水质工程学课程设计汇总Word格式.docx
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3
DO溶解氧
10.2
7.38
4
BOD
2.5
1.1
5
COD
4.2
2.4
6
其余均符合国家地面水水源I级标准（温度为平均20度）
（2）水文地质及气象资料
a.河流水文特征
最高水位:
8.35m,最低水位:
3.12m,常年水位:
5.73m
b.气象资料
历年平均气温:
20°
C，年最高平均气温:
39°
C，年最低平均气温:
-2°
C
年平均降水量:
1290mm，年最高降水量:
1290mm，年最低降雨量:
1290mm
常年风向:
东南风，频率：
12.5%
历年最大冰冻深度20cm
c.地质资料
第一层：
回填、松土层，承载力8kg/cm
深1～1.5m；
第二层：
粘土层，承载力10kg/cm
深3～4m；
第三层：
粉土层，承载力8kg/cm
地下水位平均在粘土层下
0.5m。
1.2设计任务
1.某水厂工艺设计,确定水厂建设规模、位置；
2.水厂工艺方案确定及可行性研究（进行两种方案比较）；
3.水厂构筑物设计计算,完成水厂平面布置图、高程图（完成设计图2张以上,其中手工图1张以上）；
4.设计计算说明书1份.
第二章水厂设计规模的确定
2.1近期规模
已知:
该地区现有人口2.5万,人均用水量标准（最高日）为220L/cap
工厂A：
工厂C：
一般工业用水量占生活用水量的180%
第三产业用水量占生活用水量的85%
最大日时变化系数为1.55
由以上资料可得:
Q生活=25000×
220=550（万L/d）=0.550（万m
/d）
Q集中=0.7+0.9+0.5+0.3=2.4（万m
Q生产=Q生活×
180%=0.550×
180%=0.990（万m
Q三产=Q生活×
85%=0.550×
85%=0.4675（万m
Q生活+Q生产+Q三产+Q集中=4.4075（万m
考虑管网漏失水量和未预计水量，系数β=1.20，则最高日用水量：
Q=4.4075×
1.20=5.289（万m
考虑水厂自用水量,系数α=1.05，则：
Q总=5.289×
1.05=5.55345（万m
所以近期水厂规模为6（万m
由于最大日时变化系数Kh=1.55，则最高日最高时用水量：
Qh=Kh×
Q=1.55×
5.289=8.198（万m
最高日平均每小时用水量：
Q=Qh/24=0.342（万m
（注：
以下设计规模以12000m
/d进行设计）
2.2水厂设计规模
近期规模12000m3/d，水处理构筑物按照近期处理规模进行设计。
第三章水厂工艺方案的确定
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，通过技术经济比较确定.
3.1初步选定两套方案
方案一:
取水→一级泵站→管式静态混合器→水力循环澄清池→无阀滤池→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂
方案二:
取水→一级泵站→管式扩散混合器→平流沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂
3.2方案构筑物特性比较
表3-1
类别
管式静态混合器
管式扩散混合器
优点
设备简单，在管道上安装容易，维修管理方便；
投资省不需土建构筑物，不需外加动力设备；
在设计流量范围内，能快速混合，效果良好
管式孔板混合器前加装一个锥形帽，水流合药剂对冲锥形帽后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到迅速混合；
不需外加动力设备，不需土建构筑物，不占用地
缺点
混合效果受水量变化有一定影响
水头损失稍大；
管中流量过小时，混合不充分
适用
适用于水量变化不大的各种规模水厂
适用于中等规模水厂
表3-2
水力循环澄清池
平流沉淀池
水力条件好，沉淀效率高；
体积小，占地少；
停留时间短；
构造简单，无复杂机电设备
造价较低；
操作管理方便，施工较简单；
对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定；
带有机械排泥设备时，排泥效果好
抗冲击负荷能力差；
排泥复杂；
药耗高
占地面积较大；
不采用机械排泥装置时，排泥较困难；
需维护机械排泥设备
一般用于大中型水厂
可用于各种规模水厂；
宜用于老沉淀池的改建,扩建和挖潜；
适用于需保温的低湿地区；
单池处理水量不宜过大
表3-3
无阀滤池
V型滤池
无需大型阀门及相应的启闭装置，无需管道；
无需真空设备，是可完全由自身水力自动的控制滤池；
管道维护简单，能自动冲洗
运行稳妥可靠；
采用较粗滤料，材料易得；
滤床含污量大，周期长，滤速高；
不会发生水力分级现象；
具有气水反冲洗和水表面扫洗，冲洗效果好，使洗水量大大减少
阀门多；
单池面积大；
清砂不便
配套设备多；
土建较复杂，池深比普通快滤池深
适用于大中型水厂
进水浊度小于10；
3.3方案确立
根据技术性能比较,确定选择方案一,即:
↑消毒剂
第四章水厂各个构筑物的设计计算
4.1一级泵站
1.一泵房吸水井
水厂地面标高0.000m，河流洪水位标高为8.35m，枯水位标高为3.12m，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3m，长度也为3m。
2.一泵房
一泵房底标高为-1.500m,一泵房顶标高为6.000m。
4.2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，改善操作条件。
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=12000m3/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，500m3/h;
b—溶液浓度（按商品固体重量计），10%；
n—每日调制次数，2次。
所以:
W1=30×
500/（417×
10×
2）=1.80m3
溶液池容积为2m3,有效容积为1.8m3，有效高度为1.8m，超高为0.2m，溶液池的形状采用矩形，长×
宽×
高=1×
1×
2m.置于室内地面上，池底坡度采用0.03.
溶液池旁有宽度为2.0m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×
1.8=0.54m3
其有效高度为0.9m,超高为0.1m,设计尺寸为0.8×
0.8×
1m,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善工作条件。
由于药液具有腐蚀性，所以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。
桨直径750mm,桨板深度1400mm。
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×
0.2m3，投药量为7g/m3，水厂设计水量为500m3/h，药剂堆放高度为1m，药剂贮存期为30d。
硫酸铝袋数N=24Qut/1000W
=24×
500×
7×
30/（1000×
40）=63袋
有效堆放面积A=NV/1.5（1-e）
=63×
0.5×
0.2/（1×
0.8）=3.15㎡
取长宽均为2m×
2m。
4.3管式静态混合器
图4-1管式静态混合器
1.设计流量
每组混合器处理水量为12000m
/d=500m
/h=0.139m
/s
2.水流速度和管径
由流量为12000m
/d，查水力计算表得:
v=1.08m/s,
管径d=400mm,1000i=4.11
4.4水力循环澄清池
图4-2水力循环澄清池
根据水厂规模，采用设置三个相同的澄清池，以下计算以一个为例。
回流比采用4，总进水量q=0.0486m
/s，设计循环总流量q1=4q=0.1944m
/s，喷嘴流速v0=6.5m/s，喉管流速v1=2.5m/s，第一反应室出口流速v2=60mm/s，第二反应室出口流速v3=40mm/s.
清水区（分离室）上升流速v4=1.0mm/s喉管混合时间t1=0.6s，第一反应室反应时间t2=20s，第二反应室反应时间t3=100s，分离时间t4=40min。
尺寸计算：
1.喷嘴
d0=√4q/πv0=0.0976m,取d0=100mm。
设进水管流速v=1.2m/s，则进水管直径d=√4q/πv=0.227m，取d=225mm，
设喷嘴收缩角为15.5°
，则斜壁高为225mm。
喷嘴直段长度取100mm，则h0=375mm，
要求净作用水头hp=0.06v02=2.535m。
2.喉管
d1=√4q1/πv1=0.315m，取d1=320mm，
则实际喉管流速v1’=2.42m/s，t1=0.6s，则h1=v1’t1=1.452m，取h1=1450mm
3.喉管喇叭口
d5=2d1则d5=0.64m，α0=45，则h5’’=tan45°
（d5-d1）/2=160mm。
连接喇叭口大端圆筒部分高hs’=d1=320mm。
喷嘴与喉管间距S=2d0=200mm（并设调整装置）
4.第一反应室计算
上端出口直径d2=√4q1/πv2=2.03m，取d2=2.1m
上端出水口面积ω2=πd22/4=3.46m2
则实际出水口流速为56mm/s（锥形筒夹角α取30°
）
反应室高度h2=（d2-d1）/2tanα/2=3.32m，取h2=3.3m。
5.第二反应室计算
上端断面积ω3=q1/v3=4.86m2
第二反应室直径d3=√[4（ω3+ω2）/π]=3.26m,取d3=3.3m
实际断面积ω3=5.09m2
实际进口流速v3=q1/ω3=38.2mm/s
h6=4q1t3/π（d32-d22）=3.82m，取h6=3.8m
h4取0.2m，则h3=h6+h4=4m，即第二反应室高4m
d2’2=d2-2x=0.064
下端断面积ω1=π（d32-d2’2）/4=8.55m2
出口流速v5=q1/ω1=0.023m/s
6.澄清池各部尺寸计算
澄清池长度D=√[4（ω2+ω3+ω4）/π]=8.53m，取D=8.5m
ω4=q/v4=48.6m2
实际上升流速v4’=q/（πD2/4-ω2-ω3）=1.01mm/s。
h为喷嘴法兰距池底的距离，取0.25m
澄清池内第二反应室要求水深H3=h+h0+s+h1+h2+h4=5.775m
h4’为反应器保护高度，取h4’=0.25m
澄清池总高H=H3+h4=6.025m。
设池底部直径D0=1.2m，锥角β=40°
锥体部分高度H1=[（D-D0）/2]tanβ=3.06m
澄清池直壁H2=H-H1=2.965m。
各部容积及停留时间计算：
1.喉管混合时间t1=h1/v1’=0.6s
2.第一反应室容积w1=πh2[（d22+d2d1+d12）/4]=4.48m3
第一反应室停留时间t2=w1/q1=23s
3.第二反应室容积w2=πd32h3/4－πh6/3×
[（d22+d2d2’+d2’2）/4]=29.7m3
第二反应室停留时间t3=w2/q1=153s
4.反应室停留时间t4=（h3-0.5）/v4’=66min
5.净水历时T’=t1+t2+t3+t4=68.9min
6.澄清池总容积w=πD2[H-（H1-H0）]/4+πH1（D2+DD0+D02）/12=224m3
总停留时间T=w/3600q=1.28h
4.5无阀滤池
图4-3无阀滤池
1.设计水量
设计流量Q1=12000m3/d，考虑5%的冲洗水量，分为3组，每组采用双格组合，则每组滤池设计处理水量Q=1.05Q1/4=4200m3/d=175m3/h=0.0486m3/s。
2.设计数据
滤池采用石英砂滤料，设计滤速v=9m/h
平均冲洗强度q=15L/（m2*s），冲洗时间t=6min
期终允许水头损失H=1.7m
排水井堰顶标高采用-0.75m（室外地面标高0.00m）
滤池入土深度先考虑取-1.40m。
3.设计计算
1）滤池面积
滤池净面积F=Q/V=19.44m2，分为两格,N=2
单格面积f=F/N=9.72m2，单格尺寸采用3.2m×
3.2m
四角连通渠考虑采用边长为0.35m的等腰直角三角形，其面积f2’=0.0613m2
并考虑连通渠斜边部分混凝土壁厚为120mm的面积，则每边长=0.35+0.12×
√2=0.52m，f2=0.135m2
则单格滤池实际净面积f净=9.835m2
实际滤速u’=Q/2f净=8.90m/h（在7-9m/h之间，符合要求）
2）进出水管
进水管流速u1=0.6m/s，断面面积ω1=Q/u1=0.081m2
单格进水总管管径D1=√（2ω1/π）=0.227m，取DN250
进水管总管径D=√4ω1/π=0.32m，取DN350,校核流速v2=0.5m/s
水力坡度i=0.0019，管长L1=11m，考虑滤层完全堵塞时，进水全部沿DN350虹吸上升管至虹吸破坏口，流速v3为0.31m/s，水力坡度i2=0.0005，管长L2=4m，则单格进水管水头损失为：
h进=i1L1+∑ξ1v22/2g+i2L2+ξ22v32/2g=0.068m。
（式中，局部阻力损失系数ξ1包括管道进口、3个90°
弯头和三通，ξ2为60°
弯头，进入分配箱堰顶采用0.1m的安全高度，则进水分配箱堰顶比虹吸辅助管管口高出0.2m）
3）冲洗水箱
平均冲洗强度q=15L/（m2*s），冲洗历时t=6min，单格滤池实践净面积f净=9.835m2
则冲洗水箱容积v=0.06q×
f净×
t=53.109m3
冲洗水箱面积F’=10.24m2
冲洗水箱高度H冲=v/2F’=2.59m
考虑冲洗水箱隔墙上连通孔的水头损失，冲洗水箱高度取2.6m。
4）滤池高度
表4-1
高度H
数值（m）
底部集水区
0.40
钢筋混凝土滤板
0.10
承托层
0.20
石英砂滤料层
0.70
净空高度（考虑反冲洗时滤料膨胀高度，再加0.1m安全高度）
顶盖高度（顶盖面与水平面夹角15°
顶盖厚度180mm）
0.58
冲洗水箱高度
2.6
超高
0.15
总高度
5.03
滤池总高度取5.15m，根据滤池的入土深度，冲洗水箱平均水位标高为+2.00m。
5）反冲洗水头损失
平均冲洗流量Q冲=qf净=147.525L/s=531.09m3/h
因冲洗时滤池仍在进水，单格滤池进水管流量Q单=87.5m3/h
Q虹吸=Q冲+Q单=618.59m3/h。
①连通渠水头损失
根据谢才公式i=Q2/A2CrR，其中A=0.0613m2
Q=Q冲/4=70.83m3/h=0.0197m3/s
连通渠内流速v=Q/A=0.775m/s，i=0.0012
连通渠长度约为1.6m，反冲洗连通渠总水头损失h1=iL+ξv2/2g=0.010m。
②孔板水头损失
采用小阻力配水系统，采用钢筋混凝土板，板厚100mm，流量系数α=0.75，开孔比β=1.64%，
反冲洗时配水系统水头损失h2=[（q/αβ）2×
10-6]/2g=0.076m。
③承托层水头损失
承托层厚度为200mm，水头损失h3=0.022qz=0.066m。
④滤层水头损失
采用石英砂滤料，粒径0.5-1.0mm，厚度L=700mm，膨胀度45%，膨胀前的孔隙率m0=0.41，相对密度γ1=2.6，则滤料层水头损失h4=[（γ1/γ）-1]×
（1-m0）×
L=0.68m。
⑤配水管水头损失h5=0.05m
⑥虹吸管内水头损失
虹吸管上升管管径取DN350
由配水板至DN350×
250，三通处流量Q冲=424.98m3/h，流速为v=1.7m/s，水力坡度i=0.0134，长度约为4.5m，则总水头损失h7=iL+ξv2/2g=0.55m。
⑦反冲洗水头损失
∑H1=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7+h8=1.935m。
⑧校核虹吸水位差
冲洗水箱平均水位标高为+2.00m，排水井堰顶标高为-0.75m，则平均冲洗水头Ha=2.75m>
2.027m，满足要求，实际冲洗强度略大，可通过强度调节器加以调整。
4.6消毒
设计计算:
1.加氯量
设计水量Q1=12000m3/d=500m3/h，
清水池最大投加量a为1mg/L.
预加氯量为0
清水池加氯量Q=0.001aQ1=0.001×
500=0.5kg/h
二泵站加氯量不做考虑
2.储氯量
仓库储备量按30d最大用量计算：
G=24QT=24×
30=360kg
3.氯瓶配置
选用500kg的氯瓶1个，氯瓶长L=1800mm，直径D=400mm。
加氯间中将氯瓶和加氯机分隔布置。
加氯间有直接通向外部的门,保持通风。
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。
4.7清水池
设计水量Q=12000m3/d
1.清水池调节容积取设计流量即最高日用水量的10%，则调节容积为：
W1=10%×
Q=1200m3
2.消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s
连续灭火为2h,则消防容积为:
W2=25×
2×
3600/1000=180m3
3.水厂自用水（用于冲洗滤池，沉淀池排泥等）的贮备容积为:
W3=5%×
Q（已在设计流量考虑范围内）
4.安全储量:
不做考虑W4=0
5.清水池总容积为:
W=W1+W2+W3+W4=1200+180+0=1380m3
6.水厂内建2座矩形清水池,容量为W/2=690m3
清水池有效水深取3m,超高0.2m，则清水池的平面尺寸为15m×
16m。
有效容积为15m×
16m×
3m=720m3
7.清水池进水管
进入单个清水池内的流量Q1=12000/（24×
3600）=0.139m3/s
进水管内流速一般在（0.7-1.0）m/s之间，取v=1.0m/s
则进水管管径为D=√（4Q1/πv）=0.421m
采用D=450mm的管道，则实际流速为v=0.87m/s（符合要求）。
8.清水池出水管
由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最高日最高时流量确定，变化系数Kh=1.55，则最高日最高时流量为：
Q2=12000×
1.55/（24×
3600）=0.215m3/s
出水管管内流速取v=1.0m/s
则出水管管径为D2=√（4Q2/πv）=0.523m
采用D=550mm的管道，则实际流速为v=0.90m/s
9.溢流管设计
溢流管管径一般与进水管相同，即D=450mm，管端为喇叭口，管上不得安装阀门。
溢流管应包扎尼龙网罩，以防止爬虫沿溢流管进入清水池，清水池溢流管的出口接入水厂下水道。
溢流管上喇叭口直径D≥（1.3~1.5）D=1.4×
450=630mm，取650mm，喇叭口设于最高水位之上0.1m处。
10.放空管设计
清水池内的水在检修时需要放空，因此应设排空管并采用2%的坡度并设排水集水坑。
排空管的管径按1h内将池水放空计算，放空管内流速按1.0m/s，则需排空流量为Q3=15m×
3m/1=720m3/h=0.2m3/s，则排空管管径为D3=√（4Q3/πv）=0.504m
采用D=500mm管道，则实际流速为v=1.02m/s。
11.清水池设有水位连续测量装置，供水位自动控制和水位报警之用。
附属设备：
1.导流墙
在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间。
导流墙顶砌筑到清水池最高水位，使顶部空间保持畅通。
导流墙底部每隔3m设尺寸为0.1m×
0.1m的过水方孔。
2.检修孔
一共设3个，池内的进水管，出水管，溢流管和集水坑附近各设一个。
DN为1200mm，孔顶设防鱼盖板；
3.通气孔
池顶设DN为200mm的通风孔，高出池顶覆土面0.7m，并用防护网，防止虫、蝇、雨水等进入水中。
4.覆土厚度
清水池顶面应有（0.5-1.0）m的覆土厚度，取为0.7m。
4.8二级泵站
1.吸水井
水厂地面标高0.00m，河流洪水位标高为8.35m，枯水位标高为3.12m。
设计二泵站吸水井顶标高为0.10m。
二泵房吸水井底标高为-4.00m，二泵房吸水井水面标高为-0.20m。
2.泵房高度
二泵房室内低坪标高为-2.50m,泵房所在的室外地坪标高为0.00m，二泵房室内地面低于室外2.5m，泵房为半地下室。
泵房地下高度为2.50m，泵房高度H=10m。
4.9附属构筑物
附属构筑物包括生产辅助建筑物和生活附属建筑物。
1.生产辅助建筑物
主要有机修车间、配电房、药库、氯库和化验间等。
2.生活附属建筑物
生活附属建筑物包括水厂的办公楼、车库、值班宿舍、控制室、食堂、值班室等。
水厂内绿化面积很多,绿地由草地、绿篱、花坛、树木配合构成，面积大的可以在中间设建筑小品和人行走道形成小型花园.在建筑物的前坪，道路交出口的附近都设绿地.在建筑物或构筑物与道
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