水质工程学课程设计给水厂.docx

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水质工程学课程设计给水厂

水质工程学课程设计给水厂说明书

第一章设计基本资料和设计任务……………………………………2

1.1设计基本资料…………………………………………………2

1.2设计任务………………………………………………………3

第二章水厂设计规模的确定…………………………………………4

第三章水厂工艺方案的确定…………………………………………6

第四章水厂各个构筑物的设计计算…………………………………8

4.1一级泵站…………………………………………………………8

4.2混凝剂的选择和投加……………………………………………8

4.3管式静态混合器…………………………………………………11

4.4往复式隔板絮凝池………………………………………………11

4.5斜管沉淀池……………………………………………………15

4.6普通快滤池……………………………………………………17

4.7消毒……………………………………………………………23

4.8清水池…………………………………………………………24

4.9二级泵站………………………………………………………25

4.10附属构筑物……………………………………………………26

第五章水厂平面和高程布置…………………………………………27

5.1平面布置………………………………………………………27

5.2高程布置………………………………………………………27

附：

参考文献…………………………………………………………29

第一章设计基本资料和设计任务

1.1设计基本资料

1.生活用水量

该地区现有人口3.1万,人均用水量标准（最高日）为220L/cap

2.城市大用户集中用水量

工厂A：

0.7万m

/d；工厂B：

0.6万m

工厂C：

0.8万m

/d；工厂D：

1.4万m

3.一般工业用水量

一般工业用水量占生活用水量的182%.

4.第三产业用水量

第三产业用水量占生活用水量的100%.

5.最大日时变化系数为1.40.

6.原水水质及水文地质资料

（1）原水水质情况

序号

名称

最高数

平均数

备注

色度

PH值

7.8

7.2

DO溶解氧

11.2

6.38

BOD

2.5

1.1

COD

4.2

2.4

SS最高

570

300

其余均符合国家地面水水源I级标准

（2）水文地质及气象资料

a.河流水文特征

最高水位:

-1.0m,最低水位:

-3.0m,常年水位:

-2.0m

b.气象资料

历年平均气温:

20°C，年最高平均气温:

30°C，年最低平均气温:

0°C

年平均降水量:

1000mm，年最高降水量:

1800mm，年最低降雨量:

800mm

常年风向:

东南风，频率：

12%

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

深3～4m；

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

1.近期规模

已知:

该地区现有人口3.1万,人均用水量标准（最高日）为220L/cap

工厂A：

0.7万m

/d；工厂B：

0.6万m

工厂C：

0.8万m

/d；工厂D：

1.4万m

一般工业用水量占生活用水量的182%

第三产业用水量占生活用水量的100%

最大日时变化系数为1.4

可得:

Q生活=31000×220=682（万L/d）=0.682（万m

/d）

Q集中=0.7+0.6+0.8+1.4=3.5（万m

/d）

Q生产=Q生活×182%=0.682×182%=1.241（万m

/d）

Q三产=Q生活×100%=0.682×100%=0.682（万m

/d）

由于最大日时变化系数为1.4

Q生活+Q生产+Q三产+Q集中=6.105（万m

/d）

考虑管网漏失水量和未预计水量（系数1.15～1.25）

6.105×1.20=7.326（万m

/d）

考虑水厂自用水量（系数1.05～1.10）

7.326×1.05=7.692（万m

/d）

近期水厂用水约为8（万m

/d）

3.水厂设计规模为:

近期规模8万m3/d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计.水厂的主要构筑物分为2组，每组构筑物类型相同,每组处理规模为4万m3/d.近期建造2组。

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.

初步选定两套方案如下:

方案一:

取水→一级泵站→管式静态混合器→往复隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→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→折板絮凝池→平流沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户

↑消毒剂

方案一

方案二

类别

管式静态混合器

管式扩散混合器

优点

构造简单，安装方便。

混合快速均匀

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

1.水头损失稍大

2.管中流量过小时，混合不充分

适用条件

适用于水量变化不大的各种规模水厂

适合于中等规模

类别

往复隔板絮凝池

折板絮凝池

优点

1.絮凝效果较好

2.构造简单,施工方便

1.絮凝时间短

2.絮凝效果好

缺点

1.絮凝时间较长

2.水头损失较大

3.转折处絮粒易破碎

4.出水流量不易分配均匀

1.构造较复杂

2.水量变化影响絮凝效果

适用条件

1.水量大于30000m3/d水厂

2.水量变动小

水量变化不大的水厂

类别

斜管沉淀池

平流沉淀池

优点

1.水力条件好，沉淀效率高

2.体积小，占地少

3停留时间短

1.造价较低

2.操作管理方便，施工较简单；

3.对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定

4.带有机械排泥设备时，排泥效果好

缺点

1.抗冲击负荷能力差

2.排泥复杂

3.斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，造价费用较高

4.对原水浊度适应性较平流池差

6.处理水量不宜过大

1.占地面积较大

2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难

3.需维护机械排泥设备

适用条件

一般用于大中型水厂

1.可用于各种规模水厂

2.宜用于老沉淀池的改建,扩建和挖潜

3.适用于需保温的低湿地区

4.单池处理水量不宜过大

类别

普通快滤池

V型滤池

优点

1.可采用降速过滤，过滤效果较好

2.构造简单，造价低

3.运行稳定可靠

4.采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大，池深较浅

1.运行稳妥可靠

2.采用较粗滤料，材料易得

3.滤床含污量大，周期长，滤速高，水质好；不会发生水力分级现象，使滤层含污能力提高

4.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

缺点

1.阀门多

2.单池面积大

3.抗冲击负荷能力差

4.必须设有全套冲洗设备

1.配套设备多，如鼓风机等

2.土建较复杂，池深比普通快滤池深

适用条件

1.进水浊度小于10

2.可适用于大中型水厂

3.单池面积一般不宜大于100㎡

4.有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备

1.进水浊度小于10

2.适用于大中型水厂

3.单池面积可达150㎡以上

根据技术性能比较,确定选择方案一,即:

取水→一级泵站→管式静态混合器→往复隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房→用户

↑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-1.000m，枯水位标高为-6.000m，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6m，长度20m，分为两格。

2.一泵房

一泵房底标高为-9.000m,一泵房顶标高为6.500m.

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:

水厂单组构筑物设计流量Q=40000m3/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，1666.7m3/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=30×1666.7/（417×10×2）=5.99m3

溶液池容积为8m3,有效容积为6m3，有效高度为1.5m，超高为0.5m，溶液池的形状采用矩形，长×宽×高=2×2×2m.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=0.3×5.99=1.80m3

其有效高度为1.5m,超高为0.5m,设计尺寸为1.5×1.0×2m,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30g/m3，水厂设计水量为2084m3/h，药剂堆放高度为1.5m，药剂贮存期为30d。

硫酸铝袋数N=24Qut/1000W

=24×1666.7×30×30/（1000×40）≈900袋

有效堆放面积A=NV/1.5（1-e）

=900×0.5×0.4×0.2/（1.5×0.8）=30㎡

4.3管式静态混合器

计算过程：

1.设计流量

每组混合器处理水量为:

40000m

/d=1666.7m

/h=0.46m

2.水流速度和管径

由流量为1666.7m

/h，查水力计算表得:

v=1.03m/s,管径800mm,1000i=1.56.

4.4往复式隔板絮凝池

设计原则:

1.池数为2个,絮凝时间20～30分钟,色度高,难于沉淀的细颗粒较多时宜采用高值.

2.进口流速一般为0.5～0.6m/s,出口流速一般为0.2～0.3m/s.

3.隔板间净距应大于0.5m,进水口设挡水措施,避免水流直冲隔板.

4.絮凝池超高一般采用0.3m.

5.隔板转弯处过水断面面积,应为廊道断面面积的1.2～1.5倍.

6.池底坡向排泥口的坡度,一般为2%～3%,排泥管直径不小于150mm.

7.絮凝效果可用速度梯度G和反应时间T值来控制.

设计计算:

（1）已知条件:

设计水量（包括自耗水量）Q=80000m

/d=3333.3m

（2）采用数据:

廊道内流速采用6档:

v1=0.5m/s，v2=0.4m/s，v3=0.35m/s，

v4=0.3m/s，v5=0.25m/s，v6=0.2m/s。

絮凝时间:

T=20min

池内平均水深:

H1=2.5m

超高:

H2=0.3m

池数:

n=2

（3）数据计算

计算总容积:

W=QT/60=3333.3×20/60=1111.1m3

分为两池，每池净平面面积:

F’=W/（nH1）=1111.1/（2×2.5）=222.2m2

池子宽度B:

按沉淀池宽采用16m

池子长度（隔板间净距之和）:

L’=222.2/16=13.89m

隔板间距按廊道内流速不同分成6档:

a1=Q/（3600nv1H1）=3333.3/（3600×2×0.5×2.5）=0.37m

取a1=0.4m，则实际流速v1’=0.463m/s

a2=Q/（3600nv2H2）=3333.3/（3600×2×0.4×2.5）=0.46m

取a2=0.5m，则实际流速v2’=0.37m/s

a3=Q/（3600nv3H3）=3333.3/（3600×2×0.35×2.5）=0.53m

取a3=0.6m，则实际流速v3’=0.309m/s

a4=Q/（3600nv4H4）=3333.3/（3600×2×0.3×2.5）=0.62m

取a4=0.7m，则实际流速v4’=0.264m/s

a5=Q/（3600nv5H5）=3333.3/（3600×2×0.25×2.5）=0.741m

取a5=0.8m，则实际流速v5’=0.231m/s

a6=Q/（3600nv6H6）=3333.3/（3600×2×0.20×2.5）=0.926m

取a6=1.0m，则实际流速v6’=0.185m/s

每一种间隔采取3条,则廊道总数为18条,水流转弯次数为17次.则池子长度（隔板间净距之和）:

L’=3（a1+a2+a3+a4+a5+a6）=3（0.4+0.5+0.6+0.7+0.8+1.0）=12m

隔板厚度按0.2m计，则絮凝池的总长L为:

L=12+0.2×（18-1）=15.4m

按廊道内的不同流速分成6段，分别计算水头损失:

第一段:

水力半径：

R1=a1H1/（a1+2H1）=0.4×2.5/（0.4+2×2.5）=0.185m

槽壁粗糙系数n=0.013，流速系数Cn

y1=2.5

-0.13-0.75

（

-0.10）

=2.5×

-0.13-0.75×

（

-0.10）=0.15

故:

C1=

/n=/0.013=59.72

第一段廊道长度:

l1=3B=3×16=48m

第一段水流转弯次数：

S1=3

取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.4倍，则第一段转弯处v01=v1/1.4=0.463/1.4=0.331m/s

则絮凝池第一段的水头损失为:

h1=ξS1

/（2g）+

l1/（

R1）=3×3×0.331×0.331/（2×9.81）+0.463×0.463×48/（59.72×59.72×0.185）=0.066m

各段水头损失计算结果见下表：

各段水头损失计算

段数

0.185

0.331

0.463

59.72

0.066

0.227

0.264

0.37

61.58

0.040

0.268

0.221

0.309

63.14

0.027

0.307

0.188

0.264

64.44

0.026

0.345

0.165

0.231

65.57

0.026

0.417

0.132

0.185

67.46

0.009

∑h=0.066+0.040+0.027+0.026+0.026+0.009=0.194m

GT值计算（t=20℃）：

=40s-1

GT=40×20×60=48000（此GT值在104～105的范围内）

池底坡度:

i=h/L=0.194/15.4=1.26％

4.5斜管沉淀池

设计要点:

1.斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形（较少采用矩形或正方形）,其内径或边距d一般采用25～35mm.

2.斜管长度一般为800～1000mm左右,可根据水力计算结合斜管材料决定.

3.斜管的水平倾角常采用60°.

4.斜管上部清水区高度不宜小于1.0m.

5.斜管下部布水区高度不宜小于1.5m.

设计计算:

（1）已知条件:

①单组构筑物进水量:

Q=40000m

/d=1666.7m

/h=0.46m

②颗粒沉降速度:

µ=0.35mm/s

（2）设计采用数据:

①清水区上升流速:

v=2.5mm/s

②采用塑料片热压六边形蜂窝管,管厚为0.4mm,边距d=30mm,水平倾角θ=60°

（3）清水区面积:

A=Q/v=0.46/0.0025=184㎡,其中斜管结构占用面积按3%计,则实际清水区需要面积:

A’=184×1.03=189.5㎡

为了配水均匀,采用斜管区平面尺寸12.7m×15m,使进水区沿15m长一边布置.

（4）斜管长度l:

①管内流速:

v0=v/sinθ=2.5/sin60°=2.5/0.866=2.89mm/s

②斜管长度:

l=（1.33v0-µsinθ）d/（µcosθ）=（1.33×2.89-0.35×0.866）×30/（0.35×0.5）=607mm

③考虑管端紊流,积泥等因素,过渡区采用250mm

④斜管总长:

l’=250+607=857mm,按1000mm计

（5）池子高度:

①采用保护高度:

0.3m

②清水区:

1.2m

③布水区:

1.5m

④穿孔排泥斗槽高:

0.8m

⑤斜管高度:

h=l’sinθ=1×sin60°=0.87m

⑥池子总高:

H=0.3+1.2+1.5+0.8+0.87=4.67m

（6）沉淀池进口采用穿孔墙,排泥采用穿孔管,集水系统采用穿孔管.

（7）复算管雷诺数及沉淀时间

Re=Rv0/ν

式中水力半径:

R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm

管内流速:

v0=0.289cm/s

运动黏度:

ν=0.01cm/s（当t=20℃时）,

Re=0.75×0.289/0.01=21.7

沉淀时间:

T=l’/v0=1000/2.89=5.77min

4.6普通快滤池

设计要点:

1.滤池清水池应设短管或留有堵板,管径一般采用75～200mm,以便滤池翻修后排放初滤水.

2.滤池底部应设有排空管,其入口出设栅罩,池底坡度约0.005,坡向排空管.

3.配水系统干管的末端一般装排气管,当滤池面积小于25㎡时,管径为40mm,滤池面积为25～100㎡时,管径为50mm.排气管伸出滤池顶处应加截止阀.

4.每个滤池上应装有水头损失计或水位尺以及取样设备等.

设计计算:

设计2组滤池，每组滤池设计水量为：

Q=40000m3/d

滤速：

v=10m/h

反冲洗强度q=14L/（s·m2）

（1）滤池面积及尺寸:

滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间为:

T=24-0.1×24/12=23.8h

滤池面积为:

F=Q/（vT）=40000/（10×23.8）=168.1m2

每组滤池单格数为N=6，布置成对称双行排列.

每个滤池面积为:

f=F/N=168.1/6=28.1m2

采用滤池设计尺寸为:

L=6m,B=5m。

校核强制滤速v’为:

v’=Nv/（N-1）=6×10/（6-1）=12m/h

（2）滤池高度

承托层厚度H1采用0.5m

滤料层厚度H2采用0.6m

砂面上水深H3采用1.8m

保护层高度H4采用0.3m

滤池总高度H为:

H=0.5+0.6+1.8+0.3=3.2m

（3）配水系统（每只滤池）

①干管:

干管流量:

qg=fq=28.1×14=393.4L/s

采用管径:

dg=700mm

干管始端流速:

vg=1.02m/s

②支管

支管中心间距:

采用aj=0.25m

每池支管数:

nj=2×L/aj=2×6/0.25=48根

每根支管入口流量:

qj=qg/nj=393.4/48=8.19L/s

采用管径:

dj=80mm

支管始端流速:

vj=1.63m/s

③孔眼布置：

支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%

孔眼总面积:

Fk=Kf=0.25%×28.1=0.07025㎡=70250mm²

采用孔眼直径:

dk=9mm

每个孔眼面积:

fk=πdk²/4=0.785×9×9=63.5mm

孔眼总数:

Nk=Fk/fk=70250/63.5=1107个

每根支管孔眼数:

nk=Nk/nj=1400/50=28个

支管孔眼布置设二排，与垂线成450夹角向下交错排列.

每根支管长度:

lj=0.5×（B-dg）=0.5×（5-0.7）=2.15m

每排孔眼中心距:

ak=lj/（nk/2）=0.154m

④孔眼水头损失：

支管壁厚采用:

δ=5mm

流量系数:

µ=0.68

水头损失:

hk=1/（2g）×

=1/（2g）×=3.5m

⑤复算配水系统：

支管长度与直径之比不大于60，则lj/dj=2.15/0.08=27<60

孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5，则:

Fk/（njfj）=0.07025/（52×0.785×0.08×0.08）=0.35<0.5

干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.75～2.0，则:

fg/（njfj）=0.785×0.8×0.8/（50×0.785×0.08×0.08）=2

孔眼中心距应小于0.2，则ak=0.154<0.2m

（4）洗砂排水槽

洗砂排水槽中心距,采用a0=1.7m

排水槽根数:

n0=4.5/1.7=3根

排水槽长度:

l0=L

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