水质工程学课程设计说明书.doc

课程设计说明书

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一：设计任务及要求
1设计任务：
此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。
2.设计要求：
根据所给资料，设计一座城市自来水厂，确定水厂的规模、位置，对水厂工艺方案进行可行性研究，计算主要处理构筑物的工艺尺寸，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（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。
二． 工艺流程设计及评价
1，设计供水量为58000m³/d，水厂所在地为长春地区
2，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
3，论证：
为了确定絮凝池和沉淀池的选定，现拟定两个净水工艺方案，进行比较分析：
方案一：原水→ 一级泵房→回转式隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房
方案二：原水→ 一级泵房 →往复式隔板絮凝池→平流沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房
1.絮凝池的比较
形式
优缺点
适用条件
隔板
絮凝池
往复式
优点：1、絮凝效果较好
2、结构简单，施工方便
缺点：1、絮凝时间较长
2、水头损失较小
3、转折处絮粒易破碎
4、出水流量不易分配均匀
1、水量大于30000m/d的水厂
2、水量变动小
回转式
优点：1、絮凝效果较好
2、水头损失较小
3、构造简单，管理方便
缺点：出水流量不易分配均匀
1水量大于30000m/d的水厂
2、水量变动小
3、适用于旧池改建和扩建
比较各种絮凝池优缺点和适用条件
结果比较：
综上所述以及综合本设计原始资料，选用往复式絮凝池。回转式适用于旧池的改建的扩建，不宜在初期就建回转式，且回转式絮凝池减小了絮粒碰撞的机会，减小了絮凝的速度，增长了时间。所以选用选用絮凝效果较好的往复式絮凝池。
2. 沉淀池的比较
沉淀池
平流式
斜管式
优点
1. 造价较低
2. 操作管理方便，施工较简单
3. 对原水浊度适应性较强，潜力大，处理效果稳定
4. 带有机械排泥设备时，排泥效果好
1. 沉淀效率高
2. 池体小，占地少
缺点
1. 占地面积较大
2. 不采用机械排泥装置时，排泥较困难
3. 需维护机械排泥设备
1. 耗材较多，老化后尚需更换，费用较高
2. 对原水浊度适应性较平流池差
3. 不设机械排泥装置时，排泥较困难；机械排泥时，维护管理较麻烦
使用条件
一般用于大中型净水厂
1. 可用于各种规模水厂
2. 宜用于老沉淀池的改造，扩建和挖槽
3. 适用于需保温的低温地区
4. 单池处理水量不宜过大
结果比较：
综上所述，虽然斜管式沉淀池出水量较大，但是池底易淤积，且费用较贵。所以采用经济费用较低的平流式沉淀池。
3 过滤池的比较
过滤池
普通快滤池
V型滤池
优点
1. 有成熟的运转经验，运行稳妥可靠
2. 采用砂滤料，材料易得，价格便宜
3. 采用大阻力配水系统，单池面积可做的较大，池深较浅
4. 可采用降速过滤，水质较好
1．运行稳妥可靠
2. 采用砂滤料，材料易得
3. 滤床含污量大，周期长，滤速高，水质好
4. 具有水汽反冲洗和水面扫洗，冲洗效果好
缺点
1. 阀门多
2. 必须设有全套冲洗设备
1． 配套设备多，如鼓风机等
2． 土建较复杂，池身比普通快滤池深
适用条件
1． 可适用大、中、小型水厂
2． 单池面积一般不宜大于100m2
3． 有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备
1．适用大、中型水厂
2. 单池面积可达150m2以上
结果比较：
综上所述：选用比较好。V型滤池均质滤料，过滤效果好，
因此本设计采用方案为：原水→ 一级泵房→往复式隔板絮凝池→平流沉淀池→v型滤池→清水池→二级泵房
三．设计基本资料
1. 设计供水量为58000m³/d，水厂所在地为长春地区

2原水水质资料
(1) 原水水质情况：以河流水为水源，河水受到污染，水质分析报告如下：
序号
指标
单位
数值
1
浊度
NPU
最高800，平均100
2
色度
度
13
3
水温
℃
最高22，最低1
4
PH值
------
7.0~8.0
5
总硬度
Mg/L CaCo3
380
6
总大肠菌群
个/mL
650
7
耗氧量
Mg/L
7
8
BOD5
Mg/L
5
9
氨氮
Mg/L
0.9
10
COD
Mg/L
20
11
氯仿
Mg/L
0.9
（2）城市用水量变化表
时间
系数
时间
系数
时间
系数
时间
系数
0~1
1.15
6~7
6.31
12~13
6.82
18~19
6.07
1~2
0.9
7~8
6.31
13~14
5.23
19~20
5.56
2~3
1.07
8~9
6.61
14~15
4.21
20~21
3.16
3~4
1.15
9~10
6.50
15~16
4.75
21~22
2.22
4~5
1.50
10~11
6.88
16~17
4.34
22~23
1.64
5~6
3.81
11~12
7.11
17~18
5.79
23~24
0.91
四，单体构筑物计算
1设计流量

2混凝剂（聚合铝PAC）投配设备的设计
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，投加方式为高位溶液池重力投加，混凝处理工艺流程如图所示。

湿投法混凝处理工艺流程
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。
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42.0mg/L。当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种助凝剂以提高混凝效果，通常选用聚丙烯酰胺及其水解产物，当进水浊度较高时，可通过试验确定其用量后投加。
2溶液池设计计算
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
－溶液池容积，； Q－处理水量，Q=2610；
a－混凝剂最大投加量，a=40mg/L； n－每日调制次数，取n＝3
c－溶液浓度，取10%,一般5――20；
代入数据得（考虑水厂的自用水量8%）
溶液池积为W1，设置两个以便交替使用，保证连续投药。取有效水深H1=1.1m，总深H=1.1+0.2+0.1=1.4m。
H2 →保护高，取0.2m； H3→储渣深度，取0.1m，
溶液池实际有效容积W1`=4×3×1.1=13.2m3满足要求。
溶液池尺寸：长×宽×高=4m×3m×1.4m
3溶解池设计计算
溶解池容积 W2=0.27W1=0.27×12.52=3.4m3 （取溶解池溶解W2为溶液池容积W1的0.27倍）
面积 F＝=3.78m≈4m 边长 1/2＝2.0m；（取有效水深H1为0.9m，保护高H2为0.2m，储渣深度H3为0.1m）
总深H=H1+H2+H3 =0.9+0.2+0.1=1.2m。
溶液池实际有效容积W2`=2×2×0.9=3.6m满足要求。
溶解池形状采用正方形，尺寸：长×宽×高=2m×2m×1.2m
溶解池的放水时间采用t＝15min，则放水流量

查水力计算表得放水管管径d0＝100mm，相应流速V0=2.56m/s溶解池底部设管径d＝100mm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。
4混合设备
混合是原水与混凝剂或者助凝剂进行充分混和的过程，是进行混凝和沉淀的重要前提，混凝过程要求在投药后迅速完成。
混合速度要快，药剂应在水流造成剧烈紊动的条件下投入，一般混合时间10－30秒，特别剧烈速度梯度超过1000秒和长时间搅拌是不宜的，这样会导致絮体不可逆的破坏，恶化悬浮物的粘附性质和减慢随后的反应过程。投药方式采用一点连续投药，投在稳压井中然后进水。混合设备离后续处理构筑物越近越好，尽可能与构筑物连接，如必须用管道连接时，则在连接管道内的流速为0.8――1.0米/秒，管道内的停留时间不能超过2分钟（即管道距离不宜超过120米）。
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
(6)设计流速
静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.5m/s，则管径为：

采用D=1000mm，则实际流速)采用参数
(7)水头损失

（水厂处理水量Q=0.725m3/s；管道直径d=1.0m；混合单元n=3个
(8)絮凝池与沉淀池布置
本设计中采用的往复式隔板絮凝池将与平流沉淀池合建，它们的宽B相同。
1往复式隔板絮凝池计算：
水厂处理水量Q=62640m3/d；
池数n=2个；絮凝时间T=20min；
流速分4段：v1=0.5m/s； v2=0.4m/s； v3=0.3m/s ；v4=0.2m/s
考虑与平流式沉淀池合建，有效水深H`=2.5m；池宽B=10.0m。
单池设计水量
有效容积 长度
隔板间距:
第一段隔板间距
设计中：
a1=0.3m，实际流速v1`=0.483m/s；a2=0.4m，实际流速v2`=0.363m/s；
a3=0.5m，实际流速v3`=0.29m/s；a4=0.7m，实际流速v4`=0.207m/s。
各段隔板条数分别为：11、10、9、8。则池子长度：
L`=11a1+10a2+9a3+8a4=11×0.3+10×0.4+9×0.5+8×0.7=17.4m
隔板厚按0.2m计，则池子总长：L=17.4+0.2×（38-1）=24.8m
取超高0.3m，则池子高H=H`+0.3=2.5+0.3=2.8m
则单个絮凝池尺寸：长×宽×高=24.8m×10m×2.8m
2平流式沉淀池计算：
水厂处理水量Q=62640m3/d
停留时间T=2h；沉淀池个数n=2个;沉淀池水平流速v=0.012m/s; 沉淀池有效池深h=3.0m; 沉淀池超高h1=0.5m;淀池污泥斗高度h2=0.4m
单池设计水量
有效容积
长度L=3600vT=3600×0.012×2=86.4m
宽度 ，设计中取10m
沉淀池长度L与宽度B之比为：L/B=86.4/10=8.64＞4，满足要求；长度与深度之比L/h=86.4/3=28.8＞10，满足要求。
总高度H=h+ h1+ h2=3.0+0.5+0.4=3.9m
则单个沉淀池尺寸：长×宽×高=86.4m×10m×3.9m
有效水深，超高取0.5m，则池深为3.5m,考虑到走道宽度和隔墙尺寸，每隔净距为
（9)滤池
1）滤池的选择
V型滤池：从实际运行状况，V型滤池来看采用气水反冲洗技术与单纯水反冲洗方式相比，主要有以下优点：（1）、较好地消除了滤料表层、内层泥球，具有截污能力强，滤池过滤周期长，反冲洗水量小特点。可节省反冲洗水量40～60%，降低水厂自用水量，降低生产运行成本。（2）、不易产生滤料流失现象，滤层仅为微膨胀，提高了滤料使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用。（3）、采用粗粒、均质单层石英砂滤料，保证滤池冲洗效果和充分利用滤料排污容量，使滤后水水质好。
根据设计资料，综合比较选用目前较广泛使用的V型滤池。
设计水量（包括8%水厂自用水量）为：Q=62640m3/d
设计滤速采用，强制滤速≤。
滤池采用单层石英砂均粒滤料，冲洗方式采用：先气冲洗，再气-水同时冲洗，最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间，参数具体如下：
（1）冲洗强度
第一步气冲冲洗强度；第二步气-水同时反冲洗,空气强度,水冲洗强度；第三步水冲洗强度。
（2）冲洗时间
第一步气冲洗时间,第二步气-水同时反冲洗时间,单独水冲时间；冲洗时间共计为: ；冲洗周期,反冲洗横扫强度为。
2. 设计计算
（1）池体设计
①滤池工作时间：
(式中未考虑排放初滤水)。
②滤池总面积F:≈328m3
③滤池分格:
选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B单=15m,长L单=22m,面积330m2,共两座,每座分四格，单个面积f=83m2,总面积332m2
④校核强制滤速:
。
⑤滤池的高度确定:
滤池超高,滤层上水深,滤层厚度。承托层厚取。滤板厚参考滤板用0.05m厚预制板,上浇0.08m混凝土层,故取。滤板下布水区高度取。
滤池的总高度为:

排水系统布置示意
则单个滤池尺寸：长×宽×高=22m×15m×3.93m

(10)加氯间计算
水厂处理水量Q=62640m3/d=2610m3/h, 消毒采用液氯消毒，预氯化最大投加量为，清水池最大投加量为。
预加氯量为
清水池加氯量为
二泵站加氯量自行调节，在此不做计算，则总加氯量为
Q总=Q1+Q2=0.315+2.61=2.925kg/h
选用两台型号MJL-Ⅱ加氯机，一用一备，加氯量2～18kg/h。330mm×370mm，。加氯间的平面尺寸为：长9.0m，宽3.0m；氯库平面尺寸为：12.0m，宽9.0m。
（11）储氯量计算
储氯量按20天考虑为：G=20×24Q总=20×24×2.925=1404kg
(12)清水池计算
1)清水池的有效容积计算
已知设计供水量Q=58000m3/d，经验系数k=10%，共设相等容积清水池2座，清水池有效水深h=4.0m,清水池超高h1=0.5m,
则，清水池总有效容积W1=kQ=0.1×58000=5800m3
每座清水池的有效容积,每座容积为：2900m3> 2000m3时，采用矩形水池
由于清水池有效水深为h=4.0m， 每座清水池的单个面积为 ，取，超高取，则清水池高度取。 清水池总高H=h+ h1=4.0+0.5=4.5m ,则单个清水池尺寸：长×宽×高=29m×25m×4.5m , 实际每座清水池有效容积为29×25×4=2900m3
(2) 进水管
，
9.2清水池管道系统计算
(1) 进水管
，
设两座清水池，则

采用钢管，则
实际流速
(2) 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量最大流量设计，设计中取时变化系数=1.3，所以：

采用钢管，则
实际流速
(3) 溢流管
溢流管的管径与进水管相同，取为。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。
(4) 排水管
清水池内的水在检修时需要放空，需要设排水管。排水管径2h内将水放空计算。排水管流速按1.5m/s估计，则排水管的管径为：

采用钢管
9.3清水池布置
(1) 导流墙
每座清水池内设2条导流墙，间距为10m，将清水池分为3格，在导流墙底部每隔1.0m设0.1m×0.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水方便，每条导流墙距清水池侧壁5m处开导流孔。
(2) 检修孔
在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1000mm
(3) 通气孔
在清水池顶部设通气孔，通气孔共设18个，每格设6个，通气管径为200mm
(4) 覆土厚度
清水池顶部覆土厚度一般为0.5～1.0m,取覆土厚度为0.8m
设计供水量Q=58000m3/d
经验系数k=10%
清水池共设2座
清水池的宽度B=10m
清水池有效水深h=4.0m
清水池超高h1=0.5m
(2)尺寸计算
清水池总有效容积V=kQ=0.1×58000=5800m3
每座清水池的有效容积V1=V/2=5800/2=2900m3
每座清水池的面积A= V1/h=2900/4=725m2
清水池长度L=A/B=725/10=72.5m，设计中取73m
实际每座清水池有效容积为73×10×4=2920m3
清水池总高H=h+ h1=4.0+0.5=4.5m
则单个清水池尺寸：长×宽×高=73m×10m×4.5m