水处理工程课程设计

1、水处理工程（一）课程设计第一章 总 论1、设计任务及要求1.1设计任务给水工程课程设计题目是“某给水厂课程设计”，其内容包括以下部分：1）确定净水厂设计规模；2）工艺流程选择；3）水处理构筑物选型及工艺设计计算；4）平面布置，绘制水厂总平面布置图； 5）进行水力计算与高程布置计算，绘制高程布置图。1.2 设计内容内容包括： 水厂平面布置图（比例1:500-1:1000）。图中应表示出各构筑物平面坐标，图左下角为零坐标；辅助建筑物位置；厂区道路、绿化等，还应有管线图例，构筑物一览表。高程布置图（横向比例1:500-1:1000，纵向比例1:50-1:200）。图中应标出各构筑物的顶、底、水面、连

2、接管渠标高、地面标高。2、 设计原始资料a、城市用水量20万t/d b、厂址区水文地质资料厂址区土质为亚粘土，冰冻深度-0.3m，地下水位为-6m，年降水量1500 mm，年最高气温38，最低气温-10，年平均气温20，主导风向东南风。c、厂址区地形资料厂址区地形平坦，地面标高150.00m。d、水源资料水源为地面水源，水量充沛；河流最高水位147m，最低水位137m，常水位141m。水质符合饮用水源的水质标准，浊度为 60 度。第二章 设计工艺流程的确定1、水厂规模的确定 设计计算得用水量为20万t/d,水厂自用水量按5%计算，则水厂的设计水量为：q=2000001.05=210000m3/

3、d 。根据水厂设计水量1万5万t/d小型水厂，5万10万t/d为中型水厂，10万以m3/d上为大型水厂的标准可知水厂为大型水厂。2、 水处理工艺流程的确定为使出厂水符合国家生活饮用水卫生标准，按照技术合理、经济合算、运行可靠的指导思想，设计水处理工艺流程。水厂采用的处理工艺流程为： 投加消毒剂 一级泵站配水井絮凝沉淀过滤清水池二级泵站投加混凝剂图2-1 水厂处理工艺流程3、各构筑物的方案选择3.1 絮凝工艺絮凝过程是将投加混凝剂并充分混合的原水，在水流作用下使絮凝粒相互接触碰撞，以形成更大的絮粒，以适应沉淀分离的要求。为了达到完善的絮凝效果，必须具备两个主要条件：一是混凝剂水解后产生的高分子络

4、合物形成较强的吸附架桥连接能力，这是由混凝剂的性质决定；二是保证颗粒获得适当的碰撞接触而又不致破坏的水力条件，这是由设备的动力学条件决定。所以絮凝池形式的选择，应根据水质、水量、沉淀池形式、水厂高程布置以及维修条件等因素来确定。絮凝的方式有很多种，可分为机械和水力两大类，常用的有机械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池、网格（栅条）絮凝池等。3.1.1优缺点比较 机械絮凝池机械絮凝池絮凝效果好，水头损失小，反应时间1215分钟，可适应水质、水量的变化，但机械设备维护量大，管理比较复杂，在国内尚未普及。 隔板絮凝池隔板絮凝池的优点是构造简单，管理方便，当水量变化不大时，絮凝效果好。缺点是絮凝时间较长（

5、1524分钟），絮凝池容积大，且当水量变化大时，絮凝效果不稳定。它适用于水量大于30000m3/d的水厂。 折板絮凝池折板絮凝池利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态，使能量损失得到充分利用，能耗与药耗有所降低，停留时间缩短。折板絮凝池的优点为絮凝时间短，絮凝效果好，容积较小。缺点是构造较复杂，水量变化影响絮凝效果。它适用于水量变化不大的水厂。 网格（栅条）絮凝池网格（栅条）絮凝池是应用紊流理论的絮凝池。絮凝池分成许多面积相等的方格，进水水流顺序从一格流向下一格，上下交错流动，直至出口。在全池三分之二的分格内，水平放置网格或栅条。通过网格或栅条的孔隙时，水流收缩，过网孔后水流扩大

6、，形成良好絮凝条件。它具有絮凝时间短、效果较好、构造简单等优点。缺点是当水量发生变化时将影响絮凝效果；安装维修比较麻烦；絮凝池末端的竖井底部容易产生积泥现象。另外少数水厂还发现在网格上滋生藻类，堵塞网眼的现象。由于机械絮凝在我国尚未普及，本设计仍考虑采用水力絮凝形式。在多种水力絮凝形式中，根据上述描述，本设计初步确定采用隔板絮凝池或网格絮凝池。3.1.2 网格（栅条）絮凝池 由于，本地区存在一正在运行中的同样规模的水厂，借鉴其成熟生产工艺选用网格（栅条）絮凝池。絮凝时间取15min。 絮凝池有效容积 水深的确定及校核 考虑与平流沉淀池合建，絮凝池平均水深取5.14m，则池面积a=v/5.14=

7、106.4m2，竖流井流速取为0.12m/s，得单格面积为f=q/v=0.608/0.12=5.07m2 设每格为正方形，边长采用2.25m，因此每格面积为5.07m2，由此分格数n=106.4/5.07=20.98，取21个。3.2 沉淀工艺给水处理中的沉淀工艺是指在重力的作用下，悬浮固体从水中分离出来的过程。它担负着去除8099%以上的悬浮固体，其设备的运行状况直接影响着出水水质。目前国内最为广泛采用的沉淀池是平流沉淀池和斜管沉淀池。3.2.1 优缺点比较 平流沉淀池平流沉淀池应用最早，可谓是经久不衰。平流沉淀池设计的关键在于均匀布水、均匀集水和排泥彻底与方便。平流沉淀池的进水来自絮凝池，

8、经过穿孔花墙，以达到在整个池断面内均匀布水；平流沉淀池出口段一般采用堰口布置，或采用淹没式出水孔口，以使沉淀后的水尽量在出水区均匀流出；至于及时排泥，国内采用的桁架式吸泥机是一种很好的排泥方式。平流沉淀池的优点是对水质、水量的变化适应性强，潜力大，处理效果稳定；构造简单，池深较浅，造价较低；操作管理方便，施工较简单；采用机械排泥效果好。缺点是占地面积大；需维护机械排泥设备。 斜管沉淀池斜管沉淀池是设置斜管的沉淀池，依靠斜管的高效沉淀性能使得水中的大颗粒絮凝体分离出来，然后沿斜管滑落至池底部，而后采用穿孔管、污泥斗、刮泥机或吸泥机排至池外。斜管沉淀池具有占地面积小、停留时间短、沉淀效率高、出水水

9、质好等优点。缺点是斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，费用较高；对原水浊度适应性较平流池的差；斜管沉淀池的停留时间短，要求配套的絮凝池有良好的絮凝效果；斜管内易滋生藻类和积泥，要经常停池冲刷。 澄清工艺澄清池是在竖流沉淀池基础上发展起来的一种集混合、絮凝、沉淀于一体的水处理构筑物，它是利用池中积聚的泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的净水构筑物，可充分发挥混凝剂的作用和提高澄清效率。目前国内应用最多且运行管理经验较成熟的澄清池是机械搅拌澄清池。机械搅拌澄清池是利用机械搅拌的提升作用来完成泥渣回流和接触反应。加药混合后的原水进入第一反应室，与几倍于原水的循环泥渣在叶片的搅动

10、下进行接触反应，然后叶轮提升至第二反应室继续反应，以结成较大的絮粒，再通过导流室进入分离室进行沉淀分离。国内给排水工程师普遍认为，机械搅拌澄清池是一种比较好的池型。其优点是处理效率高，单位面积产水量较大；对水质、水量的变化适应性强，出水水质好；水头损失小，能适应大、中型水厂。缺点是增加了一套机械搅拌设备，使维修工作量增加。本设计采用沉淀工艺，不选择澄清工艺。由原始资料可知：该地区年降水量为1500mm，属于中国年降雨量比较多的地区，雨水对河流的补充相当充分，但需要考虑的是洪水到来时对水质的影响较大。出于此种情况考虑，斜管沉淀池沉淀时间太短，所以在运转过程中如果一旦遇到洪水来临，水质急速恶化，会

11、对斜管本身损坏较大，而且会影响下一步滤池的反应，增大滤池的负担，如果洪水期较长，也会影响出水水质。所以，确定选择平流沉淀池，不再进行技术比较。3.3 过滤工艺过滤是净水厂最关键的处理工艺部分。它一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水得到澄清的工艺过程。它不仅将水的浊度降低到1度以下，而且可以去除水中的部分有机物等，还使水中的细菌、病毒裸露出来，因此，过滤工艺的好坏直接决定净水厂的最终水质。国内目前全部采用的是快滤，主要池型有普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、移动罩滤池、虹吸滤池和v型滤池等。 普通快滤池以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久，是国内水厂普遍采用的一种滤池。它的优

12、点是有成熟的运转经验，运行稳定可靠，出水水质好；采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，能保证反冲洗时配水均匀，因而单池面积可做得较大。缺点是阀门较多，管理较为不便，造价略微偏高。 双阀滤池目前采用的双阀滤池有鸭舌阀式双阀滤池和虹吸管式双阀滤池。前者是以鸭舌阀取代进水阀、虹吸管取代排水阀；后者以虹吸管取代进水、排水阀。双阀滤池其实跟普通快滤池差不多，只是减少了两个阀门，以降低工程造价。 无阀滤池无阀滤池是一种没有任何阀门的滤池，它的优点是构造简单，价格低廉，且能自动进行反冲洗。缺点是清砂、换砂不方便，且因采用小阻力配水系统，当单个滤池面积大时，反冲洗配水不均匀。它适用于小型水厂一般

13、在1万m3/d以下，单池面积一般不大于25 m2。 移动罩滤池移动罩滤池由于设备维修量较大，对设备的要求较高，难于控制，目前国内已很少使用。 虹吸滤池虹吸滤池是中型水厂常用的滤池形式，其主要特点是采用中、小阻力配水系统；用真空系统控制进水和排水虹吸管，以代替进水、排水阀门；利用滤池本身的出水及其水头进行冲洗，以代替高位冲洗水箱或水泵。它的主要缺点是占地面积大、池较深、处理效果不稳定、滤料冲洗频率大、耗能高等。 v型滤池v型滤池是法国开发研制的均质深层截污过滤技术。v型滤池采用均质深层滤料，不均匀系数很小。此举能大大提高滤料层的孔隙率，使滤速得以提高，过滤周期延长（比一般滤池长23倍），滤料层利

14、用率高，且滤后水质好。另外v型滤池采用先气冲，后气水混合洗，表面扫洗的独特形式，具有同时可节省冲洗水量和电耗，是一种高效节能型的过滤设施。具有高度自动化程序控制，可减少运行管理人员。单池面积可达150m2以上。该滤池的缺点是造价高，对管理技术水平需求高，维护费用高且难度大。由于九里山水厂采用的是v型滤池，该水厂设计水量和本水厂相同，而且九里山水厂的v型滤池效果良好，所以本设计采用v型滤池。 第3章 各构筑物的设计计算1、加药间及药剂仓库1.1设计参数 设计流量q=21104m3/d=8750m3/h，根据原水水质及水温，参考有关水厂的运行经验，选择的絮凝池为碱式氯化铝，采用计量泵湿式投加，碱式

15、氯化铝含量wb=10,混凝剂最大投加量a=50mg/l，每天调制药剂次数n=3次。1.2设计计算 a 、溶液池总容积v1 ，取v1=35m3 溶液池设置三个，两用一备，交替使用。每个容积为18 m3，有效高度2.25米，超高0.5米，每格尺寸:blh=2.82.82.75=21.56 m3 b、 溶解池容积v2 v2=0.3v1=0.335=10.5 m3 溶解池格数与溶液池一样，二用一备，交替使用。单格有效容积5.25m3，有效高度1.5米，超高0.3米，每格尺寸:blh=1.91.91.8。池底坡度采用2.5。c、药剂仓库的计算混凝剂采用精制碱式氯化铝，每袋重50kg，每袋规格为0.5m0

16、.4m0.3m。投药量为50mg/l，药剂储存期为30天。药剂堆放高度为1.5m，通道系数采用1+15=1.15，则仓库面积=。药剂仓库并且留有1.5m宽的过道，药库与加药间合建，仓库平面尺寸bl=16m16m。2、配水井 给水厂反应池沉淀处理工艺共分为两期，每期设计一座配水井。2.1设计参数 设计流量，水力停留时间t=1min。2.2 设计计算配水井体积：配水井平面尺寸：a=lb=5.23.7=20m2有效水深h=80/20=4m，取4m，超高0.2m，则井深4.2m。2.3 混合设施原水中投加混凝剂后，应在短时间内将充分、均匀的扩散于水体中，这一过程成为混合。混合是取得良好絮凝效果的重要前

17、提。影响混合效果的因素有很多，如药剂的品种、浓度，原水的温度，水中颗粒的性质、大小等，采用的混合方式是最主要的影响因素。混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。混合的方式主要管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。采用何种混合方式应根据净水工艺布置、水质、水量、药剂品种的因素综合确定。本设计中采用管式静态混合器混合。3.4.1 设计流量3.4.2 设计流速静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.1m/s，则管径为： 采用d=1200mm，则实际流速3.4.3 混合单元数按下式计算取n=3，则混合器的混合长度为：l=1.1nd=1.131.2=3.96m3.4.5 混合时间t=l/

18、v=3.961.07=3.7s3.4.6 水头损失根据水处理工程设计计算（韩洪军、杜茂安主编，中国建筑工业出版社）混合设施静态混合器计算：静态混合器的水头损失一般小于0.5m，根据水头损失计算公式式中h水头损失（m）q处理水量（）d管道直径（m）n混合单元（个）设计中采用两套设备，取d=0.6m,q=1.2152=0.608m3/s，每套设备水头损失为0.11840.60820.64.4=0.414m，当n=3个单元时h=1.24m，选dn600内装3个混合单元的静态混合器，加药点设于靠近水流上游方向的第一个单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布。选择管式静态混合器

19、（参数如下表3-2）。规格gw-dn700，采用两节，管式静态混合器总长2970mm,投药口径：32mm ，占地面积为3m2.5m=7.5m2。表3-2管式静态混合器参数型号管径(mm)安装长度外径(mm)法兰尺寸两节三节dd1d2bdngw-70070027003600720890840800363024图3-2 静态混合器3.4.7 校核gt值 7001000s-1；gt=2083.52.78=5792.042000符合水利条件。3、絮凝池的设计和计算 3.1 设计要点在絮凝池内水平放置网格形成网格絮凝池，网格絮凝池布置成多个竖井回流式，各竖井之间的隔墙上，上下交错开孔，当水流通过竖井内安

20、装的若干层网格，产生缩放作用，形成漩涡，造成颗粒碰撞。网格絮凝池的设计分为三段，流速及流速梯度g值逐段降低。相应各段采用的构件，前段为密网，中段为疏网，末段不安装网格。3.2 设计计算 1.平面布置絮凝池分为两组每组设计流量 平面布置形式，如下图所示。图3-1 网格絮凝池平面示意图设计参数选取：絮凝时间：，有效水深h=5.14m（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.8m；絮凝池总高度为。絮凝池分为三段：前段放17层网格，每格放置情况见上图。过网流速，竖井平均流速；中段放9层网格，过网流速，竖井平均流速；末段不放网格，竖井平均流速。过水洞流速按进口0.3

21、m/s递减到出口0.1m/s计算。得各过水孔洞尺寸如下表：表3-1网格絮凝池孔洞尺寸2. 各段水头损失 式中 h各段总水头损失，m； h1每层栅条的水头损失，m； h2每个孔洞的水头损失，m；网格阻力系数，前段取1.0，中段取0.9；孔洞阻力系数，取3.0；各段过网流速，m/s；各段孔洞流速，m/s。（1）第一段计算数据如下：竖井数7个，单个竖井网格层数共计17层；过网流速分别为；过孔流速分别为=0.3 m/s， 则 =0.1055m（2）第二段计算数据如下：竖井数7个，前面2个竖井每个设置网格2层，后5个设置网格1层，总网格层数9层；过网流速=0.17m/s；竖井隔墙7个孔洞，过孔流速分别为

22、， 则 = =0.0414 m（3）第三段计算数据如下：水流通过的孔洞数为7，过孔流速为，则 =0.014m（4）总水头损失3各段停留时间第一段第二段和第三段 4.水力校核 当t=20。c时， 各段g值平均为，在10000-100000之间，符合水力要求4、平流式沉淀池 沉淀池近期和远期各建四座，共八座。4.1设计参数 每座设计流量 q=0.304m3/s，沉淀时间t1=1.0h，水平流速v=25mm/s。4.2设计数据的选用：a、沉淀池的容积: w=qt/=0.304m3/s3600s=1093.75 m3 b、沉淀池长l=90mc、池宽为b=5.63m(为了与絮凝池合建才用该值) 则池的有

23、效水深为 由于宽度较大，每池中间沿纵向设置一导流墙，宽300mm。4.3 池子尺寸校核 长宽比 l/b=90/22.5=4（符合要求） 长深比l/h=90/3=3010（符合要求） 沉淀池水平流速v=l/t=（901000）/3600=25mm/s（符合要求）4.4 进水穿孔墙 为使水流均匀分布在整个进水截面上并尽量减少扰动，在沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水（墙长22.5m,墙高3.7m,用机械刮泥装置排泥，其积泥厚度0.1m，超高0.2m) a、穿孔墙孔洞总面积 孔洞处流速采用(为防止絮凝体破碎，孔口流速不宜大于),则 b、孔洞个数n 孔洞形状采用半砖矩形孔眼，尺寸为。则 实取 c、孔眼实际流

24、速 d、孔眼布置。 水平方向孔眼净间距取400mm，孔眼布置成6排，每排孔眼数为41个，其所占宽度为,剩余宽度为：,均分在各灰缝中。垂直方向孔眼净距取400mm，最上一排的淹没水深为0.25m，则孔眼的分布高度为。 池子进水端的花墙距进水池壁的距离为2m,至池底部分的花墙不设孔眼。4.5 集水系统 为保证沉淀池出水均匀出流，本设计采用指型槽收集出水后汇集水渠。 a、集水槽。 沿池长方向布置4条穿孔集水槽。中心距槽中流量考虑到池子的超载系统系数为20，故每个槽中流量 。每条槽的宽度。为便于施工取，槽底为平坡。为保证自由流出，堰口位于槽内水面以上0.07m，槽起端高取0.15m。采用双侧布水孔，指

25、形槽进水孔孔径为25mm，则单孔面积:w=0.00049m2,堰口上的水头,重力加速度g=9.8m/s2。单个孔口流量为 每个槽上开的孔数为，每侧各开98个孔，设开口中心间距,则每条槽的长度。孔口流速集水槽有效水深,取集水槽的总高度 b、集水渠假定集水渠起端水流截面为正方形，则渠的宽度为，为便于施工取。 起点水深 终点渠中水深 为了便于施工，渠中水深统一取1.0m。自由落水高度取0.07m,即集水槽底应高于集水渠起端水面0.07m，同时考虑到集水槽顶与集水区顶相平。 集水渠总高度为。 出水管流速取1.2m/s，则直径取d=900mm。4.6 排泥系统 机械排泥装置可充分发挥沉淀池的容积利用率，

26、且排泥可靠，故我们在此采用虹吸式机械吸泥排泥，栅车行走速度v=1.0m/min。a、干污泥量 b、污泥量 设污泥量含水量为98，则 c、 吸泥机往返一次所需时间 设虹吸管排列数为z=6根，管内流速v1=1.5m/s，单侧排泥最长虹吸管管长，选用dn20水煤气管，管内流速。d、吸口断面确定吸口断面与管口端面积相等。已知吸管断面积，设吸口长， 则吸口宽度。e、吸泥管路水头损失计算进口，出口，90度弯头。则局部水头损失管道部分水头损失总水头损失考虑管道使用年久等因素，实际水头损失，排泥槽总长度取50m，槽宽取0.5m，深取1.0m。引流泵选用yqx-5型潜水泵。f、沉淀池放空管直径可按下式计算，式中

27、 d-放空管直径（m）； b-池宽（m）； l-池长（m）； h-池的有效水深（m）； t-泄空时间（s），此处按4h计。则，取。5、v型滤池5.1 设计参数的确定 每组滤池设计流量q= 2187.5m3/h。设计四组滤池。近期和远期各设计两组，滤速：v=7.8m/h，强制滤速17m/h；采用先用空气反冲，然后用气水同时反冲，最后再用水反冲的操作方式。第一步气冲冲洗强度：；第二步气水同时反冲洗强度；第三步单独水冲强度；表面扫洗用原水，冲洗强度取；冲洗时间共计t=12min=0.2h，第一步气冲时间；第二步气水同时反冲洗时间；第三步单独水冲时间；冲洗周期t=48h。5.2 池体尺寸a、滤池工作时

28、间为（未考虑排放初滤水）b、滤池面积： 选用双格滤池，滤池底板用混凝土，单格宽b=5m，长14m，面积70m2。一、二期工程各两组每组四座，共n=8座池，每座面积f=140.8m2。实际滤速。 c、校核强度滤速，满足要求d、滤池高度的确定。 根据设计规范及实际情况，取滤池滤板下布水区高度h1=0.9m；滤板厚h2=0.13m；滤料层厚h3=1.0m；滤层上的水深h4=1.6m；超高h5=0.5m。则： 滤池总高度h=h1+h2+h3+h4+h5=(0.9+0.13+1.0+1.6+0.5)m=4.13me、水封井的设计。 滤池采用单层加厚均质滤料，粒径0.951.35mm，不均匀系数1.21.

29、6，均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算 式中 h清清水通过清洁滤料的水头损失（cm）； 水的运动粘度（cm2/s），20c时=0.0101cm2/s； m0滤料空隙率，取m 0=0.5； d0与滤料体积相同的球体直径（cm），根据厂家提供数据取d0=0.1cm； l0滤层厚度（cm），l0取100cm； v滤速（cm/s），v=10m/h=0.33cm/s； 滤料颗粒球度系数，天然砂粒为0.750.8，取=0.8。所以 当滤速为810m/h时，清洁滤料层的水头损失一般为3040cm，计算值比经验值低，取经验值的最低限值h清=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

30、失h0.22m。忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时水头损失为：h开始=（0.33+0.22）m=0.52m 。 为了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。设计水封井的平面尺寸2m2m，堰底板比滤池底板低0.3m，水封井出水堰总高 h水封井=0.3+h1+h2+h3=（0.3+0.9+0.13+1.0）m=2.33m 因每座滤池过滤水量 所以，水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式计算得 冲洗完毕清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高（0.52+0.19）m=0.71m。5.3 反冲洗管渠系统 采用气水反冲洗的长柄滤头配气配水系统（适用于各种冲洗方式，水冲

31、洗时滤料不膨胀）。a、反冲洗用水量q反水的计算: 反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算，单独水洗时反冲洗强度最大,为5l/(s) q反水=q水f=5140.8=704l/s=0.704m3/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=0.0019140.8=0.27m3/sb、反冲洗配水系统的断面计算： 配水干管进口流速为1.5m/s左右,配水干管的截面积 a水干=q反水/v水干=0.704/1.5=0.47 反冲洗配水干管用钢管dn800,流速v=1.40m/s。反冲洗水由反冲洗配水干管输至气水分配渠,由气水分配渠底侧的布水方孔配水的滤池底部布水区,反冲洗水通过配水方孔

32、的流速按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管流速或孔口流速为11.5m/s左右,取v水支=1.1m/s，则配水支管(渠)的截面积: a方孔=q反水/v水支=0.7/1.1=0.636 此即配水方孔总面积，沿渠长方向两侧各均匀布置31个配水方孔.共62个,孔中心间距0.45m,每个孔口面积a小=0.47/62=0.0076，每个孔口尺寸取0.087m0.087m。反冲洗过孔流速1.0m/s(满足要求)c、反冲洗用气量的计算: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15l/(s)。 q反气=q气f=15140.8=2.11m3/sd、配气系统的断面计算 配水干管(渠)进口流速应

33、为5m/s左右,则配气干管的截面积 a气干=q反气/v水干=2.11/5=0.422 反冲洗配气干管用钢管dn800,流速4.22m/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62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为10m/s左右,则配气支管的截面积: a气支=q反气/v水支=2.11/10=0.211 每个布气小孔面积: a气孔=a气支/62=0.211/62=0.0034 孔口直径: 反洗空气过孔流速 每孔配气量: q气孔=q反气/

34、62=2.11/62=0.034m3/se、气水分配渠的断面设计: 对气水分配渠端面面积要求的最不利条件发生的气水同时反冲洗时,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠端面面积最大。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流量: q反气水=q水f=4140.8=0.56m3/s气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量: q反气=q气f=15140.8=2.11m3/s气水分配区的气水流速均按相应的配气,配水干管流速取值，则气水分配干管的断面积 5.4 滤池管渠的布置(1）反冲洗管渠a、气水分配渠 气水分配渠起端宽1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m

35、,则起端截面积1.5,末端截面积1.0,两侧沿程各布置31个配水小孔和31个布水方孔,孔间距0.45m,共62个配气小孔和62个配水方孔,气水分配渠末端所需最小截面积1.0/62=0.016末端截面积0.4,满足要求。b、排水集水槽: 排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽起端高: h起=h1+h2+h3+0.51.5=0.95+0.13+1.1+0.51.3 =1.41m 式中h1，h2，h3，同前池体造型设计部分滤池高度确定的内容，1.3m为气水分配渠起端高度。 排水集水槽末端高: h末=h1+h2+h3+0.51.0=0.95+0.13+1.1+0.51.0=1.68m 式中

36、h1,h2,h3,同前池体造型设计部分滤池高度确定的内容,1.0m为气水分配渠末端高度。 底坡i=(1.681.41)/l=0.27/11=0.0245c、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h排集=0.88m,槽宽,b排集=0.4m。 湿周： x=b+2h=0.4+20.88=2.16m 水流断面: a排集=bh=0.40.88=0.352 水力半径: r=a排集/x=0.352/2.16=0.163m 水流速度: 过流能力q排集=a排集v=a排集v=0.3523.59=1.26m3/s实际过水量: q反

37、=q反水+q表水=0.385+0.13860.5236m3/s过流能力q排集。（2）进水管渠 a、滤池分为独立的两组，每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计,流速0.81.2m/s,则强制过滤流量 进水总渠水流端面积a总=q强/v=0.608/1.0=0.6m2 进水总渠宽0.6m,水面高1mb、每座滤池的进水孔 每座滤池由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,供给反冲洗表扫用水,调节闸门的开启度,使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。 孔口面积按口淹没出流公式:计算,其总面积按滤池强制过滤

38、水量计,孔口两侧水位差取0.1m,则孔口总面积 中间面积按表面扫洗设计： 孔口宽b中孔=1m.高h中孔=0.3m 两侧孔口设闸门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积： a侧=(a孔a中孔)/2=(0.680.3)/2=0.19 孔口宽b侧孔=1m,高h侧孔=0.2mc、每座滤池内设的宽顶堰 为了保证进水稳定性,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，在经滤池内的配水渠分配到两侧的v形槽，宽顶堰宽b宽堰5.0m,宽顶堰与进水渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5m，堰上水头由矩形堰的流量公式q1.84bh3/2计算。由此 d、每座滤池的配水渠 进入每座滤池的混水经过宽顶堰溢流进配水渠，由配

39、水渠两侧的进水孔进入滤池内的v形槽。 滤池配水渠宽b配0.8m，渠高0.45m，渠总长等与滤池总宽。则渠长l10m。 当渠内水深0.5m时，末端流速（进来的混水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去，每侧流量为q强/2）v配渠q强/（2b配渠h配渠）0.608/（20.80.45）0.84m/s（满足滤池进水管渠流速0.81.2m/s）。e、配水渠过水能力校核： 配水渠的水力半径 r配渠=b配渠h配渠/(2h配渠+b配渠)=0.80.45/(20.450.8)=0.212m 水力坡度 i渠=(nv渠/r深2/3)2=(0.0130.84/0.2122/3)2=0.00090.001渠内水面降落量 h渠

40、=i渠l配渠/2=0.000910/2=0.0046m 因为配水渠最高水位: h配渠+h渠=0.45+0.0046=0.455m渠高1.2m 所以配水渠的过水能力满足要求。（3)v形槽的设计: v形槽槽底设表扫水出水孔直径取dv孔=0.025m,间隔0.15m.每槽共计93个孔,则单侧v形槽表扫水出水孔出水总面积 表扫水出水孔低于排水集水槽堰顶0.15m,即v形槽槽底的高度低于集水槽堰顶0.15m，据潜孔出流公式 其中q为单格滤池的表扫水量。 则表面扫洗时v形槽内水位高出滤池反冲洗时滤面hv滤=q表水/(20.64a表孔)2/2g=0.27/(20.6440.046)2/(29.8)=1.07

41、m反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式 q=1.84bh3/2 式中b集水槽长，b=l排槽=13.6m； q为单格滤池反冲洗流量，q反单=q反/2=（0.27+0.704）/2=0.49m3/s。 所以,h排水=q反单/(1.84b)2/3=0.07m v形槽倾角45度,垂直高度1m,壁厚0.05m。反冲洗时v形槽顶高出槽内液面的高度为: 1.60.15h排槽hv液=1.60.150.07=1.38m5.5 反冲洗水的供给 本设计的反冲洗水选用水箱供水（1）冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失h1 反冲洗配水干管用钢管dn800,管内流速1.40m/s，1000i=2.72，布置管长

42、总计40m hf=il=0.0027240=0.11m 反冲洗配水干管主要配件及局部阻力系数见下表5-1:表5-1 反冲洗管件及局部阻力系数配件名称数量/个局部阻力系数900弯头990.6=5.4dn600闸阀660.06=0.36等径三通331.5=4.510.26 局部水头损失为 则冲洗水箱到滤池配水系统的管路水头损失 h1=hf+hi=0.11+0.73=0.84m（2）滤池配水系统的水头损失h2a、气水分配干渠的水头损失h反水 气水分配干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,渠下部是反冲洗水.按矩形的管(非满流,n=0.013)近似计算:前述计算可知，q反气

43、水=0.56m3/s,则气水分配渠内水面高为: h反水=q反气水/(v水干b气水)=0.56/(1.51.0)=0.37m 水力半径:r反水=b气水h反水/(2h反水+b气水) =1.00.37/(20.37+1.0)=0.21m 水力坡度: i反渠=(nv渠/r渠2/3)2=0.0131.5/(0.37)2/32=0.0014 渠内水头损失: h反水=i反水l反水=0.0014140.0196mb、气水分配干渠底部配水方孔水头损失h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 计算，其中q为q反气水，a为配水方孔总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部分可知，配水方孔的实际总面积为a

44、方孔0.636，则h方孔=q反气水/(20.64a方孔)2/2g=0.56/(0.640.636)2/(29.8)=0.030mc、查手册，反冲洗经过滤头的水头损失hi滤头0.22md、气水同时通过滤头时增加的水头损失,h增0.023m，气水同时反冲洗时,气水流量比为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面之比约为1.25，则长柄滤头中的水流速度 通过滤头时增加的水头损失: h增=9810n(0.010.010.32+0.120.322) =98103.75(0.010.010.32+0.120.322) =702pa0.07mh2o 则滤池配水系统的水头损失h2

45、h2=h反水+h方孔+h滤+h增 =0.37+0.03+0.22+0.07=0.69m （3)砂滤层水头损失h3 滤料为石英砂,容重=1.35吨/m3,水的容重=1吨/m3,石英砂滤料膨胀前的孔隙率mo=0.41.滤料层膨胀前的厚度h3=0.97m,则滤料层水头损失: （4)取富余水头h4=1.5m，则反冲洗水箱底高出排水槽顶的高度: 5.6反洗空气的供给（1）长柄滤头的气压损失p滤头： 气水同时反冲洗时反冲洗用空气流量q反气2.11m3/s。长柄滤头采用网状布置，约60个/，则每座滤池共计安装长柄滤头n60140.88448个；每个滤头的通气量2.111000/84480.25l/s。 根据

46、厂家提供数据，在该气体流量下的压力损失量最大为： p滤头3000pa=3.0kpa（2）气水分配渠配齐小孔的气压损失p气孔 反冲洗时空气通过配气小孔的流速： v气孔q气孔/a气孔0.034/0.0034=10m/s 压力损失按孔口出流方式：式中：孔口流量系数,=0.6; a孔口面积，; p压力损失,mm水柱; g重力加速度，g=9.8/s; q气体流量，m3/h; r水的形对密度,r=1。则气水分配渠配气小孔的压力损失 = 14.17mm h2o138pa=0.138kpa0.14kpa（3）配气管道的总压力损失p总a、配气管道的沿程压力损失p1 反冲洗空气流量2.11m3/s,配气干管用dn

47、800钢管,流速4.22m/s,满足配气干管流速为5m/s左右的条件,反冲洗空气管总长40m,气水分配区内的压力损失忽略不计。反冲洗管道内的空气其压计算公式; p气压=(1.5+h气压)9.8 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气压=(1.5+h气压)9.8=(1.5+1.5)9.8=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: b、配气管道的局部压力损失p2主要配件及长度换算系数k,见下表:表5-2配件局部阻力系数表配件名称数量/个局部阻力

48、系数900弯头880.7=5.6dn500闸阀60.256=1.5三通661.33=7.98k15.08当量长度的换算公式: 式中 l0管道当量长度,m； d管径,m； k长度换算系数。 空气管配件换算长度l0 l0=55.5kd1.2=55.56.910.81.2=293.41m 则局部压力损失: p2=293.419.8/1000=2.88kpa 配气管道的总压损失 p管=p1+p2=0.392+2.88=3.27kpa（4）气水冲洗室中的冲洗水压p水压 p水压=(h水塔h1h反水h小孔)9.8 =(40.840.01960.03)9.8 =30.51kpa 本系统采用气水同时反冲洗,对气

49、压要求是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节阀出口的静压为: p出口=p管+p气+p水压+p富式中 p管输出管道的压力总损失,kpa； p气配气系统的压力损失,kpa,本设计p气=p滤头+p气孔； p水压气水冲洗室中的冲洗水水压,kpa； p富富余压力,4.9kpa；所以,鼓风机或储气罐调节阀出口的静压力为: p出口=p管+p气+p水压+p富 =3.27+3.14+30.51+4.9=41.82 kpa（5）设备造型: 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4台罗茨式鼓风机，型号为lg50，3用1备,风量50m3/min，风压49kpa,电机功率60kw（

50、选择小型三相鼠笼式异步电动机，型号：y250s-4，转速为1480r/min，额定功率为75kw）。正常工作风量:150m3/min1.1q反气=139.3m3/min。6、清水池6.1 清水池容积 清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水,则清水池有效容积w为 w=w1+w2+w3+w4 式中：w清水池总容积m3； w1调节容积m3； 2消防储水量m3，按2小时火灾延续时间计算； w3水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水； w4安全贮量按w1+w2+w3取整后计算 当缺少制水曲线和供水曲线资料时，对于配水管网中无调节构筑物的清水池，有效容积可按最高日用水量的1020，鉴于本设计实际情况取10。 因此：清水池总容积w： w10q=10200000m3=20000m3。 6.2 清水池尺寸的确定 清水池建四座，池有效水深4m，超高0.5m，每座清水池设计尺寸为 blh=50m50m4.5m 6.3 管道布置清水池的进、出水管一般分开设置在不同的部位,促使水流的循环.管内的流速在0.71.0ms。溢水管直径和进水管相同,管上不装