净水厂设计正文.docx
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净水厂设计正文
第一章：
水厂设计资料及设计原则
1.1设计资料
一．设计题目
某城镇净水厂工艺设计
二．设计基础资料
1、城市用水量69000m/d。
2、厂址区水文地质资料
厂址区土质为亚粘土，冰冻深度-0.3m，地下水位为-6m，年降水量1500mm，年最高气温38℃，最低气温-10℃，年平均气温20℃，主导风向为北风。
3、厂址区地形资料
厂址区地形平坦，地面标高150.00m。
地形比例1:
500，按平坦地形和平整后的设计地面高程32.00m设计，水源取水口位于水厂东北方向150m，水厂位于城市北面1km。
4、水源资料
水源为地面水源，水量充沛；河流最高水位147m，最低水位137m，常水位141m。
水质符合饮用水源的水质标准，浊度为400度。
5、工程地质资料
（1）地质钻探资料
表土
砂质
粘土
细砂
中砂
粗砂
粗砂
砾石
粘土
砂岩
石层
1m
1.5m
1m
2m
0.8m
1m
2m
土壤承载力:
20t/m2.
历年最大日量降雨量328.4mm。
常年主导风向为东北偏北（NNE），静风频率为12％，年平均风速为3.4m/s。
土壤冰冻深度：
0.4m。
三．设计内容
1、确定净水厂设计规模
2、工艺流程选择；
3、水处理构筑物选型及工艺设计计算；
4、平面布置，绘制水厂总平面布置图；
5、进行水力计算与高程布置计算，绘制高程布置图。
四．设计成果及要求
处设计说明书1份；图纸2张（手绘铅笔图）。
1、设计说明书
3-5万字，300字左右的摘要要有中英文对照。
内容包括：
①摘要（前言）；②目录；③概述（简单说明设计任务、设计依据、设计资料等）；④处理流程阐述；⑤构筑物的设计计算；⑥平面布置说明；⑦高程布置计算；⑧设计中需要说明的问题。
设计说明书应有封面、前言、目录、正文、小结及参考文献。
包括设计依据、设计基础资料、水厂规模确定、工艺流程选择方案、各理构筑物的选型及设计算、总体布置说明等。
应包括设计中的阐述说明及计算成果，应简明扼要、文理通顺、段落分明、字迹清晰工整，内容应系统完整，计算正确，草图和表格不得徒手草绘，图中各符号应有文字说明，线条清晰，大小合适，装订整齐。
2、设计图纸
内容包括：
①水厂平面布置图（比例1：
500-1：
1000）。
图中应表示出各构筑物平面坐标，图左下角为零坐标；辅助建筑物位置；厂区道路、绿化等，还应有图例，构筑物一览表。
②高程布置图（横向比例1：
500-1：
1000，纵向比例1：
50-1：
200）。
图中应标出各构筑物的顶、底、水面、连接管渠标高、地面标高。
上述图纸应注明图名及比例，图中文字一律用仿宋字体书写，图中线条应粗细主次分明，图纸一律用2号图，图右下角留出标题栏。
设计图纸应基本达到技术（扩大初步）设计深度，准确地表达设计意图；图面力求布置合理、正确、清晰、比例合适，符合工程制图要求及有关规定。
1.2设计原则
水厂的设计原则：
1.水处理构筑物的处理能力，应以最高日用水量加水厂自用水量来进行设计，并以原水水质最不利情况进行校核。
2.水厂应按近期设计，考虑远期发展。
根据使用要求和技术经济合理性等因素对近期工程亦作分期建造的安排。
对于扩建、改建工程，应从实际出发，充分发挥原有设施的效能，并应考虑与原有构筑物的合理配合。
3.水厂设计中应考虑个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.水厂机械化和自动化程度，应本着提高科学管理水平和增加效益的原则，根据实际生产要求，技术经济合理性和设备供应情况，妥善确定，逐部提高。
5.设计中必须遵循设计规范的规定
第二章：
水厂规模的确定
设计计算得用水量为69000m3d,水厂自用水量按5%计算，则水厂的自用水量为：
Q=69000×1.05=72450m3d.
根据水厂设计水量1万～5万m3d小型水厂，5万～10万m3d为中型水厂，10万m3d以上为大型水厂的标准可知水厂为中型水厂。
第三章：
总体设计
3.1净水工艺流程的确定
根据《地面水环境质量标准》（GB－3838－88），原水水质符合地面水Ⅲ类水质标准，综合分析后确定工艺流程如下图所示：
混凝剂消毒剂
用户
污泥浓缩池脱水机房污泥处理
图1水处理工艺流程
3.2处理构筑物及设备型式选择
3.2.1药剂溶解池
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下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。
溶解池的底坡不小于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。
由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。
溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。
投药设备采用计量泵投加的方式。
采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。
3.2.2混合设备
根据快速混合的原理，实际生产中设计开发了各种各样的混合设施，主要可以分为以下四类：
水力混合、水泵混合、管式混合和机械混合。
在本次设计采用管式混合器对药剂与水进行混合。
管式混合是利用原水泵后到絮凝反映设施之间的这一段压水管使药剂和原水混合的一种混合设施。
主要原理是在管道中增加一些各种结构的能改变水流水力条件的附件，从而产生不同的效果。
在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，管式混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。
管式混合器采用管式静态混合器。
使用分流隔板式混合槽对药剂与水进行混合。
其具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点。
3.2.3反应池反应作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。
目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。
这三种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，从工程造价来说，栅条造价为折板的1/2，为波纹板
的1/3，因此采用栅条絮凝。
3.2.4沉淀池
原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。
设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。
相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。
而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。
3.2.5滤池采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。
它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。
虹吸滤池池深比普快滤池大，冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。
故而以普快滤池作为过滤处理构筑物。
3.2.6消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水
中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。
采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，
且在管网中有持续消毒杀菌作用。
虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。
第四章：
混凝沉淀
4.1混凝剂投配设备的设计水质的混凝处理，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。
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，混凝处理工艺流程如图2所示。
图2湿投法混凝处理工艺流程本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。
由于缺少必要的条件，所以参考相似水源有关水厂的药剂投加资料，如下表1所示。
表1武汉某水厂投加药剂参考数值
取水
水源
原水悬浮物含量（mg/L）
混凝剂种
类
混凝剂投加量
（mg/L）
助凝剂种类
助凝剂投加
量（mg/L）
最高
最低
最高
最低
武汉长
江水
55～2500
聚合氯化铝
64
13.5
氯
2
1
混凝剂选用聚合铝，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60mg/L。
4.1.1溶液池溶液池以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。
池周围有工作台，底部设有放空管。
必要时设溢流装置。
溶液池容积按下式计算：
W2aQ
417cn
式中W2－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，取10%；n－每日调制次数，取n＝2。
4
代入数据得：
W2aQ606.91041.0521.72m3（考虑水厂的自用水量417cn417101242
5%）溶液池设置两个，每个容积为W2，以便交替使用，保证连续投药。
取有效水深H1＝1.2m，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）＝1.2+0.2+0.1＝1.5m。
溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝5m×3m×1.5m。
4.1.2溶解池
溶解池容积W10.3W20.321.726.52m3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＝F1/2＝2.55m；
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＝2.9m
溶解池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝2.6m×2.6m×2.9m。
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
查水力计算表得放水管管径d0＝100mm，相应流速0.835m/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
4.1.3配水井的设计
设计流量Q=0.84m3/s=50.4m3/min，水力停留时间T=4.0min配水井体积：
V=QT=50.4×4=201.6m3配水井平面尺寸：
A=L×B=7.5×7.5=56.25m2
有效水深H=201.6/56.25=3.6m，超高0.4m，井深4m
4.1.4投药管
投药管流量
W22100021.7221000
q20.5L0/s
246060246060
查水力计算表得投药管管径d＝25mm，相应流速为0.94m/s
4.1.5药剂仓库的设计计算
混凝剂为聚合铝，每袋质量是40kg，每袋规格为0.5m0.4m0.2m，最大投药量为60mgL，水厂设计水量为3018.75m3h。
药剂堆放高度为1.5m，药剂储存期为30d。
聚合铝的袋数为：
Q24nt0.0243018.756030
N3260.25袋
1000W40
药剂堆放面积为：
NV3260.250.50.40.22
A108.67，取109m2
H（1e）1.5（10.2）
仓库平面尺寸为：
BL=11m10m。
4.1.6加药间
加药间尺寸：
两个溶液池，两个溶解池，一个药剂仓库，面积一共
21.7226.522109165.48m2，考虑过道和预留面积满足要求的长宽选择为
长:
17m
宽：
12m
4.2混合设备的设计
在给排水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。
管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备：
具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，构造如图3所示。
图3管式静态混合器
4.2.1
设计流量
4
6.91041.05243600
4.2.2设计流速
静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.1m/s，则管径为：
采用D=1000mm，则实际流速v1.07m/s
4.2.3混合单元数
按下式计算
N2.360.5D0.32.36/1.070.510.32.28取N=3，则混合器的混合长度为：
L=1.1ND=1.1133.3m
4.2.4
混合时间
T=L3.3
T=3.08sv1.07
4.2.5水头损失
222
hvN（1.40.43）（v）N1.04.431.0730.25m
2gD0.42g10.429.8
4.2.6
校核GT值
G
835.32s1（700~1000s1）
GT835.323.082522.66（2000，水力条件符合要求）
4.3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，当水流通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。
4.3.1平面布置
絮凝池分为两组
每组设计流量Q0.84/20.42m3/s
平面布置形式：
采用18格，洪湖模式如下图4所示。
图4栅条絮凝池平面示意图
设计参数的选取：
絮凝时间：
T=12min=720s，有效水深H04.5m（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.6m；
絮凝池总高度为H=4.5+0.3+0.6=5.4m。
絮凝池分为三段：
前段放密栅条，过栅流速v1栅0.30m/s，竖井平均流速v1井0.14m/s；
中段放疏栅条，过栅流速v2栅0.20m/s，竖井平均流速v2井0.14m/s；末段不放栅条，竖井平均流速0.14m/s。
前段竖井的过孔流速为0.30.2m/s，中段0.200.m15s，/末段
0.10.m4s。
/
4.3.2平面尺寸计算
每组池子容积VQT0.42720=302.4m2
单个竖井的平面面积fV/18H0302.4/（184.5）=3.73m2
竖井尺寸采用2m2m，内墙厚度取0.2m，外墙厚度取0.3m
每组池子总长L=322+40.2+0.34+1.52=17m
宽B=23+0.22+0.32=7m
4.3.3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水Q0.421.40m2
v1栅0.30
竖井中栅条面积为：
A1栅3.731.42.33m2
单栅过水断面面积为：
a1栅20.050.1m2所需栅条数为：
M1A1栅2.3323.（3根），取M124根a1栅0.1
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置22根，过水缝隙数为23个平均过水缝宽S1（20002450）/2335mm
'0.42
实际过栅流速v1栅'0.26m/s
1栅2320.035
中段放置疏栅条后竖井过水断面面积为：
A2水Q0.422.1m2
2水v2栅0.2
2竖井中栅条面积为：
A2栅3.732.11.63m2
2
单栅过水断面面积为：
a2栅20.050.1m2
所需栅条数为：
M21.6316.3（根），取M217根
a2栅0.1
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置15根，过水缝隙数为16个平均过水缝宽S2（20001750）/1672mm
4.3.4
竖井隔墙孔洞尺寸
如0-1竖井的孔洞面积0.42/20.70m2
0.3
0.35m
孔洞高度h=Q/2=0.42/2
v2.00.32.0
其余各竖井孔洞的计算尺寸见下表2
表2竖井隔墙孔洞尺寸
孔洞号
孔洞流速
V（m/s）
孔洞高度h（m）
孔洞尺寸（宽×高）
0-1
0.3
h=Q2=0.42/2h==0.35
v2.00.32.0
2.0×0.35
1-2
0.28
h=Q2=0.42/20.375v2.00.282.0
2.0×0.375
2-3
0.25
h=Q2=0.42/2h==0.42
v2.00.252.0
2.0×0.42
3-4
0.22
h=Q2=0.42/20.48v2.00.222.0
2.0×0.48
4-5
0.20
h=Q2=0.42/20.525v2.00.202.0
2.0×0.525
5-6
0.18
h=Q=0.42/20.583v2.00.182.0
2.0×0.583
6-7
0.15
h=Q2=0.42/2
h==0.70v2.00.152.0
2.0×0.70
7-8
0.12
Q20.4222h==0.4375
v2.00.122.0
2.0×0.4375
7-9
0.12
h=Q=0.42220.4375
v2.00.122.0
2.0×0.4375
出水孔洞
0.10
h=Q20.4222h==0.525
v2.00.102.0
2.0×0.525
4.3.5各段水头损失
22
hh1h21v12v2（m）
1212g22g
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；
1－栅条阻力系数，前段取1.0，中段取0.9；
2－孔洞阻力系数，取3.0；v－竖井过栅流速，m/s；v2－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3个，单个竖井栅条层数3层，共计9层；过栅流速v1栅0.26m/s；
竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为v1孔0.3m/s，v2孔0.28m/s，
v3孔0.25m/s
22
则H1h1h212v1g2v22g
（2）第二段计算数据如下：
竖井数3个，前面两个竖井每个设置栅条板2层，后一个设置栅条板1层，总共栅条板层数=2+2+1=5；
过栅流速v2栅0.18m/s；
v3孔0.18m/s
v12v22
则H2h1h21122
21212g22g
50.90.128
29.8129.
0.025m9
3）第三段计算数据如下：
水流通过的孔洞数为5，过孔流速为v1孔0.15m/s，v2孔0.12m/s，
v3孔0.12m/s，
v4孔0.1m/s，v5孔0.1m/s
则H3
2h2222g
（0.12520.212220.1）
29.810.010m9H2O
（4）总水头损失
HH1+H2+H30.06630.02590.01090.1031mH2o
4.3.6各段停留时间
第一段t1V1224.53122.17s2.04min
1Q0.42
第二段和第三段t2t32.04min
4.3.7水力校核
当T=20C时，1103Pas
表4水力校核表
段号
停留时间（s）
水头损失（m）
G（S1）
1
122
0.0663
71.1
2
122
0.0259
45.6
3
122
0.0109
29.6
366
0.1031
G=52.1
GT=52.1366=1.907104，在10000-100000之间，符合水力要求。
4.4沉淀澄清设备的设计采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。
斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=25mm，长L=1000mm，斜管倾角θ=60。
如下图5所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。
斜管与水平面成600角，放置于沉淀池中。
原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。
水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。
排泥集水管
清水区
斜管区
配水区
穿孔排泥管
积泥区
图6斜管沉淀池剖面图
4.4.1设计水量
表面负荷取q10m3/（m2/h）2.8mm/s
Q0.422
F'=150m2v0.0028
2）
沉淀池初拟面积F
斜管结构占用面积按5％计，则
2
F=F'1.05=1501.05=157.5m2
初拟平面尺寸为L1B115.8m10.4m
3）沉淀池建筑面积F建
斜管安装长度L2lcos0.5m考虑到安装间隙，长加0.1m，宽加0.1m
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