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自来水厂设计说明书

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2020年4月19日
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第一章 设计基本资料和设计任务
1.1 设计基本资料
近期规模1万 m3 /d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计.水厂的主要构筑物分为1组。
第二章 水厂工艺方案的确定
2.1 设计基本资料
水处理构筑物类型的选择，应根据原水水质，处理后水质要求、水厂规模、水厂用地面积和地形条件等，经过技术经济比较确定.
初步选定方案如下:
取水→一级泵站→管式静态混合器→竖井式絮凝池→斜管沉淀池→重力无阀滤池→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂

第三章 水厂各个构筑物的设计计算
3.1 一级泵站
1.一泵房吸水井
水厂地面标高0.000m，河流洪水位标高为-1.000m，枯水位标高为-6.000m，设计一泵站吸水井底标高为-8.000m，进水管标高为-7.000m，一泵站吸水井顶标高为0.500米，宽为6m，长度20m，分为两格。
2.一泵房
一泵房底标高为-9.000m,一泵房顶标高为6.500m.
3.2 混凝剂的选择和投加
设计原则:
溶液池的底坡不小于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。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上或半地下为宜，池顶宜高出地面1.0m左右，以减轻劳动强度，改进操作条件。溶解池一般采用钢筋混凝土池体来防腐。
已知条件:
水厂构筑物设计流量Q=10000m3/d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30mg/L，精致硫酸铝投加浓度为10%。采用计量投药泵投加。
计算过程:
1. 溶液池容积W1
W1=uQ/(417bn)
式中：u—混凝剂（精致硫酸铝）的最大投加量，30mg/L;
Q—处理的水量，416.67m3/h;
b—溶液浓度（按商品固体重量计），10%；
n—每日调制次数，2次。
因此: W1=30×416.67/(417×10×2)= 1.5 m3
溶液池容积为2 m3 ,有效容积为1.5 m3，有效高度为1m，超高为0.3m，溶液池的形状采用矩形，长×宽×高=1.5×1.0×1.3m.置于室内地面上，池底坡度采用0.03.
溶液池旁有宽度为1.5m工作台，以便操作管理，底部设放空管。
2. 溶解池(搅拌池)容积W2
W2=0.3W1=0.3×1.5=0.45 m3
其有效高度为0.5m,超高为0.3m,设计尺寸为1.0×1.0×0.8m,池底坡度为3%。溶解池池壁设超高，以防止搅拌溶液时溢出。溶解池为地下式，池顶高出地面0.5m，以减轻劳动强度和改进工作条件。
由于药液具有腐蚀性，因此盛放药液的池子和管道以及配件都采用防腐措施。溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土材料，内壁涂衬以聚乙烯板。
为增加溶解速度及保持均匀的浓度，采用机械搅拌设备。使用中心固定式平桨板式搅拌机。
3.加药间和药库
加药间和药库合并布置，布置原则为:药剂输送投加流程顺畅,方便操作与管理,力求车间清洁卫生,符合劳动安全要求,高程布置符合投加工艺及设备条件.储存量一般按最大投药量的期间的15-30天的用量计算。
混凝剂为精制硫酸铝，每袋的质量为40kg，每袋的体积为0.5×0.4×0.2 m3，投药量为30g/ m3，水厂设计水量为416.67m3/h，药剂堆放高度为1.5m，药剂贮存期为30d。
硫酸铝袋数N = 24Qut/1000W
= 24×416.67×30×30/(1000×40)≈225袋
有效堆放面积A = NV/1.5（1-e）
=225×0.5×0.4×0.2/（1.5×0.8）=7.5㎡

3.3 管式静态混合器

计算过程：
1.设计流量
每组混合器处理水量为:10000 m/d=416.7m/h=0.116 m/s
2.水流速度和管径
由流量为416.7 m/h，查水力计算表得:v=1.21m/s,管径350 mm, 1000i= 6.09.

3.4 栅格絮凝池
3.4.1 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，当水流经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。
3.4.2平面布置及尺寸确定
水厂设计流量为：Q=10000m3/d=0.116m3/s
设絮凝时间为 12min ,得絮凝池的有效容积为：
V=0.116×12×60＝83.52m3
设平均水深取4.5m，得池的面积为：
A==18.56m2
竖井流速取 0.12m/s,得单格面积为：
f==0.93m2 ,取0.93m2
设每格宽0.93m，边长采用1.0m,则每格面积为0.93m2
由此得分格数为：n==20
为配合沉淀池尺寸，采用23格
实际絮凝时间为： t==848s=14.1min
池的平均有效水深为4.5m,取超高0.45m,泥斗深度0.65
得池总高度为： H=4.5+0.45+0.65=5.6m

平面布置形式：采用23格，如下图1所示。

图1 栅条絮凝池平面示意图
竖井尺寸采用1.0m×0.93，内墙用木板厚度取0.03m，外墙厚度取0.2m
池子总长L=0.93×6+0.03×5+0.2×2＝6.13m,取6.0m
宽B=1.0×4+0.03×3+0.2×2=4.5m
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0.3~0.20m/s，中段0.2~0.15m/s，末段0.1~0.14m/s。
过栅流速:前段0.30～0.25m/s,中段0.25～0.22m/s,
3.4.3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:A1= ==0.464m2
竖井中栅条面积为:A1栅=0.93-0.464=0.466m2
单栅过水断面面积为:a1=1.0×0.05=0.05m2
所需栅条数为：n==0.466/0.05=9.32，取10根
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置8根，过水缝隙数为9个
平均过水缝宽：S1=(930-10×50)/9=0.048m2
实际过栅流速 :V=0.116/(9×0.048×1.0)=0.27m/s
1) 中段放置疏栅条后
竖井过水断面面积为：A2= ==0.53m2
竖井中栅条面积为：A2=0.93-0.53=0.4m2
单栅过水断面面积为：a2=1.0×0.05=0.05m2
所需栅条数为：n==0.4/0.05=8.0,取8根
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置6，过水缝隙数为7
平均过水缝宽S1=(930-8×50)/7=0.076m2
实际过栅流速: v2=0.116/(7×0.076×1.0)=0.22m/s
3.4.4竖井隔墙孔洞尺寸
竖井隔墙孔洞的过水面积＝
孔洞高度h=
过水洞流速按进口0.3m/s递减到出口0.1m/s计算
得各过水洞的尺寸流速如下表：

第
一
段
分格编号
1
2
3
4
5
6
7
孔洞高×宽
0.39x1.0
0.41x1.0
0.44x1.0
0.48x1.0
0.52x1.0
0.55x1.0
0.57x1.0
流速（m/s）
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.21
0.20
第
二
段
分格编号
8
9
10
11
12
13
14
孔洞高×宽
0.57x1.0
0.60x1.0
0.64x1.0
0.68x1.0
0.73x1.0
0.75x1.0
0.77x1.0
流速（m/s）
0.20
0.19
0.18
0.17
0.16
0.15
0.15
第
三
段
分格编号
15
16
17
18
19
20
21
孔洞高×宽
0.83x1.0
0.83x1.0
0.89x1.0
0.89x1.0
0.97x1.0
0.97x1.0
1.05x1.0
流速（m/s）
0.14
0.14
0.13
0.13
0.12
0.12
0.11
分格编号
22

孔洞高×宽
1.16x1.0

流速（m/s）
0.10

3.4.5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7个，单个竖井栅条层数3层，共计21层；
过栅流速=0.258m/s；
竖井隔墙7个孔洞，过孔流速分别为v1孔=0.30m/s , v2孔=0.28m/s , v3孔=0.26m/s,v4孔=0.24m/s , v5孔=0.22m/s , v6孔=0.21m/s , v7孔=0.20m/s ,
则
=21×1.0×+3.0×7×
=0.53m
第二段计算数据如下：
竖井数7个，每个设置栅条板2层，总共栅条板层数=14；
过栅流速=0.23m/s；
竖井隔墙7个孔洞，过孔流速分别为v1孔=0.20m/s , v2孔=0.19m/s , v3孔=0.18m/s,v4孔=0.17m/s , v5孔=0.16m/s , v6孔=0.15m/s , v7孔=0.15m/s ,

则
=14×0.9×+3.0×7×
=0.25m
2) 第三段计算数据如下：
水流经过的孔洞数为8，过孔流速为v1孔=0.14m/s , v2孔=0.14m/s , v3孔=0.13m/s,v4孔=0.13m/s , v5孔=0.12m/s, v6孔=0.12m/s, v7孔=0.11m/s , v8孔=0.10m/s,

则
=3.0×5×
=0.09m

3.4.6各段停留时间
第一段t1＝==253s=4.2min
第二段t2＝==253s=4.2min
和第三段t3===288s=4.8min

3.4.7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)
1
253
0.53
82.7
2
253
0.25
56.8
3
288
0.09
32

794
0.87
59.8
GT=59.8×794=4.75×104在1之间，符合水力要求。

3.5 斜管沉淀池

3.5.1池体设计计算:
(1)已知条件:
①单组构筑物进水量: Q=10000 m/d = 416.7m/h = 0.116 m/s
②颗粒沉降速度: µ = 0.35 mm/s
(2)设计采用数据:
①清水区上升流速: v = 2.5 mm/s
②采用塑料片热压六边形蜂窝管,管厚为0.4mm,边距d=30mm,水平倾角θ= 60 °
(3)清水区面积: A=Q/v=0.116/0.0025=46.4㎡,其中斜管结构占用面积按3 %计,则实际清水区需要面积:
A’=46.4×1.03=47.8㎡
为了配水均匀,采用斜管区平面尺寸6m×8m,使进水区沿6m短一边布置.
(4)斜管长度l:
①管内流速:v0 = v/sinθ= 2.5/sin60°= 2.5/0.866= 2.89mm/s
②斜管长度:l=(1.33 v0 -µsinθ)d/(µcosθ)=(1.33×2.89-0.35×0.866) ×30/(0.35×0.5)= 607mm
③考虑管端紊流,积泥等因素,过渡区采用250mm
④斜管总长: l’= 250+607= 857mm,按1000mm计
(5)池子高度:
①采用保护高度:0.3m
②清水区:1.2m
③布水区:1.5m
④穿孔排泥斗槽高:0.8m
⑤斜管高度: h=l’sinθ=1×sin60°=0.87m
⑥池子总高: H= 0.3 + 1.2 + 1.5 + 0.8 + 0.87= 4.67m
(6)沉淀池进口采用穿孔墙,排泥采用穿孔管,集水系统采用穿孔管.
(7)复算管雷诺数及沉淀时间
Re=Rv0/ν
式中水力半径:R= d/4= 30/4= 7.5mm= 0.75cm
管内流速:v0= 0.289 cm/s
运动黏度: v=0.01cm /s(当t=20℃时),
Re= 0.75×0.289/0.01= 21.7
沉淀时间: T= l’/ v0= 1000/2.89= 5.8min（沉淀时间T一般4~8min）
3.5.2配水槽
配水槽宽b’=1.5m
3.5.3集水系统
1) 集水槽个数为3
2) 集水槽中心间距L=6/4＝1.5m
3) 槽中流量q0
q0===0.029m/s

4) 槽中水深H2
槽宽b=0.9×q00.4=0.9×0.0290.4=0.22m
起点槽中水深0.75b=0.17m，终点槽中水深1.25b=0.85m
为方便施工，槽中水深统一按H2=0.17m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=0.42m
6) 孔眼计算
a.所需孔眼总面积ω
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；
因此 w==0.047m2
b.单孔面积
孔眼直径采用d=30mm，则单孔面积

c.孔眼个数n
n==68（个）
d.集水槽每边孔眼个数n’
n’=n/2=68/2=34(个)
e.孔眼中心距离S0
S0=L/n=8/34=0.24m
3.5.4排泥
采用穿孔排泥管DN＝200mm，沿池长（L=8m）横向铺设5条V形槽，槽宽1.6m，槽壁倾角450，槽壁斜高0.8m，排泥管上装快开闸门。

3.6 重力无阀滤池