水质综合项目工程学专业课程设计计算说明指导书.docx

水 质 工 程 学(上)
课程设计说明计算书

专 业：给排水科学和工程
班 级：给排水131
姓 名：潘弘远
学 号：28
指导老师：娄金生
日 期: 二0一五年十二月

水质工程学(上)课程设计说明计算书
目录
一、课程设计目标 4
二、课程设计任务和内容 4
三、设计水量 7
四、建设场地和水源水质 7
五、水厂工艺步骤选择 7
六、关键处理结构物计算 8
1.配水井 8
2.混合设备 8
3.水力循环澄清池设计 9
（1）设计关键点 9
（2）设计条件 9
（3）水力提升器计算 10
1）喷嘴 10
2）喉管 10
3）喉管喇叭口 11
4）第一絮凝室 11
5）第二絮凝室 11
6）澄清池各部尺寸计算 12
7）各部分容积及停留时间计算 13
8）排泥设施 15
4.一般快滤池设计 16
（1）设计参数 16
（2）平面尺寸计算 17
1）滤池总面积 17
2）单池面积 17
3）滤池高度 18
（3）配水系统 18
1）反冲洗强度 18
2）反冲洗水量 18
3）干管始端流速 19
4）配水支管根数 19
5）单根支管入口流量 19
6）支管入口流速 19
7）单根支管长度 19
8）配水支管上孔口总面积 20
9）配水直管上孔口流速 20
10）单个孔口面积 20
11）孔口总数 20
12）每根支管上孔口数 20
13）孔口中心距 21
14）孔口平均水头损失 21
15）配水系统校核 21
（4）洗砂排水槽 22
1）洗砂排水槽中心距 22
2）每条洗砂排水槽长度 22
3）每条洗砂排水槽排水量 22
4）洗砂排水槽断面模数 22
5）洗砂排水槽距砂面高度 23
6）排水槽总平面面积 23
7）中间排水槽 23
（5）滤池反冲洗 24
1）单个滤池反冲洗用水总量 24
2）高位冲洗水箱容积 24
3）承托层水头损失 24
4）冲洗时滤层水头损失 24
5）冲洗水箱高度 25
（6）进出水系统 25
1）进水总渠 25
2）反冲洗进水管 25
3）清水管 25
4）排水渠 26
5.消毒 26
（1）设计参数确实定 26
（2）加氯量计算 26
1）储氯量及氯瓶数量 27
2）加氯机选择 27
3）加氯控制 27
4）加氯间和氯库设计 27
6.清水池设计计算 27
（1）清水池容积 27
（2）管道系统 28
（3）清水池部署 29
七、水厂平面部署和高程部署 29
1.水厂组成 29
2.工艺步骤部署 30
3.平面部署 30
4.工艺步骤高程部署 31
5.工艺步骤标高计算 31
八、设计体会 31
参考文件 31

一、课程设计目标
《水质工程学(上)》课程设计是给水排水科学和工程专业关键实践教学步骤。经过该课程设计，使学生愈加好地熟悉和掌握专业主干课《水质工程学(上)》基础理论、城市净水厂设计方法、构筑物工艺计算、和对应设计制图规程，培养和提升学生初步设计、计算、绘图水平,为学生未来从事给水处理工程计划和设计、运行和管理等工作打下初步基础备。
二、课程设计任务和内容
1.课程设计必需重视工程实践，亲密联络工程实际。要求学生掌握给水处理工艺发展趋势和特点、水厂平面部署和高程部署标准、多种水处理构筑物特点及适用范围等。
2.全部设计参数选择,必需以《室外给水设计规范》(GB50013－)为选择参数依据。
3.具体设计任务和内客
（1）掌握水厂设计规模(设计最高日供水量)确实定标准和方法；水厂设计规模，应按《室外给水设计规范（GB50013－）》第4.0.1条1～5款最高日水量之和确定；
①综合生活用水(包含居民生活用水和公共建筑用水)；②工业企业用水；③浇洒道路和绿地用水；④管网漏损水量；⑤未预见用水。
（2）水处理构筑物设计水量，应按设计最高日供水量加水厂自用水量确定。水厂自用水率通常可采取设计水量5％～10％。当滤池反冲洗水采取回用时，自用水率可合适减小。
（3）掌握厂址选择方法；水厂厂址选择，应符合城镇总体计划和给水排水专题计划、环境保护专题计划等，并依据下列要求综合确定：①给水系统布局合理；②不受洪水威胁；③有很好废水排除条件；④有良好工程地质条件；⑤有便于远期发展控制用地条件；⑥有良好卫生环境，并便于设置防护地带；⑦少拆迁，不占或少占农田；⑧施工、运行和维护方便；
（4）掌握给水处理工艺步骤选择；水处理工艺步骤选择及关键构筑物组成，应依据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求、地域条件、施工条件，经过调查研究和不一样工艺组合试验或参摄影似条件下已经有水厂运行经验，结合当地操作管理条件，经过技术经济比较综合研究确定。
工艺步骤通常采取：原水→混合→絮凝池→沉淀池→过滤池→清水池。混合通常采取静态管道、机械搅拌,絮凝池可用隔板、折板絮凝池、网格絮凝池、机械絮凝池等，沉淀池通常采取平流式沉淀池、斜板（管）絮凝池，过滤池通常采取一般快滤池、V型滤池、移动冲洗罩滤它、双阀滤池等，混凝沉淀也可用机械加速澄清池、水力循环澄清池替换。
（5）确定多种构筑物设计流量及工艺参数；初步选择各构筑物类型和数目，初步进行构筑物计算、初步确定各构筑物相关尺寸；初步进行水厂平面部署和高程部署；在此基础上，判定所选工艺步骤是否适宜。（水厂总面积：长300-500m，宽200-400m）
（6）关键水处理构筑物及辅助设施设计计算:首先应说明选择构筑物理由,硝定其关键工艺设计参数,然后逐项进行各构（建）筑物及辅助设施设计和计算，定出各构（建）筑物和关键构件尺寸，设计时要考虑到构筑物及其结构、施工上可能性，并符合建筑模数要求；
①二级泵房工作水泵型号及台数应依据逐时、逐日和逐季水量改变、水压要求、水质情况、调整水池大小、机组效率和功率原因等，综合考虑确定。当供水量改变大且水泵台数较少时，应考虑大小规格搭配，但型号不宜过多，电机电压宜一致。水泵选择应符合节能要求。当供水水量和水压改变较大时，经过技术经济比较，可采取机组调速、更换叶轮、调整叶片角度等方法。
②泵房通常宜设1～2台备用水泵。备用水泵型号宜和工作水泵中大泵一致。
③净水厂清水池有效容积，应依据产水曲线、送水曲线、自用水量及消防贮备水量等确定，并满足消毒接触时间要求。当市政供水管网无调整构筑物时，在缺乏资料情况下，清水池有效容积可按水厂最高日设计水量10％～20％确定。
④清水池个数或分格数不得少于2个，并能单独工作和分别泄空；在有特殊方法能确保供水要求时，亦可修建1个。
（7）合理选择混凝剂、消毒剂及其用量；
①用于生活饮用水处理混凝剂或助凝剂产品必需符合卫生要求；混凝剂和助凝剂品种选择及其用量，应依据原水混凝沉淀试验结果或参摄影似条件下水厂运行经验等，经综合比较确定。
②混凝剂投配宜采取液体投加方法。当采取液体投加方法时，混凝剂溶解和稀释应按投加量大小、混凝剂性质，选择水力、机械或压缩空气等搅拌、稀释方法。有条件水厂，应直接采取液体原料混凝剂。
③ 消毒剂和消毒方法选择应依据原水水质、出水水质要求、消毒剂起源、消毒副产物形成可能、净水处理工艺等，经过技术经济比较确定。可采取氯消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒及紫外线消毒，也可采取上述方法组合。
④消毒剂投加点应依据原水水质、工艺步骤和消毒方法等，并合适考虑水质改变可能确定，可在过滤后单独投加，也可在工艺步骤中多点投加。
（8）水厂总平面部署；依据各构筑物设计计算尺寸，确定各构筑物和辅助设施、各类管道（生产、加药、加氯、排水、给水、反冲洗等）、检验井和阀门在平面部署上确实切位置，并最终完成平面部署。在重视水厂主体构筑物（生产工艺）和隶属构筑物部署同时，应注意厂区道路、绿化、办公楼、相关生活设施等部署；
水厂生产构筑物部署应符合下列要求：
①在满足各构筑物和管线施工要求前提下，水厂各构筑物应紧凑部署。生产构筑物间连接管道部署，宜水流顺直、避免迂回。
②隶属生产建筑物（机修间、电修间、仓库等）应结合生产要求部署。
③生产管理建筑物和生活设施宜集中部署，努力争取位置和朝向合理，并和生产构筑物分开部署。采暖地域锅炉房应部署在水厂最小频率风向上风向。
④水厂内应设置通向各构筑物和隶属建筑物道路。可按下列要求设计：水厂宜设置环行道路；大型水厂可设双车道，中、小型水厂可设单车道；关键车行道宽度：单车道为3.5m，双车道为6m，支道和车间引道大于3m；车行道尽头处和材料装卸处应依据需要设置回车道；车行道转弯半径6～10m；人行道路宽度为1.5～2.0m。
（9）水厂高程设计:
在水厂平面置好以后,应进行水厂高程设计。高程设计应充足利用原有地形条件，努力争取步骤通畅、能耗降低、土方平衡。在设计过程中，应合理确定各构筑物水头损失、连接管道水头损失(经过对厂区内各工艺管道水力计算来确定)、各构筑物水位标高、各构筑物顶（底）标高等；
水厂防洪标准不应低于城市防洪标准，并应留有合适安全裕度。
(10)注意水厂供电负荷要求；一、二类城市关键水厂供电应采取一级负荷。一、二类城市非关键水厂及三类城市水厂可采取二级负荷。当不能满足时，应设置备用动力设施。
(11)合理确定净水厂排水；水厂排水宜采取重力流排放，必需时可设排水泵站。厂区雨水管道设计降雨重现期宜选择1～3年。水厂排泥水排入河道、沟渠等天然水体时，其悬浮物质不应对河道、沟渠造成淤塞，必需时应对排泥水进行处理，对所产生脱水泥渣妥善处理。
三、设计水量
Q0=（50000+×28）×1.05=109200m3/d=1.2639m3/s
四、建设场地和水源水质
1.建设场地:地形平坦,面积长400m,宽250m长方形,地面标高4.5m。取水河流在拟建水厂西侧,取水囗距厂区1500m,经过取水泵房将兏水输送至配水开。
2.水源水质: 水源水质符合地面水Ⅲ类水域水质标准,除浊度、色度和菌落总数偏高外,其它参数均符合GB5749-<<生活饮用水卫生标准>>。
五、水厂工艺步骤选择
因为水源水质符合地面水Ⅲ类水域水质标准,除浊度、色度和菌落总数偏高外,其它参数均符合GB5749-<<生活饮用水卫生标准>>，所以本设计工艺步骤经过比较得出结论图1所表示

混凝剂 消毒剂

清水池
滤池
澄清池
混合

原水

二级泵房

用户
图1
（1）关键计算内容
1).絮凝－沉淀池，絮凝池和沉淀池必需一样宽，並应合建,絮凝池水深在3.5m左右。絮凝沉淀池不得悬空。
2).滤池
3).二级泵房（近期4台，远期6台）
3).清水池容积按总产水量15%左右估算；深度4m左右
4).加药间、加氯间、机修间、堆砂场、办公用房、化验间等按《室外给水设计规范》选择。
水厂面积按《城市给水工程计划规范》选择。
六、关键处理结构物计算
1.配水井
配水井流量为（加5%水厂自来水）
Q =1.2639m3/s
取停留时间为3min,则配水井体积为（包含5%无用体积）
V=Q T=1.05×1.2639×3×60= 238.8771 m3取240 m3
因水力循环澄清池有8个（由下得悉），故分设2座配水井，单组配水井体积为
V单=V/3=240/2=120 m3选定配水井尺寸为5.6m×5.6m有效水深为2.97m,池体超高为0.3m,则配水井高度为5.8 m.
由设计手册有，配水管许可流速为1.0~1.2m/s.取v=1.2m/s,则配水管管径 为D=√(4Q/3.14v)= √[(4×1.2639/2)/3.14×1.2]=1.179m,取1200mm,则实际流速为1.12m/s。
2.混合设备
为了形成良好矾花，很关键是在投加药剂时立即快速混合。混合是经过紊动水流作用，使药剂立即地均匀分散在原水中。混合设备基础要求是，药剂和水混合必需快速均匀。混合设备种类较多，常见有水泵混合、管式混合和机械混合三种。
选择现在广泛使用管式静态混合器。混合器内按要求安装若干固定混合单元。每一混合单元由若干固定叶片按一定角度交叉组成。水流和药剂经过混合器时，将被单元体数次分割、改向并形成涡旋，达成混合目标。这种混合器结构简单，无活动部件，安装方便，混合快速而均匀。管式静态混合器结构图5.2所表示。
3.水力循环澄清池设计
（1）设计关键点
（1）水力澄清池适适用于中小型水厂。进水悬浮物含量通常小于1000mg/L，短时间内许可达mg/L。
（2）设计回流水量通常采取进水流量2~4倍，应选择适宜水射器喉管截面积和喷嘴截面积之比和合适喷嘴流速。
（3）喷嘴直径和喉管直径之比通常采取1：3~1：4，喉管截面积和喷嘴截面积比值约在12~13之间。
（4）喷嘴流速采取8m/s；喷嘴水头损失通常为5m。
（5）喉管流速为2.5m/s；喉管瞬间混合时间通常为0.6s。
（6）第一反应室出口流速采取0.06m/s；第二反应室进口流速低于第一反应室出口流速，通常采取0.04m/s。
（7）清水区上升流速通常采取0.7~1.0mm/s，当原水属低温低浊度时，上升流速可酌减；清水区高度通常为2~3m，超高为0.3m。
（8）总停留时间为1~1.5h。反应室停留时间宜取用较大，以确保反应完善，通常采取停留时间：第一反应室15~30s，第二反应室80~100s（按循环总回流量计）。
（9）池斜壁和水平夹角通常为45°。
（10）为避免池底积泥，提升回流泥渣浓度，喷嘴顶离池底距离通常小于0.6m。
（11）为适应原水水质改变，池中心应设有可调整喷嘴和喉管进口处间距方法。但须注意第一反应筒下口和喉管重合调整部分间隙不宜过小，不然易被泥渣所堵塞，使调整困难。
（12）排泥装置同机械搅拌澄清池。排泥耗水量通常为5%左右；排泥量大者可考虑自动控制。池子底部应舍放空管。
（13）在分离室内设置斜板，可提升澄清效果、增加出水量和降低药耗。在大型池内反应筒下部设置伞形罩，可避免第二反应室出水短路和加强泥渣回流。
（2）设计条件
设计水量为Q0（50000+*28）×1.05=109200 m3/d=1.2639 m3/s
采取数据：
设置8个水力循环澄清池，Q0=0.1580 m3/s
回流比采取1：4
设计循环总回流量Q1=0.632m3/s 喷嘴流速：V0=8.0m/s 喉管流速V1=2.5m/s
第一反应室出口流速V2=0.06m/s 第二反应室出口流速V3=0.04m/s
清水区上升流速：V4=0.5mm/s 喉管混合时间：t1=0.6s
第一反应反应时间
（3）水力提升器计算
1）喷嘴
d0=4qπv0=0.6323.14×8=0.159m取d0=160mm
式中d0-喷嘴直径（m）
q-进水量（m3/s）
V0-喷嘴流速
设进水管流速：V=1.5m/s
则进水管直径：d=4qπV=4×0.1583.14×1.5=0.3662m取370mm
设喷嘴收缩角为15°，则斜壁高为370-1602×cos15°=203mm取210mm
喷嘴直段长度取160mm，h0=363mm
要求净作用水头：hp=0.06V02=0.06×82=3.84m
2）喉管
d1=4Q1πv1=4×0.6323.14×2.5=0.567m取d1=600mm
式中q1-循环总流量量（m3/s）
d1-喉管直径（m）
V1-喉管流速（m/s）
则实际喉管流速：V1’=4×0.6323.14×0.602=2.23m/s
令t1=0.6s，则h1=V1’t1=2.23×0.60=1.338m，取1.340m
3）喉管喇叭口
取d5=3d1=3×600=1800mm，喇叭口斜边采取45°倾角，则喇叭口高度为1800-6002×tan45°=1200mm采取连接喇叭口大端圆部分高d1=650mm，喷嘴和喉管距离：
S=2d0=2×160mm=320mm并设调整装置。
4）第一絮凝室
上口直径：d2=4Q1πv2=4×0.6323.14×0.06=3.66m取d2=3.70m
式中d2-上口直径（m）
q1-循环总流量量（m3/s）
上口面积W1=πd224=3.14×3.7024=10.746m2
实际出口流速V2‘=4Q1πd22=4×0.6323.14×3.702=0.059m/s
式中V2’-实际流速（m/s）
q1-循环总流量量（m3/s）
d2-上口直径（m）
设第一絮凝室高度为h2=d2-d12tan15°=5.78m取5.80m
式中h2——第一絮凝室高度（m）
d2——上口直径（m）
d1——喉管直径（m）
5）第二絮凝室
第二絮凝室进口断面积W2=Q1v3=0.6320.04=15.80m2
式中W2-第二絮凝室进口断面积（m2）
q1-循环总流量量（m3/s）
V3-第二絮凝室上口流速（m/s）
第二絮凝室直径（包含第一絮凝室）
d3=4W1+W2π=410.7+15.83.14=5.81m取5.80m
式中d3-第二絮凝室直径(m)
W2-第二絮凝室进口断面积（m2）
W1-上口面积（m2）
实际进口断面积W2’=πd324-w1=15.66m2
实际进口流速V3'=Q1W2'=0.63215.66=0.0404m/s
式中q1-循环总流量量（m3/s）
V3’-实际进口流速
第二絮凝室高度取h6=4Q1t3πd32-d2'2=4×0.632×1003.14×5.82-2.5782=4.39m，h6取4.4m； h4取0.3m 。
式中h6-第二絮凝室出口至第一絮凝室上口高度
q1-循环总流量量（m3/s）
t3-第二絮凝室反应时间
d3-第二絮凝室上口直径
d2’-第二絮凝室出口处到第一絮凝室上口处锥形筒直径（m）
依据公式：h3=h6+h4=4.7m;
式中h3-第二絮凝室高度
h6-第二絮凝室出口至第一絮凝室上口高度
h4-第一絮凝室上口水深（m）
W3=πd32-d2'24 ;W3=π45.82-2.5782=21.19m2
式中W3-第二絮凝室出口断面
d3-第二絮凝室上口直径
d2’-第二絮凝室出口处到第一絮凝室上口处锥形筒直径（m）
d2'=d21-h5h2+d1∙h5h2=2.578m
出口流速：V5=Q1w3=0.86331.24=0.028m/s
6）澄清池各部尺寸计算
分离室面积W4=Q0v4=0.15800.001=158m2
澄清池直径D=4w1+w2’+w4π=410.746+15.66+1583.14=15.33m取16.00m
实际上升流速V4'=4Q0πD2-w1-w2’=0.1583.14×162-10.746-15.66=1.052×10-3取0.001m/s
h0取0.46m，喷嘴长0.363m，喷嘴和喉管间距0.32m，喉管喇叭口高度1.2m，喉管长度1.340m，第一絮凝室高度5.80m，室顶水深0.3m，超高0.3m。
澄清池总高度H=0.46+0.32+1.2+1.340+5.8+0.3+0.3=9.72m
锥体部分高度：H1=D-D02tanβ
设池底部直径：D0=2.0m，锥角β=45°，则
H1=16-22tan45°=7m
式中H1-池锥体部分高度（m）
D-澄清池直径（m）
D0-池底部分直径（m）
H2=H-H1=9.72-7=2.72m
式中H2-池直壁高度（m）
H-池总高（m）
H1-池锥体部分高度（m）
7）各部分容积及停留时间计算
喉管混合时间：t1=h1v1‘=16002610=0.613s 取0.6s
式中t1-喉管混合时间（s）
V1-喉管流速（m/s）
h1-喉管高度（m）
第一絮凝室容积
V1=πh23d22+d2d1+d124=3.14×5.812×0.62+3.72+0.6×3.7=24.69m3
式中h2-第一絮凝室高度（m）
第一反应室停留时间
t2=V1Q1=24.690.632≈39.07s
式中V1-第一絮凝室容积（m2）
q1-循环总流量量（m3/s）
第二絮凝室容积
V2=π4d32h3-πh63d22+d2d2‘+d2’24=3.144×5.82×2.7-3.143×2.10.62+2.578×3.7+2.57824=62.21m3
式中d3-第二絮凝室上口直径
h3-第二絮凝室高度
h6-第二絮凝室出口至第一絮凝室上口高度
第二反应室停留时间
t3=V2Q1=62.210.632=98.43s
式中V2-第二絮凝室容积
q1-循环总流量量（m3/s）
分离室停留时间
t4=h5v4'=2.10.0005=4200s
式中h3-第二絮凝室高度（m）
V4'-实际上升流速（m/s）
净水历时
T'=t1+t2+t3+t4=39.07+98.43+4200=4337.5s≈72.3min
式中t1-喉管混合时间（s）
t2-第一反应室停留时间
t3-第二絮凝室反应时间
t4-分离室停留时间
澄清池总容积V及停留时间T:
总容积：
直壁部分体积V3=π4D2H2=0.785×162×2.72=546.6m3
锥体部分体积V4=π12H1D2+D02+DD0=534.8m3
V=V3+V4=546.6+534.8=1081.4m3
总停留时间：
T=VQ0=1081.40.158=6844s=1.90h
式中V-澄清池总容积(m3)
Q0-进水量（m3/s）
8）排泥设施
泥渣室容积按澄清池容积1%计，即
V泥=0.01V=0.01×1081.4m3=10.814m3
设置两个排泥斗，形状采取倒正四棱锥体，其锥底边长和锥高为均为Z，则其体积为
V泥=13Z∙Z2=13Z3
则Z=33V泥=33×10.814m=3.19m
排泥历时取t5=30s，排泥管中流速取
V5=3m/s
则排泥流量
q0=V泥t5=10.81430=0.360m3/s
排泥管直径
d5=4q0πv5=4×0.3603.14×3=0.390m取400mm
进出水系统
进水管，进水管采取d=150mm，管累流速V=1.65m/s
集水管，环形集水槽设在池壁外侧，采取淹没孔进水，流量超载系数取K=1.3，则槽中流量
q=12Q0K=12×0.1580×1.3=0.1027m3/s
槽宽b=0.9q0.4=0.9×0.10270.4=0.362m 取0.40m
孔眼轴线淹没水深取50mm，超高取70mm。
起点槽深h'=0.75b+0.05+0.07=0.42m
终点槽深h''=1.25b+0.05+0.07=0.62m
为了加工和施工简单，采取等断面，即b=0.4m，h取0.7m。
槽孔孔眼
孔眼总面积
f=qμ√2g×0.05m2
式中μ—流量系数，取0.62。
h—孔眼中心线以上水头，取0.05m。
f=0.10270.62√2×9.8×0.05m2=0.1673m2
孔眼直径采取20mm 单个孔眼面积f=3.14cm2
孔眼数
n=ff=16733.14=533个
孔眼流速
v7=qf=0.10270.1673=0.61m/s
孔眼中心间距
S=πDn×2=3.14×16533×2=0.05m
出水管径d=150mm，放空管径d=100mm。
4.一般快滤池设计
一般快滤池是现在水处理工程中常见滤池形式之一，一般快滤池运行稳定，出水水质很好，一般快滤池适适用于大、中、小型水厂，单池面积不宜大于100m2,以免冲洗不均匀，在有条件时尽可能采取表面冲洗或空气助冲设备。
（1）设计参数
4.1.1单层、双层滤料滤池冲洗前水头损失宜采取2.0～2.5m；三层滤料冲洗前水头损失宜采取2.0～3.0m。
4.1.2滤层表面以上水深宜采取1.5～2.0m。
4.1.3单层滤料滤池宜采取大阻力或中阻力配水系统；三层滤料滤池宜采取中阻力配水系统。
4.1.4冲洗排水槽总平面面积，不宜大于过滤面积25%，滤料表面到洗砂排水槽槽底距离，应等于冲洗时滤层膨胀高度。
4.1.5当采取水箱（塔）冲洗时，水箱（塔）有效容积应按单元格滤池冲洗水量1.5倍计算。
当采取水泵冲洗时，水泵能力应按单元格滤池冲洗水量设计，并设置备用机组。
已知，设计水量Q=50000+28××1.05m3/d=109200m3/d=1.2639m3/s
（2）平面尺寸计算
1）滤池总面积
F=QVT
T=T0-nt1
式中F—滤池总面积（m2）；
Q—设计水量（m2/d）；
V—设计滤料（m/h）,石英砂单层滤料通常采取8～10m/h，双层滤料通常采取10～14m/h；
T—滤池每日实际工作时间（h）；
T0—滤池每日工作时间（h）；
t0—滤池每日冲洗后停用和排放初滤水时间（h）；
t1—滤池每h冲洗时间，取t1=0.1h；
n—滤池每日冲洗次数，取n=2次。
不考虑排放初滤水时间，取t0=0
则 T=24-2×0.1h=23.8h
选择单层滤池石英砂滤池，取V=8m/h
F=109×23.8m2=458.82m2
2）单池面积
f=FN
式中f——单池面积（m2）。
F——滤池总面积（m2）。
N——滤池个数（个），通常采取N≥2个。
设计中取N=8，成对称双行排列部署
f=FN=458.828m2=57.35m2
设计中取L=10.0m,B=6.0m,滤池实际面积为10.0×6.0m2=60m2,实际滤速
V=109×60×23.8m/h=9.56m/h满足要求。
当一座滤池检修时。其它滤池强制滤速V’(通常采取10～14m/h)
V'=NvN-1
V'=8×9.568-1m/h=10.93m/h满足要求。
3）滤池高度
H=H1+H2+H3+H4
式中H——滤池高度（m）
H1——承托层厚度（m），通常可按表1确定；取0.3m；
H2——滤料层厚度（m），取0.7m；
H3——滤层上水深（m）,通常采取1.5～2.0m,取1.7m；
H4——超高（m），通常采取0.3m。
设计中取H1=0.30m，H2=0.70m，H3=1.70m，H4=0.30m。
H=0.30+0.70+1.70+0.30m=3.00m
表1一般快滤池承托层粒径和厚度
层次（自上而下）
尺寸/mm
厚度/mm
1
2～4
100
2
4～8
100
3
8～16
100
4
16～32
本层顶面高度最少应高出配水系统孔眼100
（3）配水系统
1）反冲洗强度
通常采取12～15L/(s·m2),取15L/(s·m2)。
2）反冲洗水量
qg=fq
式中qg——反冲洗干管流量（L/s）。
qg=60×15=900L/s
3）干管始端流速
vg=4qg×10-3πD2
式中vg——干管始端流速（m/s）,通常采取1.0～1.5m/s；
qg——反冲洗水流量（L/s）；
D——干管管径（m）。
设计中取D=1m
vg=4×900×10-33.14×12=1.15m/s
4）配水支管根数
nj=2×La
式中nj——单池中支管根数（根）；
L——滤池长度（m）；
a——支管中心间距（m）,通常采取0.25～0.30m,取a=0.25m。
nj=2×100.25根=80根
5）单根支管入口流量
qj=qgnj
式中qj——单池支管入口流量（L/s）。
qj=qgnj=90080L/s=11.25L/s
6）支管入口流速
vj=qj×10-3π4dj2
式中vj——支管入口流速（m/s），通常采取1.5～2.0m/s；
dj——支管管径（m），取dj=0.1m。
vj=11.25×10-30.785×0.12m/s=1.43m/s满足要求。
7）单根支管长度
lj=12(B-D)
式中lj——单根支管长度（m）；
B——单个滤池宽度（m）,B=6m；
D——配水干管管径（m）,D=1.0m。
lj=12×6.0-1m=2.5m
8）配水支管上孔口总面积
Fk=Kf
式中Fk——配水支管上孔口总面积（m2）；
K——配水支管上孔口总面积和滤池面积f之比，取K=0.25%。
Fk=0.25%×60m2=0.15m2=150000mm2
9）配水直管上孔口流速
Vk=qgFk
式中 Vk——配水支管上孔口流速（m/s），通常采取5.0~6.0m/s。
Vk=0.90.15=6m/s
10）单个孔口面积
fk=π4dk2
式中 fk——配水支管上单个孔口面积（m2）；
dk——配水支管上孔口直径（mm），通常采取9~10mm，取dk=9mm。
fk=0.785×92≈63.6mm2
11）孔口总数
Nk=Fkfk
式中 Nk——孔口总数（个）。
Nk=15000063.6≈2358个
12）每根支管上孔口数
nk=Nknj
式中 nk——每根支管上孔口数（个）。
nk=235880≈29个
支管上孔口部署成两排，和垂线成45°夹角向下交错排列。
13）孔口中心距
ak=ljnk2
式中 ak——孔口中心距（m）。
设计中lj=2.5m，nk=29个，ak=2.5292=0172m<2
14）孔口平均水头损失
hk=12g（q10μK)^2
式中 hk——孔口平均水头损失（m）；
Q——冲洗强度[L/（s·m2）]；
μ——流量系数，和孔口直径和壁厚δ比值相关，查表22-20取μ；
K——支管上孔口总面积和滤池面积之比，通常采取0.2%~0.25%。
设计中取δ=5mm，K=0.25%，则孔口直径和壁厚之比dkδ=95=1.8，按表所表示，选择流量系数μ=0.68
hk=12×9.8×1510×0.68×0.25^2=4.0m
流量系数μ值
孔口直径和壁厚之比
1.25
1.5
2.0
3.0
流量系数μ
0.76
0.71
0.67
0.62
15）配水系统校核
对大阻力配水系统，要求其支管长度lj和直径dj之比小于60。
ljdj=2.50.1=25<60
对大阻力配水系统，要求配水支管上孔口总面积Fk和全部支管横截面积之和比值小于0.5.即
Fknjfj<0.5
fj=π4Dj2
式中 fj——配水支管横截面积（m2）。
Fknjfj=0.1580×0.785×0.12=0.239<0.5满足要求。
（4）洗砂排水槽
1）洗砂排水槽中心距
a0=Ln1
式中 a0——洗砂排水槽中心距（m）；
n1——每侧洗砂排水槽数（条）。
因洗砂排水槽长度不宜大于6m，故在设计中将每座滤池中间设置排水渠，在排水渠两侧对称部署洗砂排水槽，每侧洗砂排水槽数n1=3条，池中洗砂排水槽总数n2=6条。
a0=103≈3.33m
2）每条洗砂排水槽长度
l0=B-b2
式中 l0——每条洗砂排水槽长度（m）；
b——中间排水渠宽度（m）。
设计中取b=0.8m
l0=6-0.82=2.6m
3）每条洗砂排水槽排水量
q0=qgn2
式中 q0——每条洗砂排水槽排水量（L/s）；
qg——单个滤池反冲洗水流量（L/s）；
n2——洗砂排水槽总数，n2=6条。
q0=9006=150L/s
4）洗砂排水槽断面模数
洗砂排水槽采取三角形标准断面。
洗砂排水槽断面模数
x=12q01000v0
式中 x——洗砂排水槽断面模数（m）；
q0——每条洗砂排水槽排水量（L/s）；
v0——槽中流量（m/s），通常采取0.6m/s，取v0=0.6m/s。
x=×0.6=0.25m
5）洗砂排水槽距砂面高度
He=eH2+2.5x+δ+c
式中He——洗砂排水槽距砂面高度（m）；
e——砂层最大膨胀率，石英砂滤料通常采取30%~50%，取e=35%；
δ——洗砂排水槽底厚度（m），取δ=0.05m；
H2——滤料层厚度（m），取H2=0.7m；
c——洗砂排水槽超高（m），取c=0.08m。
He=0.4×0.7+2.5×0.25+0.05+0.08=1.035m
6）排水槽总平面面积
F0=2xl0n2+bL
式中F0——排水槽总平面面积（m2）。
F0=2×0.25×2.6×6+0.8×10=15.8m2
校核排水槽总平面面积和滤池面积之比。
F0f=15.860=26.33% 基础满足要求。
7）中间排水槽
中间排水槽选择矩形断面，渠底距洗砂排水槽底部高度
Hf=1.73×3qg2（g×b2）
式中Hf——中间排水槽渠底距洗砂排水槽底部高度（m）；
b——中间排水渠宽度（m）；
qg——反冲洗排水流量（m3s）；
g——重力加速度，9.81m/s2。
Hf=1.73×30.92（9.81×0.82）=0.87m
（5）滤池反冲洗
滤池反冲洗水可由高位水箱或专设冲洗水泵供给。本设计按高位水箱供水方法进行计算。
1）单个滤池反冲洗用水总量
W=qft1000
式中W——单个滤池反冲洗用水量（m3）；
t——单个滤池反冲洗时间（s），其值可参考表中经验资料确定。
其它符号意义同前。
设计中取t=6min，q=15L/（s·m2）
W=15×60×3601000=324m2
冲洗强度、膨胀度和冲洗时间
滤层
冲洗强度
膨胀率
冲洗时间
石英砂滤料
12~15
45
7~5
双层滤料
13~16
50
8~6
三层滤料
16~17
55
7~5
2）高位冲洗水箱容积
按单格滤池反冲洗水量1.5倍计算
W1=1.5W=1.5×324=486m3
式中W1——高位冲洗水箱容积（m3）。
3）承托层水头损失
hw3=0.022H1q
式中hw3——承托层水头损失（m）；
H1——承托层厚度（m），取H1=0.30m；
q——冲洗强度[15L/（m2·s）]。
hw3=0.022×0.3×15=0.099m
4）冲洗时滤层水头损失
hw4=（ρ砂ρ水-1）（1-m0）H2
式中hw4——冲洗时滤层水头损失（m）；
ρ砂——滤料密度（kg/m3），石英砂密度通常采取2650kg/m3；
ρ水——水密度（kg/m3），ρ水=1000kg/m3；
m0——滤料未膨胀前孔隙率，取m0=0.41；
H2——滤料未膨胀前厚度（m），取H2=0.7m。
hw4=26501000-1×1-0.41×0.7=0.68m
5）冲洗水箱高度
Ht=hw1+hw2+hw3+hw4+hw5
式中Ht——冲洗水箱箱底距洗砂排水槽顶高度（m）；
hw1——水箱和滤池间冲洗管道沿程和局部水头损失之和（m），取hw1=1.0m；
hw2——配水系统水头损失（m），通常采取1.5~2.0m，hw2=hk=4.0m；
hw5——备用水头（m），通常采取1.5~2.0m，hw5=1.5；
hk——孔口平均水头损失（m），取3.5m；
Ht=1.0+4.0+0.099+0.68+1.5=7.279m，取7.3m。
（6）进出水系统
1）进水总渠
滤池总进水量为Q=109200t/d=1.2639m3/s，设计中取进水总渠渠宽B1=1.18m，水深为1.18m，渠中流速V1=0.91m/s。单个滤池进水管流量Q2=1.2639/8=0.158m