给水排水设计doc.docx
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给水排水设计doc
目录
第一章设计基本资料和设计任务……………………………………3
1.1课程设计的内容和深度…………………………………………3
1.2水厂课程设计任务………………………………………………3
1.3水厂课程设计指导书……………………………………………4
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…………………………………………4
第四章水厂各个构筑物的设计计算…………………………………6
4.1一级泵站…………………………………………………………6
4.2混凝剂的选择和投加……………………………………………6
4.3管式静态混合器…………………………………………………8
4.4往复式隔板絮凝池………………………………………………9
4.5平流式沉淀池…………………………………………………10
4.6普通快滤池……………………………………………………14
4.7消毒……………………………………………………………17
4.8清水池…………………………………………………………19
4.9二级泵站………………………………………………………21
4.10附属构筑物……………………………………………………22
第五章水厂总体布置…………………………………………………22
5.1厂址的选择………………………………………………………22
5.2道路和绿化……………………………………………………23
5.3水厂管线布置……………………………………………………23
5.4水厂平面布置……………………………………………………23
5.5水厂高程布置……………………………………………………23
5.6高程计算…………………………………………………………24
附：
参考文献……………………………………………………………26
水质工程学（I）课程设计
第一章设计基本资料和设计任务
1.1课程设计的内容和深度
水质工程学（I）课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。
针对一座自来水厂，要求对主要水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定水厂的平面布置和高程布置。
最后完成设计计算说明书和设计图（水厂平面布置图、单体构筑物图和水厂高程图）。
设计深度一般为初步设计的深度。
1.2水厂课程设计任务书
1．设计题目
某自来水厂设计
2．基本资料
（1）水量
学号
1、4、7、10、13、16、19、22、25、28、31、34、37
2、5、8、11、14、17、20、23、26、29、32、35、38、40
3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36、39
水量
4万/m3·d
6万/m3·d
7.5万/m3·d
（2）净水厂出水水压为45～50m。
（3）水质：
赣江水系为南昌市主要饮用水水源地，通过对取水点赣江原水进行水质检测，结果如下：
平均浊度150NTU
大肠菌每100毫升中1000～2000个
总硬度不超过6度
铁0.1毫克/升
pH6.8～7.1
无异臭异味
无有毒物质
3、设计要求
1）根据河流的原水水质与水厂设计水量确定净水厂的工艺流程；
2）主要设计参数的选择确定；
3）单体构筑物类型的选择与工艺计算；
4）水厂的平面布置和高程布置
3、设计内容大致包括以下部分：
①混合、絮凝、沉淀或澄清；
②过滤；
③清水池；
④消毒设备；
⑤水厂总平面图及高程图。
4、提交的设计文件
（1）说明书一份
说明书应根据内容情况分章节编写。
要求有中英文摘要、目录、正文、参考文献、目录等。
正文包括设计说明和设计计算，主要内容为：
净水工艺过程及净水构筑物的选择，各主要构筑物的计算，对构筑物的简单描述，为了说明情况，必要时须附草图。
（2）构筑物单体图一张（3号图）
（3）水厂总平面图及高程图各一张画（3号图）。
1.3水厂课程设计指导书
1．总体要求
①在设计过程中，要发挥独立思考独立工作的能力；
②本课程设计的重点训练，是给水处理主要构筑物的设计计算和总体布置。
③课程设计不要求对设计方案作比较，处理构筑物选型说明，按其技术特征加以说明。
④设计计算说明书，应内容完整（包括计算草图），简明扼要，文句通顺，字迹端正。
设计图纸应按标准绘制，内容完整，主次分明。
第二章水厂设计规模的确定
水厂设计规模为:
近期规模6万m3/d.自身用水按10%计算，共为66000m3/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33000m3/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.
初步选定方案如下:
取水→一级泵站→管式静态混合器/管式扩散混合器→往复隔板絮凝池/折板絮凝池→斜管沉淀池/平流沉淀池→普通快滤池/V型滤池→清水池→二级泵房
↑消毒剂
→用户
各个单元池选择依据参考如下：
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
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
一般用于大中型水厂
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:
取水→一级泵站→管式静态混合器→往复隔板絮凝池→平流沉淀池→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-5.000m，设计一泵站吸水井底标高为-7.000m，进水管标高为-6.000m，一泵站吸水井顶标高为0.500米，宽为6m，长度18m，分为两格。
2.一泵房
一泵房底标高为-8.000m,一泵房顶标高为6.5000m.
4.2混凝剂的选择和投加
根据调查南昌年平均水温大约为18°左右及水质情况:
平均浊度150NTU
大肠菌每100毫升中1000～2000个,
总硬度不超过6度;铁0.1毫克/升
pH6.8～7.1;无异臭异味;无有毒物质
水厂单组构筑物设计流量Q=33000m3/d.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=a*Q/（417*c*n）
式中：
a—混凝剂（精致硫酸铝）的最大投加量，30mg/L;
Q—处理的水量，1375m3/h;
c—溶液浓度（按商品固体重量计），一般取5%--20%；取12.5%。
n—每日调制次数，一般不超过3次。
取2次
所以:
W1=30×1375/（417×12.5×2）=3.957m3
溶液池容积为5.8m3,有效容积为4m3，有效高度为1.3m，超高为0.5m，溶液池的形状采用矩形，长×宽×高=1.8×1.8×1.8m.置于室内地面上，池底坡度采用0.03.
溶液池旁有宽度为1.5m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
溶解池一般建于地面以下以便操作，池顶一般高出地面0.2米左右，溶解池（搅拌池）容积W2
W2=（0.2--0.3）W1=0.25W1=0.25×3.957=0.989m3
其有效高度为1.3m,超高为0.5m,设计尺寸为1.3×0.9×1.8m,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或用防腐材料。
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。
桨板长度取1.50m,桨板宽度1.40m。
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1375m3/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
=24×1375×30×30/（1000×40）=743袋
有效堆放面积A=NV/1.5（1-e）
=743×0.5×0.4×0.2/（1.5×0.8）=24.8㎡
取长宽均为5m。
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:
33000m
/d=1375m
/h=0.38m
/s
2.水流速度和管径
由流量为1375m
/h，查水力计算表得:
v=1.021m/s,管径700mm,1000i=1.80.
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,应为廊道断面过水面积的1.2～1.5倍.同时，水流转弯处尽量做成圆弧形。
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=66000m
/d=2750m
/h
（2）采用数据:
廊道内流速采用6段:
v1=0.50m/s，v2=0.45m/s，v3=0.40m/s，
v4=0.35m/s，v5=0.30m/s，v6=0.20m/s。
絮凝时间:
T=25min
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=2750×25/60=1145.8m3
分为两池，每池净平面面积:
F’=W/（nH1）=1145.8/（2×2.5）=229.2m2
池子宽度B:
取10m
池子长度（隔板间净距之和）:
L’=229.2/10=22.92m
隔板间距按廊道内流速不同分成6段:
a1=Q/（3600nv1H1）=2750/（3600×2×0.50×2.5）=0.31m
取a1=0.4m，则实际流速v1’=0.382m/s
a2=Q/（3600nv2H2）=2750/（3600×2×0.45×2.5）=0.34m
取a2=0.4m，则实际流速v2’=0.382m/s
a3=Q/（3600nv3H3）=2750/（3600×2×0.40×2.5）=0.38m
取a3=0.4m，则实际流速v3’=0.382m/s
a4=Q/（3600nv4H4）=2750/（3600×2×0.35×2.5）=0.44m
取a4=0.5m，则实际流速v4’=0.306m/s
a5=Q/（3600nv5H5）=2750/（3600×2×0.3×2.5）=0.509m
取a5=0.6m，则实际流速v5’=0.255m/s
a6=Q/（3600nv6H6）=2750/（3600×2×0.20×2.5）=0.764m
取a6=0.8m，则实际流速v6’=0.191m/s
综上可知a1、a2、a3、可以合并，故只要分为4段，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+0.4+0.4+0.5+0.6+0.8）=9.3m
隔板厚度按0.2m计，则絮凝池的总长L为:
L=9.3+0.2×（18-1）=12.7m
4.5平流式沉淀池
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。
设计要点:
1.进水区穿孔墙的孔口不宜大于0.15--0.2m/s，为保证穿孔墙的强度，洞口总面积不宜过大。
2.沉淀区长宽比不小于4，长深比不小于10，每格宽度在3--8m，不宜大于15m。
3.沉淀池的停留时间一般1--3小时，华东地区一般为1--2小时，低温低浊水源停留时间往往超过2小时。
设计计算:
1.平流式沉淀池尺寸
平流式沉淀池分设2座，每组设计流量：
；
沉淀时间T=2h，沉淀池容积：
W=QT=1375×2=2750m3；
沉淀池水平流速：
在10～25mm/s范围内，取v=12mm/s。
取沉淀池的有效水深：
H=3.5m，超高0.5m，则池子总高度为4.0m；
沉淀池长：
L=12*2*3600/1000=86.4m,取L=87m；
沉淀池宽：
B=W/（L*h）=2750/（87×3.5）=9.03m,取B=10m；
考虑絮凝池尺寸，絮凝池池宽取B=10m；
沉淀池长宽比：
L/B=87/10=8.7＞4，长深比：
L/h=87/3.5=24.86＞10
满足设计要求。
沉淀池放空时间以2小时计算，则放空管直径为：
；
采用钢制DN500mm，排泥管也采用同样的管径。
2沉淀池水力条件复核
每池中间设两道200mm的隔墙将沉淀池分成三格，每格宽3.0m。
水力半径：
R=ω/χ=3.5×3.0/（3.5×2+3.0）=1.05m
弗劳德数：
Fr=v2/（R*g）=0.0122/（1.05×9.81）=1.40×10-5（在1×10-5～1×10-4之间）
雷诺数：
Re=v*R/γ=0.012×1.05/（1.007×10-6）=1.25×104（在4000～15000之间）
沉淀池示意见下图：
图3-3平流沉淀池示意图
3.沉淀池的进水设计
进水采用穿孔墙布置，尽量做到在进水断面上水流的均匀分布，避免已形成的絮体破碎。
单座池墙长9m，墙高4.0m，有效水深3.5m；
根据设计手册：
当进水端用穿孔配水墙时，穿孔墙在池底积泥面以上0.3～0.5m处至池底部分不设孔眼，以免冲动沉泥。
本设计采用0.5m；
孔眼尺寸考虑施工方便，采用尺寸：
15cm×8cm；
单个孔眼的面积:
；
孔眼流速采用：
；
孔眼总面积：
=q/v1=0.382/0.1=3.82m2；
孔眼总数：
=
/ω0=3.82/0.012=318.3个，取319个；
孔眼实际流速：
v=q/
ω0=0.382/（319×0.012）=0.100m/s；
孔眼布置成7排，每排孔眼数为319/7=46个。
水平方向孔眼的间距取110mm，则计算的水平长度为：
46×0.08+45×0.11=8.63m；
竖直方向的间距为150mm,最上一排孔眼的淹没深度假定为0.5m，最下一排孔眼距池底为0.5m，则竖向的计算高度为7×0.15+6×0.2+0.5+0.5=3.25m。
4.沉淀池的集水系统设计
沉淀池的出口布置要求在池宽方向上均匀集水，并尽量滗取上层澄清水，减小下层沉淀水的卷起，目前采用的办法多为采用指形槽出水。
1．指形槽的个数：
N=7；
2．指形槽的中心距：
a=B/N=10/7≈1.43m；
3．指形槽中的流量：
q0=Q/N=0.413/7=0.056m3/s，考虑到池子的超载系数
20％，故槽中流量为：
q=1.2q0=0.059×1.2=0.0655m3/s；
4．指形槽的尺寸
指形槽的槽宽：
b=0.9q00.4=0.9×0.06550.4=0.303m，为便于施工，取b=0.4
取堰上负荷为q0=250m3/m.d，则指形槽长度：
L=1.2Q/q0=1.2×6.0×104×1.08/（250×2）=158.4m
7个集水槽，双侧进水。
每根槽长：
11.31m，取12m；
起点槽中水深：
H1=0.75b=0.75×0.4=0.3m；
终点槽中水深：
H2=1.25b=1.25×0.4=0.5m；
为便于施工，槽中水深统一取H2=0.5m；
5．总出水槽宽：
B=0.9Q0.4=0.9×0.3820.4=0.62m，采用1.0m，则出水渠起端水深：
H=1.73
；
为保证自由落水，跌落高度采用0.1m，溢流堰上淹没水头0.1m，沉淀池超高0.5m，则出水渠总深度为：
H=0.43＋0.1＋0.5＋0.1＋0.1＋0.5＝1.73m；
6.槽的高度
集水方法采用锯齿形三角堰自由出流方式，跌落高度取0.05m，槽的超高取0.15m。
则指形槽的总高度H=0.5+0.15+0.05=0.70m（说明：
该高度为三角堰底到槽底的距离）。
7.三角堰的计算
每个三角堰的流量：
q1=1.343h2.47=1.343×0.052.47=0.00082m3/s；
三角堰的个数：
n=Q/q1=0.382/0.00082=465.9个；
每个指形槽上有465.9/7=66.56≈67个三角堰；
三角堰的中心距：
d=13×2/67=0.39m。
5.沉淀池排泥
排泥是否顺畅关系到沉淀池净水效果，当排泥不畅、泥渣淤积过多时，将严重影响出水水质。
排泥方法有多斗重力排泥、穿孔管排泥和机械排泥。
机械排泥具有排泥效果好、可连续排泥、池底结构简单、劳动强度小、操作方便可以配合自动化等优点。
故本设计采用虹吸式机械排泥。
采用SXH型虹吸式吸泥机，轨距l＝11000mm。
排泥管采用和放空管相同的管径：
DN500mm。
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=33000m3/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/（v*T）=33000/（10×23.8）=138.7m2
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=138.7/6=23.10m2
采用滤池设计尺寸为:
L=6m,B=4m。
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2.3m
保护层高度H4采用0.5m
滤池总高度H为:
H=0.5+0.6+2.3+0.5=3.9m
（3）配水系统（每只滤池）
①干管:
干管流量:
qg=f*q=23.1×14=323.4L/s
采用管径:
dg=700mm
干管始端流速:
vg=1.2m/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=323.4/48=6.738L/s
采用管径:
dj=70mm
支管始端流速:
vj=1.6m/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=K*f=0.25%×23.1=0.0578㎡=57800mm²
采用孔眼直径:
dk=8mm
每个孔眼面积:
fk=πdk²/4=0.785×8×8=50.2mm
孔眼总数:
Nk=Fk/fk=57800/50.2=1152个
每根支管孔眼数:
nk=Nk/nj
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