计算说明书

1.气浮池
1.1概况
气浮法是向水中注入或通过电解的方法产生大量的微气泡，使其与待处理水中密度接近于水的固体或液体污染物微粒黏附，形成密度小于水的气浮体，在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或液液分离的一种水处理技术。

气浮法主要用于从待处理水中去除相对密度小于1的悬浮物、油类和脂肪。

气浮作为给排水处理中的一种理想固液分离净化装置，已在水处理工程中得到了广泛应用。

原水经投加混凝剂进入反应池，经絮凝后的水自底部进入气浮池接触室，并与溶气释放器释出的气泡相遇，絮粒与气泡粘附，即在气浮分离室进行渣、水分离。

1.1.1适用水质
气浮池一般适用于混浊度小于100NTU 及含有藻类等密度小的悬浮物的原水。

1.1.2供水规模
本项目供水规模5000m 3/d ，即Q 设＝5000m 3/d ，水处理时间h 按每天20
小时计算，水厂自用水量按设计日用水量的百分比k （5％～10％）取用，选取K=5％计算。

（参数上限用于易处理的水质，下限用于难于处理的水质）
水厂需处理水量Q 计算如下
h m h K Q Q /5.26220
)05.01(5000)
1(3=+⨯=+=设
1.2气浮池计算
1.2.1设备选型
（1）加压溶气水量
h m Q R Q p /0.215.26208.0'3/=⨯=⋅=
式中Q —水厂处理水量
R ′—试验条件下所需要的回流比(5％～10％)，取8％
建议选用水泵型号IS －50－65－160A ，电动机型号Y112-4，功率4.0KW 。

（2）气浮所需的空气量Q g
h Q Q p g /0.9241.1400..21=⨯⨯=⋅⋅=ϕα
式中α—试验条件下的释气量40L/m 3
ϕ－水温校正系数（1.1～1.3），取1.1
试验：对原水进行试验得知，在水温20℃时，采用TS 型溶气释放器，溶气压力为0.30MPa 时，释气量为40L/m 3.。

（3）空压机所需额定气量Q g ′
min /018.01000600.9242.1100060''3m Q Q g
g =⨯⨯=⨯⋅=ϕ 式中'ϕ－安全与空压机效率系数（1.2～1.5），取1.2
根据Q g ′及常用空压机型号选用空压机，建议选用Z-0.025/6型空压机
两台（一用一备），该型号空压机释气量0.025m 3/min ，最大工作压力0.6MPa 。

溶气压力为0.3MPa ，回流比为8％。

a) 溶气罐直径
mm I Q D P 517100
14.30.2144=⨯⨯=⋅⋅=π 式中I －单位罐截面积的过流能力，对填料罐一般采用100（m 3/(m 2h)） b) 溶气罐容积
305.160
30.2160m T Q W P =⨯=⋅= 式中T －水在溶气罐中的停留时间（3～5min ）
c) 溶气罐高度
溶气罐的总高度采用3.0m ，罐内的填料高度1.5m ，罐的截面积的过流能力为100。

9.225.12.12.022114321+=+++=+++=Z Z Z Z Z Z Z
式中1Z －罐顶、底的封头高度（m ）
2Z －布水区高度，一般取0.2～0.3m ，取0.2
3Z －贮水区高度，一般取1.2～1.4m ，取1.2
4Z －填料层高度，采用阶梯环，溶气罐设填料层，对溶气效果有明
显提高。

考虑布水均匀，规定其高度为1.5m 。

根据以上计算，建议选用溶气罐型号为T R －5型，溶气罐直径500mm ，流量适用范围20～30m 3/h ，压力适用范围0.2～0.5MPa ，总高度3000mm ，均满足要求。

溶气释放器的型号及个数应根据单个释放器在选定压力下的出流量及作用范围确定。

根据选定的溶气压力P=0.3MPa 及加压溶气水量Q P ＝21.0m 3/d ，选定TV -Ⅱ型释放器，该释放器的出流量q p =2.48m 3/h ，作用直径60mm 。

释放器个数946.848
.20.21≈===p P q Q N 只 释放器布置一排n=1，则间距m N L n c 67.090.61=⨯=⋅=
α 式中L c －为气浮接触室长度，由后续计算所得6.0m
（6）刮渣机
气浮池宜采用刮渣机排渣。

刮渣机的行车速度一般不宜大于5m/min 。

建议选用TQ 型桥式刮渣机，型号为TQ －9。

1.2.2气浮池尺寸
气浮池的泥渣上浮分离较快，一般在水平距离10m 范围可完成，为防止池因无气泡顶托池面浮渣，造成浮渣下沉影响水质。

规定池长不宜超过15m ，有效水深2.5m 。

基本设计数据的确定：
有效水深2.5m
回流比取得8％
接触室上升流速15mm/s
分离室水流向下流速1.5mm/s
a ）接触室平面面积
2325.510
153600/)0.215.262(m V Q Q A C P C =⨯+=+=- 式中V c —接触室上升流速（10 mm/s ～20mm/s ），气浮池接触上升流速应以接触室内水流稳定，气泡对絮粒有足够的捕捉时间为准。

实践表明，当上升流速过低，会因接触面积过大而使释放器的作用范围受影响，造成净水效果不好，建议V c 取15
b ）接触室长、宽
接触室与分离室合建可达到经济合理且运行良好的效果。

因此接触室及分离室的尺寸应综合考虑，根据工程经验建议选用接触室长度L c =6.0m 。

则接触室宽度B c
m L A B C C C 87.06
25.5=== 为了施工方便建议接触室宽度B c ＝1.2m 。

接触室的实际平面面积 6.0×1.0＝6.0m 2
c ）接触室堰上水深H 1
接触室出口的堰上流速v 以不超过接触室上升流速15mm/s 为宜， 16H Q Q v p
+=
式中v －接触室出口的掩上流速15mm/s
经计算得H 1＝0.87m ，取H 1=0.8m 。

a ）分离室平面面积
250.523600
5.11000)0.215.262(m V Q Q A S p
s =⨯⨯+=+= 式中V s —分离室水流向下流速1.5 mm/s ～2.0mm/s ，取1.5
b ）分离室长、宽
分离室宽度即接触室的长度，B S ＝L c =6.0m
分离室长度
m B A L S S S 75.86
50.52=== 取8.50m 分离室实际平面面积 6.0×8.5＝51.0m 2
c)分离室液面负荷e
4.55
.520.215.262=+=+=c p
A Q Q e 满足分离室液面负荷5.4～7.2m 3/(m 2·h)的要求。

（3）气浮池深度
a ）气浮池接触室水深
接触室停留时间不宜小于60s 。

接H A Q ⋅=
m A Q Q H p 79.0600
.60.13600/)0.215.262(=⨯⨯+=+=接 式中A —气浮接触室平面面积
a ）气浮池分离室水深
m t V H s S 80.11000
60205.11000=⨯⨯=⨯=
分
式中t s —气浮分离室水流停留时间15～20min,取20
b ）气浮池有效水深H 2.0～3.0m ，取2.5m
H 有>H 分>H 接 即2.5>1.80>0.79
c ）气浮池总高度H=H 有+H 1+△h ＝2.5+0.8+0.3=3.60m
式中△h —气浮池安全超高，取△h ＝0.3m
H 1—堰上水深
（4）气浮池容积
396.1038.15.5225.5)(m H A A W S C =⨯+⋅+=）＝（分
（5）气浮池的总停留时间
min 220
.215.26296.1036060=+⨯=+⨯=P Q Q W T ，满足15～30min （6）气浮池气、水接触时间
s s V H H t C c 6066015
.08.08.12>=-=-= 1.2.3集水系统
（1）出水系统（集水管）
a ）集水干管
集水管采用穿孔管，全池共用集水管n=2根 每根集水管的集水量h m n Q Q q P /75.14120.215.2623=+=+=
集水管流速V=0.5m/s 集水管直径mm V Q D 22110005
.014.33600/5.26244=⨯⨯⨯=⋅=
π 取250mm/80mm b ）集水支管
如允许气浮池与后续滤池有0.3m 的水位落差（即允许穿口集水管孔眼
有近0.3m 的水头损失），则集水孔口的流速
h m gh v /35.23.08.9297.0230=⨯⨯⨯==μ
式中μ－流量系数，取0.97
每根集水干管上集水支管的孔眼总面积
20
0127.0m v q =⋅=ξω 式中ξ－孔口收缩系数，取0.64
q —每根集水管的集水量
设孔口直径d 0＝20mm 则每孔面积20031042014.3422mm d =⨯=⋅=
πω 孔口数400
==ωωn 个 （3）刮、排渣系统
气浮池应有刮、排渣设施，刮渣机的行车速度不宜大于5m/min ，建议选用TQ 型桥式刮渣机。

排渣设施用排渣槽，采用δ＝6mm 的钢板焊接而成，宽度B ′=0.6m ，且布置于气浮池一侧。

2.气浮滤池
2.1概况
气浮滤池是将气浮池与过滤池合建，原水通过气浮池的接触室与释放器产生的大量微气泡混合，气泡与水中固体或液体污染物微粒黏附，进入过滤池。

向上通过气浮池的分离室，将水中粘附微粒气泡经过刮渣机去除，向下通过滤料过滤水中的固体杂质。

气浮过滤池出水水质经消毒后，应符合现行的《生活饮用水卫生标准》的要求。

气浮滤池通过工程运行，已经得到了良
好的推广。

2.1.1适用水质
气浮滤池适用低温、低浊度水，用于去除藻类、油类。

2.1.2供水规模
本项目供水规模5000m 3/d ，即Q 设＝5000m 3/d ，水处理时间h 按每天20
小时计算，水厂自用水量按设计日用水量的百分比k （5％～10％）取用，选取K=5％。

h m h K Q Q /5.26220
)5.01(5000)
1(3=+⨯=+=设 2.2气浮滤池布置及高度
2.2.1气浮滤池的布置
滤池形式的选择，应根据设计生产能力、进水水质和工艺流程的高程布置等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定。

对于生产能力较大的滤池，不宜选用单池面积受限的池型；在滤池进水水质可能出现较高浊度或含藻类较多的情况下，不宜选用翻砂检修困难或滤池冲洗强度受限的池型。

建议采用单层滤料的普通快滤池。

2.2.2气浮滤池综合技术指标
气浮滤池宜采用单行排列
（1）水处理能力
设计水量：Q'=5000m 3/d
设计处理能力：Q= Q' (1+5%)=5000×(1+5%)=5250m 3/d
滤速：《村镇供水工程技术规范》为6～8m/h ，取v=6m/h
（2）冲洗强度及时间
冲洗强度：当无辅助冲洗时，冲洗强度采用q=15L/(s.m 2)
冲洗时间：t ′为5～7min ，取t ′=5min
气浮滤池工作时间：T 0=20h
冲洗周期：t=10h
气浮滤池每日冲洗及操作时间：
h t T t t 2.010
6020660'00=⨯⨯=⋅⋅= 气浮滤池实际工作时间：h t T T 80.1900=-=
（3）气浮滤池面积 气浮滤池总面积：25.3780
.1965250m T V Q F =⨯=⋅= 采用气浮滤池数： N=2个
气浮滤池长宽比为：L:B=1.5:1
F B B =⨯5.1 0.55
.15.375.1===F B 5.70.55.15.1=⨯==B L
则气浮滤池尺寸，L=7.5m B=5m
气浮滤池实际面积：25.3755.7m B L f =⨯=⋅= 单个气浮滤池面积：278.182
5.37m N F f === 校核强制滤速：正常滤速为全部滤池工作时的滤速，强制滤速指全部滤池中
一个或两个滤池冲洗、检修或停用时工作滤池的滤速。

滤池
应按正常情况下的滤速设计，并以检修情况下的强制滤速校
核。

h m N V N V /121
'=-⋅=，满足强制滤速9～12 (m/h)要求。

2.2.3气浮滤池的高度 （1）承托层
为防止滤料漏入配水系统，在配水系统与滤料层之间铺垫的粒状材料。

可用卵石或碎石并按颗粒大小分层铺成，其组成如下表：
表2-1
承托层高度H 1＝900mm （2）滤料层
滤料可采用石英砂（河砂、海砂或采砂场的砂），含杂质少、有足够的机械强度、并有适当的孔隙率（40％），滤料不得含有毒物质。

一般砂滤料粒径为： 最小粒径d min ＝0.5mm 最大粒径d max ＝1.2mm
滤料层厚度取700mm ，建议滤料选用0.5～1.2mm 石英砂，厚度H 2＝0.7m
0.210
80
80==
d d K
-
d筛分曲线中通过80％重量之砂的筛孔大小
80
d筛分曲线中通过10％重量之砂的筛孔大小
-
10
建议L(砂深)/d e有效粒径>1000为宜。

（3）滤池上面的水深及超高
滤池上面的水深一般采用1.5～2.0m，取H3=1.5m
（4）考虑气浮滤池有效水深2.5m，除去滤池水深1.5m后，气浮滤池总高度H
H=H1+H2+H3=0.9+0.7+1.5＝3.10m
2.3配水系统
2.3.1配水系统设计要点
普通快滤采用大阻力配水系统。

（1）孔眼总面积与滤池面积之比为0.20%～0.28%。

（2）干管横截面与支管总横截面积之比应大于1.75～2.0。

（3）干管始端流速为1.0～1.5m/s，支管始端流速为1.5～2.0m/s，孔眼流速为5～6m/s。

（4）支管中心距约0.25～0.3m，支管长度与其直径之比不应大于60。

（5）支管孔眼直径约为9～12mm，设于支管两侧，与垂线呈45°角向下交错排列。

（6）干管上设直径为40～100mm的透气管，管上应装阀门。

干管顶上宜设排气阀，排出口需在滤池水面以上。

（7）干管直径大于300mm时，顶部应装滤头、管嘴或把干管埋入池底，以分布冲洗水。

（8）大阻力配水系统的水头损失一般为3～4m 2.3.2穿孔管 （1）干管
干管流量：s L q f q g /25.28178.1815=⨯=⋅= 式中：-f 冲洗强度 -q 单个滤池的面积 干管始端流速：v g ＝1.5m/s 干管管径：m v
q D g
g 489.05
.114.31000
/25.28144=⨯⨯=
⋅=
π
取公称外径D g =508mm ，壁厚9mm 则内径D ＝490mm
干管横截面积：22
19.0188.0)2
490.0(14.32m r A g ≈=⨯=⋅=π （2）支管
支管中心距：m a j 30.0= 单池支管数：3.333
.0522=⨯==
j j a L n 根，取30≈j n 根 式中：L —滤池宽度 单根支管入口流量：s L n q q j
g j /37.930
25
.281==
=
支管始端流速：v j =1.5m/s 支管管径：m v
q D j
j 089.05
.114.31000
/37.944=⨯⨯=
⋅=
π 取D j =0.08m
支管横截面积：22
005.0)2
08.0(
14.32m r A j =⨯=⋅=π
2.3.3孔眼设计 （1）孔眼布置
支管孔眼总面积与滤池面积之比K 为0.2%≈0.28%，采用K =0.28%. 孔眼总面积：26105000105.37%28.0mm f K F k =⨯⨯=⋅= 采用孔眼直径：mm d k 10= 单个孔眼面积：22
5.784
mm d f k k =⋅=π
孔眼总数：13385
.78105000
===
k k k f F N 个 每根支管孔眼数：44==
j
k
k n N n 个 取n j =40个 支管孔眼布置设二排，与垂线成45°夹角向下交错排列 每根支管长度：m D B L g j 576.1)598.02
5
.7(5.0)(5.0=-⨯=-⨯= 每排孔眼中心距：m n L a k
j k 075.042
5.0576
.15.0=⨯=
= 取a k =80mm （2）孔眼水头损失
管式大阻力配水系统水头损失，当按孔口的平均水头损失计算时，可采用：m k
q g h k 46.3)10(212==
μ 式中：h 2—孔口平均水头损失（m ） q —冲洗强度，取15L/(s ·m 2)
k —孔眼总面积与滤池面积之比，取0.28% μ—流量系数，取0.65 2.3.4复算配水系统
（1）支管长度与直径之比不大于60
70.1908
.0576
.1=j j D L ＜60
（2）孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5
348.02
005.034105
.0=⨯⨯=
⋅j
j k f n F ＜0.5
（3）干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.75～2.0
86.1005
.03028
.0=⨯=
⋅j
j g f n f
（4）孔眼中心距小于0.2
2.0075.0<=k α
各项指标均能满足要求 2.4冲洗 2.4.1冲洗方式
单独用水反冲洗必须是高速反洗，即反洗时滤料膨胀、液化，整个滤层呈悬浮状态。

单水冲洗滤池的冲洗强度及冲洗时间宜按表采用。

冲洗方式和程序
表2-2
水冲洗强度及冲洗时间(水温20℃时)
表2-3
注：1 应考虑由于全年水温、水质变化因素，有适当调整冲洗强度的可
能。

2 选择冲洗强度应考虑所用混凝剂品种的因素。

3 膨胀率数值仅作设计计算用。

2.4.2冲洗计算 （1）计算参数
冲洗排沙槽中心距:a 0=2m 排水槽根数:n 0=1布置于池中心线上 排水槽长度；L 0=5.00 m
每槽排水量：q 0=q ×L 0×a 0=112.5L/s 式中q －冲洗强度 （2）标准断面
标准断面分为半圆形及三角形标准断面，建议选用半圆形标准断面。

槽中流速：v 0=0.6m/s 半圆形断面：m v a l q x 203.045702
10
00=⋅⋅⋅
= 取x=0.20 m
排水槽底厚度;δ=0.006 m 砂层最大膨胀率:e=45% 砂层厚度:H 2=0.7 m
洗砂排水槽顶距砂面高度He=eH 2+2.5x+δ+0.075= 0.971m 取H e =1.0m
洗砂排水槽总平面面积200030.2m n l x F =⋅⋅= （3）面积复核
排水槽总平面面积与滤池面积之比，一般小于25%
%25%25.1278
.1830.20<==f F 2.5气浮滤池管道计算 （1）进水管
进水总流量：Q 1= 5250 m 3/d=0.073m 3/s 假定进水总管：D 1=0.30m 管中流速：s m A Q V /032.11
1
1==
v 1 则进水总管管径：D= 0.30m 单个滤池进水管流量：s m Q Q /036.02
31
2==
假定滤池进水管：D 2=0.225m 管中流速：s m A Q V /917.02
2
2==
,满足0.8～1.0m/s 则滤池进水管管径：D 2=0.225m （2)冲洗水管:
冲洗水总流量：s m f q Q /563.033=⋅= 式中-q 冲洗强度 -f 滤池面积
假定冲洗管管径；D 3= 0.55 m 管中流速；s m A Q V /37.23
3
3==
,满足2.0～2.5m/s 则冲洗管管径：D 3=0.55m （3）清水管：
清水总流量：Q 4=Q 1= 0.073 m 3/s
每个滤池清水管流量：Q 5=Q 2=0.036 m 3/s 假定管径:D 5= 0.225 m 管中流速:s m A Q V /917.05
5
5==
， 满足0.8～1.2m/s 清水管管径：D 5=0.225m （4）排水管：
排水流量:Q 6=Q 3=0.563 m 3/s 假定排水渠断面:B 6= 0.5 m 渠中水深:h= 0.60 m 渠中流速:s m A Q V /33.16
6
6==
,满足1～1.5m/s 则排水槽尺寸为：0.7×0.7（宽×高） （5）冲洗水泵：
冲洗时间：t= 5 min
冲洗水箱容积：375.3035.1m t f q W =⋅⋅=
水箱底至滤池配水管间的沿途及局部损失之和：
m Q h 311.01.13
.0013.05028.1033
.52
4
21=⨯⨯⨯⨯= 配水系统水头损失：h 2=h k =3.46m 承托层水头损失：m q H h 297.0022.013=⋅⋅= 式中：H 1—承托层厚度 q —冲洗强度
滤料层水头损失：m H m r
r h 68.0)1()1(2014=⋅-⋅-=
式中：1γ—滤料的相对密度（石英砂为2.65）
γ—水的相对密度
m 0—滤料膨胀前的孔隙率（石英砂为0.41） H 2—滤层膨胀前的厚度 安全富余水头采用：h 5= 1.5 m 冲洗水泵扬程应高出洗砂排水槽面：
H 0=h 1+h 2+h 3+h 4+h 5= 0.31+3.46+0.297+0.68+1.5＝6.25 m
根据s m Q /563.033=，m H 25.6=，根据水泵的安装高程选用冲洗水泵。

气浮设备根据气浮池计算选用。

农村供水官网优化设计与标准化、信息化集
成技术研究
《农村供水工程设计图集》
气浮池及气浮过滤池
计算说明书
白银市水电勘测设计院
二0一0年八月
二0一0年八月。