V型滤池设计计算

3.6V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1气q=15L/(s.m²)，气冲时间气t=3min第二步气、水同时反冲2气q=15L/(s.m²)，1水q=4L/(s.m²)，水气,t=4min第三步水冲强度2水q=5L/(s.m²)，水t=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/T=24—tT24=24—0.2×4824=23.9h2)滤池总面积F=QvT=9.231021000=87.9m²3)滤池的分格滤池底板用混凝土，单格宽B=3.5m,单格长L=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45.5m²，总面积91m²。4)校核强制滤速/v/v=1NNV=12102=20m/h,满足v≤20m/h的要求。5)滤池高度的确定H=1H＋2H＋3H＋4H＋5H＋6H＋7H=0.8＋0.1＋1.2＋1.4＋0.4＋0.3＋0.1=4.3m式中：1H——气水室高度，0.7～0.9m，取0.8m2H——滤板厚度m，取0.1m3H——滤料层厚度m，取1.2m4H——滤层上水深m，取1.4m5H——进水系统跌差m，取0.4m6H——进水总渠超高m，取0.3m7H——滤板承托层厚度m，取0.1m6)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80K为1.2～1.6，均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算清H=1803020)-1gmm（2001()lvd=180×325.0981)5.0-10101.0（×21()1200.280.80.1=19.43㎝式中：清H——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；0m——滤料孔隙率，取0.5；0d——与滤料体积相同的球体直径，㎝，根据厂家提供数据，取为0.1㎝0l——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8～12m/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h≤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开始H=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：水封H=0.3+1H+2H+3H+7H=0.3+0.8+0.1+1.2+0.1=2.5m因为每座滤池过滤水量：单Q=vf=10×45.5=455m³/h=0.13m³/s所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=231.84bh计算得：水封h=23()1.84Qb单=32)0.284.113.0(=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=0.628m2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)反冲洗用水流量反Q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)反水Q=水qf=5×45.5=227.5L/s=0.23m3/s=819m3/hV型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量：表水Q=表水qf=0.0018×45.5=0.082m³/s2)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，配水干管的截面积水干A=反水Q/水干V=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,取水支V=1.0m/s,则配水支管的截面积方孔A=反水Q/水支V=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：小A=0.23/20=0.0115m²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)反冲洗用气量计算反气Q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)反气Q=气qf=15×45.5=682.5L/s=0.68m3/s4)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气干A=气干反气VQ=568.0=0.136m²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，配气支管的截面积气支A=反气Q/气支V=0.68/10=0.068m²每个布气小孔面积:气孔A=气支A/20=0.068/20=0.0034m²，孔口直径气孔d=21)14.30034.04(0.07m，取70mm每孔配气量:气孔Q=反气Q/20=0.68/20=0.034m³/s=122.4m³/h2.5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反气水Q=水qf=4×45.4=182L/s0.18m³/s气水同时反冲洗时反冲洗空气的流量反气Q=气qf=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：气水A=反气水Q/水干V+反气Q/气干V=0.18/1.5+0.68/5=0.12+0.136=0.256m23.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=0.01282m﹤末端截面积1.2m²，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起H=1H+2H+3H+7H+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末H=1H+2H+3H+7H+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=LHH起末-=132.17.1=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，则槽内水位高排集h=1.2-0.3=0.9m，槽宽排集b=1.0m，湿周X=b+2h=1.0+2×0.9=2.8m水流断面排集A=排集b排集h=1.0×0.9=0.9m2水力半径R=排集A/X=0.9/2.8=0.32m水流速度v=niR2132=013.0038.00322132=7.0m/s过流能力排集Q=排集Av=0.90×7.0=6.30m³/s实际过水量反Q=反水Q+表水Q=0.23+0.082=0.312m³/s﹤6.12m³/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Q=21000/2=437.5m3/h=0.122m³/s过水断面vQF8.0122.0=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=0.642Agh计算，其总面积按滤池强制过滤水量计，强制过滤水量强Q1-2122.0=0.122m³/s孔口两侧水位差取0.1m，则孔口总面积Q0.642Agh强孔=64.0122.0×1.08.921=0.136m20.14m2中间孔面积按表面扫洗水量设计：中孔A=孔A×强表水QQ=0.14×122.0082.0=0.09m2孔口宽中孔B=0.9m,孔口高中孔H=0.1m两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积2-中孔孔侧AAA=209.0-14.0=0.03m2孔口宽侧孔B=0.3m，孔口高侧孔H=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。宽顶堰堰宽取宽顶b=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=2/31.84bh计算得：宽顶h=32)84.1(宽顶强bQ=32)484.1122.0(=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，则渠长配渠L=3.5m，当渠内水深配渠h=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，每侧流量强Q/2）v配渠配渠配渠强h2bQ=4.02.02122.0=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配渠R配渠配渠配渠配渠b2hhb=4.02.024.02.0=0.1m配水渠水力坡降配渠i2/32(/R)nv配渠配渠=2/32(0.0131.0/0.17)0.002渠内水面降落2/Lih配渠配渠配渠=0.002×3.5/2=0.0035m因为配水渠最高水位h=配渠h+配渠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:表孔A=4025.014.32×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=0.642Agh，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液vh=2Q20.64A()2g表水表孔=8.92)044.064.02082.0(2=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=2/31.84bh求得，其中b为集水槽长13m，Q为单格反冲洗流量反单Q=反Q/2=0.23/2=0.11