净水厂设计计算说明书

一、工程概述
1.1设计任务及要求
给水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。

课程设计的内容是根据所给资料，设计华东地区某给水厂设计，要求对初步方案进行设计，对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图、管线布置图、绿化施工图和某个单项处理构筑物（澄清池或过滤池）的单体图（包括平面图、剖面图，达到施工图深度）及设备选型，并简要写出一份设计计算说明书。

1.2基本资料
1.2.1 工程概况
本设计为华东地区某城市给水工程设计，水厂规模：日处理水量20 万吨。

设计中采用位于城市西南的河流上游作为水源地。

城市土壤种类为亚粘土。

地下水位深度6 m。

冰冻线深度0.2m。

年降水860mm。

城市最高气温38℃，最低气温-6℃，年平均气温15℃。

主导风向为冬季西北风，夏季东南风。

城区起伏较小，城市西南部预留水厂用地9.138公顷，地势平坦，高程为83.00m。

预留地平面图如下：
高位冲洗水箱的容积
1.2.2 地面水源
（1）流量最大流量620 m³/s；最小流量230 m³/s
（2）最大流速2.1 m/s
（3）水位最高水位（1%）79.00m，常水位77.00m，最低水位（97%）75.00m，河岸地质条件良好，河槽平坦，最低处高程为72.00m。

1.2.3 源水水质资料
编号名称单位分析结果
1 浑浊度度平均17NTU；雨季高峰42NTU
2 色度度18
3 总硬度度11
4 碳酸盐硬度度7
5 非碳酸盐硬度度7
6 PH值7
7 细菌总数个／毫升2500
8 大肠菌群个／升68
二、设计计算
2.1水厂规模：
根据资料，水厂日处理水量20万m3/d，考虑到水厂自用水量，要乘以安全
系数K=1.05。

则净水处理构筑物总设计流量：
Q=1.05
⨯20=21万m 3/d=8750m 3/h=2.43 m 3/s
2.2总体设计
2.2.1确定给水处理厂工艺流程
根据水源水质和《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）及《生活饮用水卫生规范》，根据设计的相关原始资料如水厂所在地区的气候情况、设计水量规模、原水水质和水文条件等因素，通过调查研究，参考相似水厂的设计运行经验，经技术经济比较确定采用地表水净化工艺：
水厂以地表水作为水源，工艺流程如下图所示：
2.2.2处理构筑物及设备型式选择 2.2.2.1取水构筑物
1.取水构筑物位置选择
取水构筑物位置的选择，应符合城市总体规划要求，从水源水质考虑，水质应该良好，取水构筑物应选择在水质良好的河段，一般设在河流的上游，从河床考虑，取水构筑物应设在凹岸，位置可选在顶冲点的上游或稍下游15~20m 主流深槽且不影响航运处。

故本水厂取水构筑物设在A 点。

2.取水构筑物的形式与构造 根据资料所提供的条件，应选择岸边式取水构筑物采用合建式，水泵采用离心泵。

构造为钢混结构，采用筑岛沉井方法施工。

3.外形
岸边取水构筑物平面形状采用矩形。

4.平面构造与计算
进水间由隔墙分成进水室和吸水室，两室之间设平板格网。

在进水室外壁上设进水孔，进水孔上装闸板和格栅。

进水孔也采用矩形。

（1）进水孔（格栅）面积计算
0120Q
F k k v =
1b
k b S
=
+ 式中0F ——进水孔或格栅的面积，2m ；
Q ——进水孔设计流量，3m s /；
0v ——进水孔设计流速，m /s ，当江河有冰絮时，采用0.2~0.6m /s ；无冰
絮时采用0.4~1.0m /s 。

当取水量较小、江河水流速度较小，泥砂和漂浮物较多时，可取较小值。

反之，可取较大值；
1k ——栅条引起的面积减小系数；
b ——为栅条净距，m m ，一般采用30~120m m ，常用30~50； S ——为栅条厚度或直径，m m ，一般采用10m m ；
2k ——格栅阻塞系数，一般采用0.75。

由于最高洪水位与枯水位高差为4米，进水孔分上、下两层，设计时，按河流最枯水位计算下层进水孔面积，上层面积与下层相同。

该水厂处于华东地区，江河冬季有冰絮，而取水量为20万吨每天，江河的最大流速为2.1m /s ，取水量大、江河水流速度较大，漂浮物较少，故设计中取进水孔设计流速0v 为0.4m /s ；栅条采用圆钢，其直径10mm S =；取栅条净距b=50mm ，取格栅阻塞系数2=0.75k
150
0.8335010
k =
=+
20120 1.05200000
=
9.7m 864000.8330.750.4
Q F k k v ⨯==⨯⨯⨯ 进水孔设4个，进水孔与泵房水泵配合工作，进水孔也需三用一备，每个进水孔面积
209.7= 3.20m 33
F f ==
进水孔尺寸采用
112000mm 1500mm B H ⨯=⨯
格栅尺寸选用
2130mm 1630mm B H ⨯=⨯（标准尺寸）
实际进水孔面积
'20 2.0 1.539.0m F =⨯⨯=
通过格栅的水头损失一般采用0.05m~0.1m ，设计取0.1m 。

（2）格网尺寸计算
为了便于格网清洗，选择旋转格网。

旋转格网的有效过水面积（即水面以下的格网面积）可按下式计算：
21232
Q
F K K K v ε=
式中2F ——旋转格网有效过水面积，2m ；
2v ——过网流速，一般采用0.7~1.0m /s
2K ——格网阻塞系数，采用0.75；
3K ——由于框架引起的面积减少系数，采用0.75；
旋转格网在水下的深度，当为网外或网内双面进水时，可按下式计算：
22F
H R B
=-
式中H ——格网在水下部分的深度，m ； B ——格网宽度，m ；
2F ——旋转格网有效过水面积，2m ；
R ——格网下部弯曲半径，目前使用的标准滤网R 值为0.7m 。

当为直流进水时，可用B 代替上式中的2B 来计算H 。

水流通过旋转格网的水头损失一般采用0.15~0.30m 。

过网流速采用20.8m/s v =，网眼尺寸采用5⨯5mm ，网丝直径1d =mm 。

格网面积减少系数为：
22
122
50.69()(51)
b K b d ===++ 格网阻塞系数采用20.75K =，水流收缩系数采用0.8ε=。

旋转格网的有效过水面积为： 221232 1.05200000
9.78m 864000.690.750.750.80.8
Q F K K K v ε⨯=
==⨯⨯⨯⨯⨯
设置4个格网，每个格网需要的面积为 2.452m 。

进水部分尺寸为
1117001500mm B H ⨯=⨯，面积为 2.552m 。

旋转格网尺寸选用
21301630mm B H ⨯=⨯（标准尺寸）。

水流通过旋转格网的水头损失一般采用0.15~0.30m 。

（3）平面布置
进水间用隔墙分成4格，平面布置示意图见总平面。

进水间进水窗口设上下2层，每层设4个窗口。

进水孔上设平板闸板和平板格栅，两者共槽。

吸水间下层设平板格网，每格一个。

5.高程布置与计算
下层进水孔上缘标高设在最枯水位减去冰盖厚度再减去0.2m 水层厚度即75.00－0.2=74.80m 。

下层进水孔下缘距河床地面不小于0.5m ，设计取0.7m 。

上层进水孔上缘在最高洪水位以下1.0m 。

浪高按0.4m 计，超高取0.5m ，则取水构筑物高程布置见高程图 6.起吊设备、排泥与启闭设备 7.防冰措施
8.取水泵房设计 2.2.2.2混凝
1.混凝剂投配设备的设计
水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。

混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。

我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图2所示。

原水
投加搅拌搅拌
水药剂V 型滤池
栅条絮凝池
栅条絮凝池分式流混隔合板槽
分式流混隔合板槽
投药管投药管溶液池溶液池溶解池
溶解池出水
本设计根据原水水质分析资料，确定合理的混凝剂品种及投药量。

参考分析相似水源有关水厂的经验数据 2.混合方式
本设计采用水利混合，采用管式静态混合器进行混合，其优点是构造简单，无活动部件，安装方便，混合快速而均匀。

其设计要点：
A 、混合速度快，药剂应在水中流造句裂纹懂得条件下投入，一般混合时间为10～20S ；
B 、本设计采用一点连续投药；
C 、混合设备里后备处理构筑物越近越好，尽可能与构筑物相连接。

3.投加量确定
理论上我们应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。

而在现实生活当中由于缺少必要的条件，可参考相似水源有关水厂的药剂投加资料。

本设计参考了原水条件较为接近的广州南沙自来水厂，该水厂原水色度介于5～24度，浑浊度一般介于 10～49N T U ，其混凝剂投加量为投加量 20～30 mg ／L ，主要是聚合铝，包括聚合氯化铝（PAC ）和聚合硫酸铝（PAS ）等，其具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。

取混凝剂最大投加量为30mg/L ，助凝剂总投加量≤0.5 mg/L ，并且在碱度不够时，可投加石灰，干石灰采用精制石灰粉 ，依该例石灰投加量为7～20 m g /L 。

4.构筑物设计 （1）设计水量
依题意本水厂净产水量：Q 净 = 200000d m /3
，取水厂自用水系数为1.05
（包括未预见水量），则水厂设计水量：
h m d m Q /8750/21000020000005.133==⨯=
（2）溶液池
溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。

池周围应有工作台，底部应设置放空管。

必要时设溢流装置。

溶液池容积按下式计算：
2417aQ W cn
=
式中 2W －溶液池容积，3m ；
Q －处理水量，3/m h ；
a －混凝剂最大投加量，mg/L ； c －溶液浓度，为5～20%； n －每日调制次数， n ≤3。

本设计中取a = 30mg/L ， c=15%， n=3次，则代入数据得：
33214m 98.133
154178750
30417取m cn aQ w =⨯⨯⨯==
溶液池应设置两个，每个容积为2W （153m ），以便交替使用，保证连续投药。

溶液池形状采用矩形，其尺寸为长×宽×高＝3.5m ×2m ×2m 。

取有效水深H 1＝1.2m ，总深H ＝H 1+H 2+H 3（式中H 2为保护高，取0.2m ；H 3为贮渣深度，取0.1m ）＝1.2+0.2+0.1＝1.5m 。

（3）溶解池
溶解池的容积: 3
212.4143.03.0m w w =⨯==
溶解池和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。

溶解池的放水时间采用t=15min,则放水流量为：
s L t w q /7.415
601000
2.46010=⨯⨯==
查水力计算表得放水管管径0d ＝100mm ，相应流速为0.65m/s ，溶解池底部设管径d=100mm 的排渣管一根。

溶解池一般取正方形，有效水深H 1＝1.0m ，则： 面积F ＝W 2/H 1→边长a ＝F 1/2＝3.7m
则溶解池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝3.7m ×3.7m ×1m 。

溶解池深度H ＝H 1+H 2+H 3 （式中H 2为保护高，取0.2m ；H 3为贮渣深度，取0.1m ）＝1.0+0.2+0.1＝1.3m 。

溶解池搅拌装置采用机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。

（4）计量泵选择 计量泵加药量：h L Q /116724/2100014=⨯⨯='
则可选三台J-DM2000/1.6型计量泵，两用一备，单泵流量h L Q /2000=。

（5）投药管 投药管流量： s L w q /324.060
60241000
214606024100022=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=
查水力计算表得投药管管径d ＝20mm ，相应流速为0.7 m/s 。

（6）加药间及药库
设计加药间和药库时，均按以下要求进行设计：应设在加注点附近，室内地坪标高略高于室外。

地坪有1%3%的坡度，并坡向集水坑，以排除冲洗地坪的废水。

高度在4m 以上，应有可供运输工具出入的大门。

固体凝聚剂堆放高度可采用1.5-2.0m 。

药管线一般在2条以上，放在有盖板的地沟内。

凝聚剂固定储存量可按最大投药量的15-30天用量计算，周转储存量按当地药剂供应情况和运输条件确定。

1）．加药间
各种管线布置在管沟内：给水管采用镀锌钢管、加药管采用塑料管、排渣管为塑料管。

加药间内设两处冲洗地坪用水龙头DN25mm 。

为便于冲洗水集流，地坪坡度≥0.005，并坡向集水坑。

加药间尺寸：L ×B ×H=16m ×10m ×4m 。

2）．药库
PAC 所占体积： 30301000
a
T Q =
⨯⨯ 式中 30T ——30天PAS 用量（t ）
a ——PAC 投加量（mg/L ） 取30 Q ——处理水量（m 3/d ）
那么，t T 1981000
30
2200003030=⨯⨯=
，而PAC 的相对密度：1.62，则储存药体积：198/1.62≈122.22m 3，设堆放高度为1.5m, 占地面积：122/1.5≈81.5m 2，所以药库尺寸：L ×B ×H=10m ×8.15m ×4 m 。

（7）混合设备的设计
在给排水处理过程中原水与混凝剂，助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善，从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件，同时只有原水与药剂的充分混合，才能有效提高药剂使用率，从而节约用药量，降低运行成本。

本例采用分流隔板式混合槽。

1)设计流量：s m d m Q /43.2/22000020000005.133==⨯= 2)设计流速
槽中流速采用v =0.6m/s 通道孔洞流速采用c v =1.0m/s 3)混合槽尺寸计算 槽的横断面积：226
.0243.2m v Q f ≈⨯==
则单槽的设计流量： 222.12/43.2m Q ≈=单
末端隔后水深 H ： 采用 H=0.5m
槽宽：m H f B 45
.02=== 隔板通道的水头损失 : 22
22 1.00.1320.6229.81
c c v h mH O u g ===⨯⨯
三道隔板的总水头损失为: 2330.130.39c c h h mH O =⨯=⨯=∑ 中部隔板:
①通道孔洞断面2f :由于中部隔板通道分两侧开设,所以每侧通道孔洞断面：2261.00
.1222
.12m v Q f c =⨯==
单 ②中部隔板的水深：m h H h c 63.013.05.02≈+=+= ③中部隔板通道孔洞的净高度2h π
通道孔洞的淹没水深取0.13m ，则220.130.630.130.5h h m π=-=-= ④中部隔板通道的宽度（单侧）：m h f b 22.15
.061
.0222===π 末端隔板:
①末端隔板通道孔洞的断面：2322.10.122
.1m v Q f c ===单
②末端隔板后水深：30.5h H m ==
③通道孔洞的淹没水深深取0.13m ，则330.130.50.130.37h h m π=-=-= ④末端隔板通道的宽度：m h f b 3.337
.022.1333≈==π 首端隔板:
①首端隔板通道孔洞的断面：2122.10
.122
.1m v Q f c ===
单 ②首端隔板后水深：120.520.130.76c h H h m =+=+⨯=
③首端隔板通道孔洞的净高度1h π（通道孔洞的淹没水深深取0.16m ）
110.160.760.160.6h h m π=-=-=
④首端隔板通道孔洞的宽度：m h f b 03.26
.022.1111≈==
π ⑤首端隔板前水深：010.760.130.89c h h h m =+=+= 隔板间距： m B l 8422=⨯==
混合时间 : s B v L T 336
.04
56.05=⨯==
= 池内水头损失：m n d Q h 21.034.122.11184.01184.04
.42
4.42
≈⨯⨯==单 （8）絮凝池的设计
根据常用絮凝池的特点、本设计相关资料和类似水厂的工艺特点，如下表：
经综合比较，选用回转式隔板絮凝池较合适。

回转式隔板絮凝池计算： 1）设计进水量：
3210000
8750/24
Q m h =
= 2)絮凝池总容积：
60
QT W =
设计中T=20min
38750
202916.760
W m =
⨯=。

取W=2920m 3 3)絮凝池分池容积
因为总容积为29203m ，故设置4个絮凝池，每个池子的容积为7303m ，取7503m 。

3)絮凝池长度： L HB
W
=
式中L ——絮凝池长度，（m ） H ——絮凝池水深，（m ） B ——絮凝池池宽，（m ）
W ——总容积，（m 3）
设计中取H=2.5m,B=25m,则750
L 122.525
m ==⨯
4）各挡隔板间距 ：
3600i i Q
a nv H =
i a ——隔板间距，m
Q ——设计水量（3m /h ）
i v ——第i 档廊道内流速，分别取10.5m /s v =，20.4m /s v =，30.3m /s v =，
20.2m /s v =
则第一档隔板间距
118750
0.486m 3600360040.5 2.5
Q a nv H =
==⨯⨯⨯，取1a =0.5m
同理可得20.6m a =，30.8m a =，4 1.2m a =
将上述所得的隔板间距值代入原公式中可得'10.486m/s v =，'
20.405m /s v =，'30.304m /s v =，'40.203m /s v =
5）絮凝池总长度： 隔板厚度0.1m ，隔板总共19道，则长度：L=L'+190.1=12.0+190.1=13.9m ⨯⨯
6）水头损失计算：
1
1
2i i i a H R a H =
+
式中i R ——第i 段廊道水力半径 i a ——第i 段廊道间距，（m ）
1H ——水深（m ）
1
61i i C R n
=
式中i C ——第i 段廊道内流速系数
n ——池壁粗糙系数 i R ——第i 段廊道水力半径
221
i i it i
i v a v a a
+=
+
式中it v ——第i 段廊道内转弯处水流速度（m/s ）
i v ——第i 档廊道内水流速度（m/s ） i a ——第i 段廊道间距，
（m ） +1i a ——第+1i 段廊道间距，
（m ） 絮凝池为钢混结构，水泥砂浆抹面，粗糙系数n=0.013。

各段水头损失计算 段数
i m i l i R it v i v i C 2i C i h
1 10 62.3 0.23 0.311 0.486 60.
2 3624.0 0.082 2 12 134.8 0.27 0.24
3 0.405 61.8 3819.2 0.072 3
11
141.0
0.34
0.169 0.304
64.3 4134.2 0.035
4 4 62.8 0.48 0.116 0.203 68.2 4645.8 0.007
合计
0.1960.2i h h m ==≈∑
最后隔板水流分两股回流，考虑水量平衡，流量分配为45%和55%，廊道间距近端一股为0.55m 。

另外一股为0.65m 。

回转式隔板絮凝池布置见下图。

7）GT 值校核
水温t 在20℃时GT 值校核：
60h
G T
ρμ⋅=
式中G ——速度梯度（-1s ）
ρ——水的密度（1000 3kg /m ）
h ——总水头损失（m ） μ——水的动力粘度（Pa s ⋅）
T ——反应时间（min ）
设计中取T=20.65s ，h=0.2m ，μ=60*1.029*10^(-4)Pa*s
114
10000.2
39.6(30~60)6060 1.0291020.65
h G s s T ρμ---⨯=
==⨯⨯⨯在内 GT=39.6*20.65*60=49064.4(在10^4—10^5范围内)
在隔板墙底部设排泥孔，外圈每道隔墙设两个，内圈设一个，尺寸为
200mm*200mm 。

在配水廊道设DN200排泥管。

2.2.2.3 沉淀池
1.沉淀池设备的设计
采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。

斜管材料采用厚0.4mm 蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=25mm ，长l =1000mm ，斜管倾角θ=60 。

如下图4所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。

斜管与水平面成060角，放置于沉淀池中。

原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。

水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。

穿孔排泥管
配水区
斜管区清水区积泥区
排泥集水管
图4 斜管沉淀池剖面图
2.设计水量
计算同上：s m d m Q /43.2/21000020000005.133==⨯= 和絮凝池一样，斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量 s m Q /43.23=，表面负荷取3210/(/) 2.8/q m m h mm s ==
3.沉淀池面积 （1）清水区有效面积F '：24360028
.022
.1m v Q F ===' （2）沉淀池初拟面积F 斜管结构占用面积按5％计，则
245805.143605.1m F F =⨯=⨯'=
初拟平面尺寸为m m B L 172711⨯=⨯ （3）沉淀池建筑面积建F
斜管安装长度m l L 5.0cos 2==θ
考虑到安装间隙，长加0.07m ，宽加0.10m ，则
m L L L 57.2707.05.02707.021=++=++=
m B B 10.1710.01710.01=+=+=
2447.47110.1757.27m B L F =⨯=⨯=建
4.池体高度 保护高 1h =0.5m ；
斜管高度 2h =sin 1sin 60l θ⨯=⨯ =0.87m ； 配水区高度 3h =1.5m ； 清水区高度 4h =1.2m ； 池底穿孔排泥槽高 5
h =0.75m 。

则池体总高为
123450.50.87 1.5 1.20.8 4.87H h h h h h m =++++=++++= 5.复核管内雷诺数及沉淀时间 （1）管内流速0v
0v 2.8 3.22/sin sin 60v mm s θ=
==
（2）斜管水力半径R R /40.625d cm == （3）雷诺数Re
Re 00.6250.322
20.10.01
Rv ν⨯==
= (4）管内沉淀时间t
01000311 5.18min 3.22
l t s v =
=== 6.配水槽
配水槽宽b '=1m 7.集水系统
(1）集水槽个数：n=11 (2） 集水槽中心距：m n L a 506.211
57.27===
(3） 槽中流量：s m n Q q /111.011
22.130=== (4）槽中水深H 2 槽宽：m q b 374.0111.09.09.04.04
.00
=⨯== 则
起点槽中水深0.75b=0.28m ，终点槽水中深1.25b=0.47m 。

为方便施工，槽
中水深统一按H 2=0.47m 计。

（5） 槽的高度H 3
集水方法采用淹没式自由跌落。

淹没深度取5cm ，跌落高度取5cm ，槽的超高取0.15m ，则集水槽总高度为
H 3= H 2+0.05+0.05+0.15=0.47+0.25=0.72m （6）孔眼计算
①所需孔眼总面积ω
由 02q gh μω= 得 0
2q gh
ωμ=
式中 0q －集水槽流量，3/m s ； μ－流量系数，取0.62；
h －孔口淹没水深，取0.05m ；
所以2181.005
.081.9262.0111
.0m =⨯⨯=
ω
②单孔面积0ω
孔眼直径采用d=30mm ，则单孔面积:2200.00074
d m π
ω==
③孔眼个数:（个）个260)(2590007
.0181.00≈===
ωωn ④集水槽每边孔眼个数 :)(130
2/2602/个==='n n ⑤孔眼中心距离:m s 1.0130/130==
8．水头损失（按经验值取值）
取0.3米（沉淀池水头损失，经验值为0.2～0.3米）。

9.排泥
采用穿孔排泥管，沿池宽（B=27m ）横向铺设6条V 形槽，槽宽3.00m ，槽壁倾角26.6°，槽壁斜高0.75m ，排泥管上装快开闸门。

2.2.2.4滤池
采用V 型滤池。

它是我国于20世纪80年代从法国Degremont 公司引进的技术。

它的工作过程是：待滤水由进水总渠经进水阀和方孔后，溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹沿的V 型槽，分别经槽底均布的配水V 型槽堰顶进入滤池。

被均粒滤料滤层滤过的滤后水经长柄滤头流入底部空间，由方孔汇入气水分配渠管，再经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。

反冲洗过程：关闭进水阀，但有一部分进水仍从两侧常开的方孔流入滤池，由V 型槽一侧流向排水渠一侧，形成表面扫洗。

而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V 型槽顶相平。

反冲洗过程常用“气冲—气水同时反冲—水冲”三步。

（1）气冲
打开进气阀，开启供气设备，空气经气水分配渠的上部小均匀进入滤底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮水中，被表面扫洗水冲入排水槽。

（2）气水同时反冲
在气冲的同时启动洗水泵，打开冲洗水阀，反冲洗水也进入气水分配渠，气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区，经长柄滤头均匀进入滤池，滤料得到进一步冲洗，表面继续扫洗。

（3）停止气水反冲，单独水冲，表面继续扫洗最后将水中杂质全部排入排水槽。

1.滤池的布置
采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。

2.滤池的设计计算 （1)设计参数
设计水量：s m d m Q /43.2/210000
20000005.133==⨯= 当要求水质为饮用水时，设计滤速一般取8～10h m /，所以取滤速：
h m v /10=
（2)冲洗强度
第一部气水同时反冲冲洗强度： )/(152
1m s L q ⋅=气 冲洗时间3min 第二部气冲冲洗强度 ：
气强度：)/(1522m s L q ⋅=气 水强度： )/(421m s L q ⋅=水 冲洗时间4min
第三部单独水冲冲洗强度：)/(421m s L q ⋅=水 冲洗时间5min 其它参数：
总冲洗时间 ：12min ，工作时间为24h ，冲洗周期 为48h
反冲横扫强度：)/(8.12
m s L ⋅)/0.24.1(2）（一般为
m s L ⋅- 3.池体设计
(1）滤池工作时间T '
2424T 24t
240.2240.1=23.9T 48
'=-=-⨯=- h(式中未考虑排放滤水) (2）滤池面积：266.8789
.2310210000
m T v Q F =⨯='=
(3）滤池的分格
为节省占地, V 型滤池布置成对称双行排列,采用8个分格池，则单池面积为：283.1098
66
.878m f ==
池底板用混凝土,采用滤池长宽比L:B=3左右，则单池有效尺寸为：L=18m,B=6m 。

(4）校核强制滤速： h m N v N v /4.111
810
81=-⨯=-⋅=
' 满足h m v /17≤的要求。

（5）滤池高度的确定 滤池超高 ： H 5=0.3m 滤池口水深： H 4=1.5m
滤层厚度： H 3=1.0m(0.95～1.5m) 滤板厚 ： H 2=0.13m
滤板下布水区高度 ： H 1=0.9m(0.7～0.9m)
其中冲洗时形成的气势层厚度为0.1～0.15m ，则滤池总高度：
m
H H H H H H 83.33.05.10.113.09.054321=++++=++++= （6）水封井的设计
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算：
v L d gm m V H 02030
20)/1()1(180⎰⋅-=∆清
式中 清H ∆—水流通过清洁滤料层的水头损失, cm ;
V —水的运动黏度, s cm /2；15℃时为s cm /0116.02; g —重力加速度, 2/981s cm ;
0m —滤料孔隙率；取 0.5;
0d —与滤料体积相同的球体直径, cm ,根据厂家提供数据为
0.1cm
0L —滤层厚度, cm L 1000=;
3
v —滤速, s cm /,s cm h m v /28.0/10==;
⎰
—滤料粒径球度系数,天然砂粒为 0.75～0.8,取 0.8。

得：28.0100)1
.08.01(5.0981)5.01(0116.018023
2⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=∆清
H cm 62.18= 根据经验,滤速为8～10h m /时,清洁滤料层的水头损失一般为 30～40
cm ,计算值比经验值低,取经验值的低限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△h ≦0.22m ,忽略其它水头损失,则每次反冲洗后刚开始过滤时,水头损失为：m H 52.022.03.0=+=∆开始。

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 ，则水封井出水堰总高：
m H H H H 33.20.113.09.03.03.0321=+++=+++=∆水封 其中每座滤料过滤水量:
s m h m f v Q /31.0/3.109883.109103≈=⨯=⋅=单
则水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式：2/384.1bh Q =
[][]
m b Q H 19.0)284.1/(31.084.1/(3
/23
/2≈⨯==）
堰单水封
4.反冲洗管渠系统
（1）长柄滤头配水配气系统
①长柄滤头安装在混凝土滤板上,滤板固定在梁上,滤板用 0.05m 后预制板上 浇注0.08m 后混凝土层,滤板下的长柄部分浸没于水中,长柄上端有小孔,下端有 竖向条缝,气水同时反冲洗时,约有 2/3 空气有上缘小孔进入,1/3 空气由缝隙进入 柄内,长炳下端浸没部分还有一个小孔,流进冲洗水,这部分气水在柄内混合后有 长柄滤头顶部的条缝喷入滤层冲洗。

②长柄滤头固定板下的气水室高度为0.7～0.9m,其中冲洗时形成的气垫层厚 度为 0.1～0.15m 。

③向长柄滤头固定板下气水室配气的出口应该紧贴滤头固定板的底面，由配水干管向气水室配水的支管出口应该紧贴池底。

④长柄滤头配气系统的滤帽缝隙与滤池过滤面积之比为1/80，每平方米的滤头数量为49～64 个。

⑤冲洗水和空气同时通过长柄滤头的水头损失按产品的实测资料确定。

⑥向长柄滤头配水配气系统气水室配气的干管的进口流速为5m/s 左右；配气支管或孔口流速为10m/s 左右。

配水干管进口流速为1.5m/s 左右；配水支管或孔口流速为1～1.5m/s 。

（2）反冲洗用水量Q 反的计算
反冲洗用水流量按水洗强度最小时计算，单独水洗时,反冲洗强度最大为
s m s L f q Q /44.0/32.43983.10943≈=⨯=⋅=水反水
V 型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行。

其流量 ：
s m f q Q /20.083.1090018.03≈⨯=⋅=表水表水 （3）反冲洗配水系统的断面计算
配水干管进口流速为1.5m/s 左右,配水干管的截面积:
229.05
.144
.0m V Q A ===
水干反水水干 反冲洗配水干管用钢管DN500,流速v=1.43m/s,反冲洗水由反冲洗配水干管
输至气水分配渠,由气水分配渠底侧的布水方孔配水的滤池底部布水区,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,配水支管流速或孔口流速为 1～1.5m/s 左右,取v 水支=1.0m/s ，则配水支管(渠)的截面积:
244.00
.144
.0m V Q A ===
水支反水方孔 此即配水方孔总面积.沿渠长方向两侧各均匀布置21个配水方孔,共42个,
孔中心间距0.4m,每个孔口面积: 20105.042
44
.0m A ≈=
小 每个孔口尺寸取 0.103m ×0.103m 。

（4）反冲洗用气量反气Q 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
)/(152m s L ⋅，则
s m s L f q Q /647.1/45.164783.109153≈=⨯=⋅=气反气
（5）配气系统的端面计算
配水干管(渠)进口流速应为5m/s 左右,则配水干管的截面积：
23294.05
647
.1m V Q A ≈==
水干反气气干 反冲洗配气干管用钢管DN500，流速4.28m/s 。

反冲洗用空气有反冲洗配气
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42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为10m/s 左右，则配气支管的截面积：
21647.010
647
.1m V Q A ≈==
水支反气气支 每个布气小孔面积：2004.042/1647.042/m A A ≈==气支气孔 孔口直径：m A d 07.0)14.3/004.04()/4(2/12/1≈⨯=⨯=π气孔气孔 每孔配气量：
h m s m Q Q /1404/039.042/647.142/33=≈==反气气孔
（6）气水分配渠的断面设计
对气水分配渠端面面积要求的最不利条件发生的气水同时反冲洗时，亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠端面面积最大。

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的流量：
s m s L f q Q /44.0/32.43983.10943≈=⨯=⋅=水反气水
ⅱ、气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量:
s m s L f q Q /747.1/45.16473.109153≈=⨯=⋅=气反气
其中气水分配区的气水流速均按相应的配气、配水干管流速取值，则气水分配干管的断面积：
2643
.05/747.15.1/44.0//m v Q v Q A ≈+=+=气干反气水干反气水反气 5.滤池管渠的布置 （1）反冲洗管渠 ①气水分配渠
气水分配渠起端宽0.4m ，高取1.5m ，末端宽取0.40m ，高取1m ，则起端截面积0.6㎡，末端截面积0.4㎡，两侧沿程各布置21个配水小孔和21个布水方孔，孔间距0.4m ，共42个配气小孔和42个配水方孔，气水分配渠末端所需最小截面积2015.042/643.0m =小于末端截面积0.4㎡,则满足要求。

②排水集水槽
排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽起端高：
m
H H H H 03.15.15.00.113.09.05.15.0321=-+++=-+++=起 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,其中1.0m 为气水分配渠起端高度。

排水集水槽末端高：
m
H H H H 53.10.15.00.113.09.00.15.0321=-+++=-+++=末 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,其中1.0m 为气水分配渠末端高度。

底坡： 027.06.18/5.0/)03.153.1(≈=-=L i
③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m 3.0。

则槽内水位高：m h 73.0=排集，槽宽：m b 4.0=排集。

湿周：m h b X 86.173.024.02=⨯+=+=
水流断面：2292
.073.04.0m h b A =⨯=⋅=排集 水力半径：m X A R 157.086.1/292.0/≈==排集
3
3
水流速度：s m n i R v /57.5013.0/027
.0157.0/2
/13/22/13/2≈⨯=⋅= 过流能力：s m v A Q /63.157.5292.03=⨯=⋅=排集排集
实际过水量：s m Q Q Q /64.020.044.03=+=+=表水反水反＜过流能力
排集Q 。

（2）进水管渠
①进水总渠
率池分为独立的两组,每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计,流速0.8～1.2m/s ，取1.0m/s ，则强制过滤流量：
s m d m Q /62.1/1400002)3/210000(33≈=⨯=强
进水总渠水流端面积：262.10.1/62.1/m v Q A ===强总
进水总渠宽 1.5m ，水面高1.08m 。

②每座滤池的进水孔
每座滤池由进水壁侧开三个进水孔，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:Q 0.8A 2gh =,其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口两侧水位差取 0.1m,则孔口总面积：
2446.1)1.081.928.0/(62.1)28.0/(m gh Q A ≈⨯⨯==强孔
中间面积按表面扫水量设计：
218.0)62.1/20.0446.1/m Q Q A
A ≈⨯=⋅=（）（强表水孔中孔 则孔口宽
B 排=0.18m ，高H 中孔=1m 。

两侧孔口设闸门.采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面孔; A 侧=(A 孔－A 中孔)/2=(1.446－0.18)/2≈0.63㎡ 则孔口宽B 侧=0.63m,高 H 侧孔=1m 。

③每座滤池内设的宽顶堰
为了保证进水稳定性,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,在经滤池内的配水渠分配到两侧的 V 形槽，宽顶堰宽 b 宽顶＝5m,宽顶堰与进水渠平行设置,与进水总渠侧壁相距0.5m,堰上水头由矩形堰的流量公式:
2/384.1bh Q =,得
h 宽堰＝｛Q 强/（1.84b 宽顶）｝2/3＝｛1.62/（1.84×5）｝2/3≈0.31m ④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 形槽。

滤池配水渠宽b 配＝1.2m,渠高 1m,渠总长等于滤池总宽，则渠长L 配渠＝。