V型滤池设计计算.docx
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V型滤池设计计算.docx
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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
=15L/(s.m²),气冲时间
=3min
第二步气、水同时反冲
=15L/(s.m²),
=4L/(s.m²),
=4min
第三步水冲强度
=5L/(s.m²),
=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
=24—t
=24—0.2×
=23.9h
2)滤池总面积
F=
=
=87.9m²
3)滤池的分格
滤池底板用混凝土,单格宽
=3.5m,单格长
=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
=
=
=20m/h,满足v≤20m/h的要求。
5)滤池高度确实定
H=
+
+
+
+
+
+
=0.8+0.1+1.2+1.4+0.4+0.3+0.1=4.3m
式中:
——气水室高度,0.7~0.9m,取0.8m
——滤板厚度m,取0.1m
——滤料层厚度m,取1.2m
——滤层上水深m,取1.4m
——进水系统跌差m,取0.4m
——进水总渠超高m,取0.3m
——滤板承托层厚度m,取0.1m
6)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
为1.2~1.6,均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算
=180
=180×
×
=19.43㎝
式中:
——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;
——滤料孔隙率,取0.5;
——与滤料体积一样的球体直径,㎝,根据厂家提供数据,取为0.1㎝
——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
根据经历,滤速为8~12m/s时,清洁滤料层的水头损失一般为30~50㎝,计算值比经历值低,取经历值的底限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
≤0.22m,忽略其他水头损失,那么每次反冲洗后刚开场过滤时的水头损失为
=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一样,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:
=0.3+
+
+
+
=0.3+0.8+0.1+1.2+0.1=2.5m
因为每座滤池过滤水量:
=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=
计算得:
=
=
=0.108m
那么反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时,滤池液面比滤料层高0.108+0.52=0.628m
2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给,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
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)
=
f=5×45.5=227.5L/s=0.23m3/s=819m3/h
V型滤池反冲洗时,外表扫洗同时进展,其流量:
=
f=0.0018×45.5=0.082m³/s
2)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
=
/
=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
=1.0m/s,那么配水支管的截面积
=
/
=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:
=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
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)
=
f=15×45.5=682.5L/s=0.68m3/s
4)配气系统的断面计算
配气干管进口流速应为5m/s左右,那么配气干管的截面积
=
=
=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,间距与布水方孔一样共计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
=
/
=0.68/10=0.068m²
每个布气小孔面积:
=
/20=0.068/20=0.0034m²,孔口直径
=
0.07m,取70mm
每孔配气量:
=
/20=0.68/20=0.034m³/s=122.4m³/h
2.5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
=
f=4×45.4=182L/s
0.18m³/s
气水同时反冲洗时反冲洗空气的流量
=
f=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,那么气水分配干渠的断面积:
=
/
+
/
=0.18/1.5+0.68/5=0.12+0.136=0.256m2
3.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,那么起端截面积为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=0.0128
﹤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,那么排水集水槽起端槽高
=
+
+
+
+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
=
+
+
+
+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=
=
=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,那么槽内水位高
=1.2-0.3=0.9m,槽宽
=1.0m,湿周X=b+2h=1.0+2×0.9=2.8m
水流断面
=
=1.0×0.9=0.9m2
水力半径R=
/X=0.9/2.8=0.32m
水流速度v=
=
=7.0m/s
过流能力
=
v=0.90×7.0=6.30m³/s
实际过水量
=
+
=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那么过滤流量
=21000/2=437.5m3/h=0.122m³/s
过水断面
=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外表扫洗用水量,孔口面积按孔口淹没出流公式Q=
计算,其总面积按滤池强制过滤水量计,强制过滤水量
=0.122m³/s
孔口两侧水位差取0.1m,那么孔口总面积
=
×
=0.136m2
0.14m2
中间孔面积按外表扫洗水量设计:
=
×
=0.14×
=0.09m2
孔口宽
=0.9m,孔口高
=0.1m
两个侧孔口设阀门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积
=
=0.03m2
孔口宽
=0.3m,孔口高
=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
=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=
计算得:
=
=
=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,那么渠长
=3.5m,当渠内水深
=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
/2〕
=
=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
=
=0.1m
配水渠水力坡降
=
<0.002
渠内水面降落
=0.002×3.5/2=0.0035m
因为配水渠最高水位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,那么单侧V型槽表扫水出水孔总面积为:
=
×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=
,其中Q应为单个滤池的表扫水流量,那么外表扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面
=
=
=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=
求得,其中b为集水槽长13m,Q为单格反冲洗流量
=
/2=0.23/2=0.115m3/s
所以
=
=
=0.03m
V型槽倾角45°,垂直高度0.6m,壁厚0.05m。
反冲洗时V型槽顶高出滤池内液面高度为:
H=0.6-0.15-
-
=0.6—0.15—0.03—0.11=0.31m
3)冲洗水的供给,选用冲洗水箱供水的计算
(1)冲洗
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