长春市净水厂设计说明书大学论文.doc

长春市净水厂设计说明书

给排水13-3
学号：20
姓名：李宗

一、 设计题目 长春市净水厂设计

二、设计时间 第六学期前两周

三、设计任务 水厂平面布置及高程布置

四、具体要求 1.书写设计说明疑问，包括下列内容：第一，设计任务设计题目；第二，工艺流程及论证；第三，各构筑物凝聚剂消毒剂选择的依据；第四，各参数选择的原则；第五，各构筑物计算过程；第六，必要的草图
2.绘制图纸三张：第一，水厂平面布置图；第二，高程图；第三，某一构筑物的平、立、剖面图。

五、原始资料
设计水量：70000m³/d
水厂所在地：长春
主导风向：西南风
以河水为水源，水质分析报告如下表：
指标
单位
数值
浊度
NTU
最高800 平均70
色度
度
13
水温
摄氏度
最高20 最低1
PH

7.0~8.5
总硬度

380
总大肠菌群
枚/L
650
耗氧量
mg/L
7

mg/L
2
氨氯
mg/L
0.9
氯仿
mg/L
0.09
COD
mg/L
10

目录
1. 工艺流程及论证 …………………………………… 4
2. 凝聚剂的选择与依据 …………………………………… 5
3. 消毒剂的选择与依据 …………………………………… 6
4. 混凝剂投量计算 …………………………………… 6
5. 静态混合器计算 …………………………………… 7
6. 折板絮凝池的设计计算 …………………………………… 7
7. 斜管沉淀池的设计计算 …………………………………… 12
8. 移动罩滤池的设计计算 …………………………………… 15
9. 氯消毒极其投氯设备 …………………………………… 19
10. 清水池的设计计算 …………………………………… 19
11. 给水处理工程高程布置 …………………………………… 21
12. 给水处理构筑物高程计算…………………………………… 21

工艺流程
原水→混合→折板絮凝池→斜管沉淀池→移动罩滤池→清水池
↑ ↑
Cl2 Cl2

选用折板絮凝池：
在絮凝池内，放置一定数量的折板，水流沿折板上、下流动，经过无数次折转，促进颗粒絮凝。这种絮凝因对水质水量适应性强，停留时间短，絮凝效果好，又能节约絮凝药剂，因此选用折板絮凝池。

选用斜管沉淀池：
斜管沉淀池能使沉淀面积增大，因而沉淀效率高，产水量大；且其水利条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀。适用于中小型污水厂，因而选用斜管沉淀池。

选用移动罩滤池：
移动罩滤池池深较浅，结构简单，占地面积小，不需要冲洗水箱或反冲洗水泵，造价较低，与相同规模的普通快滤池相比可节约投资20%~35%；不需要大型阀门，管配件少；能够实现自动连续运行；采用等水头降速过滤，出水水质较好；同时由于分格较多，因而可以避免一格滤池冲洗时出水量明显减少的现象。移动罩滤池适用于大中型水厂，因而选用移动罩滤池

凝聚剂的选择
选用聚合氯化铝的依据
（1） 聚合氯化铝是三氯化铝和氢氧化铝的复合盐，化学通式为。聚合氯化铝是一种无机高分子化合物，其组成随原料及制作条件的不同而异，非单一固定的分子结构，而由各种络合物混合组成。
其分子量较一般凝聚剂大，但最大不过数千，比有机高分子絮凝剂的分子量小。
（2） 聚合氯化铝的絮凝体较硫酸铝的致密且大，形成快，易于沉降，混凝效果好。聚合氯化铝在混凝过程中消耗碱度少，适应的PH范围较硫酸铝宽且稳定。
（3） 聚合氯化铝的腐蚀性较小。
（4） 与硫酸铝比较，含成分高，具有投药量少，节省药耗，降低制水成本等优点。
（5） 聚合氯化铝的混凝效果与盐基度关系密切。原水浊度越高，使用盐基度高的聚合氯化铝，其混凝沉淀效果好。当原水浊度在80~10000NTU时，相应的聚合氯化铝最佳盐基度在40%~50%之间。我国目前生产的产品，其盐基度控制在60%以上。
（6） 聚合氯化铝的外观状态与盐基度、制造方法、原料、杂质成分及含量有关
（7） 聚合氯化铝的稀释与投加与其他凝聚剂相同。投加浓度随原水浊度而异，最低浓度为5%，最浓可直接投加原液。
聚合氯化铝与硫酸铝相比，冬季析出温度更低，聚合氯化铝为-18℃，硫酸铝为-12.4℃。
（8） 聚合氯化铝的质量标准：
外观：灰褐色至灰白色液体。
相对密度

盐基度：50%~80%
PH值：3.5~4.5
水不溶物：≤1%（质量百分数）
聚合氯化铝产品本身是无毒的，据全国各地使用情况、净化后的生活用水一般均符合国家饮用水水质卫生标准。

消毒剂的选择
消毒剂选择液氯
（1） 主要特性：
1）氯气是一种黄绿色气体，具刺激性，有毒，重量为空气的2.5倍，密度3.2g/L（0℃，101.3kPa）。
2）氯气极易被压缩成琥珀色的液氯。液氯的密度为1460g/L（0℃，101.3kPa）
3）在常温常压条件下，液氯极易气化，沸点为-34.5℃；一个体积液氯可其花城457.6体积的氯气；1kg液氯可气化成0.31m³氯气。

混凝剂投量计算
聚合氯化铝混凝剂投量计算

式中 T——日混凝剂投量（kg/d）；
a——单位混凝剂最大投量（mg/L）
Q——日处理水量（m³/d） 70000
最大投加量，平均

2. 溶液池容积

式中 ——溶液池容积（m³）
Q——处理水量（m³/h） 2916.7
a——聚合氯化铝最大投加量（mg/L）
b——溶液浓度（%） 10%
n——每日调制次数 2
3. 溶解池容积

——溶解池容积（m³）

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（m³/d）
d——管道直径（m） 1.0
n——混合单元（个)
设计中取d=1.0m，Q=73000m³/d，当h=0.4m时，需4.7个混合单元，当h=5时，需5.9个混合单元，选DN1100内装6个混合单元的静态混合器，加药点设于靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的三分之一处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布。

折板絮凝池的优点：
（1）絮凝时间较短
（2）絮凝效果好

折板絮凝池计算
1.设计水量
水厂设计水量为73000m³/d，自用水量取5%。折板絮凝池分为两个系列，每个系列设计水量为：

2. 设计计算
折板絮凝池每个系列设计成4组。
1. 单组絮凝池有效容积

式中 V——单组絮凝池有效容积（m³）
T——絮凝时间，采用12min。

2.絮凝池长度

式中 ——絮凝池长度（m）
——有效水深（m） 3.04
B——单组池宽（m） 4
絮凝池长度方向用隔墙分成三段，首段和中段格宽均为1.0m，末端格宽为2.0m，隔墙厚为0.15m，则絮凝池总长度为：

各段分格数
与斜管沉淀池组合的絮凝池池宽为24.0m，用三道隔墙分成四组，每组池宽为：

首段分成10格，则每格长度：

首段每格面积：

通过首段单格的平均流速：

中段分为8格，末段分为7格，则中段、末段的各格格长、面积、平均流速分别为：
，，
，，
4. 停留时间计算
首段停留时间为：

中段停留时间为：

末段停留时间为：

实际总停留时间为：

5. 隔墙孔洞面积和布置
水流通过折板上、下转弯和隔墙上过水孔洞流速，首、中、末端分别为0.3m/s、0.2/s、0.1m/s，则水流通过各段每格格墙上孔洞面积为：
，取0.35㎡，孔宽为1.0m，则孔高为0.35m，实际通过首段每格格墙上孔洞流速为：

，取0.55㎡，孔宽为1.0m，则孔高为0.55m，实际通过中段每格格墙上孔洞流速为：

，取1.1㎡，孔洞宽2.0m，孔高为0.55m，实际通过末段每格格墙上孔洞流速为：

孔洞在格墙上上、下交错布置。

6.折板布置
折板布置首段采用峰对峰，中段采用两峰相齐，末段采用平行直板。折板间距采用0.4m。
折板长度和宽度各段分别采用2.0m×0.6m、1.50m×0.6m和1.50m×0.6m。

7. 水头损失计算
（1） 相对折板

式中 ——折板渐放段水头损失（m）；
——峰处流速（m/s） 0.27
——谷处流速（m/s） 0.14

式中 ——渐缩段的水头损失（m）
——相对峰的断面积（㎡） 0.56
——相对谷的断面积（㎡） 1.06

式中 ——转弯或孔洞的水头损失（m） 3.0
——阻力系数 上转弯1.8，下转弯或孔洞3.0
——转弯或孔洞流速，为0.304m/s

式中 ——首段相对折板总水头损失（m）；
n——折板水流收缩和放大次数，共40次

（2） 平行折板

式中 h——折板水头损失（m）
V——板间流速（m/s），0.16
g——重力加速度（m/s²）

式中 ——上、下转弯或孔洞时水头损失（m）
——转弯或穿过孔洞时流速（m/s） 0.203

式中 ——平行折板总水头损失（m）
n——90°转弯次数，共24次
——上、下转弯或孔洞时水头损失（m）
（3） 平行直板

式中 h——转弯水头损失（m）
V——平均流速（m/s） 0.101

（4） 折板絮凝池总水头损失

8. G值和GT值
(1) 首段G值和GT值

式中 ——首段速度梯度（）
——水的密度（1000kg/m³）
——首段水头损失（m） 0.312
——水的动力粘度（Pa·s） 60×1.005×
T——反应时间（min） 3.54
中段和末段G值和GT值分别为：

（2） 折板絮凝池总G值和GT值

折板絮凝池的布置：
在絮凝池各段每格格墙底部设200mm×200mm排泥孔，池底设2.0%坡度，坡向沉淀池，在过渡段设排泥管，管径DN200.折板絮凝池布置如图：

斜管沉淀池的优点：
（1）沉淀效率高
（2）池体小、占地少

斜管沉淀池设计计算
设计流量

式中 Q——单池设计水量
——设计日产水量（m³/d）
K——水厂用水量占设计日用水量的百分比 5%
n——沉淀池个数， 2

平面尺寸计算
1. 沉淀池清水区面积

式中 A——斜管沉淀池的表面积（㎡）
q——表面负荷[m³/（㎡·h）]， 9
2. 沉淀池长度及宽度（m）
取沉淀池长度L=24m，则沉淀池宽度为

为了配水均匀，进水区布置在24m长度方向一侧。在10m的宽度中扣除无效长度约0.5m，则净出口面积

式中 ——净出口面积（㎡）
——斜管结构系数 1.03
3. 沉淀池总高度

式中 H——沉淀池总高度（m）
——保护高度（m） 0.3
——清水区高度（m） 1.2
——斜管区高度（m），斜管长度为1.0m，安装倾角60°，则

——配水区高度（m）， 1.5
——排泥槽高度（m） 0.83

进出水系统
1. 沉淀池进水设计
沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积

式中 ——孔口总面积（㎡）
V——孔口流速（m/s）， 0.2
每个孔口的尺寸定位15cm×8cm，则孔口数为254个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。

2. 沉淀池出水设计
沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速=0.3=6m/s，则穿孔总面积

设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数

式中 N——孔口个数
F——每个孔口的面积（㎡），

设每条集水槽的宽度为0.4m，间距1.5m，共设10条集水槽，每条集水槽一侧开孔数为40个，孔间距为20cm。
10条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度0.8m，深度1.0m。
出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。孔口损失

式中 ——孔口水头损失（m）
——进口阻力系数 2
集水槽内水深取为0.4m，槽内水流速度为0.38m/s，槽内水里坡度按0.01计，槽内水头损失

式中 ——集水槽内水头损失（m）
i——水力坡度 0.01
l——集水槽长度（m） 10m
出水总水头损失

3. 沉淀池斜管选择
斜管长度取1.0m，斜管管径取30mm，斜管为聚丙烯材料，厚度0.4~0.5mm
4. 沉淀池排泥系统设计
采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次，穿孔管管径为200mm，管上开孔孔径为5mm，孔间距15mm。沉淀池底部为排泥槽，共12条。排泥槽顶宽2.0m，底宽0.5m，斜面与水平夹角约为45°，排泥槽斗高为0.83m。
5.斜管沉淀池草图

移动罩滤池优点：
（1)造价低、不需大量阀门设备
（2）池深浅，结构简单
（3）能自动连续运行，不需冲洗水塔或水泵
（4）节约用地，节约电耗
（5）降速过滤

移动罩滤池设计
滤池面积和尺寸

式中： F——滤池面积（㎡）
Q——滤池设计流量（m³/h） 2917
n——滤池分组数 2
V——设计滤速（m/h） 10
取每一个滤格的平面尺寸为=2.5×2.5㎡，并取每组滤池为24格，分两排布置，每组滤池的实际过滤面积

实际滤速

进水系统

式中 ——进水管直径（m）
——一组滤池的设计流量（m³/s）
——进水管流速（m/s） 1.4
设计中选用DN700的钢管作为进水管

出水虹吸管与水位恒定器
1. 出水虹吸管

式中 ——出水虹吸管横断面积（㎡）
——出水虹吸管流速（m/s）， 1.3
设虹吸管断面为矩形，取其长度为1.2m，宽度为0.4m，则虹吸管实际面积

滤池高度

式中 H——滤池高度（m）
——承托层高度（m） 0.3
——滤料层厚度（m） 0.7
——滤层上水深（m） 1.50
——超高（m） 0.5
——集水区高度（m） 0.70m
——滤板厚度（m） 0.15
为了保证正水头过滤，避免滤层发生气阻，设计中取出水堰顶水位高出滤层0.15m，也即过滤水头为1.35m

反冲洗系统
1. 缝隙滤板水头损失

式中 ——反冲洗时缝隙式滤板的局部水头损失（m）
——滤板局部阻力系数 1.5
——缝隙式滤板中谁的流速（m/s） 0.5

2. 承托层水头损失

式中 ——承托层水头损失（m）
——承托层厚度（m） 0.3

3. 滤料层水头损失

式中 ——滤料层水头损失（m）
——滤料的密度（kg/m³） 2650
——水的密度（kg/m³） 1000
m——滤料层的孔隙率 0.44
——滤料层厚度（m） 0.70

4. 反冲洗虹吸管水头损失
反冲洗水量为

式中 ——一个滤池反冲洗的水量（L/S）
选用管径400mm的钢管，可得流速v=1.04m/s，水力坡度i=3.85%。
反冲洗虹吸水头损失

式中 ——反冲洗虹吸管水头损失（m）
——进口局部阻力系数 0.5
——出口局部阻力系数 1.0
——60°弯头局部阻力系数 0.5
——120°弯头局部阻力系数 1.2
l——排水虹吸管长度（m） 6.0
i——水力坡度
反冲洗时总的水头损失

设计中取虹吸管反冲洗水头差为1.2m

冲洗罩
选用虹吸式冲洗罩。短流活门孔面积

式中 a——短流活门孔口面积（㎡）
——每一个滤格的面积（㎡）
——冲洗后的最大初始滤速（m/h） 25
——短流活门孔口流速（m/s） 0.5
设置两个孔，每孔尺寸为0.25m×0.25m，u偶们的启闭采用牵引浮筒。

消毒处理
加氯量计算

式中 q——每天的投氯量（g/d）
Q——设计水量（m³/d） 70000
b——加氯量（g/m³） 1.0

加氯设备的选择
1. 自动加氯机的选择
选择ZJ-II型转子真空加氯机2台，1用1备，每台加氯机加氯量为0.5~9kg/h。加氯机的外形尺寸为：宽×高=330mm×370mm。加氯机安装在墙上，安装高度在地面以上1.5m，两台加氯机之间的净距为0.8m。
2. 氯瓶
采用容量为500kg的氯瓶，氯瓶的外形尺寸为：外径600mm，瓶高1800mm。氯瓶自重146kg，公称压力2MPa。氯瓶采用两组，每组8个，1组使用，1组备用，每组使用周期约为36d。
3. 加氯控制
根据余氯值，采用计算机进行自动控制投氯量。

加氯间和氯库
加氯间是安置加氯设备的操作间，氯库是贮备氯瓶的仓库。采用加氯间与氯库合建的方式，中间用墙分隔开，但应留有供人通行的小门。加氯间平面尺寸为：长3.0m，宽9.0m；氯库平面尺寸为：长12.0m，宽9.0m。

清水池计算
平面尺寸计算
1. 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量。清水池的总有效容积

式中 V——清水池的总有效容积（m³）
K——经验系数， 10%
Q——设计供水量（m³/d）70000
清水池共设2座，则每座清水池的有效容积为：

2. 清水池的平面尺寸
每座清水池的面积

式中A——每座清水池的面积（㎡）
h——清水池的有效水深（m） 4.0

取清水池的宽度B为15m，则清水池长度L为：

则清水池实际有效容积为59×15×4=3540m³。
清水池超高取为0.5m，清水池总高H：

管道系统
1. 清水池的进水管

式中 ——清水池进水管管径（m）
V——进水管管内流速（m/s), 0.7
取进水管管径为DN1100mm，进水管内实际流速为0.6m/s

2. 清水池的出水管
由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最大流量计：

式中 ——最大流量（m³/h）
K——时变化系数， 1.5
Q——设计水量（m³/d）

出水管管径

式中 ——出水管管径（m）
——出水管管内流速（m/s） 0.7
取出水管管径为DN1100mm，则流量最大时出水管内的流速为0.72m/s。

3. 清水池的溢流管
溢流管的直径与进水管管径相同，取为DN1100mm。在溢流管管段设喇叭口，管上下设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。

4. 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

式中 ——排水管的管径（m）
t——放空时间（h） 2
——排水管内水流速度（m/s）
取排水管管径为DN750mm。

清水池布置
1. 导流墙
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30min。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。在导流墙底部每隔1.0m设0.1×0.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。

2. 检修孔
在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1200mm。

3. 通气管
在清水池顶部设通气管，通气孔共设12个，每格设4个，通气管的管径为200mm，通气管伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。

4. 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。取覆土厚度1.0m

给水处理工程高程布置

构筑物水头损失估算：
一泵站至絮凝池：0.2m
絮凝池至沉淀池：0.1m
沉淀池至滤池：0.5m
滤池至清水池：3.0m
滤池的最大作用水头：2.5m

给水处理构筑物高程计算
（1） 清水池最高水位=101.50m
（2） 滤池水面标高=清水池最高水位+清水池到滤池出水连接管渠的水头损失+滤池的最大作用水头=101.50+0.5+2.50=104.50m
（3） 沉淀池水面标高=滤池水面标高+滤池进水管到沉淀池出水管之间的水头损失=104.5+0.5=105.0m
（4） 反应池与沉淀池连接渠水面标高=沉淀池水面标高+沉淀池配水穿孔墙的水头损失=104.35+0.05=104.40m
（5） 反应池水面标高=沉淀池与反应池连接渠水面标高+反应池的水头损失=104.40+0.24=104.64m

参考资料：《给水排水设计手册1》
《给水排水设计手册3》
《水处理工程设计计算》