59KPa ，主要配件及长度换算系数如下表
当量长度换算公式 1.2
0 5.55l KD =
1.20 5.55l KD ==55.5×6.91× 1.20.25=7
2.7
空气管配件换算长度
1.20 5.55l KD =
则局不压力损失
210.590.71 1.30a P P KP ∆+∆=+=
4.汽水冲洗池中的冲洗水压
1=h 27.2p h h KPa
∆-∆-∆⨯⨯=水压水塔反水小孔（H -）9.81=(3.73-0.79-0.06-0.12)9.81
本系统采用汽水同时反冲洗，对气压要求最不利发上在水气同时反冲洗，此时要求鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为
=p =1.3+3+0.13+27.2+4.9=36.53a p p p p KP +++出口管气水压富
5.设备选型
根据汽水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风量要求3台LG50风机，风量 风压49KPa,电机功率60KW,两用一备，正常鼓风量共计。