第六章 过滤处理.doc

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第六章 过滤处理
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过滤处理单元构筑物的分类
按过滤的滤速可分为快滤池和慢滤池；
按反冲洗配水系统的阻力大小可分为大阻力配水系统和小阻力配水系统；
按反冲洗的介质可分为水反冲洗和气水联合反冲洗（V滤池）
根据滤料的分层可分为单层滤料和多层滤料；
根据水的流向可分为上向流、下向流和双向流；
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6.1普通快滤池
普通快滤池是目前水处理工程中常用的滤池形式之一，普通快滤池有浑水进水阀，清水出水阀、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀共四个阀门。
普通快滤池特点：
优点：运行稳妥，出水水质较好；

缺点：阀门较多，阀门容易损坏；必须有全台反冲洗设备
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1、平面尺寸计算

滤池总面积：
F：滤池总面积；
Q：设计水量；m3/d
v：设计滤速，石英砂单层滤料一般采用8~10m/h，双层滤料一般采用10~14m/h；
T：滤池每日的实际工作时间，h；

T0：滤池每日工作时间；h
t0：每次冲洗后停用和初滤时间，0.5~0.67h；
t1：每次反冲洗时间，h；
n：每日冲洗次数
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2.单池面积：

滤池长宽比：按表取：

N：滤池个数，不小于2座，按下表取。

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校核一池检修时，其余滤池的强制滤速：

强制滤速应为10~14m/h；
滤池布置，采用5个一下时用单列，反之用双列。

2.滤池高度：

H1：承托层高度；0.4m
H2：滤料层高度，m，按表取定，不小于0.7m；
H3：滤层上水深，1.5~2m；
H4：超高；
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承托层高度：

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3.配水系统：
反冲洗水量：

干管直径：

配水管根数：

q：反冲洗强度，一般取12~15L/s.m2；

vg：干管始端流速，一般取1~1.5m/s；

L：滤池长度，m；
a：支管中心间距，一般采用0.25~0.3m；
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单根支管入口流量：

支管管径：

单根支管长度：

vj：支管始端流速，一般取1.5~2.0m/s；

B：单个滤池宽度，m；
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配水支管上孔口总面积：

孔口流速：

孔数：

K：开孔率，0.2%~0.25%；

dK：孔直径，一般取9~12mm；
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每根支管上的孔数：

支管上孔口一般布置成两排，与垂线呈45度夹角向下交错排列。
孔口中心距：

孔口平均水头损失：

u：流量系数，与孔壁有关；
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流量系数取值
孔口直径与壁厚之比
1.25
1.5
2.0
3.0
流量系数
0.76
0.71
0.67
0.62

配水系统校核：
1.对于大阻力配水系统，要求其支管长度lj与直径之比不大于60；
2.要求配水支管上孔口总面积与所有支管横截面积的和之比小于0.5
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4.排水槽

1.排水槽中心距：

2.每条排水槽长度（不大于6m）：

n1：每侧排水槽条数；

b：中间排水渠宽度；
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每条排水槽的排水量：

排水槽断面模数：

排水槽顶距离砂面高度：

n2：单个滤池排水槽总数；

v0：槽中流速；一般采用0.6m

e：膨胀率；一般取30~50%
c：排水槽超高，一般取0.1m左右；
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校核排水槽平面及，和滤池平面及之比应大于25%。

中间排水渠
渠底距排水槽底部的高度：

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5.滤池反冲洗

单池反冲洗水量：

对于高位水箱冲洗：
水箱容积：

承托层水头损失：

t：反冲洗时间，s；

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反冲洗强度和冲洗时间

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冲洗滤层水头损失

冲洗水箱高度：
m0：滤床未膨胀前孔隙率；

hw1：管道水头损失；
hw2：配水系统水头损失
hw5：备用水头，一般采用1.5~2m
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对水泵方冲洗：
水泵流量：

水泵扬程：

根据水泵的流量和扬程选择合适的型号，一般3台以下，至少一台备用，4台以上需两台备用。

hw1：管道水头损失；
hw2：配水系统水头损失
hw5：安全水头，一般采用1~2m
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其余进出水管按流速计算管径

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其他设计要点：
1.清水管应设置短管或堵板，管径一般采用75~200mm，以便排除初期滤水；
2.滤池底部设排空管，其入口出设罩栅，池底坡度0.005，坡向排空管；
3.配水系统干管末端一般装排气管，当滤池面积小于25m2，管径为40mm，面积为20~100m2，管径为50mm；排气管伸出滤池顶部，加截止阀；
4.每个滤池上应装有水头损失计或水位尺及采样设备等；
5.各种密封渠道上应留1~2个人孔；
6.管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便；
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7.滤池池壁与砂层接触处抹面应拉毛，避免短流；
8.滤池数目较少，且直径小于30mm的阀门，可采用手动阀，但反冲洗阀一般采用电动、液动或气动；
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6.2 虹吸滤池
虹吸滤池采用了进水虹吸管和排水虹吸管而不需要使用大型阀门及相应的启闭控制设备，进水管和排水虹吸管均安装在滤池中，布置紧凑，避免建造占地面积较大的管廊；利用滤池本身的滤后水和水头进行反冲洗，不需要专门的冲洗水箱或水泵；率出水水位永远高于滤层，可保持正水头过滤，不至于发生负水头现象；易于实现自动化操作；
其不足之处是土建结构较复杂，池深较大；大院过滤面积不宜过大；冲洗强度随滤池出水量的降低而降低，反冲洗会浪费一部分水量；边水头等速过滤，出水水质不如降速过滤。
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虹吸滤池设计要点：
1.虹吸滤池适用的水量范围为15000~50000m3/d。单格面积过小，施工困难，且不经济；单格面积过大，小阻力配水系统冲洗不宜均匀；
2.池型一般为矩形；
3.真空系统：一般可利用滤池内部的水位差通过辅助虹吸管形成真空，代替真空泵抽除进、排水虹吸管内空气形成虹吸，形成时间控制在1~3min。
4.虹吸滤池一般采用小阻力配水系统，水头损失一般控制在0.2~0.4m；
5.虹吸管通过流量确定断面，一般多采用矩形断面，也可采用圆形断面。流量小时可用铸铁管，流量大时采用钢板焊制。虹吸管的进、出水口应采用水封，并有足够的淹没深度，以保证正常工作。
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6.进水渠两端应适当加高，以保证进水渠能向池内溢流；格间隔墙应较池外壁适当降低，以便于向邻格溢流；

1.平面尺寸计算
滤池总面积：

v：设计滤速，8~12m/h；
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三、 虹吸滤池
（一） 构造

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分格数：

单格面积:

平面尺寸：

尺寸一般要取整，然后计算实际过滤面积和实际滤速

N：6格以上；
q：反冲洗强度，一般采用
10~15L/s.m2；

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校核强制滤速：

强制滤速一般采用10~14m/h；
滤池反冲洗时最大冲洗强度：

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2.进水系统
进水渠道内流速按扣除进水虹吸管所占过水断面计算，一般为0.8~1.2m/s，为方便施工，渠道宽度不小于0.7m。
进水虹吸管

然后根据虹吸管形状（矩形或圆形）设计虹吸管截面尺寸。计算取整后反算虹吸管内流速。

Qi：每格虹吸管进水量；
vi：虹吸管内流速，0.4~0.6m/s；

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校核最不利工作状况强制滤速，最不利情况为一格检修，一格反冲洗时虹吸管内流速。
正常过滤时进水虹吸管的水头损失
局部水头损失：

沿程水头损失：

以上数据必须用强制反冲洗滤速校核。

C：谢才系数；

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堰上水头：

堰上水头也许按强制过滤滤速计算；

强制冲洗时总水位壅高：
强制冲洗时水位壅高等于强制冲洗时水位壅高与强制冲洗时堰上水头增加值。

la：堰板长度，尽量采用较大的堰板长度；
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虹吸管安装高度：

虹吸管水封高度：

Ss：虹吸管截面积；
Si：进水斗截面积；
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进水渠道水头损失
过水断面面积：

进水渠道末端水深：

进水渠道宽度：

进水渠实际宽度还应加上虹吸管所占宽度。

H15：虹吸进水管管底距离进水斗的高度；
H13：活动堰板高；

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进水渠道水头损失：

进水渠道总高：

H18：超高，0.1~0.3m
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3.出水系统
出水系统结构如图：

清水室和出水堰上水头：

b：清水渠宽度
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反冲洗系统
配水系统：
反冲洗水到滤池的水头损失：
水流过检修孔的水头损失：

d：检修孔直径
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滤池底部配水空间进口部分的局部阻力损失：

水流经过小阻力配水系统的水头损失：（按选择的配水系统结构查阅规范计算；

H1：配水空间高度
W：滤池宽度

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反冲洗水流经承托层水头损失：

也可直接用经验公式：

水流经滤料时的水头损失：

各部分水头损失之和为总水头损失；

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5.排水系统
排水槽排水渠设计略；

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排水虹吸管水头损失：

排水流速按反冲洗排水量和虹吸管管径计算；一般1.4~1.6m/s；

排水虹吸管直径：

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排水堰：
堰上水头：

按计算结果布置高程。
滤池高度：

Wu：堰宽

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高程布置

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6.3 V型滤池
V型滤池属于均粒滤料滤池，其主要特点有：
1.恒水位等速过滤，滤层不出现负压，当一格滤池反冲洗时，待滤水继续进入该格滤池作为表面扫洗水，使其余各格滤池进水量和滤速保持不变。
2.滤层比普通快滤池大，截污量大，滤速较高， 过滤周期长，出水水质好。
3.进水槽和排水槽沿池长方向布置，单池面积大时，有利于布水均匀，因此更适合大中型水厂。
4.承托层较薄。
5.采用气水联合反冲洗和表面扫洗，冲洗效果好，同时节水。
6.冲洗时，滤层保持微膨胀状态，避免跑砂现象。
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设计要点
1.布置：
滤池数小于3时，采用单排布置，反之采用双排布置；
单池内的分格一般采用双格堆成布置；
2.滤速和过滤周期：
滤速根据浊度大小，一般采用8~14m/h；过滤周期可达48h甚至更长，一般国内采用24~48h；
滤层水头损失，在冲洗前一般采用1.5~2.5m.
单池过滤面积可达210m2；滤池个数选择应作经济技术比较，无资料时，可参考规范选择。
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为保证表面扫洗效果，单池宽度一般控制在3.5m以内，最大不超过5m，无资料时，可参考规范选择。

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4.滤料及承托层
有效粒径一般为0.9~1.2mm；不均匀系数K80为1.2~1.5；
滤层厚度一般为0.9~1.5m，当滤速为8~12m/s是，滤层一般为1.1~1.2m，滤速增大，一般滤层的厚度也增加；
承托层厚度一般为50~100mm，采用粒径为2~4mm的石英砂。

5.滤层上水深在过滤工况是为1.2~1.5m；

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6.进水系统由进水总渠、进水孔、控制闸阀、溢流堰、过水堰板及V型槽。

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溢流堰设置于进水总渠，防止滤池超负荷运行；
V型槽进水孔有两个，分别为主进水孔和扫洗进水孔，
当滤池过滤是，两孔均开启，当滤池反冲洗时，主进水孔关闭，此时进水量即为表面扫洗水量；主进水孔一般设置为电动或气动闸板阀；
过水堰的堰板宜设置为可调式，调节各池进水量，使各池水量相同；
进水槽底面应与V型槽底面向平，不得高出；
V型槽在过滤时处于淹没状态。
槽内设计始端流速不大于0.6m/S；
冲洗时，池水位下降，槽内水位低
于斜壁约50~100mm；槽底下开有
水平布水孔，表面扫洗水经此布水
布水孔沿槽长方向均匀布置，内径20~30；过孔流速2m/s；

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7.反冲洗排水渠
排水槽底板以大于0.02的坡度坡向出口，板底底面最低处应高于滤板底约0.1m，使有足够的高度安装空气进气管；排水槽内最高水面宜低于排水槽顶面50~100mm；排水槽底为配水配气渠，为方便施工，两者宽度应一致；

排水渠设置在管廊相对的一侧，排水槽出口设置电动或气动闸阀，出口流速可按2.0m/s设计。

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8.配水配气系统一般采用长柄滤头，该系统由配水渠，气水室及滤板和滤头组成。

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配水配气渠的断面设计应满足以下条件：
进口处冲洗水流速应不大于1.5m/S；
进口处冲洗空气流速应不大于5m/S；
断面尺寸应和排水槽及气水室相配合，并能满足施工要求。

气水室：
气垫层厚度为100~200mm，下部为冲洗水层，空气和冲洗水分别通过配气孔和配水孔进入气水室；

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气水室设计要点如下：
1）配气孔孔顶宜平滤板板顶，有困难时，低于滤板的高度不赢超过30mm，过孔流速15m/s左右，配气控平面布置时应注意避开滤板梁；
2）配水孔孔底应平池底，孔口流速为1~1.5m/s左右；
3）支撑滤板的滤板梁应垂直于配水渠，且梁顶应留空气平衡缝，缝高20~50mm，长为1/2滤板长，在每块滤板长度中间部位；
4）气水室宜设检查孔，检查孔设在管廊侧池壁上，孔径不小于400mm，孔底平气水室底；

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滤头及滤板
滤柄内径一般为14~21mm
；滤柄上部有一个2mm的小
孔，下部有一长条形缝隙，
用于控制气垫层厚度，冲
洗时气主要有条形缝上部
进入，冲洗水则由条形缝
下部及滤柄底进入。
滤头的滤柄长度为滤板厚
度+气垫层厚度+50mm淹没
深。

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滤头个数的确定：
滤头缝隙总面积与滤池过滤面积之比应在1.2~2.4%之间，一般一平方米滤池面积布置30~50个。
滤头水头 损失应由产品的实测资料确定
空气和水同时通过滤头的水头损失，无资料时，可按下式计算：

n为气水比，v1为滤柄中的水流速度；
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滤板：每块滤板的面积应在1~1.3m2。

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滤后出水稳流槽
槽内水平面标高与滤料层底面标高基本持平；
槽内水深为2~2.5倍出水管管径，出水管应为淹没出流，灌顶不应高出溢流堰堰顶；
溢流堰堰上水深为0.2~0.25m，

管廊布置：
各类管渠流速：

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管廊布置
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设计计算
1.平面尺寸计算：

单池面积：

按滤池的宽度要求查阅规范定出滤池平面尺寸，取整，然后校核滤池实际滤速；

T：每日工作小时数；
Q：日处理量

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2.进水系统：
进水总渠：

进水堰堰上水头：

v1：清水总渠流速；0.6~1.2m/s
Q1：每条总渠处理量，m3/h；

b：堰宽
Q2：每格滤池进水量，m3/h；
m：薄壁堰流量系数，0.42~0.5；
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V型进水槽：
槽内水深：

扫洗小孔：

v3：V形槽内起端流速，不大于0.6m/s；
Q3：每个V形槽流量，m3/h；

q2：扫洗强度1.4~2.3L/s.m2；
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3.反冲洗系统：
配渠流量:

则配水渠总高等于水深加上气垫层厚度；

q1：反冲洗强度，4~6L/s.m2；

v5：配水渠内流速，不大于1.5m/s；
H2：配水渠水深；m。
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配水方孔尺寸：

配气圆孔的间距和面积：

v6：水流经方孔的流速，1~1.5m/s；

Q气：空气反冲洗强度，13~17L/sm2；
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配气孔圆总面积：

然后求出每个孔的直径。

v6：气流经圆孔的流速，15m/s左右；

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底部配水系统：
滤头个数：

也可按每平方米滤池30~50个计算。
滤池总高度：

f3：每个滤头缝隙面积，
常见0.00025~0.00065m2；

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5.排水系统：
排水渠终点水深：

按排水渠内的跌水高度计算排水渠的的总高和标高；

v8:排水槽内流速，一般不小于1.5m/s

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反冲洗水泵扬程（水箱高度）

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6.4 重力式无阀滤池
重力式无阀滤池是一种能够完全自动运行的滤池系统。一般应用于中小城镇或工厂水处理。水量
10000m3/d以下，单池面积不大于25m2。
优点：不需要阀门，运行全部实现自动化，操作方便，工作运行可靠；运行时，滤池不会出现负水头；其结构简单，节省材料，造价较同规模的普通快滤池低，同时可以成套成型制作。
缺点：冲洗水箱位于滤池上部，滤池的总高度较大，相应提高了滤池前面处理构筑物的标高，从而给整个水厂的高程布置带来困难。进行反冲洗时，进水管正常进水，这部分水会随反冲洗废水一起排掉，造成浪费；滤池结构复杂，滤料密封于顶盖之下，水质不如降速过滤。
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l 无阀滤池结构原理图：

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无阀滤池设计要点
1.进水系统
当滤池采用双格组合时，进水箱可兼作配水作用。为使配水均匀，要求两堰口的标高、厚度及粗糙度尽可能相同。堰口设置标高比较重要，可按下述关系式确定：
堰口标高=虹吸辅助管管口标高+进水管水头损失+保证堰上自由出流的高度（10~15cm）。每格分配箱大小一般为0.6~0.8m的正方形。

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为防止虹吸管工作时，因进水中带入空气而可能提前破坏虹吸， 应采取下列措施：
在滤池将冲洗前，进水分配箱内应保持有一定的水深，一般考虑箱底与滤池冲洗水箱平。
进水管内流速一般采用0.5~0.7m/s。
进水管U形存水弯底部中心标高可放在排水井井底标高处。

2.滤水系统：
顶盖面与水平面间夹角为10~15度，以利于反冲洗时将排水汇集至顶部管口。
浑水区高度（不包括顶盖锥形部分）一般按反冲洗时滤料层的最大膨胀率高度，再加10cm；
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滤料层的粒径及厚度一般为：
单层滤料：砂，粒径0.5~1.0mm，厚度700mm；
双层滤料，无烟煤、粒径1.2~1.6mm，厚度300mm；砂、粒径1.0~0.5mm，厚度400mm。
承托层的材料和组成与配水方式有关，见表：

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3.配水系统：
由于冲洗水箱位于滤池顶部，冲洗水头不高，故配水系统均采用小阻力系统。
常用的配水形式有四种，格栅、平板孔式、滤头、豆石滤板。
配水室（集水区）要有一定高度，使冲洗配水均匀，一般采用30~50cm（面积大时，采用较大值）
出水管管径一般同进水管；
4.冲洗系统：
冲洗水箱：重力式无法滤池的冲洗水箱位于滤池
顶部，水箱容积按一个滤池冲洗一次所需水量确定
，如果采用双格滤池组合共用一个冲洗水箱，则水
箱高度可降低一半，单由于高度降低，冲洗强度需
进行水利校核。
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连通管的作用是在过滤时将滤后的清水送入冲洗水箱，冲洗时将冲洗水送入滤池。其形式大小应满足水头损失和布水均匀要求，其布置如图：

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虹吸管一般采用形成虹吸较快的向上锐角布置形式，管口是虹吸作用的控制高程，当虹吸上升管内水位达到虹吸辅助管口时，滤池进入反冲洗阶段。管口与冲洗水箱最高水位之间的高差h11，等于期终允许水头损失值。虹吸管管径取决于冲洗水箱平均水位与排水井水封水位的高差，和冲洗过程中平均冲洗强度下各项水头损失值的综合。虹吸下降管管径应比上升管管径小1~2级。
采用虹吸辅助管可减少虹吸形成过程中水量流失，加速虹吸形成。
当冲洗结束时，通过虹吸破坏管破坏虹吸，冲洗停止。虹吸破坏管管径不宜过小，以免虹吸破坏不彻底。管径过大则造成较多水量流失，一般采用15~20mm。为延长进气时间，使破坏彻底，一般在破坏管管底加上虹吸小斗。
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无阀滤池的冲洗时全自动的，有时因管理上需要，在滤池水头损失还没达到最大值就需要冲洗，需要设置强制冲洗器，强制冲洗时利用压力水不造成辅助管内产生负压，通过抽气管的作用形成虹吸。
冲洗强度调节器是设置在虹吸下降管口下部的锥形挡板，用以控制冲洗强度；
排水井应有水封作用，水封水位决定于虹吸水位差H5

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1.面积和尺寸

然后计算滤池的长和宽，其平面形状一般为正方形。
注：连通管（渠）会占据一定的过滤面积。如果长宽取整后应反算面积再扣除联通管（渠）面积为滤池实际过滤面积。

v:设计滤速，一般为8~15m/h，
Q，如果考虑冲洗水量应取1.04Q。

f2为连通渠及斜边厚壁面积
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冲洗水箱高度：

q：冲洗强度，采用15L/m2s，
t：反冲洗时间，采用5min。
F‘：冲洗水箱净面积。

f2为连通渠及斜边厚壁面积
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2.滤池高度

h1：底部集水区高度；
h2：配水系统高度；
h3：承托层高度；
h4：滤料层高度；
h5：净空高度；
h6：顶盖高度；
h7：冲洗水箱高度；
h8：超高；
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3.进水系统：
进水分配箱及进水管管径按设计要求选取；
4.控制标高
滤池出水口高程：

虹吸辅助管关口高程：

H1：冲洗水箱水位
h10：滤池底板入土埋深。
h8：超高。

h11为期终允许水头损失。
1.5~2m；
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进水分配箱堰顶高程：

4.水头损失
进水管：

h为进水管水头损失；
h12取0.1~0.15m保证堰上出流的高度。

l：进水管长度；i，水力坡降；
v：进水管中流速，0.5~0.7m/s
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虹吸管的流速：

QK按反冲洗流量加上单格进水流量计算。
反冲洗沿程水头损失：

反冲洗局部水头损失：

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其他水头损失：包括配水系统、承托层及滤层损失，可按选用的系统计算或查阅规范选取。

总水头损失：

6.核算
冲洗水箱平均水位高程：

h7：冲洗水箱高度；
H1：冲洗水箱标高，即滤池出水口高程；
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2.虹吸水位差：

核算结果，虹吸水位差应大于总水头损失h总。

H6：排水井堰口标高；

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6.5 移动罩滤池
移动罩滤池是由若干滤格构成，设有共用的进出水系统，每格滤池在相同的变水头条件下，进行降速过滤，整个滤池又在恒定的进出水位下，以恒定的流量工作。

移动罩滤池池深较浅，结构简单，占地面积小，不需要冲洗水箱或反冲洗水泵，造价较低，与相同规模的普通款滤池相比可省投资20%~30%；不需要大型阀门，管配件少；能够实现自动连续运行；采用等水头减速过滤，出水水质较好；同时由于分格较多，因而可以避免一格滤池冲洗时出水量明显减少的现象。移动罩滤池一般适用于大、中型水厂。
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布置形式

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设计要点：
1.进水部分一般采用中央进水渠进水，
2.出水部分采用带水位稳定器的
虹吸出水管。
集水区高度采用40~70cm；

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移动罩滤池出水系统：

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1.滤池面积和尺寸：

需注意，单格面积一般不大于10m2；（国内最高值）
出水虹吸管速度按0.9m~1.3m/s计算；反冲洗虹吸管按0.7~1.0m/s计算。滤池内水位与出水槽堰板顶高差取1.2~1.5m。其他计算同快滤池与无阀滤池。

T：总过滤周期；
t：冲洗时间；
S：移动罩运行及移动时间；