V型滤池设计计算.doc

3.6 V型滤池设计计算
3.6.1设计参数
设计2组滤池，每组滤池设计水量Q=10500m³/d,设计滤速ν=10m/h，过滤周期48h
滤层水头损失：冲洗前的滤层水头损失采用1.8m
第一步 气冲冲洗强度=15L/(s. m²)，气冲时间=3min
第二步 气、水同时反冲=15L/(s. m²)，=4L/(s. m²)，=4min
第三步 水冲强度=5L/(s. m²)，=5min
冲洗时间t=12min；冲洗周期T=48h
反冲横扫强度1.8L/(s. m²) ，滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，粒径0.96-1.35mm，不均匀系数1.2-1.6。
3.6.2 设计计算
1. 平面尺寸计算
1)滤池工作时间
=24—t=24— 0.2×=23.9h
2) 滤池总面积
F===87.9m²
3) 滤池的分格
滤池底板用混凝土，单格宽=3.5m,单格长=13m,（一般规定V型滤池的长宽比为2 ：1—4 ：1，滤池长度一般不宜小于11m；滤池中央气，水分配槽将滤池宽度分成两半，每一半的宽度不宜超过4m）面积45.5m²，共2座，每座面积45.5 m²，总面积91m²。
4) 校核强制滤速
===20m/h, 满足v≤20m/h的要求。
5) 滤池高度的确定
H=＋＋＋＋＋＋=0.8＋0.1＋1.2＋1.4＋0.4＋0.3＋0.1=4.3m
式中：——气水室高度，0.7～0.9m，取0.8m
——滤板厚度m，取0.1m
——滤料层厚度m，取1.2m
——滤层上水深m，取1.4m
——进水系统跌差m，取0.4m
——进水总渠超高m，取0.3m
——滤板承托层厚度m，取0.1m
6) 水封井设计
　　滤层采用单层均质滤料，粒径0.96～1.35mm，不均匀系数为1.2～1.6，均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算
=180
=180××
=19.43㎝
式中： ——水流通过滤料层的水头损失,㎝；
——水的运动黏度, ㎝²/s,20℃时为0.0101㎝²/s；
g——重力加速度，981㎝²/s；
——滤料孔隙率，取0.5；
——与滤料体积相同的球体直径，㎝，根据厂家提供数据，取为0.1㎝
——滤层厚度，120㎝
v——滤速，v=10m/h=0.28m/s
——滤料颗粒球度系数，天然沙粒0.75～0.80，取0.8
根据经验，滤速为8～12 m/s时，清洁滤料层的水头损失一般为30～50㎝，计算值比经验值低，取经验值的底限30㎝位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≤0.22m，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为=0.3+0.22=0.52m,为保证正常过滤时池内液面高出滤料层，水封井出水堰顶高与滤料层相同，设水封井平面尺寸2×2m²。堰底板比滤池底板低0.3m，水封井出水堰总高为：
=0.3++++=0.3+0.8+0.1+1.2+0.1=2.5m
因为每座滤池过滤水量：
=vf=10×45.5=455m³/h=0.13 m³/s
所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=计算得：===0.108m
则反冲洗完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高0.108+0.52=0.628m
2 反冲洗管渠系统
本设计采用长柄滤头配水配气系统,冲洗水采用冲洗水泵供应,为适应不同冲洗阶段对冲洗水量的要求,冲洗水泵采用两用一备的组合,水泵宜于滤池合建,且冲洗水泵的安装应符合泵房的有关设计规定。
1) 反冲洗用水流量的计算
　　反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算，单独水洗时反洗强度最大为5L/( m².s)
=f=5×45.5=227.5L/s=0.23m3/s=819m3/h
V型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量：
=f=0.0018×45.5=0.082 m³/s
2)反冲洗配水系统的断面计算
配水干管进口流速应为1.5m/s左右，配水干管的截面积=/=0.23/1.5=0.15m²反冲洗配水干管采用钢管，DN500，流速1.17m/s，反冲洗水由反冲洗配水干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底两侧的布水方孔配水到滤池底部布水区，反冲洗水通过布水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值，配水支管流速为1.0～1.5m/s,取=1.0m/s,则配水支管的截面积=/=0.23/1.0=0.23m²，此为配水方孔总面积，沿渠长方向两侧各均匀布置10个配水方孔，共计20个，孔中心间距1m，每个孔口面积：
=0.23/20=0.0115 m²
每个孔口尺寸取0.1×0.1m²。反冲洗水过孔流速
v=0.23/2×10×0.1×0.1=1.15m/s满足要求。
3) 反冲洗用气量计算
采用鼓风机直接充气，采用两组,一用一备。反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算，这是气冲强度为15L/( m².s)
=f=15×45.5=682.5L/s=0.68m3/s
4) 配气系统的断面计算
　 配气干管进口流速应为5m/s左右，则配气干管的截面积
===0.136 m²
反冲洗配气干管采用钢管，DN400,流速5.41m/s，反冲洗用空气由反冲洗配气干管输送至气水分配渠，尤其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20个，反冲洗用空气通过布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为10m/s左右，配气支管的截面积=/0.68/10=0.068m²
每个布气小孔面积:
=/20=0.068/20=0.0034 m²，孔口直径
=0.07m，取70mm
每孔配气量:
=/20=0.68/20=0.034m³/s=122.4m³/h
2.5 气水分配渠的断面设计
对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时，亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大。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
=f=4×45.4=182 L/s0.18m³/s
气水同时反冲洗时反冲洗空气的流量
=f=15×45.5=682.5L/s=0.68m³/s
气水分配渠的气水流速均按相应的配水配气干管流速取值，则气水分配干渠的断面积：
=/+/
=0.18/1.5+0.68/5=0.12+0.136=0.256 m2
3.滤池管渠的布置
1)反冲洗管渠
（1）气水分配渠
气水分配渠起端宽取1.2m,高取1.5m，末端宽取1.2m，高取1.0m，则起端截面积为1.8m²，末端截面积1.2m²，两侧沿程各布置10个配水小孔和10个配气小孔，孔间距1m，共20个配水小孔和20个配气小孔，气水分配渠末端所需最小截面积为0.256/20=0.0128﹤末端截面积1.2 m²，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,则排水集水槽起端槽高
=++++0.5-1.5=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.5=1.2m,
式中:
H1，H2，H3同前， 1.5为气水分配渠起端高度。
排水集水槽末端槽高
=++++0.5-1.0=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.0=1.7m,
其中1.0为气水分配渠末端高度
坡底i===0.038﹥0.02,符合设计要求。
（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0.3m，则槽内水位高=1.2-0.3=0.9m，槽宽=1.0m，湿周X=b+2h=1.0+2×0.9=2.8m
水流断面==1.0×0.9=0.9m2
水力半径R=/X=0.9/2.8=0.32m
水流速度v===7.0m/s
过流能力=v=0.90×7.0=6.30 m³/s
实际过水量=+=0.23+0.082=0.312m³/s﹤6.12 m³/s，符合设计要求。
2)进水管渠
（1）进水管渠：
2座滤池分成独立的两组，每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计，流速要求0.8～1.2m/s,采用0.8m/s则过滤流量
=21000/2=437.5m3/h=0.122m³/s
过水断面
=0.16m2，进水总渠宽0.8m，水面高0.2m。
（2单池进水孔：
每座滤池在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，供给反洗表扫用水。调节闸板的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表面扫洗用水量，孔口面积按孔口淹没出流公式Q=计算，其总面积按滤池强制过滤水量计，强制过滤水量
=0.122m³/s
孔口两侧水位差取0.1m，则孔口总面积
=×=0.136m2 0.14m2
中间孔面积按表面扫洗水量设计：
=×=0.14×=0.09m2
孔口宽=0.9 m,孔口高=0.1m
两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积
==0.03m2
孔口宽=0.3m，孔口高=0.1m
（3）宽顶堰：
为保证进水稳定性，进水总渠引来的待滤水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，在经配水渠分配到两侧的V型槽。宽顶堰堰宽取=4m，宽顶堰与进水总渠平行布置，与进水总渠侧壁相距0.5m。堰上水头由矩形堰的流量公式Q=
计算得 ： ===0.07m
（4）滤池配水渠：
进入每座滤池的待滤水经过宽顶堰溢流至配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽，滤池配水渠宽取b配渠=0.4m，渠高为0.6m，渠总长等于滤池总宽，则渠长=3.5m，当渠内水深=0.2m时，末端流速（进来的待滤水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去，每侧流量/2）
==1.01m/s，
满足滤池进水管渠流速的要求。
（5）配水渠过水能力校核：
配水渠水力半径==0.1m
配水渠水力坡降=<0.002
渠内水面降落=0.002×3.5/2=0.0035m
因为配水渠最高水位h=+=0.2+0.0035=0.2035m﹤渠高0.6m,所以配水渠的过水能力满足要求。
4)V型槽的设计
　　V型槽槽底射表扫水出水孔，直径取0.025m，间隔0.15m，每槽共计90个，则单侧V型槽表扫水出水孔总面积为:
=×90=0.044m2
表扫水出水孔低于排水集水槽堰顶0.15m，即V型槽槽底的高度低于集水槽堰顶0.15m。
据潜孔出流公式Q=，其中Q应为单个滤池的表扫水流量，则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面
===0.11m
反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式Q=求得，其中b为集水槽长13m，Q为单格反冲洗流量=/2=0.23/2=0.115m3/s
所以 ===0.03m
V型槽倾角45°，垂直高度0.6m，壁厚0.05m。反冲洗时V型槽顶高出滤池内液面高度为：
H=0.6－0.15－－=0.6—0.15—0.03—0.11=0.31m
3)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反冲洗时干管用钢管DN500，管内流速1.17m/s，1000i=1.80。冲洗水箱底到滤池配水间的沿途及局部损失之和为：=0.53m
(2) 配水系统水头损失为h2=0.34m
(3)滤料层水头损失：
==1.16
式中：——滤料石英砂的密度，=2.65t/m3；
——水的密度，=1 t/m3；
m0——滤料膨胀前的空隙率，m0=0.41；
H3——滤料层膨胀前的厚度，H3=1.2m。
（4）安全富余水头：h4=1.5m，冲洗水箱底应高于洗砂排水槽面：
0.53+0.34+1.16+1.5=3.53m
（5）冲洗水塔容积按一座滤池冲洗水量的1.5倍计算：
=163.8 m3
5. 设备选型
5.1风机选型
根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力，风量要求选2台LG50风机。风量50m3/min，风压49kpa，电机功率60kw，一用一备，正常工作鼓风量共计50m3/min>1.1=44.88 m3/min。
5.2反冲洗水泵选型
选用12Sh-28型泵，2台（一用一备），性能参数：流量612-900m3/h，扬程10-14.5m，轴功率30.3-33.0KW，电机功率40KW，允许吸上的真空高度为4.5m。