给水厂设计说明书.doc

1 总论31.1设计任务及要求31.2基本资料31.2.1水厂规模31.2.3厂区地形31.2.4工程地质资料31.2.5水文及水文地质资料41.2.6气象资料42总体设计42.1净水工艺流程的确定42.2处理构筑物及设备型式选择42.2.1药剂溶解池42.2.2混合设备52.2.3反应池52.2.4沉淀池52.2.5滤池52.2.6消毒方法53混凝沉淀53.1 混凝剂投配设备的设计53.1.1溶液池63.1.2溶解池73.1.3投药管73.2 混合设备的设计73.2.1设计流量73.2.2设计流速83.2.3混合单元数83.2.4混合时间83.2.5水头损失83.2.6校核GT值83.3 反应设备的设计83.3.1平面布置83.3.2平面尺寸计算93.3.3栅条设计93.3.4竖井隔墙孔洞尺寸103.3.5各段水头损失113.3.6各段停留时间123.4 沉淀澄清设备的设计133.4.1设计水量133.4.2沉淀池面积143.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间143.4.5配水槽153.4.6集水系统153.4.7排泥164过滤164.1滤池的布置164.2滤池的设计计算164.2.1设计水量164.2.2冲洗强度164.2.3滤池面积164.2.4单池冲洗流量174.2.5冲洗排水槽174.2.6集水渠174.2.7配水系统174.2.8冲洗水箱185消毒195.1加药量的确定195.1加氯间的布置196其他设计206.1清水池的设计206.1吸水井的设计206.2二泵房的设计206.3辅助建筑物面积设计207水厂总体布置217.1水厂的平面布置217.2水厂的高程布置218设计体会21参考文献211 总论1.1设计任务及要求净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城市净水厂，要求对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图和某个单项处理构筑物（絮凝沉淀池、澄清池或滤池）的工艺设计图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。1.2基本资料1.2.1水厂规模10万m3/d（按近期5万m3/d， 远期10万m3/d进行分期建设）1.2.2原水水质资料水源为河流地面水，原水水质分析资料如下：序号项 目单位数量备 注1PH值/7.6正常2色度度20153浊度NTU65200034肉眼可见物/较浑不得含有5总硬度mg/L，CaCO3117正常6氯化物mg/L5.0正常7氟化物mg/L1.0正常8硝酸盐mg/L1.0正常9总溶固物mg/L147正常10铁mg/L0.23正常11锰mg/L0.1正常12铜mg/L0.5正常13砷mg/L0.05正常14锌mg/L0.5正常15铅mg/L0.05正常18菌落总数个/mL1.3104100 1.2.3厂区地形地形比例1:500， 按平坦地形和平整后的设计地面高程32.00m设计，水源取水口位于水厂东北方向150m，水厂位于城市北面1km。1.2.4工程地质资料(1)地质钻探资料表土砂质粘土细砂中砂粗砂粗砂砾石粘土砂岩石层1m1.5m1 m2 m0.8m1 m2 m土壤承载力:20 t/m2.(2)地震计算强度为186.2kPa。(3)地震烈度为9度以下。(4)地下水质对各类水泥均无侵蚀作用。1.2.5水文及水文地质资料序号项 目单位数量备 注1历年最高水位m34.38黄海高程系统，下同2历年最低水位m21.47频率13历年平均水位m24.644历年最大流量m3/s146005历年最小流量m3/s1806历年平均流量m3/s13407历年最大含砂量kg/m34.828历年最大流速m/s49历年每日最大水位涨落m/d5.6910历年三小时最大水位涨落m/3h1.04地下水位：在地面以下1.8m1.2.6气象资料该市位于亚热带，气候温和，年平均气温15.90C，七月极端最高温度达390C，一月极端最低温度15.30C，年平均降雨量954.1mm，年平均降雨日数117.6天，历年最大日量降雨量328.4mm。常年主导风向为东北偏北（NNE），静风频率为12，年平均风速为3.4m/s。土壤冰冻深度：0.4m。 风向玫瑰图2总体设计2.1净水工艺流程的确定根据地面水环境质量标准（GB383888），原水水质符合地面水类水质标准，除浊度，色度和菌落总数偏高外，其余参数均符合生活饮用水卫生标准（GB574985）的规定。水厂水以地表水作为水源，工艺流程如图1所示。图1 水处理工艺流程2.2处理构筑物及设备型式选择2.2.1药剂溶解池设计药剂溶解池时，为便于投置药剂，溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。2.2.2混合设备使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，管式混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。2.2.3反应池反应作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。这三种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，从工程造价来说，栅条造价为折板的1/2，为波纹板的1/3，因此采用栅条絮凝。2.2.4沉淀池原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。2.2.5滤池采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大，冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤池作为过滤处理构筑物。2.2.6消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。3混凝沉淀3.1 混凝剂投配设备的设计水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图2所示。图2 湿投法混凝处理工艺流程本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。由于缺少必要的条件，所以参考相似水源有关水厂的药剂投加资料，如下表1所示。表1 武汉某水厂投加药剂参考数值取水水源原水悬浮物含量(mg/L)混凝剂种类混凝剂投加量(mg/L)助凝剂种类助凝剂投加量(mg/L)最高最低最高最低武汉长江水552500聚合氯化铝6413.5氯21聚合铝，包括聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）等，具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂最大投加量为64mg/L。3.1.1溶液池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，； Q处理水量，；a混凝剂最大投加量，mg/L；c溶液浓度，取10%；n每日调制次数，取n3。代入数据得：（考虑水厂的自用水量6%）溶液池设置两个，每个容积为，以便交替使用，保证连续投药。取有效水深H11.0m，总深HH1+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+0.11.3m。溶液池形状采用矩形，尺寸为长宽高6m3m1.3m。3.1.2溶解池溶解池容积溶解池一般取正方形，有效水深H11.0m，则：面积FW1/H1边长aF1/22.6m；溶解池深度HH1+H2+H3 （式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）2.6+0.2+0.12.9m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t15min，则放水流量查水力计算表得放水管管径mm，相应流速。溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根。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。3.1.3投药管投药管流量 查水力计算表得投药管管径d20mm，相应流速为2.58L/s。3.2 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2所示。图3 管式静态混合器3.2.1设计流量 Q=3.2.2设计流速静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.0m/s，则管径为： 采用D=900mm，则实际流速3.2.3混合单元数按下式计算取N=3，则混合器的混合长度为：L=1.1ND=1.13.2.4混合时间 T=3.2.5水头损失3.2.6校核GT值 ，水力条件符合要求）3.3 反应设备的设计在絮凝池内水平放置栅条形成栅条絮凝池，栅条絮凝池布置成多个竖井回流式，各竖井之间的隔墙上，上下交错开孔，当水流通过竖井内安装的若干层栅条或栅条时，产生缩放作用，形成漩涡，造成颗粒碰撞。栅条絮凝池的设计分为三段，流速及流速梯度G值逐段降低。相应各段采用的构件，前段为密网，中段为疏网，末段不安装栅条。3.3.1平面布置絮凝池分为两组每组设计流量 平面布置形式：采用18格，洪湖模式，如下图4所示。图4 栅条絮凝池平面示意图设计参数选取：絮凝时间：，有效水深（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.6m；絮凝池总高度为。絮凝池分为三段：前段放密栅条，过栅流速，竖井平均流速；中段放疏栅条，过栅流速，竖井平均流速；末段不放栅条，竖井平均流速。前段竖井的过孔流速为，中段，末段。3.3.2平面尺寸计算 每组池子容积单个竖井的平面面积竖井尺寸采用，内墙厚度取0.2m，外墙厚度取0.3m每组池子总长宽3.3.3栅条设计选用栅条材料为钢筋混凝土，断面为矩形，厚度为50mm，宽度为50mm。前段放置密栅条后竖井过水断面面积为：竖井中栅条面积为：单栅过水断面面积为：所需栅条数为：，取两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置18根，过水缝隙数为19个平均过水缝宽实际过栅流速1) 中段放置疏栅条后竖井过水断面面积为：竖井中栅条面积为：单栅过水断面面积为：所需栅条数为：（根），取根两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置16根，过水缝隙数为17个平均过水缝宽实际过栅流速3.3.4竖井隔墙孔洞尺寸竖井隔墙孔洞的过水面积 如0-1竖井的孔洞面积孔洞高度h=其余各竖井孔洞的计算尺寸见下表2。表2 竖井隔墙孔洞尺寸孔洞号孔洞流速V (m/s)孔洞高度h (m)孔洞尺寸(宽高)0-10.3h=0.301.70.301-20.28h=0.321.70.322-30.25h=0.361.70.363-40.22h=0.411.70.414-50.20h=0.451.70.455-60.18h=0.501.70.506-70.15h=0.601.70.607-80.12h=0.371.70.377-90.12h=0.371.70.37出水孔洞0.10h=0.451.70.453.3.5各段水头损失式中 h各段总水头损失，m； h1每层栅条的水头损失，m； h2每个孔洞的水头损失，m；栅条阻力系数，前段取1.0，中段取0.9；孔洞阻力系数，取3.0；竖井过栅流速，m/s；各段孔洞流速，m/s。 中段放置疏栅条后1) 第一段计算数据如下：竖井数3个，单个竖井栅条层数3层，共计9层；过栅流速；竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，则 2) 第二段计算数据如下：竖井数3个，前面两个竖井每个设置栅条板2层，后一个设置栅条板1层，总共栅条板层数=2+2+1=5；过栅流速；竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，则 3) 第二段计算数据如下：水流通过的孔洞数为5，过孔流速为， 则 3.3.6各段停留时间第一段第二段和第三段 3.6.7水力校核G= 当T=20。C时， 表4 水力校核表段号停留时间 (s)水头损失(m)G (S)11280.065670.921280.028746.931280.010928.93840.105251.8，在10000-100000之间，符合水力要求。3.4 沉淀澄清设备的设计采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=25mm，长l=1000mm，斜管倾角=。如下图5所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。斜管与水平面成角，放置于沉淀池中。原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。图6 斜管沉淀池剖面图3.4.1设计水量包括水厂自用水量6%和絮凝池一样，斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量 表面负荷取3.4.2沉淀池面积 1)清水区有效面积F F=2)沉淀池初拟面积F斜管结构占用面积按5计，则F=初拟平面尺寸为3)沉淀池建筑面积F建斜管安装长度考虑到安装间隙，长加0.07m，宽加0.1m F建= 3.4.3池体高度保护高 =0.5m；斜管高度 =0.87m；配水区高度 =1.5m；清水区高度 =1.2m； 池底穿孔排泥槽高 =0.75m。则池体总高为 3.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间1) 管内流速 2) 斜管水力半径 3) 雷诺数 4) 管内沉淀时间t 3.4.5配水槽配水槽宽b=1m3.4.6集水系统1) 集水槽个数n=92) 集水槽中心距3) 槽中流量q04) 槽中水深H2槽宽b=起点槽中水深0.75b=0.20m，终点槽中水深1.25b=0.33m为方便施工，槽中水深统一按H2=0.33m计。5) 槽的高度H3集水方法采用淹没式自由跌落。淹没深度取5cm，跌落高度取5cm，槽的超高取0.15m，则集水槽总高度为 H3= H2+0.05+0.05+0.15=0.58m6) 孔眼计算a.所需孔眼总面积由 得 式中 集水槽流量，； 流量系数，取0.62；孔口淹没水深，取0.05m；所以b.单孔面积孔眼直径采用d=30mm，则单孔面积 c.孔眼个数n （个）d.集水槽每边孔眼个数n n=n/2=80/2=40(个)e.孔眼中心距离S0 S0=B/47=9/40=0.23m3.4.7排泥采用穿孔排泥管，沿池宽（B=9m）横向铺设6条V形槽，槽宽1.5m，槽壁倾角450，槽壁斜高1.5m，排泥管上装快开闸门。4过滤4.1滤池的布置 采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。4.2滤池的设计计算4.2.1设计水量，滤速4.2.2冲洗强度冲洗强度q按经验公式计算 式中 滤料平均粒径； e滤层最大膨胀率，取e=50%； 水的运动黏滞度，。砂滤料的有效直径=0.5mm与对应的滤料不均匀系数u=1.5所以，=0.9u=0.91.50.5=0.675mm 4.2.3滤池面积滤池总面积滤池个数采用N=6个，成双排对称布置单池面积f=F/N=274.5/6=45.75m2，取48 m2每池平面尺寸采用LB=8m6m池的长宽比为8/6=1.334.2.4单池冲洗流量4.2.5冲洗排水槽(1)断面尺寸两槽中心距采用a=2.0m排水槽个数n1=L/a=8/2.0=4（个）槽长l=B=6m槽内流速，采用0.6m/s排水槽采用标准半圆形槽底断面形式。2)设置高度滤料层厚度采用Hn=0.7m排水槽底厚度采用=0.05m槽顶位于滤层面以上的高度为：He=eHn+2.5x+0.075=1.05m4.2.6集水渠集水渠采用矩形断面，渠宽采用b=0.75m(1)渠始端水深Hq (2)集水渠底低于排水槽底的高度Hm 4.2.7配水系统采用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠结构。(1)配水干渠干渠始端流速采用干渠始端流量干渠断面积，取0.36干渠断面尺寸采用0.6m0.6m(2)配水支管支管中心距采用s=0.25m支管总数n2=2L/s=28/0.25=64（根）支管流量支管直径采用，流速支管长度核算(3)支管孔眼孔眼总面积与滤池面积f的比值a，采用，则 孔径采用单孔面积孔眼总数每一支管孔眼数（分两排交错排列）为：孔眼中心距孔眼平均流速4.2.8冲洗水箱 冲洗水箱与滤池合建，置于滤池操作室屋顶上。(1)容量V冲洗历时采用=6min 水箱内水深，采用圆形水箱直径(2)设置高度水箱底至冲洗排水箱的高差，由以下几部分组成。a.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失管道流量管径采用，管长查水力计算表得：， 冲洗管道上的主要配件及其局部阻力系数合计 mH2Ob.配水系统水头损失按经验公式计算 =3.28mH2Oc.承托层水头损失承托层厚度采用H0=0.45m mH2Od.滤料层水头损失 式中 滤料的密度，石英砂为； 水的密度，； 滤料层膨胀前的孔隙率（石英砂为0.41）； 滤料层厚度，m。所以 mH2Oe. 备用水头mH2O则 mH2O5消毒5.1加药量的确定水厂远期10万m3/d，设计水量为最大投氯量为a=3mg/L加氯量为： 储氯量（按一个月考虑）为：5.1加氯间的布置水厂所在地主导风向为东北风，加氯间靠近滤池和清水池，设在水厂的西南部。在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每小时812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23mg/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。6其他设计6.1清水池的设计近期设置两座清水池以适应水厂的产水量，远期再增设两座同等规模的清水池。清水池容积池深采用h=3m，则清水池平面面积为A=V/h=7500/3=2500，采用边长50m的正方形。6.1吸水井的设计吸水井的应高出地面20cm，吸水井深为3.6m，宽为2m，长度12m。6.2二泵房的设计二泵房中泵型号的选择：4用一备，查给排水设计手册11册常用设备选泵。四川新达水泵厂生长的型，电机型号为水泵的参数如下： 型号流量（）扬程转数功率（KW)配电动机功率(KW)效率（）允许吸上真空度（m）972501450n/min164220814.5126044177.68714403718979泵房的尺寸：40m10m，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4.5m，泵基础的长度为2.5m，压水管3m，共计10m。6.3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。7水厂总体布置7.1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。7.2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。8设计体会通过这次课程设计，我对我们给水排水工程专业的任务及目前的形势有了更深刻的了解。我还掌握了很多关于给水处理方面的知识，巩固了所学的理论知识，把书本上的理论知识和通过实践接触到的实际结合起来，培养了解决实际工程问题的能力。同时，我也发现了我的不足之处，那就是我的专业理论基础还不够扎实，观察不仔细，考虑问题不全面，还需要通过进一步的学习和锻炼来提高自己。总之，这次课程设计加深了我对本专业的了解，更加增添了我对本专业的信心。一句话，给排水前途无量。参考文献1严煦世，范瑾初.给水工程（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，19992崔玉川.给水厂处理设施设计计算.北京：化学工业出版设，20033崔玉川.净水厂设计知识.北京：中国建筑工业出版社，19994给水排水设计手册（第3、14册）.北京：中国建筑工业出版社，1986