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v型滤池方案

IT圈 admin 27浏览 0评论

2024年7月18日发(作者:问凝旋)

4.1 设计参数

设计水量为:Q=75200m

3

/d=0.859 m

3

/s;

设计滤速采用v=9.5m/h,强制滤速

v

20m/h

滤池采用单层石英砂均质滤料,冲洗方式采用:先气冲洗,再气-水同时冲

洗,最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗

强度和冲洗时间,参数具体如下:

1.冲洗强度

第一步气冲冲洗强度q

气1

=16L/(sm

2

);第二步气-水同时反冲洗,空气强度q

气2

=16L/(sm

2

),水冲洗强度q

水1

=4L/(sm

2

);第三步水冲洗强度q

水2

=6L/(sm

2

)。

反冲洗横扫强度为q

=2L/(sm

2

)。

2.冲洗时间

第一步气冲洗时间t

=3min,第二步气-水同时反冲洗时间t

气水

=4min,单独水

冲时间t

=5min;冲洗时间共计为:t=12min=0.2h;冲洗周期T=48h。

4.2 池体设计

1.滤池工作时间t:

t=24-24t/T=24-0.2 ×24/48=23.9h (式中未考虑排放初滤水);

2. 滤池总面积F:

F=Q/vt=74200/(9.5×23.9)=326.8m2;

3. 滤池分格

选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B=3.5m,长L=12m,面积42m

2

,共四

座,每座面积

f=42

x

2=84

m

2

,总面积336m

2

4. 校核强制滤速

v

'

:

v

'

=Nv/(N-1)=4×9.5/3=12.67m/,

满足v

≤17m/

h

的要求;

5. 滤池的高度确定

滤池超高H

6

=0.4m,滤层上水深H

5

=1.5m,滤层厚度H

4

=1.2m。承托层厚取

H

3

=0.05m。滤板采用H

2

=0.1m厚预制板。滤板下布水区高度取H

1

=0.75m;

滤池的总高度为:

H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=0.75+0.1+0.05+1.2+1.5+0.4=4.0m;

图4-1 滤池高度计算简图

6. 水封井的设计

滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95-1.35mm,不均匀系数1.2-1.6。均粒

滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:

2

1-m

0

v

1

2

Δ

H

=180xx

()

l

0

v

3

g

ψ

d

m

0

0

式中:

Δ

H

—水流通过清洁滤料层的水头损失,

cm

v

—水的运动粘度,

cm

2

/s

20

℃时为

0.0101cm

2

/s

m

0

—滤层空隙率,取

0.5

d

0

—与滤料体积相同的球体直径,

cm

,根据厂家提供的数据

0.1cm

l

0

—滤层厚度,

cm

l

0

=120cm

v

—滤速,

cm/s

v=9.5m/h=0.26cm/s

ψ—滤料颗粒球度系数,天然砂粒为

0.75-0.8

,取

0.8

所以:

2

0.0101

(

1-0.5

)

1

Δ

H

=180××××120×0.26

18.07

cm

3

9810.8×0.1

0.5

2

根据经验,滤速为8-10m/h时,清洁滤料层水头损失一般为30-40cm,计算值

比经验值低,取经验值的底限30cm为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

Δh≤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:

Δ

H

开始

=0.3+0.22=0.52m

为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井出水堰顶标高与滤料

层相同,设计水封井平面尺寸2m×2m,堰底板比滤池底板低0.3m。

水封井出水堰总高为:

H

水封

=0.3+H

1

+H

2

+H

3

=0.3+0.75+0.1+0.05=1.2m;

因为每座滤池的过滤水量:Q

=vf=9.5×84=798m3/h=0.222m3/s。所以水封

井出水堰上水头由矩形堰的流量公式:Q=1.84bh

3/2

计算得:

h

水封

=

Q

1.84b

2

3

0.222

==0.15m

1.84×2

2

3

则反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高0.15+0.52=0.67m。

4.3 反冲洗管渠系统:

1. 反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大,为6L/(s.m

2

),

则:

Q

反水

=q

2×f=6×84=504L/s=0.504 m3/s;

V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量:

Q

表水

=q

表水

×f=2×84=168L/s=0.168m3/s;

Q

=Q

反水

+Q

表水

=0.504+0.168=0.672m3/s;

2. 反冲洗配水系统的断面计算

配水干管进口流量应为1.5m/s,配水干管(渠)的截面积:

A

水干

=Q

反水

/v

干=

0.504/1.5=0.336m2;

反冲洗配水干管选用钢管DN700,流速为1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管

输送到气水分配渠,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按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管或孔口的流速

为1-1.5m/s左右,取v

=1m/s。

则配水支管(渠)的截面积:A

方孔

=Q

反水

/v=0.504/1=0.504m2;

此即配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各布置20个配水方孔,共40个,孔中

心间距0.6m。

面积:A

小孔

=0.504/40=0.0126m2,每个孔口尺寸取0.11m×0.11m。

3.反冲洗用气量Q

的计算

反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算,这时气冲的强度为

16

L

/(s•m

2

,Q

反气

=q

f=16×84=1344L/s=1.344m3/s;

4.配气系统的断面计算

配气干管(渠)进口流速应为5m/s左右,则配气干管(渠)的截面积:

A

气干

=Q

反气

/v

气干

=1.344/5=0.2688m2;

反冲洗配气干管用钢管DN600,流速为4.75m/s,反冲洗用空气,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40个,反冲洗用空气通过配气

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或孔口流速应为10m/s左右,则配气支管(渠)的截面积

为:

A

气支

=Q

反气

/v

气支

=1.344/10=0.1344m

2

每个布气小孔面积:A

气孔

=0.1344/40=0.00336m

2

孔口直径:

d

气孔

=(4x0.0036/π)=0.065m

每孔配气量: q

气孔

= Q

反气

/40=1.344/40=0.0336m

3

/s=120.96 m

3

/h;

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量为:

Q

反水

=q

f=4×84=336L/s=0.336m3/s;

气水同时反冲洗时,反冲洗时用空气的流量:

Q

反气

=q

f=16×84=1344L/s=1.344m

3

/s;

气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值,则气水分配干

渠的断面积:

A

反气水

=

Q

反水

v

反水

+

Q

反气

v

反气

=

0.3361.344

+=0.49

m

2

1.55

4.4 滤池管渠的布置

4.4.1 反冲洗管渠

1.气水分配渠

气水分配渠起端宽取1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m,则起端截面

积0.6m

2

,末端截面积0.4m

2

。两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水方孔,

孔间距0.6m,共40个配气小孔和40个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面

积0.5/40=0.0125m

2

﹤末端截面积0.4m

2

,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,气水分配槽起端高度为1.5m,则排水

集水槽起端槽高:

H

=H

1

+H

2

+H

3

+H

4

+0.5—1.5=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.5=1.1m;

气水分配槽末端高度为1.0m,则排水槽末端高度为:

H

=H

1

+H

2

+H

3

+H

4

+0.5—1.0=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.0=1.6m;

底坡:(1.6—1.1)/12≈0.0417

0

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。

设集水槽超高为0.3m,则槽内水位高:h=1.1-0.3=0.8m,

槽宽:b=0.9Q

0.4

=0.9×0.859

0.4

=0.85m,取b=1.0m;

湿周:χ=b+2h=1.0+2×0.8=2.6m;

水流断面:A=bh=1.0×0.8=0.8m;

水力半径:R=A/χ=0.8/2.6=0.308m;

水流速度:

v

=

2

1

3

2

2

3

1

2

Ri

n

=

0.308×0.0417

0.013

7.16

m

/

s

过流能力:Q=Av=0.8×7.16=5.728m

3

/s

实际过水量:Q

要求。

4.4.2 进水系统

1.进水渠

四座滤池进渠过水流量按强制过滤流量计,渠中流速为0.8-1.2m/s,取v

=1.0m/s。

强制过滤流量:

Q

=7×10

4

×1.06/3=24733m

3

/d=0.286m

3

/s (滤池工作时间

t

=23.9h);

进水支渠水流断面积:A

=Q

/v=0.286/1=0.286m

2

进水支渠宽:b=0.9Q

0.4

=0.9×0.286

0.4

=0.55m,取b=0.6m,则高:h=A

b=0.286/0.6=0.48m, 取h=0.5m考虑超高0.3m。则进水渠高为0.8m,考虑到施

四座滤池公用一个进水总渠,总渠流量:

实际

=Q

反水

+Q

表水

=0.504+0.168=0.672m

3

/s<Q=5.728m

3

/s,满足

工方便,进水渠高与配水渠高相同,故取1.0m。

Q

=0.859m

3

/s (滤池工作时间t=23.9h);

进水总渠水流断面积:A

=Q

/v=0.859/1=0.859m

2

进水总渠宽:B=0.9Q

0.4

=0.9×0.859

0.4

=0.85m,取b=1.0m,高:H=A

/B=0.859

/1.0=0.859m,取H=0.9m考虑超高0.3m。则进水总渠高为1.2m。

2.每座滤池的进水孔

每座滤池由进水侧壁开3个进水孔。两侧进水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,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按

孔口淹没出流公式

Q

=0.64

A

2gh

计算.其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口

两侧水位差取0.1m,

A

总孔

=

Q

0.642

gh

=

0.292

0.64×2×9.81×0.1

≈0.32

m

2

中间孔面积及表面扫洗水量的计算:

A

中孔

=A

总孔

Q

表水

/Q

=0.32×0.168/0.292=0.18m

2

孔口宽:

b

中孔

=0.9Q

0.4

表水

=0.9×0.168

0.4

=0.46m,

取b

中孔

=0.5m,则高h

中孔

=0.4m;

两个侧孔口设闸门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积:

A

侧孔

=(A

总孔

-A

中孔

)/2=(0.32-0.18)/2=0.07 m

2

孔口宽:

0.40.4

b

侧孔

=0.9(Q

/2-Q

表水

/2)=0.9×(0.292/2-0.168/2)≈0.30m,

则高h

侧孔

=0.3m。

3.每座滤池内设的宽顶堰

为保证进水的稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配

水渠,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。设宽顶堰堰上水头:△H=0.15m,

宽顶堰与进水总渠平行设置,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

=1.84bh

得,

3

2

b

=

Q

0.286

==2.7

m

1.84

h

3/2

1.84×0.15

3/2

宽顶堰堰宽b=3m。

4.每座滤池的配水渠

进入每座滤池的浑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b

配水渠

=0.4m,渠高为1.0m,渠总长等于滤池总宽.

则渠长L

配水渠

=7+0.4=7.4m.当渠内水深h

配水渠

=0.4m时,流速(进来的浑水由分配渠

中段向渠两侧进水孔流去,每侧流量为

Q

/2

):

V

配水渠

=Q

/2b

配水渠

L

配水渠

=0.286/(2×0.4×0.4)=0.89m/s,满足滤池进水

管渠流速在0.8-1.2m/s的要求。

4.4.3 V型槽的设计

1.扫洗水布水孔

V型槽底部开有水平布水孔,表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀

布置,内径一般为20~30

mm

,过孔流速为

2.0m/s

左右,本设计采用d

v孔

=0.025m,

v

v孔

=2m/s。

每座滤池V型槽的水平布水孔总截面积为:

A

v

=

Q

表水

v

v

=

0.168

=0.084m

2

2.0

每座滤池V型槽的水平布水孔总数为:

N

=

1

2

d

v

4

A

v

=

0.084

1

x3.14x0.025

2

4

=168

每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为80个,布水孔间距为0.15m。

2.V型槽垂直高度的确定

滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50~100mm,本设计采用:h

1

=0.1m。

根据孔口出流公式

Q

=0.64

A

2gh

,则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池

反冲洗时液面的高度h

2

为:

0.168

[

Q

表水

]

2x0.64x0.04

/2x0.64

A

表孔

h2===0.55m

2g2x9.8

2

扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50~150mm,本设计采

用:h

3

=150mm=0.15m。

取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为:h

4

=0.21m;

反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式

Q

=1.84bh

3/2

求得,其

b

为集水槽长,

b=

L

=12m

;Q

反单

为单格滤池反冲洗水量:

Q

反单

=

Q

/2=0.672/2=0.336

m

3

/

s

则反冲洗时排水集水槽的堰上水头h

5

为:

]

=

[

0.336/(1.84x12

]

=0.06m

h

5

=

[

Q

反单

/

1.84b

2

3

2

3

V型槽的垂直高度为:

h

1

+h

2

+h

3

+h

5

=0.1+0.55+0.15+0.21=1.01m;

V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为:

h

1

+h

2

+h

5

=0.1+0.55+0.06=0.71m;

V型槽的倾角采用45°。

3. 校核过滤时V型槽流速

V型槽在滤池过滤时处于淹没状态,槽内设计始端流速不大于

0.6m/s

V型槽过滤时始端的截面积为:

1

A

v

=x0.95

2

=0.451m

2

2

单格滤池过滤时V型槽的流量为:

q=Q/8=0.859/8=0.107m

3

/s

滤池过滤时V型槽始端流速为:

v

v始

= q/A

v始

=0.107/0.451=0.237m/s<0.6m/s,满足要求

4.校核反冲洗时V型槽流速

V型槽内设计始端流速不大于

0.6m/s

V型槽反冲洗时始端的截面积为:

1

A

v

=x0.85

2

=0.36m

2

2

单格滤池反冲洗时V型槽的流量为:

q=Q

表水

/2=0.168/2=0.084m

3

/s

滤池反冲洗时V型槽始端流速为:

v

v始

= q/A

v始

=0.084/0.36=0.23m/s<0.6m/s,满足要求。

4.5冲洗水的供应:

1.冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失

Δh

1

反洗配水干管用钢管,DN700,管内流速为

v=

4

Q

4x 0.504

==1.31

m

/s

π

D

2

3.14x 0.7

2

Δh

f

=

iL

=0.00288x50=0.144m

,

1000i=2.88m,布置管长总计为50m。则反冲洗总管的沿程水头损失

主要配件及局部阻力系数

见下表:

配件名称

90º弯头

DN600闸阀

等径四通

ζ

,

数量/个

2

2

2

局部阻力系数

2x1.02=2.04

2x0.15=0.3

2x3.0=6.0

8.34

v

2

1.31

2

Δh

j

=

ζ

=8.34x=0.73m

2g2x9.8

则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失:

Δh

1

h

f

h

j

=0.144+0.73=0.874

m

2. 清水池最低水位与排水槽堰顶的高差H

0

=0.5m

3. 滤池配水系统的水头损失

Δh

2

(a)气水分配渠的水头损失按最不利条件,即气水同时反冲洗时计算。此时渠

上部是空气,下部是反冲洗水,按矩形暗管(非满流,n=0.013)近似计算。

气水同时反冲洗时,

Q

气水

=0.336m

3

/s=0.34m

3

/s

则气水分配渠内的水面

高为:

h反水=

Q

反气水/(

v

水干b气水)=0.336/(1.5x0.4)=0.56

m

,,,

水力坡降

i

反渠

=

(

nv

/

R

2/3

2

)

=(0.013x1.5/0.15

2/3

)

2

=0.005

渠内的水头损失

Δh

反水

=i

反水

l

反水

=0.005x12=0.06m

(b)气水分配干渠底部配水方孔水头损失

Δh

方孔

气水分配干渠底部配水方孔水头损失按孔口淹没出流公式,

Q=0.8A2gh

算。其中

Q

Q

反气水

,A为配水方孔的总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部

分内容可知,配水方孔的实际总面积为

A

方孔

=0.504m

2

。则:

]

/2g=

[

0.34/(0.8x0.504

]

/(2x9.8)=0.036

m

Δh

方孔

=

[

Q

/(0.8

A

方孔)

22

(c)查手册,反洗水经过滤头的水头损失

Δh

≤0.22m

(d)气水同时通过滤头时增加的水头损失

Δh

气水同时反冲洗时气水比

n=15/4=3.75

,长柄滤头配气系统的滤帽缝隙

总面积与滤池过滤总面积之比约为1.25%,则长柄滤头中的水流速度

V

柄=

Q

反气水/(1.25%

f

)=0.34/(1.25%x84)=0.3

m

/

s

通过滤头时增加的水头损失

Δh

=9810n

0.01+0.01v+0.12v

2

=9810x3.75x

0.01+0.01x0.3+0.12x0.3

2

=655pa=0.067m

H

2

O

则滤池配水系统的水头损失

Δh

2

=Δh

反水

+Δh

方孔

+Δh

+Δh

=0.06+0.036+0.22+0.067=0.38m

4. 砂滤层的水头损失

Δh

3

3

3

γ=1t/m

=2.65t/m

滤料为石英砂,容重

γ

,水所谓容重为,石英砂滤

1

料膨胀前的孔隙率

m

0

=0.41

,滤料层膨胀前的厚度

H

3

=1.0m

。则滤料层的水

头损失

(γ)(1-m

0

H

3

=(2.65-1)(1-0.41)x1.0=0.97m

Δh

3

=

1

/γ-1

5. 富裕水头

Δh

4

取1.5m,则反冲洗水泵的最小扬程为:

H

水泵

=

H

0

+Δh

1

+Δh

2

+Δh

3

+Δh

4

=5+0.87+0.38+0.97+1.5=8.72

选四台250S14单级双吸离心泵,三用一备。扬程为11米时,每台泵的流量为

576

m

3

/h

4.6 反洗空气的供给

1.长柄滤头的气压损失

Δp

滤头

气水同时反冲洗时,反冲洗用空气流量

Q

反气

长柄滤头采用网状

1.344m

3

/s

布置,约55个/

m

2

,则每座滤池共计安装长柄滤头

n=55x84=4620个

每个滤头的通气量

1.34x41000/4620=0.29

L

/

S

根据厂家提供的数据,在该气体流量下的压力损失最大为:

Δ

P

滤头

=3000pa=3kpa

2. 气水分配渠配气小孔的气压损失

Δp

气孔

反冲洗时气体通过配气小孔的流速:

v

气孔

=

Q

气孔

/

A

气孔

=0.0336/0.00332=10.12

m

/

s

压力损失按孔口出流公式

Q

=3600

μ

A

2

g

式中:

μ-孔口流量系数,

μ

=0.6;

Δ

p

计算

γ

A

-孔口面积,

m

2

Δp

-压力损失,mm水柱;

g

-重力加速度,

g=9.8m

2

/

s

Q

-气体流量,

m

3

/h

γ-水的相对密度,1。

则气水分配渠配气小孔的气压损失:

Δp

气孔

=

Q

气孔

γ)

/(2x3600

2

μ

2

A

气孔

g

2

=113.4

2

/(2x3600x0.6

2

x0.00332x9.8

2

22

14.5mm

H

2

O

3.配气管道的总压力损失

p

(a)配气管道的沿程压力损失

p

1

反冲洗空气流量

1.344m

3

/s

,配气干管用DN600钢管,流速4.75m/s,满足

配气干管(渠)流速为为5m/s左右的条件。反冲洗空气管总长为50m,气水分

配渠内的压力损失忽略不计。

反冲洗管道内的空气气压计算公式:

(1.5+

H

气压

)x9.8

Δ

P

气压

=

式中,

p

气压

-空气压力,kPa;

H

气压

-长柄滤头距反冲洗水面的高度,m,

H

气压

=1.5m

则反冲洗时空气管内的气体压力:

p

空气

=(1.5+

H

气压

)x9.8=(1.5+1.5)x9.8=29.4kpa

空气温度按30℃考虑,查表,空气管道的摩阻为

9.8kPa/1000m

则配气管道沿程压力损失为

Δp

1

=9.8x50/1000=0.49

kpa

(b)配气管道的局部压力损失

Δp

2

主要配件及长度换算系数

K

见下表:

配件名称

DN60090º弯头

DN600闸阀

等径三通

总K

式中:

l

0

-管道当量长度,m;

数量/个

4

3

2

长度换算系数K

0.7x4=2.8

0.25x3=0.75

1.33x2=2.66

6.21

当量长度的换算公式:

l

0

=55.5

KD

1/2

D

-管径,m;

K

-长度换算系数。

空气管配件换算长度

l0=55.5x6.21x0.6

1/2

=186.7

m

则局部压力损失

Δp

2

=186x9.8/1000=1.82

kpa

配气管道的总压力损失

ΔP

=ΔP

1

+ΔP

2

=0.49+1.83=2.32kpa

4. 气水分配室中的冲洗水水压

p

水压

(只计算设水塔反冲洗的情况,设水泵反冲

洗的计算方法相同)

P

水压

=

H

水泵

-Δh

1

-Δh

反水

-Δh

小孔

x9.8

=

8.32-0.87-0.06-0.028

x9.81=76.1kpa

本系统采用气水同时反冲洗,对气压的要求最不利情况发生在气水同时反冲

洗时。此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压为:

p

出口

=p

+p

+p

水压

+p

式中:

p

-输气管道的压力总损失,kPa;

p

-配气系统的压力损失,kPa,本设计

P

P

滤头

P

气孔

=3+0.15=3.15kpa

p

水压

-气水冲洗室中的冲洗水水压,kPa;

p

-富余压力,4.9 kPa。

所以,鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为:

P

出口=2.32+3.15+76.1+4.9=86.47kpa

5. 设备选型

根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风压要求选C90-1.5型

离心鼓风机2台,一用一备。风量为90

m

3

/min

,风压为100kPa,电动机功率为

110kw。

2024年7月18日发(作者:问凝旋)

4.1 设计参数

设计水量为:Q=75200m

3

/d=0.859 m

3

/s;

设计滤速采用v=9.5m/h,强制滤速

v

20m/h

滤池采用单层石英砂均质滤料,冲洗方式采用:先气冲洗,再气-水同时冲

洗,最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗

强度和冲洗时间,参数具体如下:

1.冲洗强度

第一步气冲冲洗强度q

气1

=16L/(sm

2

);第二步气-水同时反冲洗,空气强度q

气2

=16L/(sm

2

),水冲洗强度q

水1

=4L/(sm

2

);第三步水冲洗强度q

水2

=6L/(sm

2

)。

反冲洗横扫强度为q

=2L/(sm

2

)。

2.冲洗时间

第一步气冲洗时间t

=3min,第二步气-水同时反冲洗时间t

气水

=4min,单独水

冲时间t

=5min;冲洗时间共计为:t=12min=0.2h;冲洗周期T=48h。

4.2 池体设计

1.滤池工作时间t:

t=24-24t/T=24-0.2 ×24/48=23.9h (式中未考虑排放初滤水);

2. 滤池总面积F:

F=Q/vt=74200/(9.5×23.9)=326.8m2;

3. 滤池分格

选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B=3.5m,长L=12m,面积42m

2

,共四

座,每座面积

f=42

x

2=84

m

2

,总面积336m

2

4. 校核强制滤速

v

'

:

v

'

=Nv/(N-1)=4×9.5/3=12.67m/,

满足v

≤17m/

h

的要求;

5. 滤池的高度确定

滤池超高H

6

=0.4m,滤层上水深H

5

=1.5m,滤层厚度H

4

=1.2m。承托层厚取

H

3

=0.05m。滤板采用H

2

=0.1m厚预制板。滤板下布水区高度取H

1

=0.75m;

滤池的总高度为:

H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=0.75+0.1+0.05+1.2+1.5+0.4=4.0m;

图4-1 滤池高度计算简图

6. 水封井的设计

滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95-1.35mm,不均匀系数1.2-1.6。均粒

滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:

2

1-m

0

v

1

2

Δ

H

=180xx

()

l

0

v

3

g

ψ

d

m

0

0

式中:

Δ

H

—水流通过清洁滤料层的水头损失,

cm

v

—水的运动粘度,

cm

2

/s

20

℃时为

0.0101cm

2

/s

m

0

—滤层空隙率,取

0.5

d

0

—与滤料体积相同的球体直径,

cm

,根据厂家提供的数据

0.1cm

l

0

—滤层厚度,

cm

l

0

=120cm

v

—滤速,

cm/s

v=9.5m/h=0.26cm/s

ψ—滤料颗粒球度系数,天然砂粒为

0.75-0.8

,取

0.8

所以:

2

0.0101

(

1-0.5

)

1

Δ

H

=180××××120×0.26

18.07

cm

3

9810.8×0.1

0.5

2

根据经验,滤速为8-10m/h时,清洁滤料层水头损失一般为30-40cm,计算值

比经验值低,取经验值的底限30cm为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

Δh≤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:

Δ

H

开始

=0.3+0.22=0.52m

为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井出水堰顶标高与滤料

层相同,设计水封井平面尺寸2m×2m,堰底板比滤池底板低0.3m。

水封井出水堰总高为:

H

水封

=0.3+H

1

+H

2

+H

3

=0.3+0.75+0.1+0.05=1.2m;

因为每座滤池的过滤水量:Q

=vf=9.5×84=798m3/h=0.222m3/s。所以水封

井出水堰上水头由矩形堰的流量公式:Q=1.84bh

3/2

计算得:

h

水封

=

Q

1.84b

2

3

0.222

==0.15m

1.84×2

2

3

则反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高0.15+0.52=0.67m。

4.3 反冲洗管渠系统:

1. 反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大,为6L/(s.m

2

),

则:

Q

反水

=q

2×f=6×84=504L/s=0.504 m3/s;

V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量:

Q

表水

=q

表水

×f=2×84=168L/s=0.168m3/s;

Q

=Q

反水

+Q

表水

=0.504+0.168=0.672m3/s;

2. 反冲洗配水系统的断面计算

配水干管进口流量应为1.5m/s,配水干管(渠)的截面积:

A

水干

=Q

反水

/v

干=

0.504/1.5=0.336m2;

反冲洗配水干管选用钢管DN700,流速为1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管

输送到气水分配渠,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按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管或孔口的流速

为1-1.5m/s左右,取v

=1m/s。

则配水支管(渠)的截面积:A

方孔

=Q

反水

/v=0.504/1=0.504m2;

此即配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各布置20个配水方孔,共40个,孔中

心间距0.6m。

面积:A

小孔

=0.504/40=0.0126m2,每个孔口尺寸取0.11m×0.11m。

3.反冲洗用气量Q

的计算

反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算,这时气冲的强度为

16

L

/(s•m

2

,Q

反气

=q

f=16×84=1344L/s=1.344m3/s;

4.配气系统的断面计算

配气干管(渠)进口流速应为5m/s左右,则配气干管(渠)的截面积:

A

气干

=Q

反气

/v

气干

=1.344/5=0.2688m2;

反冲洗配气干管用钢管DN600,流速为4.75m/s,反冲洗用空气,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40个,反冲洗用空气通过配气

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或孔口流速应为10m/s左右,则配气支管(渠)的截面积

为:

A

气支

=Q

反气

/v

气支

=1.344/10=0.1344m

2

每个布气小孔面积:A

气孔

=0.1344/40=0.00336m

2

孔口直径:

d

气孔

=(4x0.0036/π)=0.065m

每孔配气量: q

气孔

= Q

反气

/40=1.344/40=0.0336m

3

/s=120.96 m

3

/h;

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量为:

Q

反水

=q

f=4×84=336L/s=0.336m3/s;

气水同时反冲洗时,反冲洗时用空气的流量:

Q

反气

=q

f=16×84=1344L/s=1.344m

3

/s;

气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值,则气水分配干

渠的断面积:

A

反气水

=

Q

反水

v

反水

+

Q

反气

v

反气

=

0.3361.344

+=0.49

m

2

1.55

4.4 滤池管渠的布置

4.4.1 反冲洗管渠

1.气水分配渠

气水分配渠起端宽取1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m,则起端截面

积0.6m

2

,末端截面积0.4m

2

。两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水方孔,

孔间距0.6m,共40个配气小孔和40个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面

积0.5/40=0.0125m

2

﹤末端截面积0.4m

2

,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,气水分配槽起端高度为1.5m,则排水

集水槽起端槽高:

H

=H

1

+H

2

+H

3

+H

4

+0.5—1.5=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.5=1.1m;

气水分配槽末端高度为1.0m,则排水槽末端高度为:

H

=H

1

+H

2

+H

3

+H

4

+0.5—1.0=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.0=1.6m;

底坡:(1.6—1.1)/12≈0.0417

0

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。

设集水槽超高为0.3m,则槽内水位高:h=1.1-0.3=0.8m,

槽宽:b=0.9Q

0.4

=0.9×0.859

0.4

=0.85m,取b=1.0m;

湿周:χ=b+2h=1.0+2×0.8=2.6m;

水流断面:A=bh=1.0×0.8=0.8m;

水力半径:R=A/χ=0.8/2.6=0.308m;

水流速度:

v

=

2

1

3

2

2

3

1

2

Ri

n

=

0.308×0.0417

0.013

7.16

m

/

s

过流能力:Q=Av=0.8×7.16=5.728m

3

/s

实际过水量:Q

要求。

4.4.2 进水系统

1.进水渠

四座滤池进渠过水流量按强制过滤流量计,渠中流速为0.8-1.2m/s,取v

=1.0m/s。

强制过滤流量:

Q

=7×10

4

×1.06/3=24733m

3

/d=0.286m

3

/s (滤池工作时间

t

=23.9h);

进水支渠水流断面积:A

=Q

/v=0.286/1=0.286m

2

进水支渠宽:b=0.9Q

0.4

=0.9×0.286

0.4

=0.55m,取b=0.6m,则高:h=A

b=0.286/0.6=0.48m, 取h=0.5m考虑超高0.3m。则进水渠高为0.8m,考虑到施

四座滤池公用一个进水总渠,总渠流量:

实际

=Q

反水

+Q

表水

=0.504+0.168=0.672m

3

/s<Q=5.728m

3

/s,满足

工方便,进水渠高与配水渠高相同,故取1.0m。

Q

=0.859m

3

/s (滤池工作时间t=23.9h);

进水总渠水流断面积:A

=Q

/v=0.859/1=0.859m

2

进水总渠宽:B=0.9Q

0.4

=0.9×0.859

0.4

=0.85m,取b=1.0m,高:H=A

/B=0.859

/1.0=0.859m,取H=0.9m考虑超高0.3m。则进水总渠高为1.2m。

2.每座滤池的进水孔

每座滤池由进水侧壁开3个进水孔。两侧进水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,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按

孔口淹没出流公式

Q

=0.64

A

2gh

计算.其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口

两侧水位差取0.1m,

A

总孔

=

Q

0.642

gh

=

0.292

0.64×2×9.81×0.1

≈0.32

m

2

中间孔面积及表面扫洗水量的计算:

A

中孔

=A

总孔

Q

表水

/Q

=0.32×0.168/0.292=0.18m

2

孔口宽:

b

中孔

=0.9Q

0.4

表水

=0.9×0.168

0.4

=0.46m,

取b

中孔

=0.5m,则高h

中孔

=0.4m;

两个侧孔口设闸门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积:

A

侧孔

=(A

总孔

-A

中孔

)/2=(0.32-0.18)/2=0.07 m

2

孔口宽:

0.40.4

b

侧孔

=0.9(Q

/2-Q

表水

/2)=0.9×(0.292/2-0.168/2)≈0.30m,

则高h

侧孔

=0.3m。

3.每座滤池内设的宽顶堰

为保证进水的稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配

水渠,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。设宽顶堰堰上水头:△H=0.15m,

宽顶堰与进水总渠平行设置,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

=1.84bh

得,

3

2

b

=

Q

0.286

==2.7

m

1.84

h

3/2

1.84×0.15

3/2

宽顶堰堰宽b=3m。

4.每座滤池的配水渠

进入每座滤池的浑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b

配水渠

=0.4m,渠高为1.0m,渠总长等于滤池总宽.

则渠长L

配水渠

=7+0.4=7.4m.当渠内水深h

配水渠

=0.4m时,流速(进来的浑水由分配渠

中段向渠两侧进水孔流去,每侧流量为

Q

/2

):

V

配水渠

=Q

/2b

配水渠

L

配水渠

=0.286/(2×0.4×0.4)=0.89m/s,满足滤池进水

管渠流速在0.8-1.2m/s的要求。

4.4.3 V型槽的设计

1.扫洗水布水孔

V型槽底部开有水平布水孔,表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀

布置,内径一般为20~30

mm

,过孔流速为

2.0m/s

左右,本设计采用d

v孔

=0.025m,

v

v孔

=2m/s。

每座滤池V型槽的水平布水孔总截面积为:

A

v

=

Q

表水

v

v

=

0.168

=0.084m

2

2.0

每座滤池V型槽的水平布水孔总数为:

N

=

1

2

d

v

4

A

v

=

0.084

1

x3.14x0.025

2

4

=168

每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为80个,布水孔间距为0.15m。

2.V型槽垂直高度的确定

滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50~100mm,本设计采用:h

1

=0.1m。

根据孔口出流公式

Q

=0.64

A

2gh

,则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池

反冲洗时液面的高度h

2

为:

0.168

[

Q

表水

]

2x0.64x0.04

/2x0.64

A

表孔

h2===0.55m

2g2x9.8

2

扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50~150mm,本设计采

用:h

3

=150mm=0.15m。

取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为:h

4

=0.21m;

反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式

Q

=1.84bh

3/2

求得,其

b

为集水槽长,

b=

L

=12m

;Q

反单

为单格滤池反冲洗水量:

Q

反单

=

Q

/2=0.672/2=0.336

m

3

/

s

则反冲洗时排水集水槽的堰上水头h

5

为:

]

=

[

0.336/(1.84x12

]

=0.06m

h

5

=

[

Q

反单

/

1.84b

2

3

2

3

V型槽的垂直高度为:

h

1

+h

2

+h

3

+h

5

=0.1+0.55+0.15+0.21=1.01m;

V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为:

h

1

+h

2

+h

5

=0.1+0.55+0.06=0.71m;

V型槽的倾角采用45°。

3. 校核过滤时V型槽流速

V型槽在滤池过滤时处于淹没状态,槽内设计始端流速不大于

0.6m/s

V型槽过滤时始端的截面积为:

1

A

v

=x0.95

2

=0.451m

2

2

单格滤池过滤时V型槽的流量为:

q=Q/8=0.859/8=0.107m

3

/s

滤池过滤时V型槽始端流速为:

v

v始

= q/A

v始

=0.107/0.451=0.237m/s<0.6m/s,满足要求

4.校核反冲洗时V型槽流速

V型槽内设计始端流速不大于

0.6m/s

V型槽反冲洗时始端的截面积为:

1

A

v

=x0.85

2

=0.36m

2

2

单格滤池反冲洗时V型槽的流量为:

q=Q

表水

/2=0.168/2=0.084m

3

/s

滤池反冲洗时V型槽始端流速为:

v

v始

= q/A

v始

=0.084/0.36=0.23m/s<0.6m/s,满足要求。

4.5冲洗水的供应:

1.冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失

Δh

1

反洗配水干管用钢管,DN700,管内流速为

v=

4

Q

4x 0.504

==1.31

m

/s

π

D

2

3.14x 0.7

2

Δh

f

=

iL

=0.00288x50=0.144m

,

1000i=2.88m,布置管长总计为50m。则反冲洗总管的沿程水头损失

主要配件及局部阻力系数

见下表:

配件名称

90º弯头

DN600闸阀

等径四通

ζ

,

数量/个

2

2

2

局部阻力系数

2x1.02=2.04

2x0.15=0.3

2x3.0=6.0

8.34

v

2

1.31

2

Δh

j

=

ζ

=8.34x=0.73m

2g2x9.8

则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失:

Δh

1

h

f

h

j

=0.144+0.73=0.874

m

2. 清水池最低水位与排水槽堰顶的高差H

0

=0.5m

3. 滤池配水系统的水头损失

Δh

2

(a)气水分配渠的水头损失按最不利条件,即气水同时反冲洗时计算。此时渠

上部是空气,下部是反冲洗水,按矩形暗管(非满流,n=0.013)近似计算。

气水同时反冲洗时,

Q

气水

=0.336m

3

/s=0.34m

3

/s

则气水分配渠内的水面

高为:

h反水=

Q

反气水/(

v

水干b气水)=0.336/(1.5x0.4)=0.56

m

,,,

水力坡降

i

反渠

=

(

nv

/

R

2/3

2

)

=(0.013x1.5/0.15

2/3

)

2

=0.005

渠内的水头损失

Δh

反水

=i

反水

l

反水

=0.005x12=0.06m

(b)气水分配干渠底部配水方孔水头损失

Δh

方孔

气水分配干渠底部配水方孔水头损失按孔口淹没出流公式,

Q=0.8A2gh

算。其中

Q

Q

反气水

,A为配水方孔的总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部

分内容可知,配水方孔的实际总面积为

A

方孔

=0.504m

2

。则:

]

/2g=

[

0.34/(0.8x0.504

]

/(2x9.8)=0.036

m

Δh

方孔

=

[

Q

/(0.8

A

方孔)

22

(c)查手册,反洗水经过滤头的水头损失

Δh

≤0.22m

(d)气水同时通过滤头时增加的水头损失

Δh

气水同时反冲洗时气水比

n=15/4=3.75

,长柄滤头配气系统的滤帽缝隙

总面积与滤池过滤总面积之比约为1.25%,则长柄滤头中的水流速度

V

柄=

Q

反气水/(1.25%

f

)=0.34/(1.25%x84)=0.3

m

/

s

通过滤头时增加的水头损失

Δh

=9810n

0.01+0.01v+0.12v

2

=9810x3.75x

0.01+0.01x0.3+0.12x0.3

2

=655pa=0.067m

H

2

O

则滤池配水系统的水头损失

Δh

2

=Δh

反水

+Δh

方孔

+Δh

+Δh

=0.06+0.036+0.22+0.067=0.38m

4. 砂滤层的水头损失

Δh

3

3

3

γ=1t/m

=2.65t/m

滤料为石英砂,容重

γ

,水所谓容重为,石英砂滤

1

料膨胀前的孔隙率

m

0

=0.41

,滤料层膨胀前的厚度

H

3

=1.0m

。则滤料层的水

头损失

(γ)(1-m

0

H

3

=(2.65-1)(1-0.41)x1.0=0.97m

Δh

3

=

1

/γ-1

5. 富裕水头

Δh

4

取1.5m,则反冲洗水泵的最小扬程为:

H

水泵

=

H

0

+Δh

1

+Δh

2

+Δh

3

+Δh

4

=5+0.87+0.38+0.97+1.5=8.72

选四台250S14单级双吸离心泵,三用一备。扬程为11米时,每台泵的流量为

576

m

3

/h

4.6 反洗空气的供给

1.长柄滤头的气压损失

Δp

滤头

气水同时反冲洗时,反冲洗用空气流量

Q

反气

长柄滤头采用网状

1.344m

3

/s

布置,约55个/

m

2

,则每座滤池共计安装长柄滤头

n=55x84=4620个

每个滤头的通气量

1.34x41000/4620=0.29

L

/

S

根据厂家提供的数据,在该气体流量下的压力损失最大为:

Δ

P

滤头

=3000pa=3kpa

2. 气水分配渠配气小孔的气压损失

Δp

气孔

反冲洗时气体通过配气小孔的流速:

v

气孔

=

Q

气孔

/

A

气孔

=0.0336/0.00332=10.12

m

/

s

压力损失按孔口出流公式

Q

=3600

μ

A

2

g

式中:

μ-孔口流量系数,

μ

=0.6;

Δ

p

计算

γ

A

-孔口面积,

m

2

Δp

-压力损失,mm水柱;

g

-重力加速度,

g=9.8m

2

/

s

Q

-气体流量,

m

3

/h

γ-水的相对密度,1。

则气水分配渠配气小孔的气压损失:

Δp

气孔

=

Q

气孔

γ)

/(2x3600

2

μ

2

A

气孔

g

2

=113.4

2

/(2x3600x0.6

2

x0.00332x9.8

2

22

14.5mm

H

2

O

3.配气管道的总压力损失

p

(a)配气管道的沿程压力损失

p

1

反冲洗空气流量

1.344m

3

/s

,配气干管用DN600钢管,流速4.75m/s,满足

配气干管(渠)流速为为5m/s左右的条件。反冲洗空气管总长为50m,气水分

配渠内的压力损失忽略不计。

反冲洗管道内的空气气压计算公式:

(1.5+

H

气压

)x9.8

Δ

P

气压

=

式中,

p

气压

-空气压力,kPa;

H

气压

-长柄滤头距反冲洗水面的高度,m,

H

气压

=1.5m

则反冲洗时空气管内的气体压力:

p

空气

=(1.5+

H

气压

)x9.8=(1.5+1.5)x9.8=29.4kpa

空气温度按30℃考虑,查表,空气管道的摩阻为

9.8kPa/1000m

则配气管道沿程压力损失为

Δp

1

=9.8x50/1000=0.49

kpa

(b)配气管道的局部压力损失

Δp

2

主要配件及长度换算系数

K

见下表:

配件名称

DN60090º弯头

DN600闸阀

等径三通

总K

式中:

l

0

-管道当量长度,m;

数量/个

4

3

2

长度换算系数K

0.7x4=2.8

0.25x3=0.75

1.33x2=2.66

6.21

当量长度的换算公式:

l

0

=55.5

KD

1/2

D

-管径,m;

K

-长度换算系数。

空气管配件换算长度

l0=55.5x6.21x0.6

1/2

=186.7

m

则局部压力损失

Δp

2

=186x9.8/1000=1.82

kpa

配气管道的总压力损失

ΔP

=ΔP

1

+ΔP

2

=0.49+1.83=2.32kpa

4. 气水分配室中的冲洗水水压

p

水压

(只计算设水塔反冲洗的情况,设水泵反冲

洗的计算方法相同)

P

水压

=

H

水泵

-Δh

1

-Δh

反水

-Δh

小孔

x9.8

=

8.32-0.87-0.06-0.028

x9.81=76.1kpa

本系统采用气水同时反冲洗,对气压的要求最不利情况发生在气水同时反冲

洗时。此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压为:

p

出口

=p

+p

+p

水压

+p

式中:

p

-输气管道的压力总损失,kPa;

p

-配气系统的压力损失,kPa,本设计

P

P

滤头

P

气孔

=3+0.15=3.15kpa

p

水压

-气水冲洗室中的冲洗水水压,kPa;

p

-富余压力,4.9 kPa。

所以,鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为:

P

出口=2.32+3.15+76.1+4.9=86.47kpa

5. 设备选型

根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风压要求选C90-1.5型

离心鼓风机2台,一用一备。风量为90

m

3

/min

,风压为100kPa,电动机功率为

110kw。

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