学位论文-—20万吨污水厂设计计算书.doc

给水工程课程设计计算书
一、工艺流程选择

工艺流程：原水 → 一泵房 → 静态混合器 → 往复式隔板絮凝池 →平流沉淀池 → 普通快滤池 → 清水池 → 二泵房 → 用户

二、设计水量与取水工艺计算

根据资料，水厂净水产量20万m3/d，考虑到水厂自用水和水量的损失，确定安全系数K=1.06。这总处理水量Q=1.06×20=21.2万m3/d=8833.33 m3/h，取为8850 m3/h。为中型水厂规模

三、净水工艺计算

1. 混凝剂配制和投加

根据原水水质及水温，参考有关水厂的运行经验，选精致硫酸铝为混凝剂。最大投加量为20mg/L，精致硫酸铝投加浓度为10%。采用计量投药泵投加。

2. 溶液池设计及计算

溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。池周围应有工作台，底部应设置放空管。必要时设溢流装置。

溶液池容积按下式计算：

式中 －溶液池容积，m3；
Q－处理水量，；本设计Q=8850
a－混凝剂最大投加量，20mg/L；
b－溶液浓度（5%-20%），取10%；

n－每日调制次数，取n＝3。
代入数据得：=14.148m3，取14.15m3
取有效水深H1＝1.0m，总深H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.0+0.2+0.1＝1.3m。
溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝4.2m×2.6m×1.3m。溶液池设置两个，每个容积为，以便交替使用，保证连续投药。
3. 溶解池容积计算：

溶解池容积
溶解池一般取正方形，有效水深H1＝1.0m，则：
面积F＝W1/H1，有边长a＝F1/2＝2.236m；取边长为2.3m。
溶解池深度H＝H1+H2+H3 （式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）
H＝1.0+0.2+0.1＝1.3m
和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。
溶解池的放水时间采用t＝10min，则放水流量

查水力计算表得放水管管径＝100mm，溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根（钢管或铸铁管）。
溶解池搅拌装置采用机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。
投药管：
投药管流量

查水力计算表得投药管管径d＝20mm，相应流速为0.8m/s。

4. 混合设备的设计

在给排水处理过程中原水与混凝剂，助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善，从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件，同时只有原水与药剂的充分混合，才能有效提高药剂使用率，从而节约用药量，降低运行成本。
管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备：具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，构造如图所示。

管式静态混合器
设计流量：

Q=21.2万m3/d取Q=8850m3/h=2.46m3/s

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）中P62页混合设施静态混合器计算：
静态混合器水头损失 h=0.1184 n Q2/d4.4
设计中h=0.5m，d=1.5m,Q=2.46 m3/s,则n=1.29，取n=2个，即设2个混合单元，长度L=1.1ND=1.1*1.5*2=3.3m，实际流速v=1.39m/s,选DN1500内装2个混合单元的静态混合器。

5. 反应设备的设计

根据常用絮凝池的特点、本设计相关资料和类似水厂的工艺特点，如下表：

方式
设计要点
特点及使用条件
隔
板
絮
凝
池
往复式隔板絮凝池
总水头损失一般在0.3~0.5m
1. 廊道流速，起端0.5~0.6m/s，末端0.2~0.3m/s，一般宜分4~6段；
2. 为减少水流转弯处的水头损失，该处过水断面应为廊道流速的1.2~1.5倍；
3. 絮凝时间20~30min；
4. 隔板净间距一般不宜小于0.5m，池底应有2%~3%坡度，并设不小于D150的排泥管
1． 反应效果好
2． 构造简单，施工方便
3． 容积较大
4． 水头损失大
5． 折转处絮粒易破碎
6． 出水流量不易分配均匀
回转式隔板絮凝池
总水头损失比往复式约<40%
1. 反应效果好
2. 水头损失小
3. 构造简单，施工方便
4. 出水流量不易分配均匀

经综合比较，选用回转式隔板絮凝池较合适。

回转式隔板絮凝池计算：
设计水量： Q1=Q/24n
设计中取n=4个，
絮凝池有效容积：
设计中T=20min
。取V=740 m3
絮凝池长度：
设计中取H’=2.5m,B=25m,则

隔板间距 ：
式中-----第i档廊道内隔板间距（m）
第一档流速取0.5m/s,池内水深2.5m

则第一档隔板间距：
取，则按上式计算得，实际流速；
，实际流速；
，实际流速；，实际流速。
絮凝池总长度：
隔板厚度0.1m，隔板总共19道，则长度：

水头损失计算：

絮凝池为钢混结构，水泥砂浆抹面，粗糙系数n=0.013。第一段、、、计算结果为：

=3544.8

其余三段、、、分别为：
、、、
、、、
、、、
最后隔板水流分两股回流，考虑水量平衡，流量分配为45%和55%，廊道间距近端一股为0.55m。另外一股为0.65m。
各段水头损失计算

段数

1
10
62.3
0.22
0.304
0.493
59.5
3544.8
0.078
2
12
134.8
0.27
0.232
0.386
61.8
3815.0
0.072
3
11
141.0
0.36
0.160
0.289
64.4
4150.0
0.036
4
4
62.8
0.48
0.122
0.193
68.2
4645.8
0.007
合计

回转式隔板絮凝池布置见下图
GT值校核
水温t在20℃时GT值校核：
设计中取T=20.65s，h=0.2m，=60*1.029*10^(-4)Pa*s

GT=39.6*20.65*60=49064.4(在10^4—10^5范围内)
在隔板墙底部设排泥孔，外圈每道隔墙设两个，内圈设一个，尺寸为200mm*200mm。在配水廊道设DN200排泥管。
6.沉淀池计算
选用4组池子平行布置
1：每组设计流量
Q=(200000*1.05)/(24*4)=2187.5m3/h
2: 设计数据的选用
表面负荷 q=2.00m3/(m2.h)=0.56mm/s
沉淀池停留时间 T1=1.5h 沉淀池中水的流速v=20mm/s
3: 平流沉淀池的计算
沉淀池表面积
A=Q/q=1109m3
沉淀池长度
L=3.6vT=3.6×20×1.5=108 m 取用 110 m
沉淀池宽度
B=絮凝池宽度=25m
沉淀池深度
H=QT/BL=1.2m
絮凝池与平流池之间的隔墙采用孔墙。穿孔墙孔的洞口流速采用0.25m/s 洞口总面积为 0.6/0.25 =2.40m2 每个洞口采用具有150发散角的矩形孔。
平面尺寸采用16cm×7cm, 则，洞口数为2.4/(0.16*0.07)=214孔
沉淀池水力条件复核如下:
水力截面积 ω=10×3=30.0m2
水流湿周 χ=10+2×3=16m
水力半径 R=30/16=1.90m
弗劳德数 Fr=0.022/(1.9*9.8)=2.15×10-5 ， (在1×10-4～1×10-5范围之间)
沉淀池放空排泥管按放空时间3h
d==0.11m
选用直径DN=150mm,采用机械排泥装置
沉淀池出水堰的断面宽度采用1m,出水堰起端深度
保证薄壁堰自由落水,出水堰的保持超高定为0.10m,出水堰水深为0.80m,出水堰高度取3.20m
出水堰的流量负荷为:q=（0.8*1*24*3600*0.02）/3.20＝432m3/m2·d < 500m3/m2·d

7.滤池
滤池由进水系统，滤料、承托层，清水（集水）系统，冲洗、配水系统，排水系统等组成。根据《给排水快速设计手册—给水工程》P278，对比常见的滤池类型和参考类似水厂，选用普通快滤池。普通快滤池是目前水处理工程中常见的滤池形式之一。其每一个池上装有浑水进水阀、清水出水阀、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀共4个阀门。普通快滤池运行稳妥，出水水质较好；适用于各种规模水厂，单池面积不宜大于100平方米，以免冲洗不均匀，在有条件时尽量采用表面冲洗或空气助冲设备。
考虑到 技术效果和经济因素，所以滤料选择：无烟煤石英砂双层滤料。
滤速与要求的滤过水水质和工作周期有关，根据相似条件的运转经验或者实验资料确定。本设计按照正常滤速设计。
普通双层滤料快滤池
（1）平面尺寸计算
滤池总面积：
；
设计中取n=2次，，不考虑排放初滤水时间，即取t0=0

设计采用无烟煤石英砂双层滤料，滤速参照类似水厂运行资料，取v=12m/h

单池面积：

设计中取N=12，布置成对称双行排列
（小于100平方米）
设计中取L=10.0m,B=7.0m,滤池的实际面积为10.0*7.0=70平方米，实际滤速

当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速：

滤池高度：

设计中取
H=0.40+0.70+1.80+0.30=3.20m
（2）反冲洗强度：
根据《给水排水设计手册03册城镇给水》P641页，冲洗强度可采用，为防止反冲洗时煤粒流失，在全年不同水温时，应使滤层的膨胀率基本相同。因此一年内，至少在高水温和低水温时应采用两种冲洗强度。
本设计取用高水温时反冲洗强度，低水温时反冲洗强度为。
则相应的反冲洗水流量根据：qg=f*q
f为单滤池实际面积。
（3）配水系统根据水温较高时的反冲洗强度来配置。
水温较高时：

干管始端流速：

设计中取D=1m

配水支管根数：

设计中取a=0.25m

单格滤池的配水系统如下图所示：

单根支管入口流量：

支管入口流速：

设计中取=0.1m，

单根支管长度：

设计中取B=7m，D=1.0m

配水支管上孔口总面积：

设计中取K=0.25%

配水支管上孔口流速
Vk=qg/Fk
其中Vk一般取5~6m/s
有
单个孔口面积：

设计中取

孔口总数：

每根支管上的孔口数：

支管上孔口布置成二排，与垂线成45°夹角向下交错排列，如图右所示。
孔口中心距：

设计中取，

孔口平均水头损失：
设计中取，按课本表6-3，
选用流量系数μ=0.67，则：
配水系统校核：
对大阻力配水系统，要求其支管长度与直径之比不大于60

对大阻力配水系统，要求配水支管上孔口总面积与所有支管横截面积之和的比值小于0.5

，满足要求。
（4）洗砂排水槽
根据《给排水设计手册第三册城镇给水》P641页关于普通快滤池双层滤料的滤池，洗砂排水槽顶距滤层表面高度H：

设计中取，，，，，砂层和无烟煤的厚度和最大粒径根据课本表9-24选取：
选择，，
计算：
a.洗砂排水槽中心距：

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，在排水渠两侧对称布置洗砂排水槽，每侧洗砂排水槽数，池中洗砂排水槽总数，L=10m

b.每条洗砂排水槽长度:
设计中取b=0.8m，B=7m

c.每条洗砂排水槽的排水量:

设计中取，

d.洗砂排水槽断面模数:
洗砂排水槽采用三角形标准断面，如右图所示。
洗砂排水槽断面模数

设计中取
则计算出x：
综上计算出：
洗砂排水槽顶距滤层表面高度H

排水槽总平面面积：

校核排水槽总平面面积与滤池面积之比，
，基本满足要求。
（5）中间排水渠：

单格滤池的反冲洗排水系统布置如下图所示：

（6）滤池反冲洗方式：
滤池反冲洗水可由高位水箱或专设的冲洗水泵供给。设计中按水泵供水反冲洗方式进行计算
单个滤池的反冲洗用水总量：
W=q·f·t／1000
式中 W—单个滤池的反冲洗用水量（M3）
t—单个滤池的反冲洗历时（S）
设计中取t=7min=420s,q=15L/(s*m2)

水泵反冲洗：
根据《给水排水工程快速设计手册—给水工程》P274，
水泵流量：

水泵扬程：

----配水系统水头损失，m，设计中为大阻力系统，取=4.0m；
----承托层水头损失，m，设计中取=0.14m；
----砂滤层和煤滤层水头损失，m，设计中取=1.2m；
设计中取：

根据水泵流量进行选泵，最终确定水泵型号为20sh-28A,泵的扬程为15.2~10.6m，流量为650~950L/s。配套电机选用JS-117-6;共选两台泵，一用一备。
水泵吸水管采用钢管，吸水管直径1000mm，管中流速v=1.33m/s,符合要求。水泵压水管也采用钢管，压水管直径800mm，管中流速v=2.09m/s，基本符合要求。
（7）进出水系统
进水总渠：
根据《给排水设计手册第1册常用资料》P872，进水总渠选用梯形明渠（m=2.0），设计中取进水总渠渠宽1200mm，滤池的总进水量为Q=20万立方米/每天=2.315立方米/每秒，水深为0.8m，渠中水流速为1.125m/s。
单个滤池进水管：
单个滤池进水管流量，根据《给排水设计手册第1册常用资料》P362采用进水管直径，管中流速。
反冲洗进水管：
冲洗水流量，采用管径，管中流速。
清水管：
清水总流量，为了便于布置，清水渠断面采用和进水渠断面相同尺寸。
单个滤池清水管流量，采用管径，管中流速。
排水渠：
排水流量，排水渠断面宽度，渠中水深0.8，渠中流速。

8. 消毒
氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还起氧化作用，加氯消毒操作简单，价格便宜，且在管网中有持续消毒杀菌作用。

（1）加药量的确定：
水厂设计20万m3/d=8333m3/h
根据相似条件下的运行经验，最大投氯量为a=1mg/L，氯与水接触时间不小于30分钟。
加氯量为：
Q1=0.001aQ=0.001*1*8333=8.333kg/h 取Q1=8.333kg/h
储氯量（按一个月考虑）为：
G=30*24Q=30*24*8.333=5999.76Kg/月 可取6000kg即6吨
（2）加氯机
参考经验，采用自动加氯的方式，选用美国WT系列真空加氯机，具体的设备安装由设备厂家提供服务。
（3）加氯间的布置
设水厂所在地主导风向为西北风，加氯间靠近滤池和清水池，设在水厂的东南部。
在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每小时8～12次，并安装漏气探测器，其位置在室内地面以上20cm。设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到2～3mg/kg时即报警，切换有关阀门，切断氯源，同时排风扇动作。
为搬运氯瓶方便，氯库内设单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶正上方，轨道通到氯库大门以外。
加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关。
在加氯间引入一根DN50的给水管，水压大于20mH2O，供加氯机投药用；在氯库引入DN32给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用。

9. 其他设计
9.1 清水池
（1）清水池的布置
在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间不小于30分钟。每座清水池内导流墙设置2条，间距为5.0m，将清水池分成3格。在导流墙底部每个1米设0.1×0.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。
检修孔：在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1200mm。
通气管：为了使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气孔，通气孔共设12个，每格设4个，通气管的管径为200㎜，通气管伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。
覆土厚度：清水池顶部应有0.5~1.0m的覆土厚度，并加以绿化，美化环境。此处取覆土厚度为1.0m。

（2）清水池的有效容积
清水池的有效容积，包括调节容积、消防贮水量和水厂自用水的调节。
清水池的总有效容积：

设计中取k=10%，Q=212000m3/d
V=0.1×212000=21200m³
清水池共设2座，则每座清水池的有效容积为
V1=V/2=21200/2=10600M3
每座清水池的面积：
设计中取池深h=5m
A=V1/h=10600/5=2120M2
取清水池宽B为43m，则池长L为
L=A/B=2120/43=49.3M取50m
则清水池实际有效容积为5×50×43=10750M3

（3）管道系统
清水池的进水管

清水池的出水管：

出水管管径：

D2=0.59m
设计中取DN600mm，则流量最大时出水管内的流速为0.655m/s。
清水池的溢流管：
溢流管的直径与进水管管径相同，取DN800mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。
清水池的排水管：
清水池内的水在检修时需要放空，因此应设排水管。排水管的管径按2h内将池水放空计算。排水管内流速按1.2m/s估计，则排水管的管径

D3=1.27m
设计中取排水管管径为DN1300mm。
清水池的放空采用潜水泵排水，在清水池低水位进行。

9.2 吸水井的设计
吸水井是连接二泵站和清水池之间的构筑物，它可以方便水泵吸水管路的布置，提高运行可靠性，又便于生产调度。
吸水井的应高出地面30cm，根据本设计的资料可设其尺寸为长×宽＝16m×4m，高驱3.6m，分为相等的两格（均为长×宽＝8m×4m），并在各格间设闸门，以增加供水安全性。
9.3 二级泵房的设计
二级泵房中泵型号的选择：四用一备，根据流量和用户用水情况计算得的高程，查给《排水设计手11册－常用设备》选泵。
泵房的尺寸：40m×20m，长度为控制间4m，泵轴之间的间距为4.0m，靠近控制间的泵与靠近吊装间的泵距离墙的距离也为4.0m，另外设4.0m做为吊装机械电葫芦用，共计40m。宽度为吸水管6.5m，泵基础的长度为2.5m，压水管3m，共计10m。
9.4 辅助建筑物面积设计
生活辅助建筑物面积应按水厂管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。生产辅助建筑物面积根据水厂规模、工艺流程和当地的具体情况而定。
9.5 水厂管线
给水管线：
（1）原水管线 两根，采用钢管。
（2）沉淀水管线 埋地式。
（3）清水管线 （两清水池之间有联络管线，池底相同）
（4）超越管线 超越滤池
排水管线：
排除厂内地面雨水；排除厂内生产废水；排除办公室、食堂、浴室、宿舍等的生活污水。
电缆沟：
集中式电缆沟方式，上做盖板，深度为1.0米，宽度为1.0米，沟底有底坡，以利积水排出。
加药管线：
浅沟敷设，上做盖板，为塑料管，以防止腐蚀。
9.6 道路及其它
道路宽度设计：

道路分类
宽（m）
路面材料
主场道
5.0

车行道
4.0
沥青混凝土路面
步行道
2.0
水泥路面
回车道
6.0
沥青混凝土路面
绿化布置：
（1）绿化植被种类： 道路两侧栽种大型乔木；其它地区以草地覆盖。
（2）植株间距： 乔木间距为2.0m。
（3）植株规格： 高2.0米树苗。
（4）植被数量或面积： 乔木数量；草地面积。
照明：主要道路两侧安置路灯
围墙：240mm
四、给水厂总体布置
1. 水厂的平面布置
水厂的平面布置应考虑以下几点要求：
（1）布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操作管理。但各构筑物之间应留处必要的施工和检修间距和管道地位；

（2）充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用；
（3）各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外，有时也需要设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水量采取应急措施；
（4）建筑物布置应注意朝向和风向；
（5）有条件时最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全；
（6）对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合理性。还应该考虑分期施工方便。
2. 水厂的高程布置
在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道，计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有空地。

参考文献
1《水质工程学》
2《城市水工程运营与管理》
3《水处理工艺技术》
4给水排水设计手册
5城市给水工程规划规范(GB50282--98)
6生活饮用水水源水质标准(CJ/T3020--93)
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