青岛理呢工大学给水工程课设2011年V型滤池.doc

一、原始资料1.滤池形式：普通快滤池2.水质资料：水源为水库水，水库上游植被较好，无工业废水等污染，库容积较大，常年雨量充沛。水质具体资料如下： 浊度：常年平均浊度10-15mg/L，汛雨期及风浪时为150-200mg/L; 色度：15度； 水温3-25； PH值：6.8； 细菌总数：12000个/mL; 大肠杆菌：20000个/L； 臭和味：略有； 耗氧量：4.5mg/L； 总硬度：8度； 碳酸盐硬度：6度。3.其他资料 常年平均水温18，最高水温27，最低水温1； 常年气温：最冷月平均-2.5，最热月平均26.3，极端最高42，极端低温-15.7； 土壤冰冻深度 0.15cm； 地基承载力 10T/m2； 地震烈度 7度以下； 高峰水量（8月）低峰供水量（1月）之比 1：4.3，日变化系数Kd=1.2。1.已知条件设计水量Q=116000m³/d,水厂自用水量按5%计算；计算水量Q=1.05Q=1.05*116000=121800m³/d；滤速v=12m/h；第一步气冲冲洗强度q气1=15L/(s*)；第二步气-水同时反冲空气强度q气2=15L/(s*)；水强度q水1=4L/(s*)；第三步水冲洗强度q水2=5L/(s*)；第一步气冲洗时间t气=3min；第二步气-水同时反冲时间t水=4min,单独水冲洗时间t水=5min；冲洗时间共计t=12min=0.12h；冲洗周期T=48h；反冲横扫强度1.8L/(s*).2.设计计算（1）池体设计A滤池工作时间tt=24-t24/T=24-0.2*24/48=24-0.1=23.9（h）(式中未考虑排放初滤水)B滤池面积F滤池总面积F=Q/（VT）=424.7C滤池的分格查附表1、2，为节省占地，选择双格V型滤池，池底板用混凝土，单格宽B单=4 m，长L单=13.98m,面积56.共 座，每座面积f=112,总面积448.D 校核强制滤速vv=16m/s满足v17m/h的要求.E 滤池高度的确定滤池超高H5=0.3m 滤层上的水深 H4=1.5m 滤料层厚H3=1.0m 滤板厚参考设计手册3取H2=0.13m滤板下布水区高度参考设计手册3取H1=0.9m则滤池总高H= H1+ H2 + H3+ H4 +H5=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83(m)F 水封井的设计滤池采用单层加厚均粒滤料，粒径0.95-1.35mm，d10=1.0mm,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： H清 =180v/g(1-m。)2 /m.3 （1/（d。）lv 式中H清水流通过清洁滤料层得水头损失，cm； V 水的运动粘度，c/s,18°C时为0.0101c/s； g 重力加速度，981cm/s2； m0 滤料孔隙率；取0.5； d0 与滤料体积相同的球体直径，cm，根据厂家提供数据为0.1cm； l0 滤层厚度，cm，l0=100cm； v 滤速，cm/s，v=12m/h=0.33cm/s； 滤料颗球度系数，天然砂粒为0.75-0.8,取0.8.所以 H清=19.11cm根据经验，滤速为8-10m/h时，清洁滤料层得水头损失一般为30-40cm.计算值比经验值低，取经验值的低限30cm为清洁滤料层的水头损失.正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失 h0.22cm.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 H开始=0.3+0.22=0.52(m) 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 H水封=0.3+H1+H2+H3=0.3+0.9+0.13+1.0=2.33(m)因为每座滤池过滤水量Q单=vf=12*112 =1344（m³/h）=0.37(m³/s)所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh1.5计算得 h=Q单/(1.84b)0.67=0.22(m)则反冲洗完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高 0.22+0.52=0.74m(2)反冲洗管渠系统设计参数按设计手册3选取.A 反冲洗用水量Q反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/(s*).Q反=q水f=5*112=2016（m³/h）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=0.0018*112=0.20（m³/h）B 反冲洗配水系统的断面计算配水干管（渠）进口流速应为1.5m/s左右，配水干管（渠）的截面积 A水干=Q反水/v水干=0.56/1.5=0.37（）反冲洗配水干管用钢管，DN700，流速1.46m/s.反冲洗水由反洗配水干管输送至气水分配渠，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.配水支管流速或孔口流速为1-1.5m/s左右，取v水支=1m/s，则配水支管（渠）的截面积 A方孔=Q反水/v水支 =0.56/1=0.56()此即配水方孔总面积.沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔，共40个，孔中心间距0.6m，每个孔口面积 A孔=0.56/40 =0.014()每个孔口尺寸取0.12m*0.12mC 反冲洗用气量的计算反冲洗用气量按气冲强度最大时的空气流量计算.这时气冲强度为15L/(s* ). Q反气=q气f=15*112（L/s）=1680(m³/s)D 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=0.336()反冲洗配气干管用钢管，DN600，流速4.3m/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 A气支= Q反气/v气支=0.17() 每个布气小孔面积 A气孔= A气支/40 =0.00425() 孔口直径 d气孔=0.07(m) 每孔配气量 Q气孔= Q反气/40=151.2(m³/h)E 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 Q反气水=q水f=4*112=448（L/s）=0.45(m³/s)气水同时反冲洗时反冲洗空气的流量 Q反气=q气f=15*112=1680（L/s）=1.68(m³/s)气水分配渠的气、水流速均按相应的配气、配水干管流速取值.则气水分配干渠的断面积 A气水= Q反气水/ v水干+ Q反气/ v气干=0.71()(3)滤池管渠的布置A 反冲洗管渠a.气水分配渠气水分配渠起端宽取0.4m，高取1.5m，末端宽取0.4m，高取1m.则起端截面积0.6,末端截面积0.4 .两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水防控，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0.71 /40 =0.018()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，则排水集水槽起端槽高 H起=H1+H2+H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1.0+0.5-1.5=1.03m式中1.5m为气水分配渠起端高度.排水集水槽末端高 H末=H1+H2+H3+0.5-1.0=0.9+0.13+1.0+0.5-1.0=1.53m式中1.0m为气水分配渠末端高度.底坡i=（1.53-1.03）/ 0.0417c. 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=0.73m，槽宽b排集=0.4m湿周X=b+2h=0.4+2*0.73=1.86m水流断面 A排集=bh=0.4*0.73=0.292 水力半径 R= A排集/X=0.292/1.860.157m水流速度 v=R2/3i1/2/n=(0.1572/3*0.04171/2)/0.0134.57m/s过流能力 Q排集=A排集v=0.292*4.571.33m³/s实际过水量 Q反=Q反水+Q表水= 0.76m³/s过流能力Q排集B 进水管渠a. 进水总渠四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0.8-1.2m/s，则强制过滤流量Q强=（116000/3）*2 =77333.3 m³/d= 0.895m³/s进水总渠水流断面积A进总=Q强/v= / =0.895 进水总渠宽 1.2m，水面高0.8m.b. 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孔进入滤池.两侧进水孔孔口在反冲洗时关闭，中间进水孔设手动调节闸板，在反冲洗时不关闭，供给反洗表扫用水.调节闸门的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用量.孔口面积按孔口淹没出流公式Q=0.8A(2gh)1/2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，则孔口总面积 A孔=Q强/(0.8（2gh）1/20.80中间孔面积按表面扫洗水量设计 A中孔=A孔*（Q表水/ Q强）0.18孔口宽B中孔= 0.5m，高H中孔= 0.36m两侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积 A侧=（A孔-A中孔）/20.31孔口宽B侧孔=0.31 m，高H侧孔=0.1mc. 每座滤池内设的宽顶堰为保证进水稳定性，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，再经过滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽.宽顶堰宽b宽顶=5m,宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5m.堰上水头由矩形堰流量公式Q=1.84bh2/3得 h宽顶=Q强/(1.84b宽顶)2/30.21md. 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配渠=0.5m，渠高1m，取总长等于滤池总宽，则渠长L配渠=7m.当渠内水深h配渠=0.6m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强/2)V配渠-Q强/(2b配渠h配渠)-/(2×0.7×0.6)1.1m/s满足滤池进水管渠流速0.8-1.2m/s的要求.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)=0.7×0.6/(2×0.6+0.7)0.22m配水渠的水力坡降I渠（nv渠/R渠2/3）20.0015 渠内水面降落量h渠=i渠L配渠/2=0.0053 m因为，配水渠最高水位h配渠+h渠=0.6053 m渠高1m所以，配水渠的过水能力满足要求.C. V型槽的设计V型槽槽底设表扫水出水孔，直径取dv孔=0.025m间隔0.5m,槽共计80个。则单侧V型槽表扫水出水孔总面积A表孔=（3.14×0.0252/4）×80=0.04m表扫水出水孔低于排水集水槽堰顶0.15m,V型槽槽底的高度低于集水槽堰顶0.15m.距潜孔出流公式Q=0.8A(2gh)0.5其中应为单格滤池的表扫水流量.则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面hv液=【Q表水/(2×0.8A表孔)】2(2g)=0.50m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求得，其中b为集水槽长，b=L排槽=12m，Q单格滤池反冲洗流量Q反单=Q反/2=0.38m³/s所以，h排槽【Q反单/(1.84b)】2/3=0.07mV型虑槽倾角45。垂直高度1m，壁厚0.05m.反冲洗时V型虑槽高出滤槽内液面高度为:0.78m反冲洗时V型槽顶高出槽内液面高度为:0.28（4）冲洗水的供给 选用冲洗水泵供水的计算a. 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，DN700，管内流速1.46m/s，1000i=3.60,布置管长总计80m.则反冲洗总管的沿程水头损失 hf0.30 m主要配件及局部阻力系数见附表3 hj=v2/2g0.77m则冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失 h1=hf+hj=1.07mb.清水池最低水位与排水槽堰顶的高差H。=5mc. h2、h3、h4的计算同选用冲洗水箱的计算方式.则反冲洗水泵的最小扬程为H水泵=H0+h1+h2+h3+h4=8.94m选四台250S14单级双吸离心泵，三用一备，扬程11米时，每台泵的流量为576m³/h.(5)反洗空气的供给A长柄滤头的水头损失p滤头气水同时反冲洗时反冲洗用空气流量Q反气=1.68m³/s .长柄滤头采取网状布置，约55个/,则每座滤池共计安装长柄滤头n=55*84=4620个每个滤头的通气量根据厂家提供数据，在该气体流量下的压力损失最大为p滤头=3000Pa=3Kpa气水分配渠配气小孔的气压损失p气孔反冲洗时气体通过配气小孔的流速是V气孔=Q气孔/A气孔=9.88m/s压力损失按孔口出流公式Q=3600A（2gp/）1/2计算，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； 水的相对密度，=1。 则气水分配渠配气小孔的气压损失 p气孔=（Q2气孔）/（2*360022A2气孔g）=0.138KPa 配气管道的总压力损失p管 a.配气管道的沿程压力损失p1 反冲洗空气流量1.68m³/s，配气干管用DN500钢管，流速7m/s，满足配气干管（渠）流速为5m/s左右的条件。反冲洗空气管总长60m，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 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空气=(1.5+H气压)*9.8=29.4 Kpa 空气温度按三十摄氏度考虑。查表，空气管道的摩阻为9.8 Kpa/1000m。 则配气管道沿程压力损失p1=0.59KPa b.配气管道的局部压力损失p2=1.64KPa 主要配件及长度换算系数见表配件名称 数量/个 长度换算系数K90°弯头 5 20.7*5=3.5闸阀 3 0.25*3=0.75等径三通 2 1.33*2=2.66 K=6.91 当量长度的换算公式：l0=55.5KD1.2 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=55.5KD1.2=166.9m 则局部压力损失p2=1.64KPa 配气管道的总压力损失p管=2.33KPa气水冲洗室中的冲洗水水压p水压 P水压=（H水塔-h1-h反水-h小孔）*9.81=27.1KPa 本系统采用气水同时反冲洗，对气压要求最不利情况发生在气水同时反冲洗时，此时要求鼓风机调压阀出口的静压为： P出口=p管+p气+p水压+p富=37.48KPa P管输气管道的压力总损失，kpa； p气配气系统的压力损失，Kpa,本题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，鼓风机调压阀出口的静压为：37.48KPa P出口=p管+p气+p水压+p富 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、风量要求，选三台LG40风机。风量403/min，风压49KPa，电机功率55KW，两用一备。正常工作时鼓风量共计80m³/min1.1Q反气=79m³/min。四、主要参考文献资料1.给水排水设计手册1、3、9、10、11 ，中国建筑工业出版社。2.室外给水设计规范GBJ13-86 ，1997版。3.给水厂处理设施设计规范 ，崔玉川等 ，化学工业出版社 2003 ，太原。4.净水厂设计，钟淳昌 。5.给排水专业毕业设计参考图集 ， 哈建工。6.给水工程（第四版）， 严煦世等 ，中国建筑工业出版社。给水工程设计计算书 课设题目：学 号：姓 名：班 级： 指导 老师：给水工程设计说明书课设题目：学 号：姓 名：班 级： 指导 老师：