给水处理厂设计.doc

给水处理厂设计
计算说明书

学 院：土木工程学院
专 业：给水排水工程
班 级：
学 号：
姓 名：
指导老师：

目 录

第一章 总论…………………………………………………1
第二章 设计任务……………………………………………1
第三章 设计原始资料………………………………………1
第四章 给水处理厂用水量计算……………………………1
第五章 取水泵站……………………………………………1
第六章 混凝以及沉淀………………………………………1
第七章 过滤…………………………………………………1
第八章 消毒…………………………………………………1
第九章 清水池………………………………………………1
第十章 给水处理厂总平面图……………………………1

第一章 总 论
本次课程设计主要是城市给水处理厂的常规处理工艺设计，主要涉及混凝沉淀、过滤、消毒等工艺的参数设计。

第二章 设 计 任 务
根据任务书所给定的资料，综合运用所学的基础、专业基础和专业知识，设计一个中小型给水处理厂。该水厂所在地区为 广东 地区。
城市自来水厂规模为 12.6 万m3/d。
第三章 设计原始资料
1、源水水质资料
编　号
名　　　　　称
单　　位
分　析　结　果
１
水的嗅和味
级
Ⅱ类水体
２
浑浊度
<3度
３
色度
<15度
４
总硬度
450毫克／升
５
PH值
6.5~8.5
６
碱度
度
７
溶解性固体
毫克／升
８
水的温度：最高温度
43度
最低温度
0度
９
细菌总数
100个／毫升
１０
大肠菌群
3个／升

2.石英砂筛分曲线：
筛 孔 直 径（毫米）
0.3
0.4
0.5
0.6
0.75
1.0
1.2
1.5
通过砂量所占的百分比（%）
34
41
58
64
75
81
91
97
3、厂区地形图（1：500）

4、水厂所在地区为 广东 地区，厂区地下水位深度 3.7 米，主导风向 南 风。

5、厂区地形示意图：

第四章 给水处理厂水量计算
城市自来水厂规模为12.6万m3/d，即5250.00 m3/h, 1.45833 m3/s。当原水浊度不超过1000～2000mg/L时，设计流量为：
Q=Qd×（1+α）=5250.00 m3/h×（1+0.06）=5565m3/h=1545.83 L/s
式中α为水厂自用水量系数，取值0.06。

第五章 处理流程的设计

水源 → 泵站 → 管式静态混合器 → 往复式隔板絮凝池 + 平流沉淀池 → 普通快滤池 → 清水池 → 吸水井 → 二泵站 → 用户
混凝剂采用： FeCl3，管式静态混合器
消毒剂采用：液氯消毒，滤后加氯，加氯机加氯

第六章 取水泵站
城市给水处理系统，通过泵站取水，其中流量为1545.83 L/s，流速为1.2~1.6m/s,为使水量得到保证，采用2根输水管同时向给水处理厂输水，即每根输水管的流量为772.92 L/s，查水力计算表可得：每根输水管的管径为DN900，管内流速为1.21m/s,坡度为1.811%。。

第七章 混凝以及沉淀
一、混凝
(1)、混凝剂选择：
根据原水的水质水温和PH值的情况，选用混凝剂为聚合氯化铁(PFC)，投加浓度为15％，最大投加量为40（mg/l）。
优点：净化效率高、用药量少、出水浊度低、色度小，过滤性能好，温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=5~9）。操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本较低。采用计量泵湿式投加，不需要加助凝剂。

(2)、药剂配制及投加方式的选择：
混凝剂的投加分干投与湿投法两种。本设计采用后者。采用计量泵投加。
(3)、混合设备的设计
本设计中采用管式静态混合器，故不单独设构筑物。
(4)、混凝剂的溶解与调配
药剂调配一般有水力、机械、压气、水泵等方法。本设计采用空气调制方法。
(5)、溶解池容积W1
因用的是聚合氯化铁，需设溶解池，溶解池容积按溶液池容积的30%计：
W1=0.3 W2=0.3×28=9 m3
溶解池尺寸为L×B×H=2.5m×2.5m×1.7m,其中H为实际高度，已包括超高0.2m。
溶解池的放水时间采用t=10min, 则放水流量：
q0= W1÷60t=9×1000÷(60×10)=15 L/s
选择放水管管径DN=100mm,相应流速v0=1.95m/s。
溶解池底部设管径D=100mm的排渣管一根。
溶解池采用压缩空气搅拌，其中，空气供给强度设为10L/（S·m2），空气管流速设为13m/s,孔眼直径设为3mm，流速为26m/s,支管间距设为500mm。溶解池置于地下，池顶高出地面0.2m。
溶解池和溶液池材料都采用钢筋混凝土，内壁衬以聚乙烯板。

(6)、溶液池容积W2
根据设计流量Q=5565m3/h，最大药剂投加量为α=50mg/L，溶液浓度c=12%，每天调制次数n=2，则溶液池容积为：
W2=αQ/417cn=50×5565/(417×12×2)=28 m3
采用两个溶液池。每个池子的有效容积为W2，。溶液池的基本尺寸L×B×H=3.5m×3.5m×2.5m,其中H为实际高度，已包括超高0.2m。
(7)、投加设备
1）药液提升设备
2）投药管

每池设一根投药管，投药管流量：
q=W2×2×1000/86400=0.65 L/s
选择投药管管径DN=50mm,相应流速为0.34m/s。
(8)、计量设备
拟采用LZB-40型转子流量计。LZB型玻璃转子流量计由一个垂直安装的锥形玻璃管与转子组成，可以从锥形管外壁的刻度上直接读出介质的流量值。锥体管长度430mm，工作环境-20～120℃，压力≦6kg/cm2。
(9)、药剂仓库的计算
1）已知条件
混凝剂为聚合氯化铁(PFC)，每袋质量是50Kg,每袋规格为 0.5m×0.5m×0.2m。投药量为50mg /L，水厂设计水量为5565m3/h。药剂堆放高度1.5 m，药剂储存期为28天。
2）设计计算
聚合氯化铁（PFC）的袋数
N=(Q×24)ut/(1000w)=( 5565×24×50×28)÷(1000×50)=3740（袋）
堆放面积
A=NV/［H（1-e）］=（3740×0.5×0.5×0.2）÷［1.5×（1-0.2）］=155.83m2
仓库平面尺寸
B×L=10 m×20 m=200 m2
（10）、加药间的设计计算
采用佛山水泵厂生产的计量加药泵，泵型号JZ1000/16，选用三台，二用一备， 加药间的平面尺寸为B×L=15m×20m

二、混合
本设计采用管式静态混合器。
三、絮凝反应池
本设计采用往复式隔板絮凝反应池。
1、 设计参数：
根据设计流量Q=5565m3/h，设2池。廊道内流速采用4段：V1=0.57m/s，
V2=0.46m/s，V3=0.36m/s，V4=0.25m/s，絮凝时间T=20min,池内平均水深h1=2.8m，超高h2=0.3m。
2、设计计算：
（1）总容积的计算: W=Q×T/60=5565×20/60=1855m3
（2）每池面积:
分设2池，由于平均水深h1=2.8m则每池净平面面积：
F=W/（n×h1）=1855/(2×2.8)=331.25m2
池子宽度B，按沉淀池宽采用16.8m,
池子长度（隔板间净距之和）：L’=331.25m2/16.8m=19.72m
（3）廊道长度
隔板间距按廊道内流速不同分成4档：
α1=Q/(3600×n×V1×h1）=5565/(3600×2×0.57×2.8)=0.484m，
取α1=0.49m，则实际流速V1=0.563 m/s；
α2=Q/(3600×n×V2×h1）=5565/(3600×2×0.46×2.8)=0.600m，
取α2=0.60m，则实际流速V1=0.460m/s；
按上法计算得：
α3=0.77m， V3=0.358m/s
α4=1.10m， V4=0.251m/s
每一种间隔采取6条，则廊道总数为4×6=24条，水流转弯次数为23次。则池子长度（隔板间净距之和）：
L’=6×(0.49+0.60+0.77+1.10)=17.76m
隔板厚按0.1m计，则池子总长：L=17.76+0.1×（23-1）=19.96m
（4）水头损失的计算
按廊道内的不同流速分成4段分别计算水头损失。
第一段：水力半径：R1=α1×h1/(α1+2h1)=0.23m
槽壁粗糙度系数n=0.013,流速系数Cn=1/n×Rny，

=2.5×0.114-0.13-0.75×0.480×(0.114-0.1)=0.15
故C1=R1y/n=0.230.15/0.013=61.7
第一段廊道长度l1=6×B=6×16.8=100.8m
第一段水流转弯次数S1=6
则絮凝池第一段的水头损失为：
各段水头损失计算结果见下表：
各段水头损失计算
段数

1
6
100.8
0.23
0.414
0.563
61.7
0.045
2
6
100.8
0.29
0.334
0.460
63.89
0.036
3
6
100.8
0.36
0.292
0.358
65.99
0.026
4
6
100.8
0.48
0.197
0.251
68.90
0.011
h=∑hn=0.118m
（5）GT值计算
（20℃时），1000×0.118/(60×1.029×10-4×26)=27.1
GT=27.1×20×60=32535（在104~105范围内）
（6）池底坡度：i=h/L=0.118/19.96=0.59%

四、沉淀
由于沉淀池占地面积比较大，而且与隔板絮凝池相连，所以本设计采用平流沉淀池。共有2座沉淀池。
1． 每组设计流量
每个沉淀池的处理流量Q0=5565m3/h/2=2782.5m3/ h=0.7729 m3/ s
2．设计数据的选用
表面负荷Q/A=50m3/（m2·d）=2.083 m3/（m2·h），设计停留时间为1.5h,沉淀池的水平流速v=15mm/s
3． 计算
沉淀池表面积A=1335.81m2。
沉淀池长L=3.6vT=3.6×15×1.5=81m

沉淀池宽B=A/L=1335.81/81=16.49m采用16.8m。由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙，分成两格，每格宽8.4m。
沉淀池有效水深H=QT/BL=2782.5×1.5/（16.8×81）=3.07mm.采用3.4m(包括保护高)。
絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙。穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s,则孔口总面积为2782.5/(3600×0.2)=3.86m2。每个孔口尺寸定为15cm×8cm，则孔口数为3.86/(0.15×0.08)=322个。
沉淀池放空时间按3h计。则放空管直径为：d=0.412m,采用DN=450mm
出水渠断面宽度采用1.0m,出水渠起端水深为:H=0.68m,为保证堰口自由落水,出水堰保护高采用0.1m,则出水深度为0.78m。
4． 水力条件校核
水流截面积ω=8.4×3.07=25.79m
水流湿周χ=8.4+2×3.07=14.54m
水力半径R=25.79/14.54=1.77m
弗劳德数Fr=v2/Rg=1.52/(177×981)=1.30×10-5
雷诺数Re=vR/ν=1.5×177/0.01=26550(按水稳20度计算)

第七章 过 滤
九、滤池设计计算
本设计采用普通快滤池。
由于双层滤料过滤效果好,滤速高,因此采用双层滤料.如建成后选不到滤料可先装普通石英砂,按一般快滤池使用,无烟煤厚度为0.4m,石英砂厚度为0.7m,承托层厚度0.6m,设有水头损失计算计及流量自动控制器,全部闸阀采用水力启动.每一滤池设控制台一座.

1. 设计参数
设计2个滤池，每个滤池设计水量为：Q=63000 (m3/d),2625m3/h,0.729 m3/s

滤速：v1=9m/h
滤池总面积:F=Q/V=2625/9=291.67 (m2)
采用6个滤池,则每个滤池面积为:
291.67/6=48.61(m2),采用7m×7m的池子,面积为49 m2(忽略池壁厚度),总面积294 m2.
冲洗强度及澎胀率:
冲洗强度为q=14L/(s· m2),冲洗时间为7min,所以最大冲洗水量为:
Q冲洗=14×48.61=680.54(L/s),膨胀率选用e=42%.
过滤周期:24h
2. 配水系统:
采用大阻力配水系统
干管直径选用DN=800mm,流速V=1.35m/s,1000i=2.621,干管截面积:
f干=3.14×0.82/4=0.50(m2)
干管始端流速取
支管中心间距0.25m,干管每侧支管数=7/0.25=28(根),共计56根.
支管流量=680.54/56=12.15(L/S)
选用支管管径DN=75mm,流速V=2.83m/s,1000i=252,支管总横截面积为:f支总=56×3.14×0.0752/4=0.25(m2)
支管长度L支=(7-0.75)/2=3.13(m)
支管长度与支管管径之比L/d=3.13/0.075=41.67<60,满足要求.
管式大阻力配水系统水头损失按孔口平均水头损失计算公式:
h=[q/(10uk)]2/(2g)
孔眼总面积与滤池总面积之比:
k=q/[10u(8v2滤干+10v2滤支) 1/2]=14/[10×0.62(8×1.352+10×2.832) 1/2]=0.23%
孔眼总面积:f孔总=0.0023×48.61=0.11180(m2)
孔眼直径采用10mm,每个孔眼面积为:
F单孔=3.14×0.012/4=0.0000785(m2)
孔眼总数为:n总 =0.11180/0.0000785=1425(个)
支管、干管总长L总=7×28+7=203(m)
则孔眼中心距为:

S=l/n总=203/1425=0.1424(m)
通过孔眼的流速为:
V=Q/1000f孔总=680.54/1000×0.11180=6.09(m/s)
孔眼总面积与支管总横截面积之比为:
f孔总/ f支总=0.11180/0.25=0.4472
校核干管截面积与支管截面积之比:
(f孔总/ f干)2+( f孔总/ f支总) 2=(0.11180/ 0.5)2+(0.4472) 2
=0.250<0.28
所以满足要求.

3. 滤池的各种管渠计算:
浑水进水渠:
进水流量:Q=63000 (m3/d)=2625m3/h=0.729 (m3/s)
设置一条进水管渠,渠中流速1.1m/s,进水渠断面宽0.75m,水深0.7m.
进滤池支管流量为:Q=729/6=121.5(L/s),采用DN350mm的钢管,流速为1.21m/s,1000i=6.015

清水出水渠:
设置一条出水管渠,渠中流速1.3m/s,进水渠断面宽0.75m,水深0.7m. 清水支管流量为:Q=729/6=121.5(L/s),采用DN350mm的钢管,流速为1.21m/s,1000i=6.015.

冲洗进水管:
反冲洗流量为680.54(L/s),采用DN600钢管,流速为2.33 m/s,1000i=11.032.

废水排水渠:
冲洗流量:Q=0.681(m3/s)
起点水深为:h集起=h集终(2r+1) 1/2; h集终取0.5m,集水渠宽取B集=0.8m,渠内流速V集=Q滤冲/(h集终B集)= 0.681/(0.5×0.8)=1.70(m/s)

r=V集2/(gh)=1.702/(9.8×0.5)=0.59
h集起=h集终(2r+1) 1/2=0.5×(2×0.59+1) 1/2=0.74

冲洗排水槽:
两冲洗排水槽中心间距取1.8m,则排水槽个数为7/2=3.5，取4.
排水槽末端流量680.54/4=170.14(L/s),采用流速V=0.6m/s,则末端面积为0.17014/0.6=0.28357 (m3),采用三角形标准断面,
4a2=0.28357,a=0.266,采用0.27m,槽底厚0.01m.
槽缘高出石英砂滤料面的高度为:
h槽缘=eH滤料+2.5a+l槽底+0.07
=0.42×1.1+2.5×0.27+0.01+0.07
=1.217(m)

滤池高度
承托层厚度H1=0.6(m)
滤料层厚度H 2=1.1(m)
滤层上水深H3=1.8(m) （1.5~2.0）
保护高度H4=0.30(m)
H=H1+H 2+H3+H4=0.6+1.1+1.8+0.30=3.8(m)

反冲洗高位水箱:
冲洗水箱容积：V=1.5Q冲洗t=1.5×0.681×7×60=429.03m3
水箱内水深采用3.5m,则圆形水箱直径为:
(4×429.03/（3.14×3.5)） 1/2=13m.
设置高度:
水箱底至冲洗水箱的的高差△H由下列几部分组成.
1.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失h1,
管道冲洗流量为680.54(L/s), 采用DN600钢管,流速为2.33 m/s,1000i=11.032.
管长取70m.
管道上主要配件及其局部阻力系数为:
水箱出口1个,阻力系数为0.5.
90度弯头2个,阻力系数为2×0.6=1.2
DN600闸阀3个,阻力系数为3×0.06=0.18
流量计1个,阻力系数为1
等径转弯三通3个,阻力系数为3×1.5=4.5
总计0.5+1.2+0.18+1+4.5=7.38
则h1=0.01103×70+7.38×2.332/(2×9.8)
=2.82(mH2o)

配水系统水头损失h2:
h2=8V2滤干/(2g)+10V2滤支/(2g)
=8×1.352/(2×9.8)+10×2.832/(2×9.8)
=4.83(mH2o)
承托层的水头损失h3:
h3=0.022×H滤承q冲洗=0.022×0.6×14=0.198(mH2o)

石英砂密度取2.65t/ m3,滤料层膨胀前的孔隙率为0.4.无烟煤密度取1.8t/ m3, 滤料层膨胀前的孔隙率为0.45,滤料的水头损失h4:
h4=(p煤/p水-1)(1-m煤)H煤+(p砂/p水-1)(1-m砂)H砂
=(1.8/1-1) ×(1-0.45)0.4+(2.65/1-1) ×(1-0.4)0.7
=0.85(mH2o)

备用水头h5:
取h5=1.5 (mH2o)

△H= h1+ h2+ h3+ h4+ h5=2.82+4.83+0.198+0.85+1.5=10.198(mH2o)

十、消毒设计计算:
已知条件
水厂设计水量：Q=133560m3/d=5565m3/h
采用滤后水加液氯消毒
加氯量取2mg/L
仓库储量按20d计算
加氯点在清水池前

设计计算
加氯量Q:
Q=0.001×2.0×5565=11.13kg/h
储氯量G:
G=20×24×11.13=5342.4kg/20天
氯瓶数量:
采用容量为600kg的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸：
直径600mm，H=1800mm，共9瓶,另采用中间氯瓶一只,以沉淀氯气中的杂质,还可防止水流进氯瓶.
加氯机数量:
采用加氯机2台，交替使用
加氯间、氯库:
加氯间靠近氯池和清水池.因与反应池距离较远，无法与加药间合建。设置在水厂的北部.

十一、清水池设计计算:
水厂内建两座清水池，每座有效容积为：

W=W1+W2+W3+W4
清水池调节容积取设计水量的15%，则调节容积为W1:
W1=126000×0.15=18900(m3)
消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s,灭火时间为2h,则消防容积W2为:
W2=25×2×3600/1000=180 (m3)
生产自用水量取设计水量的6% ,W3为:
W3=104000×0.06=6240(m3)
根据本水厂选用的构筑物特点，水厂自用水贮备容积W4为0.
W=18900+180+6240+0=25320(m3)
池深采用h=5m，采用矩形清水池，则每座清水池平面面积为A=25320/2×5=2532(m3)，采用边长60m×45m的正方形。超高0.3m，则清水池净高度为5.3m。
进水管(钢管)DN=9000mm,出水管DN=900mm,流速=1.21m/s，益流管与进水管直径相同DN=900mm，排水管直径DN=600mm，清水池设2个检修孔DN=1000mm，池顶设6个通气管DN=200mm，池顶的覆土厚度为0.7m。

十二、水厂平面布置与工艺
在平面布置时，考虑到该地区的主导风向是南风，故把加药间设置在水厂的西北角。还有考虑到远期发展的需要，在水厂北部留有空地，现做为绿地处理。其他设施布置详见平面图。