水厂工艺流程设计课程设计.docx
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水厂工艺流程设计课程设计
水质工程学
（一）
课程设计说明书
学院：
程学院系名：
专业：
给水排水姓名：
学号：
班级：
指导教师：
指导教师：
2012年6月15日
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机械搅拌澄清池………………………………………………11
4.5V型滤池……………………………………………………17
4.6消毒……………………………………………………………23
4.7清水池…………………………………………………………24
4.8二级泵站………………………………………………………25
4.9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
1.1.1设计水量
水厂设计流量根据本人学号确定：
一班同学的设计水量：
（学号后两位数值）m3万/d
二班同学的设计水量：
（学号后两位数值+0.5）m3万/d
1.1.2原水水质及水文地质资料
（1）原水水质情况
序号
名称
含量
备注
1
悬浮物
最高1800mg/L最低50mg/L
平均300mg/L.
2
细菌总数
250个/mL
3
大肠杆菌
10个/mL
4
臭和味
微量
7
其余均符合国家地面水水源Ⅱ级标准
（2）水文地质及气象资料
a.河流水文特征
位于厂址北侧的河流作为取水水源，河流洪水位:
23.80m,最河流枯水位:
17.60m,常年水位:
22.60m
b.气象资料
最热月平均气温:
25.6°C，最冷月平均气温:
2.7°C
风向:
冬季主导风向为西北风，夏季主导风向为西南风。
c.地形地质
水厂规划用地面积满足水厂用地指标要求，用地形状自定，地形图如下：
1.1.3出厂水质、水压要求
出水达到国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），二泵站出水扬程要求为28米。
1.2设计任务
1.方案选择：
根据原水水质水量和处理后水质要求选择并确定给水厂工艺流程。
2.通过经济技术比较选择并确定各水处理构筑物类型。
3.对水厂构筑物进行设计计算,并附有必要的单线草图。
4．确定辅助构筑物尺寸和位置，进行水厂平面布置并绘制水厂平面布置图
5.计算各净水构筑物和连接管忠的水头损失，考虑水厂地形，确定各净水构筑物的标高，绘制水厂高程布置图。
第二章水厂设计规模的确定
1.近期规模
设计规模为（29+0.5）=29.5万m3/d（3.414m3/s），制水能力Q=29.5×1.07=31.565万m3/d=13152m3/h，其中水厂自用水5%～10%，取7%。
近期规模31.565万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8组，每组构筑物类型相同,每组处理规模为3.945625万m3/d（1644m3/h）。
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.
初步选定三套方案如下:
方案一:
取水→一级泵站→管式静态混合器→机械搅拌澄清池→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→机械搅拌澄清池→移动罩滤池→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂
方案三：
一级泵站→管式静态混合器→机械搅拌澄清池→V型滤池
→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂
方案一
方案二
方案三
类别
管式静态混合器
管式扩散混合器
管式静态混合器
优点
1.设备简单，维护管理方便
2.不需土建构筑物
3.在设计流量范围，混合效果较好
4.不需外加动力设备
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
1.设备简单，维护管理方便
2.不需土建构筑物
3.在设计流量范围，混合效果较好
4.不需外加动力设备
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
混合效果受水量变化有一定影响
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
适用于水量变化不大的各种规模水厂
类别
普通快滤池
移动罩滤池
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.池体结构简单
2.能自动连续运行，无需冲洗水箱或水塔
3．造价低，无大型阀门，管件少
4.节约用地，节约点电耗
5降速过滤
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.需设移动冲洗设备，对机械加工，材质要求高
2其实设计滤速高，因为滤池平均设计滤速不宜过高
3罩体与隔墙间的密封要求较高
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.单个面积不宜过大（例如小于10㎡）
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,确定选择方案三,即:
消毒剂↓
取水→一级泵站→管式静态混合器→机械搅拌澄清池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户
第四章水厂各个构筑物的设计计算
取水泵房：
已知吸水间最低动水位标高为17.60-0.6m=17.0m（0.6m为水头损失，为估算值）,为保证吸水管的正常吸水，取吸水管的中心标高为15.5m。
（吸水管上缘的淹没深度为17.0—15.5—D/2=1m，其中D取1000mm）。
取吸水管下缘距吸水间底板0.75m,则吸水间底板标高为15.5-（D/2+0.75）=14.25m。
洪水位标高为23.80，考虑1.50m的浪高，则操作平台标高为25.30m。
故泵房筒体高度为：
H=25.30-14.25=11.05m
操作平台以上的建筑高度，根据起重设备及起吊高度、电梯井机房的高度、采光及通风的要求，吊车梁底板到操作平台楼板的距离取为6m,从平台楼板到房顶底板净高为1.5m,所以整个一泵房的高度为11.05+6+1.5=18.75m。
4.1配水井
每个配水井设计规模为6576m3/h，设计2个，配水井是为了改善进水泵池来水的水流条件，均匀分配原水至各组处理构筑物，确保运行的稳定性。
配水井同时作为滤池上清液的接纳点。
配水井水停留时间采用2.5
，配水井有效容积为274m3。
配水井外径为8m，内径4m，井内有效水深为5.45m，配水井总高度为6m。
配水井进水管采用DN1300mm钢管，配水井出水管采用
钢管。
一级泵站
↓
配水井
↓
管式静态混合器←投加混凝剂（硫酸铝）
↓
机械搅拌澄清池
↓
V型滤池
↓←投加消毒剂（液氯）
清水池
↓
吸水井
↓
二级泵站
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1644m3/h，设计2座溶液池，每座提供4组的混凝剂即Q=1644×4=6576m3/h。
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15%。
采用计量投药泵投加。
计算过程:
1.溶液池容积W1
W1=aQ/（417cn）
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，6576m3/h;
c—溶液浓度（按商品固体重量计），15%；
n—每日调制次数，3次。
所以:
W1=30×6576/（417×15×3）=10.513m3
溶液池容积为12m3,有效容积为10.52m3，，溶液池的形状采用矩形，长×宽×高=2m×2m×3m，包括超高0.5m，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=0.3×10.513=3.154m3
设计尺寸为长×宽×高=1.6×1.0×2.5m,其中包括超高为0.5m,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。
溶解池的放水时间采用t=10min，则放水流量q0=W2/60t=5.26L/s
查水力计算表得放水管管径d0=50mm，相应流速为2.50m/s，采用钢管。
溶解池池底部设管径DＮ100mm的排渣管一根。
3.投药管
投药管流量q=w1×2×1000/24×60×60=0.24L/s,查水力计算表得管径为d=25mm，相应流速为0.47m/s，采用钢管。
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。
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13152m3/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
=24×13152×30×30/（1000×40）≈7102袋
有效堆放面积A=NV/1.5（1-e）
=7102×0.5×0.4×0.2/（1.5×0.8）=236.8㎡
其中e为堆放孔隙率，袋堆时e=20%。
4.3管式静态混合器
管式静态是什么、、、、、、、
计算过程：
1.设计流量
每组混合器处理水量为:
1644m
/h=0.4567m
/s
2.水流速度和管径
由流量为1644m
/h，查水力计算表得:
v=0.92m/s,管径800mm,1000i=1.25.
投药口至澄清池距离为。
。
。
。
4.3机械搅拌澄清池
已知条件：
每组机械搅拌澄清池的设计流量为Q=1644m
/h=456.7L/s。
泥渣回流量按4倍设计流量计。
第二反应室提升流量Qˊ=5Q=5×456.7=2283.5（L/s）=2.2835（m
/s）。
水的总停留时间t总=1.5h。
（1.2-1.5h）
第二反应室上升流速及导流室下降流速u1=50mm/s=0.05m/s（以Qˊ计）。
（40-70mm/s）
第二反应室内水的停留时间t1=0.6min=36s。
（0.5-1min）
分离室上升流速u2=1mm/s（0.8-1.1mm/s）
计算过程:
设第二反应室内导流板截面积A1为0.035㎡，则：
1=
=
=45.67㎡
直径
=
取二反应
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）
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
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.
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
清水渠断面:
同进水渠断面
4.7消毒
设计计算:
1.加氯量
已知条件:
设计水量Q1=80000m3/d=3333.3m3/h，
清水池最大投加量a为1mg/L.
预加氯量为0
清水池加氯量Q=0.001aQ1=0.001×1×3333.3=3.33kg/h
二泵站加氯量不做考虑
2.加氯间
仓库储备量按30d最大用量计算：
M=3.33×30×24=2398kg
选用1t的氯瓶3个，氯瓶长L=2020mm，直径D=800mm，公称压力2.2Mpa.加氯间中将氯瓶和加氯机分隔布置.加氯间有直接通向外部的门,保持通风.加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关.
4.8清水池
设计计算:
已知条件:
设计水量Q=31.565万m3/d.
1.清水池调节容积取设计流量即最高日用水量的10%，则调节容积为：
W1=10%×Q=10%×31.565×10000=31565m3
2.消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s
连续灭火为2h,则消防容积为:
W2=25×2×3600/1000=180m3
3.水厂自用水（用于冲洗滤池，沉淀池排泥等）的贮备容积为:
W3=7%×Q已在设计流量考虑范围内.
4.安全储量:
不做考虑W4=0
5.每组清水池的容积为:
W=W1+W2+W3+W4=31565+180+0=31745m3
6.水厂内建4座矩形清水池,容量为W/4=7936.25m3
清水池有效水深取4.5m,超高0.3m，则清水池的平面尺寸为63m×30m.
7.清水池进水管按最高日平均时流量计算，采用钢管，直径为800mm，流速为0.91m/s。
清水池出水管按最高日最高时流量计算，采用钢管，直径为800mm，流速为0.91m/s。
溢流管与进水管直径相同为800mm，管端为喇叭口，管上不得安装阀门.
排水管直径为600mm。
8.清水池设2个检修孔，孔顶设有防雨盖板.检修孔直径为600mm.池顶设8个通气管，并设有网罩。
通气管直径为200mm.
9.考虑清水池容积较大，为满足抗浮要求，清水池池顶覆土0.5m.
10.清水池设有水位连续测量装置，供水位自动控制和水位报警之用.
4.9二级泵站
1.吸水井
吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求.
吸水井最高水位标高=清水池最高水位标高-连接管道中的水损=20.63-0.15m=20.48m
吸水井最低水位标高=清水池池底标高-连接管道中的水损=16.75-0.15=16.60m
吸水井长度30m,吸水井宽度8m.吸水井高度为6.2m.水深6m.
2.泵房高度
根据流量Q=315650m3/d=3.653m3/s，流量变化范围为0.85Q/（2×0.9）-1.15Q/（2×0.9），即1.73-2.33m3/s，扬程28米，效率以及离心泵性能曲线综合考虑，近期选择3台1200S32型水泵（Q=2400L/s，H=35m，N=992kw），两台工作，一台备用。
根据1200S32型水泵的要求选用Y1400-6/1430型异步电动机（1400kw，10kv）,IP23防护。
二泵房室内低坪标高为18.48m,泵房所在的室外地坪标高为20.48m，二泵房室内地面低于室外2m.泵房为半地下室.
选用LH5t电动葫芦双梁桥式起重机，泵房地面上高度为:
H1=a2+c2+d+e+h+n,其中:
a2为行车梁高度，c2为行车梁底至其重钩中心的距离；d为其重钩的垂直长度，e为最大一台机组的高度，h为吊起物底部与泵房进口处平台的距离．泵房地下高度H2=2.000m,则泵房高度H=H1+H2=7.500+2.000=9.500m
泵房长度40m，宽度10m，高度9.5m.
4.10附属构筑物
附属构筑物包括生产辅助建筑物和生活附属建筑物.
1.生产辅助建筑物:
主要有维修车间、配电房、加氯间和药库，化验间，仓库，露天堆场等.
2.生活附属建筑物:
生活附属建筑物包括水厂的办公楼、车库、值班宿舍、控制室、食堂、浴室及锅炉房，传达室等.
各附属建筑物及建筑小品的大小根据规范和水厂规模选择如下：
构建筑物名称
大小L×B
生产管理行政办公楼（3层）
20m×10m
加药间和药库
30m×20m
食堂
10m×10m
维修间
20m×18m
仓库
20m×13m
化验室
18m×10m
锅炉房
10m×10m
浴室
10m×7.2m
宿舍（3层）
10m×8m
管配件堆场
20m×10m
砂石滤料堆场
20m×10m
车库
18m×10m
篮球场
28m×15m
文体健身活动室
20m×10m
传达室
7m×5m
喷泉
R=8m
花坛
R=8m
水厂内绿化面积为总面积的30%.厂内道路多数为6-8米，包括人行小道3米.所有道路的转弯半径均为6米.绿地由草地、绿篱、花坛、树木配合构成，面积大的可以在中间设建筑小品和人行走道形成小型花园.在建筑物的前坪，道路交出口的附近都设绿地.在建筑物或构筑物与道路之间的带状空地进行绿化布置，形成绿带.在需要围护的地方设绿篱，既起到隔离的作用，又可以达到美化的效果.水厂四周设置高2.50米的防护围墙，采用砖砌围墙.
第五章水厂平面和高程布置
5.1平面布置
平面布置时，应考虑一下几点：
1.布置紧凑，以减少水厂占地和连接管渠的长度，但是各构筑之间应留出必要的施工和检修空间和管道位置.
2.充分利用地形，力求挖填方平衡以减少施工量.
3.各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便.
4.沉淀池排泥及滤池冲洗废水排除方便，力求重力排污.
5.厂区内应有管、配件等露天堆场.
6.建筑物布置应注意朝向和风向.
7.有条件时最好把生产区和生活区分开.
8.应考虑水厂扩建可能.
9.水厂的工艺流程采用直线型布置，流程力求简短，适当增加绿地，使水厂立面丰富.
5.2高程布置
高程布置应根据厂址地形，地质条件，周围环境以及进水水位标高
确定。
一般布置方式有高架式，低架式，斜坡式，台阶式。
本水厂整体采用斜坡式，局部地区因地制宜。
名称
水头损失（m）
水位标高（m）
管段
构筑物
沿程
构筑物
机械澄清池
0.7
26.22
机械澄清池至v形滤池
0.400
25.12
V型滤池
3.99
V型滤池至清水池
0.500
清水池
0.1
20.63
清水池至吸水井
0．05
清水池
20.48
第六章设计小结和有关图纸
6.1设计小结
为期两周的给水工程课程设计结束了，不管怎样，首先肯定自己独立完成，没有抄袭其他同学，遇到问题及时找同学交流，找老师解答，在此也谢谢老师和大家的帮忙，对于此次给水厂的设计总结如下：
1.水厂规模的确定要考虑自用水。
2.水工艺方案的确定要从多方面考虑，着重在技术和经济上，并且整个工艺要合理搭配。
3.各个构筑物的计算及许多参数的选择要符合规范要求，需要校核的地方一定要校核，计算要细心详细，
4.构筑物的布置利用地势，做到整体协调，构筑物周围考虑必要的空地，便于维修及发展。
5.附属构筑物的大小，布置也要合理，可以考虑集中一侧，便于管理和交通。
6.厂区的其他管道也可以考虑布置，增加整体合理性。
7.绘图要选择合适的比列，尽量做到合理美观，标注及管线要清楚。
还有一些心得就不写了，总之自己要勤快，不懂得多问多交流，当然也要先积极思考，这次在机械搅拌澄清池的计算上花的时间很多，通过寝室同学之间的交流和请教老师，最终解决了问题，课设学的知识总是比光去研究课本来得快来的深，虽然还有许多的细节和疑问之处需要我们进一步去摸索，但是这不影响这一阶段的结束及对自己的肯定，知识的获取总是需要过程和时间的，最后有许多不足和错误之处，希望老师指正批评，让我更进一步！
6.2有关图纸
名称
大小
数量
给水厂平面布置图
A1
1张
给水厂高程布置图
A1
1张
具体内容祥见图纸
参考文献
1.给水工程（第4版）
严煦世，范瑾初主编，中国建筑工业出版社
2.给水排水工程设计手册（第3册）
中国市政工程毕业设计研究所主编，中国建筑工业出版社
3.给水厂处理设施设计计算
崔玉川，员建，陈宏平主编，化学工业出版社
4水质工程学
（一）课程设计指导书
给排水教研室主编
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