净水厂设计课程设计.docx
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净水厂设计课程设计
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
13.5万吨/日净水厂设计
学生学院
土木与交通工程学院
专业班级
给水排水工程2014级1班
姓名
温涛
学号
3114003875
一、课程设计的内容
根据所给定的原始资料，设计某城镇生活给水水厂，该设计属初步设计。
设计的内容有：
1.净水厂的处理工艺流程的选择。
2.净水构筑物及设备型式的选择。
3.净水构筑物的工艺计算。
4.净水厂的总平面布置和高程布置。
5.编写设计说明书和计算书。
6.绘制净水厂的总平面布置图和高程布置图。
7.绘制构筑物工艺图。
二、课程设计的要求与数据
要认真阅读课程设计任务书，并复习教材有关部分章节并熟悉所用规范、手册、标准图等文献资料。
要求设计选用参数合理，计算正确；说明书要有净水厂处理工艺流程及净水构筑物型式选择的理由，净水厂的总平面布置图和高程布置图要有详尽的阐述。
叙述简明扼要，文理通顺；设计计算书、说明书包括必要的计算公式、草图和图表。
图纸内容完整，布局合理，制图要规范。
保证在规定时间内，质量较好地完成任务书中所规定的设计任务。
三、课程设计应完成的工作
应完成上述课程设计的内容，达到初步设计的程度。
提交设计成果，包括设计计算书、说明书及设计图纸。
设计图纸有：
（1）净水厂平面布置图（1张）；
（2）净水厂处理流程高程布置图（1张）；（3）绘制构筑物工艺图（1张）。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
布置课程设计任务，熟悉任务书内容，收集资料
图书馆、网络
2
净水厂的处理工艺流程的选择，净水构筑物及设备型式的选择
大学城教学楼
3
净水构筑物的工艺计算
大学城教学楼
4
净水厂的总平面布置和高程布置
大学城教学楼
5
编写设计说明书和计算书
大学城教学楼
6
绘制净水厂的总平面布置图和高程布置图
大学城教学楼
7
绘制构筑物工艺图
大学城教学楼
五、应收集的资料及主要参考文献
任务书给出的原始资料、手册、标准、规范及有关的专著。
主要参考资料：
1.严煦世编，《给水排水工程快速设计手册.给水工程》，中国建筑工业出版社；
2.《给水排水设计手册.城镇给水》（第3册）；
3.《给水排水工程师常用规范选》（上册）；
4.《室外给水设计规范》；
5.《给水排水简明设计手册》；
6.严煦世编，《给水工程》，中国建筑工业出版社；
7.《给水排水标准图集。
发出任务书日期：
2018年1月8日指导教师签名：
计划完成日期：
2018年1月19日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
附录：
一、设计资料
1.水厂近期净产水量为13.5万m3/d。
2.水源为河水，原水水质如下所示：
编号
项目
单位
分析结果
备注
1
水温
℃
最高30，最低5
2
色度
＜15度
3
嗅和味
无异常臭和味
4
浑浊度
NTU
最大300，最小20，月平均最大130
5
pH
7.0
6
总硬度
mg/L（以CaCO3计）
125
7
碳酸盐硬度
mg/L（以CaCO3计）
95
8
非碳酸盐硬度
mg/L（以CaCO3计）
30
9
总固体
mg/L
200
10
细菌总数
个/mL
＞1100
11
大肠菌群
个/L
800
12
其它化学和毒理指标
符合生活饮用水标准
3.河水洪水位标高73.20米，枯水位标高65.70米，常年平均水位标高68.20米。
4.气象资料：
年平均气温22℃，最冷月平均温度4℃，最热月平均温度34℃，最高温度39℃，最低温度1℃。
常年风向东南。
5.地质资料：
净水厂地区高程以下0～3米为粘质砂土，3～6米为砂石堆积层，再下层为红砂岩。
地基允许承载力为2.5～4公斤/厘米。
6.厂区地形平坦，平均高程为70.00米。
水源取水口位于水厂西北50米，水厂位于城市北面1km。
7.二级泵站扬程（至水塔）为40米。
二、设计成果格式要求
（一）设计说明书及设计计算书
第一部分设计说明书
1.概述
2.净水工艺流程的确定
3.净水厂处理构筑物及设备型式选择
4.处理构筑物设计要点及说明
5.净水厂平面布置及高程布置说明
第二部分设计计算书
1.混合设备的设计
2.絮凝设备的设计
3.沉淀（澄清）池的设计
4.滤池的设计
5.投药系统及消毒系统的设计
6.清水池的设计
7.净水厂平面布置及高程布置
（二）设计图纸
1.净水厂平面布置图
净水厂总平面布置图应按照初步设计要求完成。
图上应绘出主要净水构筑物、水泵站、清水池、药剂间、辅助建筑物、道路、绿化地带及围墙等，并用坐标表示其外形尺寸和相互距离，同时绘出各种连接管渠、阀门等。
构筑物管道均以单线表示。
管线上应标明管径（渠道断面尺寸）。
图中注明各生产构筑物及辅助建筑物的名称、数量及主要外形尺寸（或列表以序号表示之）等。
2.净水厂处理工艺高程布置图（纵向1：
50～1：
100，横向比例同平面布置图的比例）
净水厂高程图上，应标出各净水构筑物之顶、底及水面标高，主要构件及管渠的标高。
3.构筑物工艺图
选择絮凝沉淀池或者滤池均可，包含构筑物的平面图和剖面图。
各剖面图要能反映出池的内部构造。
池的进、出水管清晰明确。
比例在1：
50～1：
200，根据池大小和图幅大小决定。
设计说明书
第一部分设计说明书
一、概况
一、设计资料
一、设计资料
1.水厂近期净产水量为13.5万m3/d。
2.水源为河水，原水水质如下所示：
编号
项目
单位
分析结果
备注
1
水温
℃
最高30，最低5
2
色度
＜15度
3
嗅和味
无异常臭和味
4
浑浊度
NTU
最大300，最小20，月平均最大130
5
pH
7.0
6
总硬度
mg/L（以CaCO3计）
125
7
碳酸盐硬度
mg/L（以CaCO3计）
95
8
非碳酸盐硬度
mg/L（以CaCO3计）
30
9
总固体
mg/L
200
10
细菌总数
个/mL
＞1100
11
大肠菌群
个/L
800
12
其它化学和毒理指标
符合生活饮用水标准
3.河水洪水位标高73.20米，枯水位标高65.70米，常年平均水位标高68.20米。
4.气象资料：
年平均气温22℃，最冷月平均温度4℃，最热月平均温度34℃，最高温度39℃，最低温度1℃。
常年风向东南。
5.地质资料：
净水厂地区高程以下0～3米为粘质砂土，3～6米为砂石堆积层，再下层为红砂岩。
地基允许承载力为2.5～4公斤/厘米。
6.厂区地形平坦，平均高程为70.00米。
水源取水口位于水厂西北50米，水厂位于城市北面1km。
7.二级泵站扬程（至水塔）为40米。
二．设计原则
1.水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以
原水水质最不利情况进行校核。
城镇水厂自用水量一般采用供水量的
5%---10%，必要时通过计算确定。
2.水厂应该按近期设计，考虑远期发展。
3.水厂中应考虑各构筑物或设备进行检修，清洗及部分停止工作时，仍能满足用
水要求。
4.水厂自动化程度，应着提高供水水质和供水可靠性。
5.设计中必须遵守设计规范的规定。
一．净水工艺流程的确定
混凝—沉淀—过滤—消毒
二．净水厂处理构筑物及设备型式选择
3.1混凝
3.1.1混合----管式静态混合器、机械搅拌混合池
管式静态混合器：
对于两种介质的混合时间短，扩散效果达90%以上。
可节省药剂用量约20～30%。
而且结构简单占，地面积小。
采用玻璃钢材质具有加工方便，坚固耐用耐腐蚀等优点。
机械搅拌混合池:
机械混合是在池子内安装搅拌设备，以电动机驱动搅拌器使水与药剂混合，机械搅拌的优点是混合效果好，且不受水量变化的影响，适用于各种规模的水厂，缺点是增加机械设备并且相应增加维修费用，目前广泛采用的是管式混合器。
--最后决定采用管式静态混合器，原因是设备简单，不占地方，并且效果好。
3.1.2絮凝池----网格、折板
网格絮凝池：
网格絮凝池的平面布置由多格竖井串联而成。
絮凝池分成许多面积相等的方格，进水水流顺序从一格流向下一格，每个竖井安装若干层网格，各竖井之间的隔墙上、下交错开孔，使水流上下交错流动，直至出口。
每个竖井网格数自进水端至出水端逐渐减少，一般分三段控制。
前段为密网，中间为疏网，末段不安装网格。
当水流通过网格时，相继收缩、扩大，形成涡旋，造成颗粒碰撞，形成良好絮凝条件。
网格絮凝池的优点是：
水头损失小，絮凝时间较短、效果较好。
网格絮凝池的缺点是：
存在末端池底积泥现象，及网格上滋生藻类、堵塞网眼现象。
折板絮凝池：
折板絮凝池是在隔板絮凝池基础上发展起来的，目前已得到广泛应用。
折板絮凝池是利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态，是能量损失得到充分利用，停留时间缩短，折板絮凝有多种形式，可以波峰对波谷平行安装，称“同波折板”；也可波峰相对安装，称“异波折板”。
按水流通过折板间隙数，又分为“单通道”和“多通道”。
折板絮凝池可布置成竖流或平流式。
折板絮凝池的优点是：
水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩放、流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。
与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。
折板絮凝池的缺点是：
因板距小，安装维修较困难，折板费用较高。
以下表格为详细对比。
最后决定采用网格絮凝池，因为它造成的水头损失小，絮凝时间较短、效果较好
3.1.3混凝剂选用：
（1）铝盐混凝剂的混凝机理主要是其水解过程的中间产物能与水中不同阴离子和负电溶胶形成聚合体，即产生聚合混凝作用。
聚合氯化铝由于含有更多的高电荷、高聚合度形态,因而具有更强的电中和能力和强烈的吸附能力。
但是，近年来随着水处理过程中铝盐混凝剂的大量广泛使用,饮用水铝超标现象频繁出现,特别是在冬季及气温较低的北方地区尤为严重。
聚合氯化铝（PAC）优点是，1应用范围广；2易快速形成大的矾花，沉淀性能好，投药量一般比硫酸铝低；3、适宜的PH值范围较宽（在5～9间）；4、水温低时，仍可保持稳定的混凝效果；5、其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。
（2）铁盐混凝剂包括聚合氯化铁、液体聚合硫酸铁、三氯化铁、聚合磷酸类复合铁盐、聚合硅酸类复合铁盐、铝铁共聚复合混凝剂等。
铁盐混凝的机理是其水解产物能与水中颗粒物进行电性中和、吸附架桥等一系列反应形成粗大絮体，通过对絮体的去除，达到对水体的净化。
聚合氯化铁混凝剂有原水适应性强，密度较大，絮体沉降快的优点。
铁盐水解后形成的Fe（OH）3胶体也和Al（OH）3胶体一样可以吸附杂质，更重要的是铁离子对人体没有像铝离子那样的毒性，所以近年来被更多地使用
三氯化铁极易溶于水；沉淀性好，处理低温水或低浊水效果比铝盐的好。
缺点是，氯化铁液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀材料硫酸亚铁不如三价铁盐那样有良好的混凝效果；残留在水中的Fe2+会使处理后的水带色。
聚合硫酸铁投加剂量少；絮体生成快；对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少聚丙烯酰胺（PAM）常作助凝剂以配合铝盐和铁盐作用，效果显著。
（3）有机高分子混凝剂：
聚丙烯酰胺（PAM）优缺点：
硫酸铝优点是，价格较低，使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。
缺点是，当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；不溶杂质含量较多。
--最后决定采用PAC，因为在相同水质下，投加量比硫酸铝少，对水的pH值变化适应性强，使用更广泛。
3.2沉淀
斜管沉淀池、平流沉淀池、
3.2.1 斜管（板）沉淀池优缺点
优点：
1.沉淀面积增大；
2.沉淀效率高，产水量大；
3.水力条件好，Re小，Fr大，有利于沉淀；
缺点：
1.由于停留时间短，其缓冲能力差；
2.对混凝要求高；
3.维护管理较难，使用一段时间后需更换斜 板（管）
适用条件：
1.适用于中小型污水厂的二次沉淀池
2.可用于已有平流沉淀池的挖潜改造
3.2.2平流式沉淀池 - 优缺点
优点 ：
1.处理水量大小不限，沉淀效果好。
2、对水量和温度变化的适应能力强。
3、平面布置紧凑，施工方便，造价低。
缺点 ：
1、进、出水配水不易均匀。
2、多斗排泥时，每个斗均需设置排泥管（阀），手动操作，工作繁杂，采用机械刮泥时容易锈蚀。
适用条件：
1.适用于地下水位高、地质条件较差的地区。
2、大、中、小型污水处理工程均可采用。
3.2.3竖流式沉淀池--优缺点：
优点：
竖流式沉淀池效果较好，占地面积小，排泥容易
缺点：
水池深度大，施工困难，造价高。
常用于处理水量小于2万m3/d的小型污水处理厂。
适用条件：
适用于小型污水处理厂
3.2.4辐流式沉淀池--优缺点：
优点：
辐流式沉淀池的优点是多用机械排泥，运行较好，管理较简单，排泥设备已经趋于定型
缺点：
机械排泥设备复杂，对施工质量要求高；
适用条件
1.适用于地下水位较高的地区
2、适用于大中型污水处理厂 ：
--最后决定采用平流式沉淀池，因为处理水量大小不限，沉淀效果好，对水量和温度变化的适应能力强，平面布置紧凑，施工方便，造价低。
3.3过滤
V型滤池、翻板滤池
V型滤池：
V型进水槽和排水槽分别设于滤池两侧，池子可沿着长的方向发展，布水均匀，反冲洗效果好，大大节省了反冲洗的水量和电耗，整个滤料层在深度方向的粒径分布基本均匀。
在反冲洗过程中滤料层不膨胀，不发生水力分级现象，保证深层截污，滤层含污能力高。
下表为三者对比：
最后采用V型滤池，因为布水均匀，反冲洗效果好，大大节省了反冲洗的水量和电耗，整个滤料层在深度方向的粒径分布基本均匀。
3.4消毒
采用氯消毒，因为氯消毒经济有效，使用方便，应用历史最久也最为广泛，不过在此之前需要预先去除形成氯消毒副产物的前期物。
消毒剂采用液氯。
三．处理构筑物设计要点、说明
水厂构筑物的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。
五．净水厂平面布置及高程布置说明
一．平面布置
（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。
二．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，并有一定的预留量.
第二部分设计计算书
一．混合设备的设计
1.1混合--管式静态混合器设计计算
（1）设计流量
设计流量Q=
（采用两条进水管，水厂自用水量为5%，流速取1.5m/s）
计算管径D=900mm
（2）设计流速
静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.5m/s（流速一般在1.0~1.5m之间），则管径为:
采用D=900mm，则实际流速v=1.2894m/s
（3）混合单元数
N=2.36V-0.5D-0.3=2.36×1.2894-0.5×9-0.3=2.29
取N=3，则混合器的混合长度为：
L=1.1ND=1.1×3×0.9=2.97m
（4）混合时间
（5）水头损失
（6）校核GT值
（一般G在700-1000s-1）
GT=791.104×2.3033=1822.15（大于2000或者接近2000，水力条件符合要求）
1.2溶液池
溶液池用来溶解药剂，一般药剂投加方式有重力式和压力式，对于我们这种中大型，我们采用加药泵来投加混凝剂。
溶液池池周围应有工作台，底部应设置放空管。
必要时设溢流装置。
溶液池容积
式中
－溶液池容积m3
Q－处理水量m3/h
a－混凝剂最大投加量，mg/L
c－溶液浓度，为5～20%
n－每日调制次数， n≤3。
本设计中取a = 30mg/L， c=15%， n=3次，则代入数据得：
我们取10m³，尺寸为：
溶液池应设置两个，每个容积为
，以便交替使用，保证连续投药。
溶液池形状采用矩形，其尺寸为长×宽×高＝2.5m×2m×2m。
取有效水深H1＝2.5m，总深H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝2.5+0.2+0.1＝2.8m。
1.3溶解池
溶解池的容积:
溶解池和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。
溶解池的放水时间采用t=15min,则放水流量为:
查水力计算表得放水管管径do＝100mm，相应流速为0.354m/s，溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。
溶解池一般取正方形，有效水深H1＝1.0m，则：
面积F＝W1/H1→边长a＝
＝1.58m
则溶解池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝1.58m×1.58m×1m。
溶解池深度H＝H1+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+0.1＝1.3m。
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。
二．絮凝设备的设计要点说明及计算
2.1网格絮凝池设计要求说明
1）网格絮凝池的使用条件
原水水温为4.0~34.0℃、浊度为25~2500NTU。
单池处理的水量以1~2.5万m³/d较合适，以免因单格面积过大而影响效果。
水厂产水量大时，可采用2组或多组池并联运行。
采用网格或栅条的絮凝池效果相接近，但栅条加工比较方便，用料也省。
适用于新建也可用于旧池改造。
2）网格絮凝池的设计要求
1、絮凝时间一般为10~15min；
2、絮凝池分隔大小按竖向流速确定；
3、絮凝池分格数按絮凝时间计算，多数分成8~18格：
可大致按分格数均分成3段，其中前段各格为3~5mim，段端3~5min，末段4~5min；
4、网格或栅条数前段较多，中断较少，末段可不放，但前段总数宜在16层以上，中断在8层以上上下两层间距为60~70cm；
5、每格的竖向流速，前段和中段0.12~0.14m/s，末段0.1~0.14m/s；
6、网格或栅条的外框尺寸等于每格池的净尺寸。
前段栅条缝隙为50mm，或网格孔眼为80×80mm，中段分别为80mm和100×100mm；
7、各格之间的过水孔洞应上下交错布置，孔洞计算流速，前段0.3~0.2m/s,，中段0.2~0.15m/s，末段0.1~0.14m/s，各过水孔面积从前段向末段逐步增大。
所有过水孔须经常处于淹没状态，因此上部孔洞标高应该考虑沉淀池水位变化时会不会露出水面；
8、网孔或过栅流速，前段0.25~0.30m/s，中段0.22~0.35m/s；
9、一般排泥可用长度小于5m、直径150mm~200mm的穿孔排泥管或单斗底排泥，采用快开排泥阀；
10、网格或栅条材料不可用木料、扁钢、钢筋混凝土预制件等。
木板条厚度20~25mm，钢筋混凝土预制件厚度30~70mm。
3）网格絮凝池的计算公式
网格絮凝池计算公式如下表
2.2网格絮凝池设计计算
1.设水厂自用水量为5%，则设计流量为：
Q=135000×1.05=1.6406m³/s
因分成4池，所以每池流量取0.42m³/s
2.设絮凝时间为15min（单池流量较大为保证充分絮凝），得到絮凝池的有效容积为：
V=0.42×15×60=378.0m³
3.设平均水深3.0m，得池的面积为：
A=378.0/3.0=126
竖井流速均取0.12m/s，得单格面积为：
F=0.42/0.12=3.5m2
设每格为方形，边长采用1.897m，因此每格面积为3.60m2，由此得分格数为：
n=126/3.60=35
为配合沉淀池尺寸，采用35格
4.实际絮凝时间为：
t=1.897×1.897×3.0×35/0.42=899.65s=14.99min
5.池的平均有效深度为3.0m，取超高0.35m，泥斗深度0.65m，得池的总高度为：
H=3.0+0.35+0.65=4.0m
为避免反应池底部集泥，影响水处理效果，在每个反应池底部各设DN=200mm穿孔排泥管，采用坡度1%的满流管
各段网格数量如表：
名称
竖井数量
每个竖井网格层数
网格总层数
距离絮凝池孔洞距离
第一段
16
1
16
第二段
11
1
11
第三段
8
0
0
根据《给水排水设计手册》 第3册 城镇给水（第二版）要求，网格在前段多，中段少，末端可以不放，但前段总数宜在16层以上，中段在8层以上，上下两层之间的距离在60cm～70cm
6.竖井内网格的布置：
1）前段放置密网格后：
竖井网格开孔面积网孔A1为：
A1=Q1/V1
Q1:
设计流量
V1：
水通过网孔的流速，对于前段为：
0.25m/s~0.3m/s，本设计中取0.275m/s
A1=0.42/0.275=1.527m2
网格材料采用钢板打方孔，单个小网格孔的边长b取：
0.08m
则小网格面积S为：
0.08m×0.08m=0.0064m² 则小网格孔的数量n1为
n1=A1/S=1.527/0.0064=238.64
小网格的横竖数量为n2=
，取16个
校核每格网格孔数：
n1=162=256个
两个小网格之间的宽度b=（1.897-0.08×16）/16=0.044m
实际开孔面积A1’=n2×n2×S=16×16×0.0064=1.6384m2
实际过网流速V1’=0.42/1.6438=0.256m/s,符合0.25-0.30m/s的要求
2）中段放置疏网格后：
网格开孔面积为网A2=Q/V2，V2取0.23
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