给水工程设计说明书.docx

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给水工程设计说明书

给水处理厂课程设计任务书

一、课程设计的目的

通过净水厂课程设计，巩固学习成果，加深对给水处理课程内容的学习与理解，掌握净水厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。

在教师指导下，基本能独立完成一个给水处理厂工艺设计，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。

二、课程设计的要求

基本要求：

完成设计计算书明书一份，工艺扩初设计图纸2张（1#），其中：

净水厂平面布置图及工艺流程程图1张，单体构筑物图1张。

学生根据课程设计任务书和指示书，教师先介绍设计方法，安排设计进度表，学生以独立完成为主，教师定时答疑，共性问题集中讲解。

三、课程设计的内容

1、原始资料的分析、整理。

2、结合城市建设，综合考虑，通过技术经济比较确定水厂厂址。

3、根据水质、水量、地区条件、施工条件和一些水厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程。

4、进行方案比较。

5、构筑物的选型。

6、处理构筑物的初步设计，定出各构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构造、施工上的可能性，并符合建筑模数的要求。

7、水厂的平面和高程布置。

根据各构筑物的确切尺寸，确定各构筑物在平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。

8、写出设计说明书及计算说明书。

四、课程设计的成果

1、设计说明计算时（包括技术经济比较、方案选择、构筑物的选型、定位及竖向布置的说明等）。

2、给水处理厂平面布置图1张（1：

500）；

3、净水构筑物高程布置图及主要设备、材料和必要的图纸说明1张；

4、一个主要水处理构筑物的扩初设计图纸1张；

五、课程设计原始资料

1、水厂水源采用**水库水，此水库是集雨区积蓄的雨水，水质较好，平均色度和浊度分别为5~6HU和2.6NTU，偶遇浊度峰值也在30FTU以下，出水浊度要求0.3FTU，日产水量为23万m3/d。

2.城市自然状况

城市土壤种类为黏质土，地下水水位深度为3m，年降水量为1200mm。

城市最高温度为36.9℃，最低温度为5℃，。

夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风。

给水处理厂课程设计计算说明书

第一部分混凝处理

一、混凝药剂的选择

生活用水处理用的混凝剂，不得使处理后的水质对人体健康产生有害的影响，用于生产用水处理时，不得含有对生产有害成分。

混凝药剂种类很多，按其化学成分可分为无机和有机两大类。

无机混凝剂主要是铁盐和铝盐及其水解聚合物，如硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合硫酸铝、三氧化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等。

无机混凝剂品种虽少，但在水处理中应用最多。

有机混凝剂是高分子物质，品种多,在水处理中用量比无机的少。

本水厂处理水属于水库集雨区积蓄的雨水，水质较好，平均色度和浊度分别为5~6HU和2.6NTU，偶遇浊度峰值也在30FTU以下，可以选用三氯化铁处理效果较好。

二、混凝剂投量计算

用于生活饮用水厂的混凝药剂首先应满足以下要求:

对人体健康无害;混凝效果好;货源充足、运输方便。

原水水质不同，其适用的混凝药剂和最佳用量也不同。

当同一水源已有建成水厂时，混凝药剂和投量可参照已建水厂的资料，对水质相似的已建水厂的资料，亦可参照。

但在参照时，应对照混凝条件的差别（如混合、反应、投药点等），进行适当的调整。

混凝剂投量计算:

T=aQ/1000

式中T--日混凝剂投量（kg/d）;

a--单位混凝剂最大投量（mg/L）;

Q--日处理水量（m³/d）。

设计中取Q=230000×1.1=253000m³/d,（式中1.1为水厂自用水系数）采用三氯化铁，根据原水水质，参考某地水厂，投量取a=5mg/L。

T=5/1000×253000=1265kg/d

三、水的pH值和碱度影响

三氯化铁除浊的最佳pH值范围在3.5-5之间，其对胶粒具有十分优异的絮凝作用。

由于三氯化铁水解过程中不断产生氢离子，而导致水的pH值下降。

为使pH值保持在最佳范围内，应使水中具有足够的碱性物质与氢离子中和。

当原水碱度不足或混凝剂投量多时，会使水的pH值大幅下降并影响三氯化铁继续水解。

为此，需向水中投加碱剂，通常投加的碱剂为CaO.

由水质资料知，原水中碱度为0.2mmol/L。

三氯化铁投量为5mg/L,市售石灰纯度为50%。

 FeCl₃分子量为162.5,投药量相当于5×92%/162.5 =0.0283mmol/L。

 Ca0投量

  [CaO] =1.5[a]-[x]+[δ]

式中 [a]---混凝剂投量（ mmol/L）;

[x]---原水碱度，按mmol/L CaO计;

[δ]---保证反应顺利进行的剩余碱度，一般采用0.25-0.5mmol/LCaO。

设计中取[δ] =0.25mmol/L

[CaO] =1.5×0.0283-0.2+0.25=0.0925mmol/L

 CaO分子量为56，则市售石灰投量为:

0.0925×56/0.5=10.36mg/L。

四、混凝剂的配制和投加

  1.混凝剂投加方法

  混凝剂投加方法有湿投和干投，干投应用较少，本设计采用湿投方法。

在药剂湿投法系统中，首先把固体（块状或粒状）药剂置人溶解池中，并注水溶化。

2.混凝剂调制方法

  混凝剂采用湿投时，其调制方法有水力、机械搅拌方法，水力方法一般用于中、小型水厂，机械方法可用于大、中型水厂，为增加溶解速度及保持均匀的浓度，一般采用水力、机械及压缩空气等方法搅拌，投药量较小的水厂也有采用人工进行搅拌调制的。

本设计采用机械方法调制混凝剂。

  3.溶液池与溶解池容积

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面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面1m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。

。

溶液池

溶液池是配制一定浓度溶液的设施。

通常用耐腐泵或射流泵将溶解池内的浓药液送入溶液池，同时用自来水稀释到所需浓度以备投加。

采用两个溶液池，以便交替使用，保证连续投药。

溶液池容积按下式计算:

W2=（24×100aQ）/（1000×1000cn）=aQ/417cn

W2——溶液池容积，m³;

Q——处理的水量，m³/h;

a——混凝剂最大投加量，mg/L;

c—溶液浓度，一般取5％-20％（按商品固体重量计）；

n——每日调制次数，一般不超过3次。

此设计中c取15%，n取2

W2=（5×10541.67）/（417×15×2）=4.213m³

溶液池尺寸：

L×B×H=2×2×1.8，超高0.3m，沉渣高度0.3m，则有效容积L×B×H=2×2×1.2=4.8m³

溶解池

溶解池一般建于地面以下以便于操作，池顶一般高出地面约0.2m左右。

溶解池容积W1按下式开算:

W1=（0.2-0.3）W2

式中W2---溶液池容积。

W1=0.3×W2=5.25m³

溶解池尺寸：

L×B×H=1×1×1.8超高0.3m，沉渣高度0.2m，则L×B×H=1×1×1.3=1.3m³

溶解池采用钢筋混凝土结构，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。

内壁采用环氧树脂进行防腐处理，底坡设0.02坡度，池底设DN100mm的排渣管，采用硬聚氯乙烯管。

给水管管径DN80mm，按10min放满溶解池考虑，采用硬聚氯乙烯管。

五、溶解池搅拌设备

溶解池搅拌设备采用机械搅拌，搅拌桨为平桨板，中心固定式。

六、投加方式

混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型。

重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加。

压力投加方式有水射器投加和计量泵投加。

水射器用于抽吸真空、投加药液、提升和输送液体。

加注式水射器多用于向泵后的压力管道投药。

水射器的进水压力一般采用2.4516×105Pa。

虽然水射器效率较低（15%~30%），但设备简单，使用方便，工作可靠。

所以本设计采用水射器投加。

七、计量设备

计量设备有孔口计量、浮杯计量、定量投药箱和转子流量计。

设计采用耐酸泵与转子流量计配合投加。

计量泵每小时投加药量

q=W1/12

式中q一计量泵每小时投加药量（m³/h）;

W1一溶液池容积（m³）。

设计中取W1=4.213m³

q=4.213/12=0.351m³/h

八、混合设施

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微粒充分作用完成胶体脱稳，以便进一步去除。

按现代观点，脱稳过程需时很短，理论上只要数秒钟。

在实际设计中，一般不超过2min。

对混合的基本要求是快速与均匀。

“快速”是因混凝剂在原水中的水解及发生聚合絮凝的速度很快，需尽量造成急速的扰动，以形成大量氢氧化物胶体，而避免生成较大的绒粒。

“均匀”是为了使混凝剂在尽量短的时间里与原水混合均匀，以充分发挥每一粒药剂的作用，并使水中的全部悬浮杂质微粒都能受到药剂的作用。

1.混合方式的选择

混凝药剂投人原水后，应快速、均匀的分散于水中。

混合方式有水泵混合、管道混合、静态混合器、机械搅拌混合、扩散混合器、跌水混合器等。

根据下表，本设计中采用管式静态混合器。

2.混合设备的计算

静态混合器的水头损失一般小于0.5m，根据水头损失计算公式

h=0.1184nQ^2/d^4.4

式中h---水头损失（m）;

Q---处理水量（m³/d）;

d---管道直径（m）;

n---混合单元（个）。

设计中取d=1.5m，Q=2.928m³/s,当n为2时，h=0.341m,满足要求，所以选DN1500内装2个混合单元的静态混合器。

加药点设于靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插人管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布

第二部分往复式隔板絮凝池

一、往复式絮凝池的选择

往复式絮凝池也称隔板絮凝池，为一般常规的水平或垂直式水力絮凝反应池。

即在流水渠中加装了横折或竖折档板，使加药混合后的水流形成近似于弦形弯曲。

池内挡板或隔板的间距的安置使水流的速度梯度位分布呈逐步递减。

底部还有一定的坡度以保持水深。

此种形式的池可在相当宽广的流量范围内得到合理的成效。

机械絮凝器相比，絮凝时间由于更为均匀的剪力场，故而常只需要前者的一半。

往复式隔板絮凝池的构造简单，管理方便。

因此本设计采用往复式隔板絮凝池。

二、往复式絮凝池的设计计算

1、设计水量

Q1=Q/24n

设计中取Q=253000m3/d，n=4个

Q1=253000/24*4=2635.42m3/h=0.732m3/s

2、设计计算

（1）、絮凝池有效容积

V=QT

设计中取T=25min

V=2635.42*25/60=1098.09m3=1100m3

设计中絮凝池与平流沉淀池合建，所以有效水深取3m.池宽取12.0m。

（2）、絮凝池长度

L`=V/H`B

设计中取超高0.3m，H`=3m，B=12m

L`=1100/（3*12）=36.67m

（3）、隔板间距

设计中将絮凝池中流速分为4段：

v1=0.5m/s,v2=0.4m/s,v3=0.3m/s,v4=0.2m/s

a1=Q1/（3600*n*v1*H`）

设计中将H`=3m，n=1,

A1=Q1/（3600*n*v1*H`）=0.586m

设计中：

a1=0.5m,实际流速v`1=0.488m/s

a2=0.6m,实际流速v`2=0.407m/s

a3=0.8m,实际流速v`3=0.305m/s

a4=1.2m,实际流速v`4=0.203m/s

各段隔板条数分别为：

13，11，13，11，池子长度：

L`=13*0.5+11*0.6+13*0.8+11*1.2=36.7m

隔板厚度按0.2m计算，则池子总长：

L=36.7+0.2*（48-1）=46.1m

（4）、水头损失计算

hi=ζmivit2/2g+vi2*li/Ci2Ri

曼宁公式计算：

R1=a1H`/（a1+2H`）=0.5*3/（0.5+2*3）=0.231

C1=R1/6/n=0.2311/6/0.013=60.2

C12=3630.3

其他段计算结果为：

R2=0.273，C2=61.9，C22=3837.3

R3=0.353，C3=64.7，C32=4181.6

R4=0.5，C4=68.5，C42=4696.5

廊道转弯处的过水断面面积为廊道断面积的1.2-1.5倍，此处设计取1.4，则转弯处流速为：

vit=Q/（1.4*ai*H`*3600）

各段的转弯处流速为：

v1t=0.349m/s

v2t=0.291m/s

v3t=0.218m/s

v4t=0.145m/s

各段的转弯处宽度为：

0.7、0.84、1.12、1.68

各段廊道长度为：

146.9m、122.76m、141.44m、103.2m

段数

mi

Li

Ri

vit

vi

Ci

Ci2

hi

1

13

146.9

0.231

0.349

0.488

60.2

3630.6

0.284

2

11

122.76

0.279

0.291

0.407

61.9

3837.3

0.162

3

13

141.44

0.353

0.218

0.305

64.7

4181.6

0.104

4

10

103.2

0.5

0.145

0.203

68.5

4696.5

0.034

合计

h=∑hi=0.584

（5）、GT值计算（t=20℃）

G=√p*h/（60*u*T）

G=√1000*0.584/（60*1.029*25*10-4）=61.5s-1

GT=61.5*25*60=92266.6（满足要求）

3、往复隔板絮凝池布置

絮凝池与沉淀池设过渡段，宽2.0m，过渡段设DN200排泥管，每条隔墙底面设200*200mm排泥孔两个。

第三部分平流式沉淀池

一、平流式沉淀池的选用

平流式沉淀池沉淀效果好，使用较广泛，但占地面积大。

常用于处理水量大于15000立方米/天的污水处理厂。

本设计中处理水量为23万立方米/天，故可采用平流式沉淀池。

二、平流式沉淀池计算

1.设计流量

Q=Q设*（1+k）/24n

K——水厂用水量占设计日用水量的百分比一般采用5%—10%。

n——沉淀池个数，一般不少于2个。

设计中Q设=230000m³/d，k=10%，n=4。

Q=Q设*（1+k）/24n=230000*（1+0.1）/24*4=2635.42m³/h=0.732m³/s

2.平面尺寸设计

（1）.沉淀池有效容积

V=QT

T——停留时间，一般采用1—3h。

设计中T=2.1h。

V=2635.42*2.1=5534.382m³。

（2）.沉淀池长度

L=3600VT

V——水平流速，一般采用0.01—0.025m/s。

设计中V=0.02m/s

L=3600*0.02*2.1=152m

（3）.沉淀池宽度

B=V/Lh

h——沉淀池有效池深，一般采用3—3.5m。

B=5534.382/152*3=12.14m，设计中取12m

长宽比L/B=12>4，满足要求。

长深比L/h=152/3=50.67>10，满足要求。

复合沉淀池中水流的稳定性，计算佛劳德数

Fr=V²/Rg

设计中ρ=B+2h=12+2*3=18m，ω=Bh=12*3=36m。

Fr=18*0.02²/36*9.8=0.00002

Fr介于0.0001—0.00001之间，满足要求。

3.进出水系统

（1）.沉淀池进水部分设计

A=Q/v1

v1——孔口流速，一般取值不大于0.15—0.2m/s。

设计中v=0.2m/s

A=0.732/0.2=3.66㎡

每个孔口尺寸设计为15cm*8cm，孔口数为305个。

进口水损

h1=&v1²/2g

&——局部阻力系数

设计中&=2

h1=2*0.2²/2*9.8=0.004m

此处数值很小，为了安全我们取值0.05m。

（2）.沉淀池出水部分设计

沉淀池出水采用薄壁溢流堰，渠道断面采用矩形，溢流堰总长

l=Q/q

q——溢流堰上的堰上负荷，一般不大于500m³/（m*d）

设计中q=250m³/（m*d）

l=2635.42*24/250=253m

出水堰采用指形堰，共6条。

h2=1.73*3√Q²/gb²

设计中b=0.8m

h2=1.73*3√0.732²/9.8*0.8²=0.762m

出水渠总深为1m，跌水高度0.21m，渠内流速

v2=Q/bh2=0.732/0.8*00.762=1.2m/s

沉淀池出水管管径DN900mm，此时管内流速

v3=4Q/πD²=4*0.732/3.14*0.9*0.9=0.843m/s

（3）.沉淀池放空管

d=√0.7BLh^0.5/t

t——放空时间

设计中t=2h

d=√0.7*12*3^0.5/2=0.5542m

管径取DN600mm。

（4）.排泥设备选择

沉淀池底部设泥斗，每组沉淀池设8个泥斗，泥斗顶宽1.25m，底宽0.45m，斗深0.4m，采用HX8-14型行斗式虹吸泥机，驱动功率为0.37*2kW，行车速度1m/min。

（5）.沉淀池总高度

H=h3+h4+h

h3——沉淀池超高，一般采用0.3—0.5m。

h4——沉淀池污泥斗高度

设计中h3=0.5m，h4=0.4m

H=0.5+0.4+3=3.9m

第四部分、普通快滤池

一、普通快滤池的选择

普通快滤池是目前水处理工程中常用的滤池形式之一。

普通快滤池每一池上装有浑水进水阀，清水出水阀，反冲洗进水阀，反冲洗排水阀共四个阀门。

普通快滤池运行稳妥，出水水质较好；缺点是阀门较多，阀门易损坏；必须有全套的冲洗设备。

普通快滤池适用于大、中、小型水厂，单池面积不易大于100㎡，以免冲洗不均匀，在有条件时尽量采用表面冲洗或空气助冲设备。

二、普通快滤池的设计计算

1.平面尺寸计算

1.1滤池总面积

F---滤池总面积（㎡）

Q--设计水量（

）

v--设计滤速，石英砂单层滤料一般采用8--10m/h,双层滤料一般采用10--14m/h

T--滤池每日实际工作时间（h）

--滤池每日工作时间（h）

--滤池每日冲洗后停用和排放初滤水时间（h）

--滤池每日冲洗时间（h）

设计中，单层滤料v取10m/h。

n取2次，

取0.1h

T=24-2*0.1=23.8

F=23000*1.1/（10*23.8）

=1063.03㎡

1.2单池面积

f=F/N

f--单池面积（㎡）

F--滤池总面积（㎡）

N--滤池个数，一般N>4

设计中取N=12，布置成对称双行排列

f=1063.03/12=88.59㎡

实际L=10m,B=9m，滤池的实际面积10*9=90㎡，

实际滤速

v=230000*1.1/（12*90*23.8）=9.84m/h

当一座滤池检修时，其余滤池强制滤速

=12*9.84/11=10.73m/h

2.滤池高度

H--滤池高度（m），一般3.2-3.6m

--承托层高度（m），一般按GB50013-2006表9.5.9确定

--滤料层厚度（m），按GB50013-2006表9.5.8确定

--滤层上水深（m），一般采用1.5-2.0m

--超高，一般采用0.3m

设计中采用

=0.4，

=0.7，

=1.8，

=0.3

H=0.4+0.7+1.8+0.3=3.2m

3.配水系统

3.1反冲洗强度按GB50013-2006表9.5.17，单层滤料反冲洗强度12-15L/（S*㎡）,设计中取14L/（S*㎡）。

3.2反冲洗水量

--反冲洗干管流量（L/s）

=90*14=1260L/s

3.3干管始端流速

--干管始端流速，一般1.0-1.5m/s

--反冲洗水流量（L/s）

D--干管管径（m）

设计中D=1.2m

=1.104m/s

3.4配水支管根数

--配水支管根数

L--滤池长度

a--支管中心距，一般0.25-0.3m

设计中取a=0.25

nj=2*10/0.25=80根

3.5单根支管入口流量

--单根支管入口流量（L/s）

qj=1260/80=14L/s

3.6支管入口流速

--支管入口流速，一般1.5-2.0m/s

--支管管径

设计中取

=0.1m

=2m/s

3.7单根支管长度

--单根支管长度

B--单个滤池宽度

D--配水干管管径

Lj=0.5*（9-1.2）=3.9m

3.8配水支管上孔口总面积

=K*f

--配水支管上孔口总面积

K--配水支管上孔口总面积与滤池总面积之比，一般0.2％-0.28％

设计中取k=0.25％

=0.25％*90=0.225

3.9配水支管上孔口流速

--配水支管上孔口流速（m/s），一般5.0-6.0m/s

=1.26/0.225=5.6m/s

3.10单个孔口面积

--配水支管上单个孔口面积

--配水支管上孔口直径，一般9-12mm

设计中取

=12mm

=113.04

3.11孔口总数Nk=

/

=225000/（113.04）=1991个

—总孔口面积

—单个孔口面积

干管顶部再开两排孔，每排60个孔，孔间距e1=12/60=0.2m

3.12每根支管上孔口数nk=（1991-2*60）/80=23.4,取24个，45°向下开孔，交错两排排

3.13孔口中心距e2=lg/（nk/2）=3/（44/2）=0.14m

lg—支管长度

nk—每根支管上孔口数

3.14孔口平均水头损失

hk=

q—冲洗强度

—孔口系数，取0.62

K—开孔比，大阻力配水系统取0.2%-0.28%

则hk=

=3.787m

4.配水系统校核

实际孔口数N=60*2+24*80=2040

实际孔口面积f′=2040*11.3*10-5=0.2305m2

实际孔口流速v′=qg/f′=1.26/0.2305=5.47m/s

+

=

=0.087+0.136=0.223<0.29

—干管截面积

—支管截面积

--孔口实际面积

满足配水率95%要求。

5.洗砂排水槽

（1）每条洗砂排水槽长

l0=（B-b）/2

b—中间排水渠宽度，取0.8m

B—滤池宽度

则l0=（9-0.8）/2=4.1m

每侧洗砂排水槽设置4条，

（2）.排水槽间距

a0=L/n/2=10/4=2.5m

（3）.每条洗砂排水槽排水量

q0=qg/n=1260/8=157.5L/s

（4）洗砂槽采用标准三角排水槽，

断面模数x=0.45Q0.4=0.25m

膨胀率e取45%，

（5）则槽顶距未膨胀时砂面高度

H=eh2+2.5x+δ+0.07=1.07m

h2--滤料层厚度

δ