计算书-V型滤池概要

1.1.1V型滤池及反冲洗操作间
1.1.1.1功能
通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其它杂质的过程。

其中反冲洗操作间是安装V型滤池的反冲洗设备，并为管理和运行维护V 型滤池和反冲洗设备的人员提供办公场所。

本段为V型滤池及反冲洗操作间，V型滤池分6格,反冲洗操作间共1座，V型滤池的处理能力为5.25万m³/d。

1.1.1.2主要参数
设计流量：Q=5.25万m³/d=2188m3/h=0.61m3/s
设计滤速：8.09m/h
强制虑速：12.14m/h
滤池分格：6格
总过滤面积：332.64m2
滤池冲洗方式为气冲——气水同时冲——水冲，同时全程表面扫洗。

先气冲时，气冲强度15 L/m2·s，冲洗时间2分钟。

气水同时冲时，气强度15 L/m2·s，水强度3L/m2·s，冲洗时间4分钟。

后水冲时，水冲强度6 L/m2·s，冲洗时间6分钟。

表面扫洗强度为2 L/m2·s，扫洗时间为全程。

运行周期为T=12h
1.1.1.3工艺计算
（1）滤池工作时间T'
-
24=
=
T'
60
)h(6.
24
23
/
（2）滤池面积F
)m (8.3176
.237525002=⨯==vT'Q F （3）滤池分格
滤池分格数为N=6，采用双床V 型滤池，单床宽度m 3.3=单B ，长度
m 4.8=单L ，每个滤池面积为
)m (44.554.83.32L 22=⨯⨯==单单B f
滤池总面积
)m (64.33244.5562=⨯==Nf F'
设计滤速为8.07m/h
强制滤速
m/s)(11.122
607.872-N N =-⨯==v v 强 （4）滤池高度的确定
滤池超高H 1取0.8m ，滤层上水深H 2取1.3m 。

滤池采用单层石英砂均质滤料，粒径0.5~1.0mm ，有效粒径d 10=0.6mm ，不均匀系数K 80<1.6。

根据《室外给水设计规范（GB50013-2006）》第9.5.5条的规定，滤料
层厚度（H 3）与有效粒径（d 10）之比，对于细砂应大于1000，即100010
3>d H 。

所以，1031000d H >，d 10=0.6mm ，则mm 6003>H ，为使得出水水质稳定可
靠，根据以地表水为水源的净水厂常用经验滤层厚度（1.0~1.5m ），本工程V 型滤池滤料厚度采用1.3m ，即m 3.13=H 。

根据《室外给水设计规范（GB50013-2006）》第9.5.5条的规定，“采用滤头配水（气）系统时，承托层可采用粒径2～4mm 粗砂，厚度为50～100mm ”。

本工程采用长柄滤头配水配气系统，承托层采用2～4mm 粗砂，
厚度采用100mm ，即滤料承托层厚度H 4=0.1m 。

根据常用滤板的规格，本工程采用预制混凝土滤板，滤板的尺寸规格为长×宽×高=1080mm ×1030mm ×100mm ，因此滤板厚度为H 5=0.1m 。

本工程V 型滤池，采用6格，每格分对称的2组。

根据滤板的规格，单组滤池宽度采用3.3m ，则宽度方向可安装3块滤板，长度采用8.4m ，则长度方向课安装8块滤板。

滤板梁按宽度方向布置，则滤板梁的跨度为3.3m ，由于梁一般取跨度的101~12
1，因此，本工程V 型滤池滤板梁的高度取0.3m ，即滤板梁高度H 6=0.3m 。

支撑墙高度H 7=0.7m ，则滤池总高度
H= H 1+ H 2+H 3+ H 4+ H 5+ H 6+ H 7=0.68+1.3+1.3+0.1+0.1+0.3+0.7=4.6(m) 如下图所示：
图1 滤池高度示意图 （5）初滤水头损失的计算
均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算。

()v l d m m g H 0030011180⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯=ϕυ清△ 式中
ΔH 清——水流通过清洁滤料层的水头损失，cm ；
υ——水的运动粘度，cm 2/s ，5℃时为0.01519cm 2/s ；
g ——重力加速度，981cm/s 2；
m 0——滤料孔隙率，取0.5:；
d 0——与滤料粒径相同的球体直径，cm ，根据厂家提供的数据为0.1cm ； l 0——滤料层厚，cm ，l 0=130cm ；
v ——滤速，cm/s ，v=0.184 cm/s ；
φ——滤料颗粒球度系数，天然砂率为0.75~0.8，取0.8；
()cm 67.1184.01301
.08.015.05.0198101519.01803=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=清△H 根据经验，滤速为6~10m/h 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30cm 为清洁滤料层的水头损失。

正常过滤时，通过长滤柄虑头水头损失Δh ≤0.22m 。

忽略其水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时水头损失为
()m 52.022.03.0=+=∆开始H
（7）反冲洗管渠系统
①反冲洗用水量Q 反水。

单独水洗时反洗强度最大，此时反冲洗用水量
()/h m 50.11976.344.55632=⨯⨯==f q Q 水反水
V 型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量
()/h m 04.4596.344.553.23=⨯⨯==f q Q 表水表水
反冲洗用水量
()/h m 55.165604.45950.11973=+=+=表水反水反Q Q Q
②反冲洗配水系统。

反冲洗供水管管径D457×8.8，其流速
()m/s 19.24394
.014.350.11974422=⨯⨯==水干反水水干πd Q v 流速符合2.0~2.5m/s 的设计要求。

反冲洗水由反冲洗供水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v 水孔取
1.5m/s ，则配水管支渠的截面积
()2m 222.05
.1360050.11973600=⨯==水孔反水方孔v Q A ， 则每个小孔的最小面积应为：
()2m 007.032/222.0==小孔A
沿渠长方向布置32个配水方孔，每侧16个，孔心间距为0.5m ，配水小孔尺寸设计为90mm ×90mm ，如下图所示
图2 滤池配水配气进水孔示意图 每个进水小孔的面积修正为0.0081m 2，实际最大过孔流速修正为
1.28m/s ，满足1.0~1.5m/s 的设计要求。

③反冲洗气量Q 反气的计算。

气洗强度最大时，Q 气=17L/(s·m 2)，此时反冲洗用气量
()/h m 39.339244.55173=⨯==f q Q 气反气
④配气系统的断面计算。

反冲洗管管径D323.9×8mm ，管内空气流速
()m/s 66.123079
.014.393.33924422=⨯⨯==气干反气气干d Q v π 流速符合设计10~15m/s 的设计要求。

反冲洗用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32个，每侧16个（如图2所示）。

反冲洗用气通过配气小孔的流速取12m/s ，则配气支管的截面积
()2m 0785.0/==气支反气气支v Q A
每个布气小孔的面积
()2m 00245.032/0785.0==气孔A
配气小孔采用预埋De63的PE80塑料管，管内径为51.4mm ，修正孔口面积为0.00207m 2，修正配气小孔空气流速为14.19，满足15m/s 左右的设计要求。

⑤气水分配渠的断面设计。

气水分配渠的断面应按气水同时反冲洗的情况设计。

此时反冲洗水的流量
()/h m 75.5986.344.55331=⨯⨯==f q Q 水反水
此时反冲洗用气量
()/h m 93.339244.55173=⨯==f q Q 气反气
此时，v 气水渠-水取1.5m/s ，v 气水渠-气取5m/s ，气水分配干渠的断面积
()2-气水-气水m 299.0//=+=气渠反气水渠反水气水v Q v Q A
气水分配渠设计起端高度为1.5m ，末端高度为1.1m ，气水分配渠设计宽度为0.8m ，详见图4和图5。

则气水分配渠起端断面面积为1.2m 2，末端断面面积为0.88m 2，即气水分配渠起端和末端设计断面面积均满足要求。

图3 滤池配水配水渠高度示意图
图4 滤池配水配气渠宽度示意图 （8）滤池管渠
①排水集水槽。

排水集水槽顶高出滤料顶面0.5m ，气水分配渠起端高度1.5m ，详见图5所示，排水集水槽底板厚度0.1m ，则排水集水槽起端深度
()m 4.11.05.15.054321=--+++++=H H H H H H 起
气水分配渠末端高度1.1m ，，排水集水槽底板厚度0.1m ，详见图5所示，则排水集水槽末端深度
()m 8.11.01.15.054321=--+++++=H H H H H H 末
排水槽坡度
()()048.04.8/4.18.1/=-=-=单起末L H H i
图5 滤池排水集水槽的高度示意图 ②排水集水槽排水能力校核。

排水集水槽超高0.3m ，排水集水槽宽度0.8m ，起端水深
()m 1.13.0=-=起排集H h
排水集水槽湿周
()m 31.128.02=⨯+=+=h b χ
水流断面积
()2m 88.01.18.0=⨯==bh A 排集
排水集水槽水力半径
)m (293.03/88.0/===χ排集A R
混凝土渠道粗糙率n=0.013，排水渠流速
()m/s 411.72
/13/2==n
i R v 排水渠过流能力
反排集排集Q v A Q >=⨯==)/s m (521.6411.788.03
③进水管渠。

进水总渠流速v 进总取0.9m/s ，水流断面积
()2m 678.0/==进总进总v Q A
进水总渠宽度取1m ，水深取1.2m ，超高取0.2m 。

④单格滤池进水孔
强制滤速时进水量Q 强为
()/s m 153.044.5595.93=⨯==f v Q 强强
每座滤池由进水总渠侧壁开三个进水孔。

两侧进水孔在反冲洗时关闭，中间进水孔供给给反冲洗时表面扫洗用水，反冲洗时不关闭。

中间进水孔设自动调节闸板，调节闸门的开启度，调节表面扫洗用水量。

孔口面积A 孔按孔口淹没出流公式gh A Q 261.0=计算，孔口两侧水位差取0.05m ，则孔口总面积
()2m 309.0261.0/==gh Q A 强孔
中间孔面积按表面扫洗水量设计：
()()2m 257.0/==强表水孔中孔Q Q A A
中间孔的高度H 中孔和宽度B 中孔均取0.6m 。

两个侧孔面积
()()()2m 026.02/257.0309.02/=-=-=中孔孔侧A A A
侧孔宽度B 侧孔和高度H 侧孔均取0.3m ，实际侧孔面积为0.09m 2。

具体设计，详见图6。

图6 滤池单格进水孔示意图 ⑤进水堰
为保证进水稳定性，进水总渠引来的浑水经过溢流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。

溢流进水堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5m 。

溢流进水堰堰宽b 堰取4m ，上游堰高P 1=0.96m ，堰上最小水头取H min =0.08m 。

此时，满足H ≥0.025m ，H/P 1≤2及P 1≥0.3m 的条件，因此，流量系数m 0=0.403+0.053H/P 1+0.0007/H 。

m 0=0.403+0.053×0.08÷0.96+0.0007÷0.08=0.416
流量)s /m (167.008.081.924416.0232/32/30=⨯⨯⨯⨯==H g b m Q 进水堰 可见强进水堰Q Q >，满足要求。

进水堰的设计详见图7。

图7 滤池进水堰示意图 ⑥单格滤池配水渠
进入每座滤池的浑水溢流至配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V 型槽。

水流由中间向两侧分流，每侧流量为Q 强/2。

滤池配水渠宽b 配渠取0.5m ，渠高1.2m ，渠长L 配渠等于单格滤池宽度，为7.8m 。

当渠内水深h 配渠为0.88m 时，流速
()()m/s 174.02/==配渠配渠强配渠h b Q v
配水能力校核。

配水渠的水力半径
()()m 167.02/=+=配渠配渠配渠配渠配渠b h h b R
配水渠的水力坡度
()0000454.0/2
3/2==配渠配渠配渠R nv i 渠内水面降落量
()m 00018.02/==∆配渠配渠配渠l i h
配水渠最高水位
()m h h h 8802.0=∆+=配渠配渠最高水位
配渠最高水位小于渠高，过水能力满足要求。

图8 单格滤池配水渠平面示意图 ⑦V 型槽的设计
V 型槽槽底设表面扫水洗出水孔，直径取d v 孔=0.026m ，每槽共计83个。

则单侧V 型槽出水孔总面积
()()
220441.0834/026.014.3m A =⨯⨯=表孔 表扫水出水孔低于排水集水槽堰顶0.15m ，即V 型槽槽底高于排水集水槽堰顶0.15m 。

表面扫洗时V 型槽内水位高出滤水池反冲洗时液面
[]()()m 167.02/8.02/2
=⨯=g A Q h v 表孔表水液 集水槽长b 为8.4m ，反冲洗时排水集水槽的堰上水头
()[]()m 0488.084.12/3/2=⨯=b Q h 反排槽
V 型槽倾角50°，垂直高度0.65m ，反冲时V 型槽顶与池内液面高差为 ()m h 451.015.065.0=--排槽
反冲时V 型槽顶与槽内液面高差为
()m h h v 284.015.065.0=---液排槽
V 型槽的设计，详见图8。

图8 滤池V 型槽剖面图 （9）冲洗水泵扬程。

①反冲洗水池最低水位与排水槽顶高差H 0按4.95m 计。

②管路沿程和局部水头损失1h ∆。

反洗配水干管用钢管，管径d 为0.4394m ，反冲洗管路局部水头损失按沿程阻力损失的20%进行计算。

()m d lv h 746.0/00107.02.13.121=⨯=∆水干
根据生产厂家提供的数据，滤头总水头损失m 22.02=∆h ；
衬托层经验水头损失为m 02.03=∆h ；
滤料层经验水头损失为m 5.14=∆h ；
富裕扬程为m 25=∆h ；
冲洗水泵扬程应满足
)m (44.9543210=∆+∆+∆+∆+∆+∆=h h h h h H H p
冲洗水泵扬程取9.5m 。

③鼓风机风压。

配气管道压力损失ΔP 1。

反冲洗空气管长度l 气为59m ，空气管道比摩阻 i 气为5.75Pa/m ，配气管道局部压力损失按沿程压力损失的2倍进行计
算。

()
Pa i l P 37.101731==∆气气
滤头压力损失
()Pa P 22661030022.02=⨯=∆ 位差压力
()Pa K h P 365651030055.33=⨯==∆-液面出口
富裕压力ΔP 4取4900Pa 。

鼓风机出口最小压力
()
Pa P P P P P 44748490036565226637.10174321=+++=∆+∆+∆+∆=∆ 鼓风机额定压力取49kPa 。