华中科技大学水质工程学一课程设计.docx
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华中科技大学水质工程学一课程设计
一．总论
1.1设计任务及要求
净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。
课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城市净水厂，要求对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图和某个单项处理构筑物（絮凝沉淀池、澄清池或滤池）的工艺设计图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。
1.2基本资料
1.2.1水厂规模
该水厂总设计规模为***万m3/d，分两期建设，近期工程供水能力***万m3/d,，远期工程供水能力为***万m3/d。
近期工程设计征地时考虑远期工程用地，预留出远期工程用地。
1.2.2原水水质资料
水源为河流地面水，原水水质分析资料如下：
序号
项目
单位
数量
备注
1
PH值
/
～7.6
正常
2
色度
度
～20
<15
3
浊度
NTU
65～2000
<3
4
肉眼可见物
/
较浑
不得含有
5
总硬度
mg/L，CaCO3
117
正常
6
氯化物
mg/L
5.0
正常
7
氟化物
mg/L
<1.0
正常
8
硝酸盐
mg/L
<1.0
正常
9
总溶固物
mg/L
147
正常
10
铁
mg/L
0.23
正常
11
锰
mg/L
<0.1
正常
12
铜
mg/L
<0.5
正常
13
砷
mg/L
<0.05
正常
14
锌
mg/L
<0.5
正常
15
铅
mg/L
<0.05
正常
18
菌落总数
个/mL
1.3×104
<100
1.2.3厂区地形
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。
1.2.4工程地质资料
（1）地质钻探资料如下表：
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.
（2）地震计算强度为186.2kPa。
（3）地震烈度为9度以下。
（4）地下水质对各类水泥均无侵蚀作用。
1.2.5水文及水文地质资料
序号
项目
单位
数量
备注
1
历年最高水位
m
34.38
黄海高程系统，下同
2
历年最低水位
m
21.47
频率1％
3
历年平均水位
m
24.64
4
历年最大流量
m3/s
14600
5
历年最小流量
m3/s
180
6
历年平均流量
m3/s
1340
7
历年最大含砂量
kg/m3
4.82
8
历年最大流速
m/s
4.00
9
历年每日最大水位涨落
m/d
5.69
10
历年三小时最大水位涨落
m/3h
1.04
地下水位：
在地面以下1.8m
1.2.6气象资料
该市位于亚热带，气候温和，年平均气温15.90C，七月极端最高温度达390C，一月极端最低温度－15.30C，年平均降雨量954.1mm，年平均降雨日数117.6天，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。
二.总体设计
2.1净水工艺流程的确定
水厂原水色度约在20度，浊度一般介于65-2000NTU，原水水质毒理学和放射性指标全部达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。
总体来说，原水水质较好，为我国《地面水环境质量标准》（GB3838-200）Ⅱ类水源。
而水厂出水水质需满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。
综合以上考虑，设计初步采用常规水处理工艺，流程图如下：
图2-1工艺流程图
2.2处理构筑物及设备型式选择
2.2.1药剂溶解池
1．药剂的选择
表2-1常用混凝剂及其特点
名称
分子式
一般介绍
精制硫酸铝
.18
制造工艺复杂，水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%—52%；适用于水温为20—40℃。
当PH=4-7时，主要去除有机物；PH=5.7-7.8时，主要去除悬浮物；PH=6.4-7.8时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。
粗制硫酸铝
.18
制造工艺简单，价格低；设计时，含无水硫酸铝一般可采用20%—25%；含有20%—30%不溶物，其他同精制硫酸铝。
三氯化铁
.6
不受水温影响，絮体大，沉淀速度快，效果好。
易溶解，易混合，残渣少。
对金属（尤其对铁）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料会因发热而引起变形。
原水PH=6.0—8.4之间为宜，当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著
聚合氯化铝
，
简称PAC
净化效率高，用药量少，出水浊度低，色度小，过滤性能好，原水浊度高时尤为显著。
温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=5-9），因而可调PH值。
操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低
聚丙烯酰胺
又名三号絮凝剂，简写PAM
处理高浊度水池效果显著，既可保证水质，又可减少混凝剂用量和沉淀池容积，目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一，适当水解后，效果提高，常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂，其单体丙烯酰胺有毒，用于饮用水净化应控制用量
PAM等有机高分子混凝剂有毒性，不易控制用量，由于在投混凝剂前加液氯进行预处理，如用硫酸亚铁作混凝剂，易被氧化成三价铁。
本次设计的原水水源为河水，其浊度在65-2000之间，PH值为7.6，结合这些特点，选用聚合氯化铝为混凝剂，该混凝剂腐蚀性较小，原料易得，价格便宜，被大多数水厂所采用，有一定的管理经验，并且劳动条件有保障。
2．投加方式的确定
本设计采用湿投法，其优点为：
容易与原水充分混合；不易阻塞入口，管理方便；投量易于调节。
投加系统示意图见下图所示：
结合上述优缺点，采用计量泵投加混凝剂，因为其使用方便，操作简单，工作可靠，广泛应用于加药系统。
3．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。
2.2.2混合设备
混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳，以便进一步去除，对混合的基本要求是快速与均匀，一般混合时间10-30s，混合方式基本分为两大类：
水力混合和机械混合，水力混合简单，但不能适应流量的变化，机械混合可进行调节，能适应各种流量的变化，具体采用何种混合方式，应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。
表2-3各种混合方式比较
方式
优缺点
适用条件
管道混合
优点：
混合简单，无需建混合设施。
适用于中等规模的水厂。
缺点：
当混合效果不稳定，流速低时混合不充分。
静态混合器
优点：
构造简单，无运动部件，安装方便，混合快速均匀。
适用于水量变化不大的各种规模的水厂。
缺点：
当流量降低时，混合效果下降。
水泵混合
优点：
混合效果好，不需增加混合设施，节省动力。
适用于一级泵房离处理构筑物120米以内的水厂。
缺点：
使用腐蚀性药剂时对水泵有腐蚀作用。
机械混合
优点：
混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂。
适用于各种规模的水厂。
缺点：
需增加混合设备和维修工作。
综上所述，因为水厂水量变化不大，并且考虑到尽可能的减少能量消耗，以整体经济效益而言是最具有优势的，本设计采用管式静态混合器，它较水泵混合和机械混合能耗低，并且混合效果比管道混合稳定，混合速度快。
2.2.3絮凝处理构筑物的选择
不同形式的絮凝池的一般介绍如下所示：
表2-4各种絮凝池的比较
形式
优缺点
适用条件
隔板絮凝池
往
复
式
优点：
絮凝效果好，构造简单，施工方便。
水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小。
缺点：
容积较大，水头损失较大，转折处矾花易碎。
回
转
式
优点：
絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便。
水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小者，改建和扩建旧池时适用。
缺点：
出水流量不易分配均匀，出口处易积泥。
旋流式絮凝池
优点：
容积小，水头损失较小。
一般用于中小型水厂。
缺点：
池子较深，地下水位高处施工较困难，絮凝效果较差。
折板絮凝池
优点：
絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小。
流量变化较小的中小型水厂。
缺点：
构造较隔板絮凝池复杂，造价较高。
涡流式絮凝池
优点：
絮凝时间短，容积小，造价较低。
水量小于30000m3/d的水厂。
缺点：
池子较深，锥底施工较困难，絮凝效果较差。
格板、栅条絮凝池
优点：
絮凝池效果好，水头损失小，凝聚时间短。
水量变化不大的水厂，单池能力以1.0--2.5万m3/d为宜。
缺点：
末端池底易积泥。
机械絮凝池
优点：
絮凝效果好，水头损失小，可适应水质、水量变化。
小水量均适用，并能适应水量变动较大者。
缺点：
需机械设备和经常维修。
综上所述，由于水厂水量变化不大，为了达到较好的处理效果，故采用机械絮凝池，可以在机械絮凝池的之间设置隔墙，在隔墙的不同位置开设过水方孔，这样不仅可以减少水流形成短流的可能，而且可以在检修时，利用水在隔墙内的曲线流动达到絮凝效果。
2.2.4沉淀池
选择沉淀池类型时，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。
经过混凝沉淀的水，在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10度，遇高浊度原水或低湿低浊度原水时，不宜超过15度。
设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水，沉淀池积泥区的容积，应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。
当沉淀池排泥次数较多时，宜采用机械化或自动化排泥装置，应设取样装置。
表2-5各种沉淀池的比较
方式
优缺点
适用条件
平流式沉淀池
优点：
造价较低，操作管理方便，施工较简单；对原水浊度适应性强，处理效果稳定，采用机械排泥设施时，排泥效果好。
一般适用于大中型水厂。
缺点：
采用机械排泥设施时，需要维护机械排泥设备；占地面积大，水力排泥时，排泥困难。
斜管（板）沉淀池
优点：
沉淀效率高，池体小，占地小。
尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。
缺点：
斜管（板）耗材多，对原水浊度适应性较平流池差；不设排泥装置时，排泥困难，设排泥装置时，维护管理麻烦。
竖流式沉淀池
优点：
排泥较方便，占地面积小。
一般用于小型净水厂，常用于地下水位较低时。
缺点：
上升流速受颗粒下沉速度所限，出水量小，一般沉淀效果较差，施工较平流式困难。
辐流式沉淀池
优点：
沉淀效果好。
一般用于大中型净水厂，在高浊度水地区，作预沉淀池。
缺点：
基
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