精品1万吨给水处理厂方案设计水质工程学毕业论文.docx

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精品1万吨给水处理厂方案设计水质工程学毕业论文

水质工程学

（一）课程设计任务书

题目：

1万吨给水处理厂方案设计

学院：

环境科学与工程学院

专业：

指导教师：

二○一三年七月

1.总论6

1.1设计任务及要求6

1.2设计基本资料6

1.3设计流量Q6

2.水处理工艺比较与确定6

2.1混合设备6

2.2絮凝池7

2.3沉淀池8

2.4过滤池9

2.5工艺的确定9

3配水井9

3.1配水井容积9

4混凝剂药剂的选择与投加10

4.1混凝剂的选用10

4.2混凝剂的投加10

4.3混凝剂投配的设计10

4.3.1混凝剂用量计算10

4.3.2溶液池容积W111

4.3.2溶解池容积W211

4.4氯投配的设计12

4.5加药间及药库布置12

4.5.1加药间12

4.5.2药剂仓库13

5.管式静态混合器13

6.折板絮凝池14

6.1设计要点及絮凝形式选择15

6.1.1设计要点15

6.1.2絮凝池形式选择15

6.2折板絮凝池的设计计算15

7.斜管沉淀池19

7.1沉淀池类型的选择19

7.2斜管沉淀池的设计计算19

7.2.1已知条件19

7.2.2设计采用数据20

7.2.3清水区面积20

7.2.4斜管长度l20

7.2.5池子高度20

7.2.6复算管内雷诺数及沉淀时间20

7.3沉淀池进出口形式及计算21

7.4穿孔墙设计23

8.普通快滤池24

8.1普通快滤池面积和尺寸24

8.2滤池高度24

8.3每个滤池的配水系统25

8.4洗砂排水槽27

8.5滤池反冲洗28

9.除锰滤池28

9.1除锰滤池前曝气设备28

9.2除锰滤池的设计计算29

9.2.1设计参数29

9.2.2滤面积及尺寸29

9.2.3滤池高度30

9.2.4滤池的各种管渠计算31

9.2.5反冲洗高位水箱31

9.2.6配气系统设置32

10.消毒32

10.1液氯消毒原理32

10.2加氯量的计算33

10.3加氯设备的选择33

10.4氯瓶选择33

10.5氯库及加氯间34

10.5.1氯库尺寸34

10.5.2加氯间和氯库布置34

10.5.3辅助设备34

10.6加氯控制35

10.7漏氯吸收装置35

11.清水池36

11.1平面尺寸计算36

11.2管道系统36

11.3其他附属设施37

12.水厂总体布置38

12.1水厂布置要求38

12.2水厂布置38

12.2.1平面布置39

12.2.2工艺流程布置39

12.3水厂附属建筑物布置40

12.4水厂管线设计41

12.4.1管道设计流速41

12.4.2管线水头损失41

12.5水厂高程布置41

12.5.1高程布置原则41

12.5.2高程布置类型42

12.5.3构筑物的水头损失42

12.5.4构筑物水位标高的确定43

12.6水厂绿化及道路43

12.6.1水厂绿化43

12.6.2水厂道路43

13工程概预算44

13.1工程总概算44

13.1.1净水厂部分44

13.1.2输配水部分44

13.1.3附属构筑物部分45

13.2制水成本计算45

13.2.1计算资料45

13.2.2制水成本计算46

参考文献：

48

1.总论

1.1设计任务及要求

根据任务书给定的资料，综合运用所学的专业知识，设计一个中小型给水处理厂，即在给出设计任务的基础上，完成所给资料的分析、整理，确定水厂的规模和位置，对水厂工艺方案进行可行性研究，计算主要构筑物的工艺尺寸，确定水厂的平面布置和高程布置，最后绘制水厂平面图、高程布置图和单体构筑物的初步设计图等，并写出一份设计计算说明书。

1.2设计基本资料

（1）原水水质资料

浙江省某海岛小镇需新建一座给水厂，设计规模为10000m3d。

水厂水源为新建水库，原水水质指标中，浊度平均为7.8NTU，铁平均为12mgL，锰为12mgL，细菌总数为2000CFUmL。

（2）城市主导风向为东南风，水厂水源所在地区为城市南部。

（3）百年一遇洪水位标高23.00m，97%枯水位标高17.16m。

（4）土质为粘土，泵站为岸边式取水构筑物，距离给水厂1000m。

（5）进水管水头损失约为0.90m，给水厂配水井地面标高41.61m。

（6）二级泵站供水扬程约为52m。

1.3设计流量Q

包括水厂的自用水，取10%

2.水处理工艺比较与确定

2.1混合设备

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。

混合是取得良好絮凝效果的重要前提，影响混合效果的因素很多，如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质、大小等。

混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。

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。

混合的方式有水力混合、水泵混合、管式混合和机械混合。

由于水力混合难以适应水量和水温等条件变化，且占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦；机械混合耗能大，维护管理复杂；相比之下，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，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。

本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合。

2.2絮凝池

絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大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，主要有隔板絮凝、折板絮凝、机械絮凝、栅条（网格）絮凝、和穿孔旋流絮凝。

各种池类型及特点汇总见下表1

表1絮凝池的类型及特点表

类型

特点

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；

缺点：

容积较大，水头损失较大，转折处钒花易破碎

水量大于30000m3d的水厂；水量变动小者

回转式

优点：

絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便；

缺点：

出水流量不宜分配均匀，出口处宜积泥

水量大于30000m3d的水厂；水量变动小者；改建和扩建旧池时更适用

折板絮凝池

优点：

絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小；

缺点：

构造较隔板絮凝池复杂，造价高

流量变化较小的中小型水厂

机械絮凝池

优点：

絮凝效果好，节省与药剂；水头损失小

缺点：

机械维修量大

适用于小中型水厂

网格絮凝池

优点：

絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间短；

缺点：

末端池底易积泥

对水质水量变化适用性强

续表

旋流式絮凝池

优点：

容积小，水头损失较小；

缺点：

池子较深，地下水位高处施工较难，絮凝效果较差

一般用于中小型水厂

已知水厂的设计水量为1万m3d，根据以上各种絮凝池的特点及实际情况，选用折板絮凝池。

2.3沉淀池

沉淀池是使悬浮颗粒从水中分离的构筑物。

常见沉淀池有竖流式、平流式、辐流式以及斜管斜板式。

现将各种形式沉淀池的性能特点以及适用条件汇总如下表2。

表2沉淀池类型及特点

型式

性能特点

适用条件

平流式

优点：

1、可就地取材，造价低；

2、操作管理方便，施工较简单；

3、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、不采用机械排泥装置，排泥较困难

2、机械排泥设备，维护复杂；

3、占地面积较大

1、一般用于大中型净水厂；

2、原水含砂量大时作预沉池

竖流式

优点：

1、排泥较方便

2、一般与絮凝池合建，不需建絮凝池；

3、占地面积较小

缺点：

1、上升流速受颗粒下沉速度所限，出水流量小，一般沉淀效果较差；

2、施工较平流式困难

1、一般用于小型净水厂；

2、常用于地下水位较低时

辐流式

优点：

1、沉淀效果好；

2、有机械排泥装置时，排泥效果好；

缺点：

1、基建投资及费用大；

2、刮泥机维护管理复杂，金属耗量大；

3、施工较平流式困难

1、一般用于大中型净水厂；

2、在高浊度水地区作预沉淀池

斜管沉淀

优点：

1、沉淀效果高；2、池体小，占地少

缺点：

1、斜管（板）耗用材料多，且价格较高；

2、排泥较困难

1、适用于大中型水厂

2、宜用于旧沉淀池的扩建、改建和挖槽

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。

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

2.4过滤池

表3过滤池的比较

过滤池

V型滤池

普通快滤池

优点

运行稳妥可靠；

采用砂滤料，材料易得；

虑床含污量大、周期长、滤速高、水质好；

冲洗效果好；

有成熟的运转经验，运行稳妥可靠；

采用砂滤料，材料易得，价格便宜；

采用大阻力配水系统，单池面积大，池身较浅；

可采用降速过滤，水质较好；

缺点

配套设备多；

土建复杂，池身比普通快滤池

阀门多；

必须有全套冲洗设备。

本设计为小型水厂，选用普通快滤池，运行可靠，占地面积小。

2.5工艺的确定

通过上述构筑物的选择，确定工艺流程如下：

图1水处理工艺流程图

3配水井

（1）配水井容积

设计一座圆形配水井，设水力停留时间为2.5min，设计流量为：

取水厂自用水系数为10%，设计流量。

则配水井有效容积为：

（2）进水管管径D1

根据配水井进水管的设计流量，取经济流速为1.5ms。

由Q=AV得D1=332mm,取D1=350mm.此时v=1.35ms

4混凝剂药剂的选择与投加

4.1混凝剂的选用

已知有硫酸铝、三氯化铁、碱式氯化铝三种混凝剂。

由混凝剂投加参考值可知，当浊度一定时，混凝剂投加量与药剂的选择相关。

考虑经济最优原则，选定水厂混凝剂为硫酸铝。

硫酸铝因效果显著，发展较快，目前应用较普遍，絮凝效果较好。

4.2混凝剂的投加

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投加和计量泵投加。

计量设备有苗嘴，电磁流量计，计量泵和转子流量计。

综合比较，本设计采用计量投加。

4.3混凝剂投配的设计

在药剂湿投法系统中，首先把固体药剂置入溶解池中，并注水溶化。

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，本设计采用机械搅拌。

4.3.1混凝剂用量计算

混凝剂用量按下式计算：

式中，T—混凝剂用量，kgd；

a—硫酸铝投加量，mgL，本设计最大投加量为30mgL；

Q—水厂处理水量，m3d，本设计为11000m3d。

则硫酸铝药剂用量为

4.3.2溶液池容积W1

溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。

池周围应有工作台，底部应设置放空管，必要时设溢流装置。

式中：

a—混凝剂（硫酸铝）的最大投加量，取30mgL；

Q—处理的水量，458.3m3h；

c—溶液浓度,一般采用5%～20%，本设计取10%；

n—每日调制次数，2次。

溶液池设在地面上，采用矩形钢筋混凝土结构，内壁衬以聚乙烯板，设置1个，，容积为W1，溶液池的尺寸为，其中包括超高0.2m。

溶液池旁边设有宽度为1.0m的工作台，以应操作管理，地步设有排空管。

4.3.2溶解池容积W2

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，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，内壁衬以聚乙烯板，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。

溶解池的容积一般为溶液池的0.2~0.3倍，本设计中取0.3。

取0.5m3

溶解池设置一个，容积为0.5m3，溶解池的形状为矩形，尺寸为（包括超高0.2m），池底坡度为3‰，采用地下式，池顶高出地面0.2m，以减轻劳动强度和改善工作条件。

本设计采用计量投药泵进行投药。

溶解池池底设有管道，以便溶解的药液重力流入溶液池。

采用钢筋混凝土池体，内壁用环氧树脂进行防腐处理。

池的一角设有隔板，隔板上设有直径为1cm的小孔，拦截药渣，并在隔板底部设有排渣管，采用硬聚氯乙烯管。

溶解池的放水时间采用t=10min，则放水流

查水力计算表得放水管管径d＝30mm，相应流速v=1.16ms。

放空管兼做排渣管。

4.4氯投配的设计

通过对原水水质的分析可知，原水中铁、锰含量均超标，考虑工艺的简单合理性，通过技术经济比较，采用氯气氧化法即可较好的去除水质的铁。

因铁、锰的化学性质相近，且铁的氧化还原电位低于锰、易被O2氧化，相同pH时，Fe3+比Mn2+的氧化速率快，故高锰酸钾的用量应综合考虑铁、锰离子的消耗。

加过氯气后，原水经过沉淀池、滤池，除去水中的铁，再经过曝气过滤除去锰。

铁与氯的反应式为：

2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl-

按以上式计算，每氧化1mgLFe2+理论上需要0.64mgLCl。

按上述所说，耗氯量为

4.5加药间及药库布置

4.5.1加药间

加药间应尽量靠近投药点，宜与药库合并布置。

溶液池边应设工作台，工作台宽度以1～1.5m为宜。

与药剂接触的池内壁、设备、管道和地坪，应根据药剂的性质采取相应的防腐措施。

各种管线应设在地沟内。

加药间必须有保障工作人员卫生安全的劳动保护措施。

当采用发生异臭或粉尘的药剂时，应在通风良好的单独房间内制备，必要时应设置通风设备。

冬季使用聚丙烯酰胺的室内温度不低于2℃。

室内应设有冲洗设施，视具体情况应设置机械搬运设备。

加药间的地坪应有不小于5‰的排水坡度，室内应具有良好的采光效果并设有值班室。

本设计设置一条投药管路，采用硬聚氯乙烯管，并分别在加药间内和投加点处设置切换闸门。

4.5.2药剂仓库

药剂仓库储存量一般按最大投药量的15～30d用量计算，药剂堆放高度一般采用1.5～2.0m，仓库内应设有磅秤，并留有1.5m的通道，尽可能考虑汽车运输的方便，并保证良好的通风。

本设计混凝剂选用硫酸铝，采用氯去除铁、锰。

每袋药剂的质量是40kg，每袋规格为0.5m×0.4m×0.2m。

药剂堆放高度为2.0m，药剂储存期为20d。

则总药剂用量为

式中，N—药剂袋数，袋；

Tmax—药剂最大投量，kgd；

W—每袋药剂的质量，kg；

t—药剂的最大储存期，d。

则硫酸铝用量为袋。

选用氯瓶最大充氯量为350kg，储存量按20天

储存量为

氯瓶量，取5

为取药及卸药方便，同时要预留相应的操作空间，仓库平面尺寸为：

L×B=8m×5m。

5.管式静态混合器

在混合阶段，水中杂质颗粒较小，要求混合速度快，剧烈搅拌的目的并非为了造成颗粒的剧烈碰撞，而是使药剂迅速而均匀的扩散于水中，以利于混凝剂快速水解和聚合颗粒脱稳，并借助于布朗运动进行异向絮凝。

由于混凝剂在水中化学反应，颗粒脱稳和异向絮凝速度都相当快。

因此混合要快速剧烈，在10~30s至多不超过2min中完成。

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%，构造如图所示。

图2管式静态混合器的构造图

（1）设计流量

（2）设计流速

设在絮凝池进水管中，流速v一般取0.9ms～1.2ms，这里取v＝1.2ms，则

取D＝400mm,则v＝1.03ms

（3）混合单元数

混合单元数n一般取为1～4节，本设计取为3节。

（4）混合器的长度

（5）混合时间

（6）水头损失

（7）校核G：

，水利条件符合。

故本设计选用管径为400mm的管式静态混合器，规格DN400，静态混合器采用3节，总长1320m。

6.折板絮凝池

投加混凝药剂并经充分混合后的原水在水流作用下使微小絮粒相互接触碰撞，以形成更大絮粒的过程称作絮凝，完成絮凝过程的构筑物为絮凝池。

6.1设计要点及絮凝形式选择

6.1.1设计要点

（1）絮凝池形式的选择和设计参数的采用，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定；

（2）絮凝池设计应使颗粒有充分接触碰撞的机率，又不致使已形成的较大絮粒破碎，因此在絮凝过程中速度梯度G或絮凝流速应逐渐由大到小；

（3）絮凝池要有足够的絮凝时间，根据絮凝形式的不同，絮凝时间也有区别，一般宜在10～30min之间，低浊、低温水宜采用较大值；

（4）絮凝池的平均流速梯度G一般在30～60s-1之间，GT值达104～105，以保证絮凝过程的充分与完整；

（5）絮凝池应尽量与沉淀池合并建造，避免用管渠连接；

（6）为避免已形成絮粒的破碎，絮凝池出水穿孔墙的过孔流速宜小于0.10ms；

（7）应避免絮粒在絮凝池中沉淀。

6.1.2絮凝池形式选择

絮凝设备与混凝设备一样，可分为两大类：

水力和机械。

本设计采用折板絮凝池，其优点为：

絮凝效果较好；构造简单，容积小。

6.2折板絮凝池的设计计算

1.已知条件：

单池设计水量（包括10%的水厂自用水量）：

絮凝池与沉淀池合建，池宽5.5m，池长22.75m。

2.主要数据与布置：

总絮凝时间16分钟，分三段絮凝，第一、第二段采用相对折板，第三段采用平行直板，折板布置采用单通道。

速度梯度G要求由90s-1逐渐减至20s-1左右，絮凝池总GT值大于2×104。

絮凝池有效水深H0，采用3.1m。

絮凝池布置见图3。

折板布置如下图3，板宽采用500mm，夹角90°，板厚60mm。

图3絮凝池和折板布置图

3.各段絮凝区计算如下：

（1）第一段絮凝区：

设通道宽1.4m，设计峰v1＝0.34ms，则

峰距

，

谷距

，

侧边峰距b3，由布置草图为

侧边谷距b4，

中间部分谷速v2，

侧边峰速v1′，

侧边谷速v2′，

水头损失计算：

中间部分：

渐放段损失：

渐缩段损失：

由图可知布置每格各有6个渐缩和渐放，故每格水头损失：

侧边部分：

渐放段损失：

减缩段损失：

每格攻6个渐缩和渐放，故：

进口及转弯损失：

共一个进口，一个上转弯和两个下转弯。

上转弯水深H4为0.53m,下转弯处水深H3为0.9m。

进口流速：

v3取0.3ms

上转弯流速：

下转弯流速：

上转弯ζ取1.8；下转弯及进口ζ取3.0，则每格进口及转弯损失h“为

总损失：

每格损失：

第一絮凝区总损失：

第一絮凝区停留时间：

第一絮凝区G1值：

（2）第二絮凝区：

第二絮凝区布置形式与第一絮凝区基本相同，主要的数据以及计算结果如下：

通道宽度：

采用1.9m

中间部分峰速：

v1＝0.253ms，中间部分谷速：

v2=0.094ms

侧边部分峰速，侧边部分谷速v1′＝0.082ms

总水头损失：

H2＝0.1326m，停留时间：

T2＝5.7min

平均速度梯度：

G2＝61.6s-1

（3）第三絮凝区：

第三絮凝区采用平行直板布置，见图4

主要的数据以及计算结果如下：

平均流速：

取0.10ms

通道宽度：

为

水头损失：

共一个进口以及3个转弯，流速采用0.10ms，ζ＝3.0，则单格损失为

总水头损失：

停留时间：

速度梯度：

（4）经检查计算，G值完全符合设计要求

图4第三絮凝区平行直板布置图

7.斜管沉淀池

给水处理的沉淀工艺是指在重力作用下，悬浮固体从水中分离的过程。

原水经过投药，混合与反应过程，水中悬浮物存在形式变为较大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来，以完成澄清的作用，混凝沉淀后出水浊度一般在10度以下。

7.1沉淀池类型的选择

本设计采用斜管沉淀池进行沉淀处理。

斜管沉淀池对原水水质、水量变化的适应性强，处理效果稳定，构造简单，池深度较浅，造价较低，操作管理方便，排泥效果好。

7.2斜管沉淀池的设计计算

7.2.1已知条件

（1）进水量Q=11000m3d=0.127m3s

（2）颗粒沉降速度：

u=0.35mms

7.2.2设计采用数据

（1）清水区上升流速：

v=2.5mms

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

7.2.3清水区面积

，其中斜管结构占用面积按3%记，则实际清水区面积：

。

为了配水均匀，采用斜管区面积尺寸为4.5m×12m,是进水区沿着9.5m长一边布置。

7.2.4斜管长度l

（1）管内流速

（2）斜管长度：

考虑管端紊流、积泥等因素，过渡区采用250mm。

.斜管总长:

l'=607+250=857mm,按1000mm计。

7.2.5池子高度

（1）采用保护高度0.3m；

（2）清水区：

1.2m;

（3）布水区:

1.6m；

（4）穿孔排泥斗槽高：

0.8m；

（5）斜管高度：

；

（6）池子总高：

H=0.3+1.2+1.6+0.8+0.87=4.77m

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，以上各项计算均同一般沉淀池或澄清池设计。

7.2.6复算管内雷诺数及沉淀时间

试中水力半径：

.

管内流速：

vo=0.289cms

运动黏度μ=0.01cm2s（当t=20℃时），

沉淀时间：

（沉淀时间T一般在4~8min之间）。

7.3沉淀池进出口形式及计算

沉淀池的进口布置要在进水断面上水流分布均匀，并避免已形成絮体的破碎，一般采用穿孔墙布置，其穿孔流速小于0.08~0.10ms。

沉淀池的出口形式采用穿孔管

（1）沉淀池池长度方向布置一条集水槽，出水量超载系数为0.5，则所担负的流量为0.127×1.5=0.19m3s,每侧采用3条穿孔管，将水流引入集水槽，两侧穿孔管距池壁0.65m，每根穿孔管间距1.35m,每根穿孔管所需担负的水量

，采用直径200mm的铸铁管，设孔口前水位高0.03m,则每根穿孔管所需孔眼面积：

，μ流量系数取0.62。

孔径采用40mm，则每孔面积为：

。

穿孔管两侧开孔，则每侧孔数为：

，取n=26。

穿孔管坡度取0.01，并坡向集水槽。

集水槽管

集水槽起点水深

集水槽终点水深

设槽内水面在穿孔墙0.1m以下，

则槽高

，其中0.3m为槽超高，0.1m为水头损失。

（2）排泥穿孔管的设计

排泥管每日沉渣量的干泥量G：

式中：

q—设计流量

—沉淀池进水悬浮物含量，取600mgL（s1≤2000）

—沉淀池出水悬浮物含量，取20mgL（s2≤20）

则

每日沉淀泥渣的泥浆体积：

式中：

r—泥浆密度，取1170kgm3

p—泥浆含水率，取97%

则

排泥槽贮泥部分体积：

式中：

B—沉淀池宽度；

—槽的上下宽，分别取0.99m，0.19m；

；

F—排水槽断面积；

n—排泥槽个数，，