56万吨给水处理厂设计.docx
《56万吨给水处理厂设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《56万吨给水处理厂设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
56万吨给水处理厂设计
设计说明书
课程设计Ⅰ计算书
专业：
水务工程
班级：
①班
学号：
***********
姓名：
***
课题：
水质工程学课程设计Ⅰ（给水厂设计）
指导教师：
刘绍根
2013年12月20日-2014年1月4日
摘要：
本设计是拥有合肥地质结构城市的自来水厂设计，设计流量5.6万吨每天，厂址在水库附近，设计地面标高22m，该市最不利地面标高28m.
关键词：
混凝沉淀V型滤池清水池二级泵站
第一章给水处理厂水量计算………………………………
第二章处理流程的设计……………………………………
第三章原水取水……………………………………………
第四章混凝与沉淀………………………………………
一、混凝……………………………………………
二、混合器……………………………………………
三、絮凝反应池……………………………………
四、沉淀……………………………………………
第五章滤池设计……………………………………………
一、正常过滤系统设计
二、反冲洗系统设计
三、反冲洗水泵和风机选型
第六章消毒设计计算………………………………………
第七章清水池设计计算……………………………………
第八章水厂平面布置………………………………………
第九章高程布置……………………………………………
一、水头损失计算
二、处理构筑物高程确定
三、水厂至最不利用户处所需水压的计算
四、二级泵站泵选型
第十章厂区附属建筑物设计
第十一章设计心得
参考文献……………………………………………………
第一章给水处理厂水量计算
城市自来水厂规模为5.6万m3/d，即2333.3m3/h,0.6481m3/s。
设计流量为：
Q设=Q×（1+α）=2333.3m3/h×（1+0.08）=2520m3/h=700.0L/s
式中α为水厂自用水量系数，取值0.08。
第二章处理流程的设计
水源→管式静态混合器→折板板絮凝池+平流沉淀池→普通快滤池→清水池→吸水井→二级泵站→市政给水管网→用户
混凝剂采用：
FeCl3，管式静态混合器
消毒剂采用：
液氯消毒，滤前滤后加氯，加氯机加氯
重力自流取水，其中流量为700.0L/s，流速为1.2~1.6m/s,为使水量得到保证，采用2根铸铁输水管同时向给水处理厂输水，即每根输水管的流量为350.0L/s，且每根可单独保证75％的输水能力。
查水力计算表可得：
每根输水管的管径为DN600，管内流速为1.24m/s,坡度为3.185‰。
第四章混凝与沉淀
一、混凝
（1）、混凝剂选择：
根据原水的水质水温和PH值的情况，选用混凝剂为三氯化铁，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=0.3W2=0.3×28=9m3
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）=15L/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=2520m3/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=50×2520/（417×12×2）=12.6m3
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=2.5m×2.5m×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=0.29
选择投药管管径DN=50mm,相应流速为0.15。
（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2500m3/h。
药剂堆放高度1.5m，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）=（2520×24×50×28）÷（1000×50）=1694（袋）
堆放面积
A=NV/［H（1-e）］=（1694×0.5×0.5×0.2）÷［1.5×（1-0.2）］=71m2
仓库平面尺寸
B×L=10m×10m=100m2
（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、混合器
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=2520m3/h，设2池。
廊道内流速采用4段：
V1=0.5m/s，V2=0.4m/s，V3=0.3m/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=2520×20/60=840m3
（2）每池面积:
分设2池，由于平均水深h1=2.5m则每池净平面面积：
F=W/（n×h1）=840/（2×2.5）=168.0m2
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’=176.6m2/16.8m=9.3m
（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）=2520/（3600×2×0.5×2.8）=0.250m，
取α1=0.25m，则实际流速V1=0.563m/s；
α2=Q/（3600×n×V2×h1）=2520/（3600×2×0.4×2.8）=0.313m，
取α2=0.31m，则实际流速V2=0.460m/s；
按上法计算得：
α3=0.45m，V3=0.358m/s
α4=0.63m，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=20m
（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，
=2.5×0.114-0.13-0.75×0.346×（0.114-0.1）=0.15
故C1=R1y/n=0.120.15/0.013=56.0
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
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=2520m3/h/2=1260m3/h=0.350m3/s
2．设计数据的选用
表面负荷Q/A=2m3/（m2·h），设计停留时间1.5h,沉淀池的水平流速v=15mm/s
3．计算
沉淀池表面积A=662.5m2。
沉淀池长L=3.6vT=3.6×15×1.5=81m
沉淀池宽B=A/L=662.5/81=8.1m
沉淀池有效水深H=QT/BL=1325×1.5/（8.1×81）=3.07m.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1260/（3600×0.2）=1.75m2。
每个孔口尺寸定为15cm×8cm，则孔口数为1.75/（0.15×0.08）=146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）
第五章过滤
一、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=30240（m3/d）,1260m3/h,0.350m3/s
滤速：
v1=7m/h
滤池总面积:
F=Q/V=1260/7=180.0（m2）
采用6个滤池,则每个滤池面积为:
180.0/6=30.0（m2）,采用6m×6m的池子,面积为36m2（忽略池壁厚度）,总面积216m2.
冲洗强度及膨胀率:
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=14×26=364（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=364/56=6.5（L/S）
选用支管管径DN=100mm,流速V=0.84m/s,1000i=16.249,支管总横截面积为:
f支总=56×3.14×0.12/4=0.44（m2）
支管长度L支=（7-0.1）/2=3.45（m）
支管长度与支管管径之比L/d=3.45/0.1=34.5<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=0.0023×26=0.0598（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=0.0598/0.0000785=762（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=203/762=0.266（m）
通过孔眼的流速为:
V=Q/1000f孔总=364/1000×0.0598=2.18（m/s）
孔眼总面积与支管总横截面积之比为:
f孔总/f支总=0.0598/0.44=0.136
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=（0.0598/0.5）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=30240（m3/d）=1260m3/h=0.350（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=368/6=61.33（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=350/6=58.33（L/s）,采用DN350mm的钢管,流速为0.61m/s,1000i=1.713
二、反冲洗系统设计
查《室外给水设计规范》（GB50013-2006）得，V型滤池采用气水结合反冲洗，冲洗流程以及相关水力参数如下：
第一步气冲，冲洗强度取q气（下标）=15L（s²·m²）,冲洗时间取t气=3min;
第二步气-水同时反冲洗，空气强度取q气（下标）=15L（s²·m²），水洗强度取q水=6L（s²·m²），冲洗时间取t气水-4min;
第三步水冲，冲洗强度取q水=6L（s²·m²），冲洗时间取t水=5min；
表洗贯穿整个冲洗的过程，表洗强度取1.8L（s²·m²）。
（1）中央排水槽
反冲洗时中央排水槽接收流量为Q反=Q表+Q冲=（q表+q冲）f，已知反冲洗强度
q冲=6L/（s²m2），表洗水强度为q表=1.8L/（s²m2），则中央排水槽接收水量为：
Q反=（1.8+6）³49/1000=0.3822m3/s 设水流的出水断面为正方形。
则B=H=0.9Q0.4=0.9³0.38220.4≈0.612m，设计中取0.62m。
则 起端水深 H1=0.75HP =0.75³0.62≈0.46m
末端水深 H2=1.25HP =1.25³0.62≈0.78m
设计中取起点超高0.15m，底板厚0.10m。
取终端槽底与滤板相平，因为承托层厚0.05m、滤层厚1.2m，取排水槽顶部距滤层高度0.5m。
则 排水槽起端总高H1=0.15+0.46+0.10=0.71m 排水槽末端总高H2=0.05+1.20+0.50=1.75m
为了防止冲洗时跑砂，同时为了顺利排水，中央排水槽顶部采用楔形，上部倾角采用45°，下部与水平面夹角采用15°
（2）反冲洗进水进气孔洞
①反冲洗进水孔洞
单池反冲洗水量为Q冲=q冲f=6.0³49/1000=0.294m3/s，设计中取反冲洗进水孔为方孔，孔内流速取1.0m/s。
则配水方孔总面积为F1=Q/v=0.294/1.0=0.294m2；
两槽侧壁均匀开孔，则两墙每墙上的开孔面积约为0.13m2； 设计孔洞尺寸为0.1³0.1m，则每墙上开孔0.13/0.12=13个。
因为V型滤池长8.18m，则每两个方孔的中心间距为8.18/13≈0.63m，两边两个方孔中心距池壁的距离为0.35m。
② 反冲洗进气孔洞
由Q气=q气²F/1000得，一个滤池的反冲洗进气量为：
Q气=q气²F/1000=15³49/1000=0.735m3/s。
为了施工方便，排水槽上进气孔和进水孔的间距和数目设置相同，取气孔直径d=50mm，则一个滤池所有通气孔面积为：
F2=26³π³0.0252≈0.051m2
则气孔的空气流速为：
v气=0.735/0.051≈14.4m/s，查《室外给水设计规范》（GB50013-2006）得，V型滤池的输气管渠流速为10～15m/s，显然符合要求。
③ 反冲洗空气管
空气由反冲洗空气管进入中央渠道，反冲洗空气管的流速取10m/s，则由满流公式得，空气管管径为：
d气=[4Q气/（πv）]0.5=[4³0.735/（π³10）]0.5=0.306m。
设计中取空气管管径为d气=300mm，则管内的实际空气流速为：
v气=4Q气/（πd0.5）≈10.4m/s，显然符合规范要求。
反冲洗空气管用焊接钢管，在敷设的时候要架空敷设，使主风管中心高出池内水面0.3～0.5m。
，以防止水流倒灌。
（3）反冲洗排水渠
反冲洗排水渠用于收集反冲时洗中央排水槽的排水，为了节省用地，设在进水渠下面。
每个排水渠收集5个滤池的反冲洗排水，因为反冲洗不可能同时发生，一次只有一个滤池反冲洗，则排水渠的设计水量按一个滤池的冲洗排水量设计。
即Q排= Q表+Q冲=（q表+q冲）f=（1.8+6）³49/1000=0.3822m3/s
查《室外给水设计规范》（GB50013-2006）得，排水渠的流速为1.0～1.5m/s，设计中取排水流速为1.3m/s，则排水渠过水断面面积为A排=Q排/v=0.3822/1.3≈0.29m²。
假设排水渠中过水断面为正方形，则排水渠宽度B=H=A停^0.5=0.29^0.5≈0.54m,为了和上方的溢流堰向协调，设计中取排水渠的宽度为B宽=1.25m。
三、反冲洗水泵和风机选型
查《给排水设计手册》地十一册。
根据泵扬程和流量选泵，选择350S16型单级单吸离心泵，近期两台，一用一备，远期加够一台，两用一备。
表350S160型单级单吸离心泵特性参考表
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）
第六章消毒设计计算
水厂设计水量：
Q=60480m3/d=2520m3/h，采用滤前滤后水加液氯消毒，加氯量取2mg/L，仓库储量按20d计算，加氯点在清水池前和原水进厂时。
设计计算：
加氯量Q:
Q=0.001×2.0×2520=5.04kg/h
储氯量G:
G=20×24×5.04=2419.2kg/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5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.
第七章清水池设计计算
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=60480×0.15=9072（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8%,W3为:
W3=60480×0.08=48384（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=9540+180+48384+0=14558（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=14558/（2×5）=1456（m3），采用边长60m×25m的正方形。
超高0.3m，则清水池净高度为5.3m。
进水管（钢管）DN=900mm,出水管DN450mm,流速=0.89m/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。
第八章水厂平面布置
当水厂的主要构筑物的流程布置确定以后，即可进行整个水厂的总平面设计，将各项生产和辅助设施进行组合布置，布置时应注意下列要求。
（1）按照功能，分区集中：
将工作上有直接联系的辅助设施，尽量予以靠近，以利于管理，一般水厂可分为：
1）生产区：
生产区是水厂布置的核心，除上述系统流程布置要求外，尚需对有关辅助生产构筑物进行合理安排。
加药间（包括投加混凝剂、加氯及相应的药剂仓库）应尽量靠近投加点，一般可设置在沉淀池附近，形成相对完整的加药区。
冲洗泵房和鼓风机房宜靠近滤池布置，以减少管线长度和便于操作管理。
2）生活区，将办公楼、值班宿舍、食堂厨房等建筑物组合为一区。
生活区尽可能放在进门附近，便于外来人员联系。
同时，也可以使生产免受外来干扰。
（2）注意净水构筑物扩建时的衔接，净水构筑物一般可以逐组扩建，但二泵房、加药间以及某些辅助设施不宜分组过多，为此在布置平面时，应郑重考虑远期净水构筑物扩建后的整体性。
（3）考虑物料运输、施工和消防要求：
日常交通、物料运输和消防通道是水厂道路设计的主要目的，也是水厂平面设计的重要组成。
一般在主要构筑物的附近必须有道路到达，为了满足消防要求和避免施工影响，某些构筑物之间必须留有一定间距。
（4）因地制宜和节约土地：
水厂布置应避免点状分散，以致增加道路，多用土地。
第九章高程布置
一、水头损失计算
在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。
两构筑物之间的水面高差即为流程中的允许流速水头损失，包括构筑物本身、连接管道、计量设备等水头损失在内。
水头损失通过计
升级会员 