课程设计水质工程学给水工程四川大学廖建平.docx
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课程设计水质工程学给水工程四川大学廖建平
1总论
1.1设计任务及要求
四川某县城自来水厂初步设计，要求进行初步方案设计，简要写出一份设计计算说明书，对主要处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算。
确定水厂平面布置和高程布置，绘出水厂平面布置图、高程布置图、管线布置图、各个单体处理构筑物的平面图、剖面图并对所用设备进行选型。
应做到设计合理、计算准确、图面清晰、语言简练、字体端正。
1.2基本资料
（1）现用水量：
5×104m3/d
（2）给水水源：
桃河
（3）水质资料：
原不为穿城河流，取水口在城镇上游，水质较好，含砂量较低（平均含砂量0.4kg/m3），上游无工业污染和集中生活污水污染。
表格1原水水质资料
项目
含量
项目
含量
浑浊度
300～1000mg/l
耗氧量
20mg/l
色度
10度
总硬度
3度（德国度）
水温
10～20℃
暂时硬度
3度（德国度）
PH值
7.5～8.0
氯化物
21mg/l
细菌总数
12000个/ml
总固体
298mg/l
大肠菌数
33000个/l
碱度
8度
臭和味
微量
（4）地质资料
A.拟建水厂区域工程地质钻探资料
通过工程地质钻探，地层构造为：
表层为0.5～0.7m厚的耕土，以下均为密实压粘土，地下12m处才有基岩露头。
地下水位在地表8m以下，地下水无浸蚀性。
地基耐压力为15T/㎡。
B.该城镇地震资料
据记载，该地区未发生过破坏性地震，据地震监测总的记录，该地区最大震级为6级，地震裂度为6度。
由四川地震局推荐，该地区建筑设计按地震裂度7度设防。
（5）水文资料
桃河由西向东穿城而过，拐向镇东南流出城。
河上设有两座通行汽车的大桥。
河流常年流量较大，上游设有一大型水库调节，因此河流枯水位及流量变化不大。
该河流为通航河流，船舶最大吨位700吨，并有木排放下，取水构筑物设计时应考虑放排和通航的影响。
最高洪水位：
188.00m
最大流量：
150m3/s
常水位：
185.40m
年平均流量：
75m3/s
枯水位：
183.00m
最小流量：
50m3/s
取水口水深最小达：
4.0m
（6）气象资料
A.风向：
见右方风玫瑰图
B.气温
最冷月平均：
4.0℃
最热月平均：
34.1℃
极端最高气温：
40℃
极端最低气温：
-2℃
C.降水量：
年平均降雨量：
1185.4mm
一日最大降雨：
197.1mm
D.土壤冰冻深度：
0m
（7）其它资料
该城镇为县政治、经济中心，交通便利，铁路、公路、水运均与省城及埠外相连接，该县地方材料丰富。
（8）水厂厂址地形图一张（见附录）
2总体设计
2.1工艺流程的确定
根据原水水质资料可知：
原水浑浊度300-1000mg/l，细菌总数12000个/ml，大肠菌数33000个/l，耗氧量20mg/l,有微量的臭和味，原水受到较为严重污染，细菌指标超标严重。
色度10度，氯化物21mg/l，总硬度3度（德国度），暂时硬度3度（德国度），总固体298mg/l，这几项指标达到生活饮用水卫生标准。
因此处理的重点在于降低浊度、耗氧污染物和杀灭细菌等病源微生物，根据现有的技术经济条件，选用常规水处理工艺进行处理。
图I水处理工艺流程图
现用水量5×104m3/d，水厂自用水系数取1.05，则给水厂设计处理能力为5.25×104m3/d。
2.2处理构筑物及设备型式的选择
采用岸边分建式取水构筑物取水，取水头部采用菱形箱式取水头，取水头取集的水通过两根钢管自流至一泵站集水间。
为修建方便，一泵站采用矩形平面泵站，安装三台机组，两用一备。
取水泵站离水厂的距离不是很远，输水安全问题不是很大，考虑各台水泵共用一条压水管输水至配水井，管材采用钢管。
混凝剂选择PAC,药剂溶解设备选用机械搅拌溶药池，混凝剂的投加选用耐腐蚀隔膜式计量泵，药剂混合设备选择管式静态混合器。
絮凝沉淀采用往复式隔板絮凝池和平流式沉淀池，往复式隔板絮凝池和平流式沉淀池合建。
过滤采用V型滤池，消毒剂选择常规的氯消毒。
由于城市供水区域所需水压未知，二泵站不进行设计，只按估计预留建设用地。
办公楼、职工宿舍、职工食堂、停车场等生活设施集中布置在远离处理构筑物的地方；水厂加药间、加氯间、药剂储存间、化验室合建，靠近处理构筑物布置在下风方向；配电室、机修间、门卫室和喷水池、花坛等园林绿化设施按需要布置。
3取配水构筑物设计计算
3.1菱形箱式取水头设计计算
桃河水位及流量变化不是很大，有通航和放木排的需求，因此考虑采用岸边分建式取水构筑物取水。
取水头部采用菱形箱式取水头，取水头取集的水通过两根钢管自流至一泵站集水间。
需水量为5×104m3/d，水厂自用水系数取1.05，则取水头部取水能力需为5.25×104m3/d。
取水头部设格栅，以拦截水中漂浮的浮渣、杂草等，其中格栅栅条间净距根据取水量大小和漂浮物等情况确定，小型取水构筑物宜为30～50mm，大、中型取水构筑物宜为80～120mm。
本设计中进水孔设计流速取0.7m/s，栅条采用扁钢，厚度s=10mm，格栅栅条净距选择b=50mm，格栅阻塞系数采用K1=0.75。
栅条引起的面积减少系数为：
进水孔总面积为：
设四个进水口，每个进水口面积为：
进水口尺寸采用：
格栅设计详见图纸。
3.2一泵站设计计算
为修建方便，一泵站采用矩形平面泵站，安装三台机组，两用一备。
从取水头部到取水泵站集水间自流输水管设两条，设计流速0.7m/s。
管径为：
。
泵吸水管设计流速取1m/s。
则吸水管管径为：
原水从取水头部经自流输水管流至集水井，经泵的提升后由压力钢管输送至给水厂配水井，压力输水管设计流速取1.5m/s。
则压力输水管管径为：
3.3配水井设计计算
一泵站送来的原水经配水井流至处理构筑物，从配水井流至絮凝沉淀池的出水管管内流速取0.7m/s，则管径需。
4混凝构筑物和设备设计计算
混凝效果的好坏与混凝剂的品种有非常重要的关系，混凝剂的品种主要有：
硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合氯化铝（碱式氯化铝）。
聚合氯化铝（碱式氯化铝）对于高浊和微污染水的处理效果均较好且有很好的脱色作用，在本工艺中采用聚合氯化铝（碱式氯化铝PAC）。
4.1药剂调配池设计计算
最大投药量取，则可算出每日投药量为1650kg,药液质量浓度取，每日调配一次药剂，则所需药剂调配池容积为16.5m3，设计药剂调配池的尺寸为：
，另外需超高0.3m，实际药剂调配池的尺寸为：
。
为便于调配药剂，药剂调配池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜，池顶高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。
调配池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管。
药剂调配池设置机械搅拌机一台，池壁设超高0.3m，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。
调配池一般采用钢筋混凝土池体，与混凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪，采取相应的防腐措施。
4.2药剂投配设备设计
采用隔膜式计量泵投加的方式投加药液，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投加量，药剂注入管道的方式详见图纸设计。
4.3混合设备的设计计算
混合设备选用管式静态混合器，构造如图所示。
图II管式静态混合器示意图
管式静态混合器是处理水与混凝剂瞬间混合的理想设备，具有占地面积小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点。
管式静态混合器由二个一组的混合单元组成，在不需外加动力的情况下，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而实现药剂与水的充分混合。
管式静态混合器水头损失计算如下：
处理水量5.25×104m3/d,，则根据上式可计算得知管式静态混合器的水头损失为：
0.086m，实际流速V=0.642m/s,1000i=0.429,从配水井至往复式隔板絮凝池的管道长度设为10m,则管道水头损失为：
0.004m,则总水头损失为0.09m。
选DN1100钢管内装3个混合单元的管式静态混合器。
4.4反应构筑物的设计计算
反应构筑物的作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成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池及其各种形式的组合，主要有隔板絮凝、栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝等。
这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件。
综合考虑，本设计采用往复式隔板絮凝池。
絮凝时间取t=20min，平均水深2.5m，絮凝池和后面的平流式沉淀池宽度取14m。
设计水量。
往复式隔板絮凝池容积
往复式隔板絮凝池净平面面积
往复式隔板絮凝池长度
廊道内流速分为5档：
转弯处流速等于廊道流速的1/1.5-1/1.2，则各档流速廊道宽度为：
，
廊道数的计算。
取每一档流速廊道条数相同，即每一档流速水流在絮凝池中停留时间逐渐增大，则廊道条数：
取每一档流速廊道5条，共25条，水流转弯24次，絮凝池隔板间距之和
絮凝池隔板墙厚取0.1m，则絮凝池实际长度
廊道长度。
各档流速廊道长度。
其中，廊道宽1.2m，流速0.203m/s的一档最后一个廊道紧挨着穿孔花墙，不计入该档流速廊道的长度，则廊道长度变为70-14=56m。
一般水泥板或水泥砂浆抹面渠道水力粗糙系数n=0.013，取20℃时水的动力黏度。
各段廊道水头损失按下式计算：
式中：
——第i段廊道内水流转弯次数
——隔板转弯处局部阻力系数，180°时=3，90°时=1
——第i段廊道内水流转弯处水流流速，等于廊道内流速的1/1.5-1/1.2
——第i段廊道过水断面水力半径
——第i段廊道流速系数，
——廊道壁面、池底粗糙系数，通常取
速度梯度，式中：
——水的重度，
——水的动力黏度，，20°时为
表格2各档流速廊道水头损失及速度梯度计算表
段数
转弯次数
直流段长度
廊道宽度
水力
半径
流速系数
廊道流速
转弯流速
水头损失
停留时间
速度梯度
1
5
70
0.5
0.227
60.0917
0.486
0.389
0.136
144
96.14
2
5
70
0.6
0.268
61.7600
0.405
0.324
0.091
173
72.03
3
5
70
0.8
0.345
64.4155
0.304
0.243
0.050
230
45.98
4
5
70
0.95
0.399
66.0056
0.256
0.205
0.035
273
35.30
5
4
56
1.20
0.484
68.1572
0.203
0.162
0.017
276
24.63
0.329
1096
54.21
平均速度梯度
配水廊道底部以2‰的坡度坡向水流流动方向，在每道配水廊道底部设DN200的排泥管。
5沉淀池设计计算
选用平流式沉淀池，平流式沉淀池抗冲击负荷，处理出水水质稳定，后期扩建时可以方便将其改建成斜管或斜板沉淀池。
设计数据选用：
表面负荷，沉淀时间，水平流速。
5.1平流式沉淀池平面尺寸的确定
沉淀池面积
沉淀池长度
沉淀池宽度
实际沉淀池面积实际表面负荷
沉淀池有效水深，取水深H=3.20m，超高0.3m，池深3.5m。
沉淀池长宽比
沉淀池长深比
实际停留时间
实际水平流速
5.2穿孔花墙设计计算
絮凝池与沉淀池之间采用穿孔花墙布水，
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