水厂设计(沉淀池、滤池)及计算公式(例)

净（制）构筑物
根据人饮工程设计规模Q ＝6000m ³/d ，为自流引水处理，运行时间为24小时/天，日处理水量约6000 m ³，每小时水处理能力为250 m ³/h 。

水厂建两组净水建筑物，每组日处理水量约3000 m ³，每小时水处理能力为125 m ³/h 。

水厂建净水建筑物两组四座，单组净化能力Q ＝125m ³/h 。

水源水质化验结果表明，浑浊度、大肠菌群、细菌总数三项指标超标。

为保证人民生活饮水卫生达国标GB5749-85要求，拟定净水构筑物工艺流程为：进水→旋流孔室反应→斜管沉淀→重力式无阀滤池→清水池。

现只计算一座（1500 m ³）的净水结构：
一．穿孔旋流孔室式反应池
设计参数：反应池采用6格，反应时间20分钟，池高度拟定为3.7m ，V 进口＝1.0m/s ，V6＝0.2（m/s ）。

反应池总容积W=QT/60＝62.5×20/60＝20.83（m ³）
反应池面积F=W/H=20.83/2.5=8.332(㎡)
单格池面积f ＝F/n ＝8.332/6＝1.389（㎡）
设计拟定为正8边形内切圆直径为1.3m 的单个反应池的面积为1.4㎡，满足设计要求。

各单池进孔口流速
=1.0+0.2-0.2×
T t n )12.00.1(122
-+ =1.2-0.2
T t n
241+ 第一格进口管径采用0.15m
tn ＝n T
n '' 式中n ''——第n 格序数
n ＝6格
t1＝3.33（min ） t2＝6.67（min ）
t3＝10（min ） t4＝13.33（min ）
t5＝16.67（min） t6＝20（min）
V1=1.2-0.2×sqrt((1+24×3.33/20))＝0.75（m/s）V2=1.2-0.2×sqrt((1+24×6.67/20))＝0.6（m/s）同理可求得：
V3=0.48（m/s） V4=0.38（m/s）
V5=0.28（m/s） V6=0.2（m/s）
各格进口尺寸，1—6格拟定为正8边形
由流量公式得：Q＝62.5m3/h＝0.01736 m³/s
据公式Fn=Q/Vn计算得：
F1=0.01736/0.75＝0.0231（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.11×0.22=0.0242（㎡）F2=0.01736/0.6＝0.0289（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.12×0.24=0.0288（㎡）同理得：
F3＝0.0363（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.14×0.27=0.0378（㎡）F4＝0.0462（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.16×0.29=0.0464（㎡）F5＝0.0613（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.18×0.34=0.0612（㎡）F6＝0.0868（㎡）
实际采用孔口尺寸：b×h＝0.21×0.42=0.0882（㎡）GT值计算，要求梯度值GT在104—105之间
由公式G
式中h＝1.06 V2n/2g为孔口水头损失
经计算得：
H
进口＝0.054 h
1
＝0.03 h
2
＝0.019 h
3
＝0.012 h
4
＝0.008 h
5
＝0.004
则h＝h
进口+h
1
+h
2
……h
5
＝0.111（m）
G
20
10
029
.1
60
111
.0
500
4⨯
⨯
⨯
⨯
-
＝21.2（L/s）（G=20~60s-1）
GT=21.2×1500＝31800≈3.18×104在104—105之间，故能满足要求。

拟定水池超高△h＝0.3m
单格平面尺寸：
各个正八边形的边长为0.54m，排泥斗高度为0.6m，排污管径为φ150mm 具体设计见设计图
（2）斜管沉淀池
设计参数：Q＝62.5m³/h＝0.01736 m³/s；颗粒沉淀速度V0＝0.25mm/s，清水区上升流速V采用3.0mm/s，斜管倾角60°，斜管内切圆直径d＝30mm 1）清水区面积A=Q/V=0.01736/0.003＝5.787（㎡）
考虑斜管结构占用面积3％，则：实际清水区需要面积：
A＇=3.473×1.03=5.96（㎡）
2）斜管长度：
L=
00
1.33sin
cos sin
V V V
d V
V
θ
θθ
-⎛⎫
=
⎪
⎝⎭
＝(1.33×2.1/sin(60)-0.25×sin(60))/(0.25×cos(60)) ×30
＝722（mm）
考虑管端紊流、积泥等因素，则斜管总长为1000mm。

3）池总高度H=H1+H2+H3+H4+H5
式中H1—超高采用0.5米
H2—清水区高度采用1.0米
H3—斜管高度为L×sin(60)=1×0.866＝0.87米
H4—配水区高度采用1.63米
H5—排泥区高度采用0.6米
则H＝0.5+1.0+0.87+1.63+0.6＝4.6米
为了增加沉降速度和沉淀数量，减少无阀滤池的负荷，增设置一个预沉池S=4.3×2.2＝9.46㎡，拟定预沉池尺寸为L＝4.3m，b＝2.2m；拟定沉淀池尺寸为L＝4.3m，b＝3m。

4）沉淀时间T=L1/VO=1000/3=333秒＝5.55分钟
5）复核条件
雷偌数Rr=RVO/r
式中：水力半径R＝d/4＝3/4＝0.75cm
VO—斜管内流速0.35cm/s
r—动力粘滞度（当t＝20℃时，r＝0.01c㎡/s）
故Rr=RVO/r＝0.75×0.35/0.01＝26.25＜200满足要求
弗劳德数Fr（10-3-10-4）
Fr=V02/Rg=0.35×0.35/(0.75*981)=0.000166
能满足要求，具体设计见设计图。

二．3000T重力式无阀滤池
设计参数，滤速8m/h，平均冲洗强度15L/s.㎡，冲洗历时5min，允许水头损失1.5米，设计地坪标高为357.06米，滤池底入地坪深度0.6米。

1）滤池面积f1＝Q/V＝62.5/8＝7.813（㎡）
连通渠考虑采用腰长为0.3m的等腰直角三角形，，则面积：
f2＝0.32/2＝0.045（㎡）
故滤池总面积F= f1+4×f2=7.813+4×0.045= 7.9925（㎡）
按照正方形设计，取边长为2.8m，F=2.8×2.8=7.84（㎡）。

实际过滤面积F＝7.84-4×0.045=7.66（㎡）
2）滤池高度
底部集水区高度0.3米，滤板高度0.1米，支承层高度0.2米，滤料层高度0.75米，净空高度0.35米，顶盖高度0.12米。

冲洗水箱高度H冲=0.06qFt/nf=2.75(m)
F——滤池面积，㎡；
f——冲洗水箱面积，㎡；
n——滤池个数；
q——冲洗强度，L/s.㎡；
t——冲洗时间，min；
故：滤池总高度=0.3+0.1+0.2+0.75+0.35+0.12+2.75=4.57米。

3）进水配水槽：
面积A=1.442(㎡)
根据结构要求采用2.06×0.7米，高度1.83米
进水管：Q＝0.01736m3/s，采用管径DN=150mm，流速0.98m/s（0.5—1.0 m/s），管长Lj=15m
进水管水头损失：h＝
2
2 i
V L
g
δτ
∑+∑
δτ—局部阻力系数
h=0.00649×15+（0.5+3×0.6+1.5）×0.6622 /（2×9.8）＝0.182（m）出水管选用DN=150mm，流速为0.98m/s
4）几个控制标高
滤池出水口（即冲洗水箱水位）标高＝滤池总高－滤池入土高度+地面标高＝4.57-0.6+357.06＝361.03（m）
虹吸辅助管管口标高C＝滤池出水口标高+期终允许水头损失值＝361.03+1.72＝362.75（m）
进水分配水箱堰顶标高＝虹吸辅助管标高C+进水管水头损失+安全高度＝362.75+0.182+0.2＝363.132（m）
5）虹吸管管径
拟定虹吸上升管和下降管均采用DN200mm，即可满足要求。

为防止虹吸管工作时，因进水中带入空气而有可能产生“虹吸提前破坏”现象，在滤池将冲洗前，进水分配箱内保持一定的水层深度，考虑箱底与滤池冲洗水箱平齐，进水管U形存水弯的底部中心标高放在排水井底标高处。

进水挡板直径比虹吸上升管管径大15cm，距离管口20cm，要求顶盖面与水平间夹角为15°，以利于反冲洗时将污水汇流至顶部管口经虹吸管排出。

6）滤池出水管管径
采用与进水管相同的管径DN150。

7）排水管管径
排水流量＝15×5.055+20.8=96.625 L/s
采用管径DN=400mm。