给水处理厂净水构筑物设计计算示例.docx

1、给水处理厂净水构筑物的设计计算1 设计规模给水处理厂的设计水量以最高日平均时流量计。设计处理水量175000m3/d，水厂自用水量占5，故设计总进水量为Q=1750001.05=183750m3/d=7656.26 m3/h=2.12 m3/s。根据处理水量，水厂拟分为2个系列，平行布置。2 配水井设计2.1 配水井设置一般按照设计规模一次建成，停留时间取30s。2.2配水井有效体积V=Qt=2.1230=63.6m=64m2.3 配水井尺寸确定设进厂原水管道经济流速为2.0m/s，则水厂进水管管径D进水=1161mm，实际取D进水=1100mm，对应流速为2.23 m/s。设计其高为H=2m

2、，其中包括0.5m超高。则配水井底面积为；，取D=7.5m。池子的有效容积为，满足要求。4.3药剂投配设备设计4.3.1 溶液池容积W1 = =30.60m32m3 式中：a混凝剂的最大投加量，本设计取50mg/L（查设计手册得）； Q设计处理的水量，7656.26m3/h； c溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-20%，本设计取10%； n每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。设计容积取32m3，溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为LBH=4.04.02.5，高度中包括超高0.5m，有效高度2.0m，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：

3、 LBH=4.04.02.0=32m，满足要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，池底坡度为0.02。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。4.3.2 溶解池容积W2 W2=（0.20.3）W1=0.2 32=6.4m3 式中： 溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.2。溶解池分1个，单个溶解池尺寸：LBH=2.12.01.8，高度中包括超高0.3m，有效高度1.5m，池底坡度采用0.02。 溶解池实际有效容积：W2 = LBH=2.12.01.5=6.3 m 溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：q0=W2/（60t）=6.31000/（6010）=10.5L/s。查

4、水力计算表得放水管管径150mm，相应流速v=0.59m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。4.3.3投药管投药管流量q=0.74L/s查水力计算表得投药管管径d40mm，相应流速为0.59m/s。4.3.4. 计量投加设备本设计采用计量泵投加混凝剂。计量泵每小时投加药量:q=2.67 m/h式中：溶液池容积，m3。计量泵型号为，选用两台，一备一用。4.3.5药库的设计(1)药剂仓库与加药间宜连接在一起，存储量一般按最大投加量期的1个月用量计算。(2)仓库除确定的有效面积外，还要

5、考虑放置泵称的地方，并尽可能考虑汽车运输方便，留有1.5米宽的过道。(3)应有良好的通风条件，并组织受潮，同时仓库的地坪和墙壁应有相应的防腐措施。仓库容积考虑存放15天的混凝剂用量。仓库靠近加药间。每日混凝剂用量为50183750/106=9.19t药剂通道系数采用15%，则面积为115%药品堆放高度按2.0m计，则所需面积为（9.19151.15）/3=52.84m2取54，平面尺寸为96。4.3.6需用空气量（1）溶液池所需空气量Q=nFq=2（32.7）8=129.6L/s式中： Q溶液池所需空气量； F药池平面面积，m2；q空气供给强度，L/（s.m2），取8 L/（s.m2）； n每

6、日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。（2）溶解池所需空气量Q=nFq=2（2.11.0）5=21L/s式中： Q溶液池所需空气量； F药池平面面积，m2；q空气供给强度，L/（s.m2）,取5 L/（s.m2）； n每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。4.4混合设备的设计本设计分两个系列，采用机械混合池，在机械混合池内安装搅拌装置，用电动机驱动搅拌器。混合池采用方形。混合池时间取60s，G值为6001000s-1，混合池池深和池宽之比为1:13:1。4.4.1混合时间T=60s4.4.2混合池流量Q=2.12m3/s4.4.3混合池有效容积及尺寸W=QT=2.1260=63.6m

7、混合池深取4.3m，故混合池尺寸为6.14.84.3m3。4.4.4搅拌机转速，旋转角速度和轴功率（1）搅拌机转速n0=60vD0=603/（2.3）=24.91（r/min）n0搅拌机垂直轴转速； v浆板外缘线速度，15m/s，本设计取3m/s；D0搅拌机直径（1/32/3）D，其中D为矩形混合池等效为圆形的直径为4.6m，本设计中D0取2.3m；（2）搅拌机旋转角速度w=v/r=5/1.15=4.35(rad/s)w搅拌机旋转角速度； v浆板外缘线速度，5m/s；r搅拌机半径，r=D0/2=1.15m；（3）轴功率a.计算轴功率N2=C3ZeBR04408g=0.510004.353220

8、.291.1544089.81=22.86（kw）N2计算轴功率；w搅拌机旋转角速度,4.35rad/s； C阻力系数，0.20.5,取0.5；水的容重,1000kg/m3；Z搅拌器叶数，取2； e搅拌器层数，取2层；B搅拌器宽度，B=（0.10.125）D0，本设计中B=0.1252.3=0.29m；R0搅拌器的半径，1.15m；b.需要轴功率N1=WG21000=0.969110-363.660021000=22.19（kw）N1需要轴功率；水的动力粘度，查手册知，22时为0.969110-3； W混合池容积，63.6m；G设计速度梯度，取600s-1；N1N2，故满足要求。c.电动机功率

9、N3=N2n=22.860.85=26.89（kw）N3电动机轴功率；n传动机械效率，一般取0.85； N2计算轴功率；4.5絮凝设施的设计本设计絮凝反应池采用隔板往复式絮凝池4.5.1 设计参数絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为 Q=7656.26/2=3818.13m3/h=1.06m/s，絮凝时间T=20min。4.5.2设计计算1. 絮凝池有效容积 絮凝池平均水深取2.5m，池宽平流沉淀池池宽相等，取B=15.0m。2. 絮凝池有效长度式中： H平均水深(m);本设计取超高0.5m，H=2.5m；3. 隔板间距絮凝池起端流速取，末端流速取。首先根据起，末端流速和平均水深算出

10、起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。起端廊道宽度： 末端廊道宽度： 廊道宽度分成4段。各段廊道宽度和流速见表2-1。应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真实流速的近似值，因为，廊道水深是递减的。四段廊道宽度之和取隔板厚度=0.20m，共26块隔板，则絮凝池总长度L为：4.水头损失计算式中： vi第i段廊道内水流速度（m/s）； 第i段廊道内转弯处水流速度（m/s）； mi第i段廊道内水流转弯次数；隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（1800转弯）=3；第i段廊道总长度(m)；-第i段廊道过水断面水力半径（m）；流速系数，随水力半径Ri和池底及池壁

11、粗糙系数n而定，通常按曼宁公式计算。=0.28 m，絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，粗糙系数为n=0.013。其他段计算结果得： 廊道转弯处的过水断面面积为廊道断面积的1.2-1.5倍，本设计取1.4倍，则第一段转弯处流速： m/s式中：第i段转弯处的流速（m/s）； 单池处理水量（m3/h）； 第i段转弯处断面间距，一般采用廊道的1.2-1.5倍； 池内水深（m）。其他3段转弯处的流速为： 各廊道长度为：各段转弯处的宽度分别为0.84m；1.12m；1.4m；2.1m（1.4倍的廊道宽度）；第1段水头损失为：m5.GT值计算(t=20时)与核算4，满足要求。b长深比沉淀池

12、长深比为L/h=72/3.5=20.610，满足要求。c弗罗徳数水力半径R=BH/(2H+B)=153.5/(23.5+15)=2.39m=239cm弗劳德数Fr=v2/Rg=（2010-1）2/（239981）=1.710-5（在110-4110-5之间），满足要求Fr弗劳德数；v水平流速，cm/s； R水力半径，cm；g重力加速度，cm/s2；d雷诺数雷诺数Re=vR/=20239/0.9691=4932（在400015000之间）,为紊流状态，符合设计要求。Re雷诺数；v水平流速，cm/s； R水力半径，cm；水的运动粘度，22下为0.9691。4.6.4 进水穿孔墙1.沉淀池进口处用砖

13、砌穿孔墙布水，墙长15m，墙高3.5m（有效水深3.2m，用机械刮泥装置排泥，其积泥厚度0.1m，超高0.2m。2.穿孔墙孔洞总面积絮凝池与沉淀池之间采用穿孔花墙配水。孔口总面积为A=Q/v=1.06/0.2=5.3m2.式中：A孔口总面积，m2； v孔口流速，m/s，一般取值不大于0.150.2 m/s设计中取为0.2m/s 。3.孔洞个数每个孔口尺寸定为15cm8cm，则孔口数为5.3/（0.150.08）=442个。4.进口水头损失：h1=v12/2g=0.004m式中： h1进口水头损失，m； 孔洞阻力系数，此处取为2。4.6.5 出水系统1.出水堰深度采用薄壁堰出水，堰口应保证水平。

14、出水堰的堰口标高能通过螺栓上下调节，以适应水位变化。出水堰起端水深为：h2=1.73=1.73=0.8m式中：h2 出水渠起端水深，m； B渠道宽度，取为1.0m。为了保证自由溢水，出水渠的超高规定为0.1m，则渠道深度为0.9m。2.渠道内水流速度：v2=Q/(bh2)=1.06/(1.00.8)=1.33m/s3.沉淀池的出水管管径管径初定为DN1000，此时管内流速为v3=4Q/(D2)=41.06/(11)=1.35m/s4.6.6 沉淀池的放空管沉淀池放空时间按3h计，则放空管直径为d=0.362m采用DN=400mm。T放空时间，此处按3h计；H池内平均水深，此处为3.5m；4.6

15、.7 排泥设施选择沉淀池底部设泥斗，污泥斗深0.6m。采用机械排泥。4.6.8 沉淀池的总高度H总=h3+h4+H=0.5+0.6+3.5=4.6m式中：H总沉淀池总高度，m； h3 沉淀池超高，m，一般采用0.30.5m，设计中取为0.5m； h4 泥斗高度，m。图3-3 平流沉淀池简图4.7过滤设施的设计与计算本设计采用V型滤池，其设计计算过程如下：4.7.1 设计参数滤池分两组，每组滤池设计水量Q=91875m/d,设计滤速=12m/h，过滤周期48h；滤层水头损失：冲洗前的滤层水头损失采用1.8m第一步气冲冲洗强度q气1=15L/（sm2），气冲时间t1=3min；第二步气-水同时反冲

16、，空气强度q气2=15L/（sm2），水强度q水1=4L/（sm2），气水反冲时间t2=4min；第三步水冲强度q水2=5L/（sm2），单独水反冲时间t3=5min；冲洗时间共计t=12min=0.2h；反冲洗周期T=48h；反冲横扫强度1.8 L/（sm2）。4.7.2 池体设计与计算1.池体工作时间tt=24-t=24-0.1=23.9h（式中未考虑排放初滤水）2.滤池面积F每组滤池面积为：F=320m2滤池总面积640。3.滤池的分格为节省占地选双格V型滤池，池底板用混凝土，单格宽B=4m，长L=10m，面积40m2。每组滤池设置N=4座，每座滤池面积f=80m2，一组滤池总面积320

17、 m2，两两合建共2组，故滤池总面积640。4.校核强制滤速v=16 m/h17 m/h，满足要求。5.滤池高度的确定滤池超高H5=0.3m滤层上的水深H4=1.5m滤料层厚H3=1.0m滤板厚H2=0.13m滤板下布水区高度H1=0.9m则滤池总高为：H=H1+ H2+ H3+ H4+ H5=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83m6.水封井的设计滤池采用单层加厚均粒滤料，粒径0.951.35mm，不均匀系数1.21.6均粒滤料层的水头损失按下式计算：H1=180l0v式中： H1水流通过清洁滤料层的水头损失，cm； V水的运动黏度，cm2/s，22时为0.009691/s； g

18、重力加速度，取为981 cm/s2；m0滤料孔隙率，取为0.5；d0 与滤料体积相同的球体直径，取为0.1cm；l0滤层厚度，cm,取为100cm；v滤速，12m/h=0.33cm/s；滤料颗粒球度系数，取为0.8。故H1=180 =18.34 根据经验，滤速为812 m/h时，清洁滤料层的水头损失一般为3050，计算值比经验值低，取经验值的下限30为清洁滤料层的过滤水头损失。正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失0.22m，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为H2=0.3+0.22=0.52m为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层，水封井出水堰顶标高与滤料层相同。设计水封井

19、平面尺寸2m2m，堰底板比滤池底板低0.3m，水封井出水堰总高H水封=0.3+ H1+ H2+ H3=0.3+0.9+0.13+1.0=2.33m每座滤池过滤水量：Q单=vf=1280=960m3/h=0.27 m3/s所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=计算得：=0.175m则反冲洗结完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高0.175+0.52=0.695m。4.7.3反冲洗管渠系统设计本设计采用长柄滤头配水配气系统,冲洗水采用冲洗水泵供应,为适应不同冲洗阶段对冲洗水量的要求,冲洗水泵采用两用一备的组合,水泵宜于滤池合建,且冲洗水泵的安装应符合泵房的有关设计规定。1.洗用水量的计

20、算反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算，单独水洗时反洗强度最大为5L/( m.s)Q反= q水2f=580=400（L/s）=0.4（m/s）=（440m/h）V型滤池反冲洗时表面扫洗同时进行，其流量为：Q表= q表f=0.001880=0.14（m/s）2.反冲洗配水系统的断面计算配水干管（渠）进口流速应为1.5m/s左右，配水干管（渠）的截面积A= Q反/v进=0.40/1.5=0.27m2反冲洗配水干管用钢管，DN600，流速1.41m/s。反冲洗水由反冲洗配水干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部的布水区。反冲洗水通过布水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。配水

21、支管流速或孔口流速为11.5m/s左右，取v支=1.0m/s，则配水支管（渠）的截面积为：A支= Q反/v支=0.40/1.0=0.40m2此即配水方孔总面积。沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔，共40个，孔中心间距0.6m，每个孔口面积：A孔=0.40/40=0.01m2每个孔口尺寸取0.1m0.1m。3.反冲洗用气量的计算Q气= q气f=1580=1200L/s=1.20 m3/s4.配气系统的断面计算配气干管（渠）进口流速应为5m/s左右，则配气干管（渠）的截面积A气1= Q气/v气进=1.20/5=0.24m2反冲洗配气干管用钢管，DN600，流速4.2m/s。反冲洗用空气由反冲洗

22、配气干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底侧的布气小孔配气到滤池底部的布水区。布气小孔紧贴滤板下缘，间距与布水方孔相同，共计40个。反冲洗用空气通过布气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。反冲洗用配气支管流速或孔口流速为10m/s左右，则配气支管（渠）的截面积为：A气2= Q反气/v气支=1.20/10=0.12m2每个布气小孔面积A布=0.12/40=0.003m2孔口直径为=0.06m，取60mm。每孔配气量为Q气孔= Q反气/40=1.20/40=0.03m3/s=108m3/h5.气水分配渠的断面设计对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时，亦即气水同时反冲洗时要求气

23、水分配渠断面面积最大。因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计。气水同时反冲洗时反冲洗水的流量Q气水反= q水1f=480=320L/s=0.32 m3/s气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量Q气= q气f=1580=1200L/s=1.20 m3/s气水分配渠的气、水流速均按相应的配水、配气干管流速取值。则气水分配干渠的截面积A气水= Q气水反/v进+ Q反气/v气进=0.32/1.5+1.20/5=0.45m24.7.4滤池管渠设计与计算1.反冲洗管渠（1）气水分配渠气水分配渠起端宽取0.4m，高取1.5m，末端宽取0.4m，高取1.0m。则起端截面积0.6m2，末端截面积0.4m

24、2。两侧沿程各布置20个配水方孔和20个配气小孔，孔间距0.6m，共40个配气小孔和40个配水方孔，气水分配渠末端所需最小截面积为0.45/40=0.011 m2末端截面积0.4 m2，满足要求。（2）排水集水槽排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m，则排水集水槽起端槽高H起= H1+ H2+ H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1.0+0.5-1.5=1.03m式中H1、 H2、 H3同前，1.5m为气水分配渠起端高度。排水集水槽末端高H末= H1+ H2+ H3+0.5-1.0=0.9+0.13+1.0+0.5-1.0=1.53m式中H1、 H2、 H3同前，1.0m为气水分配渠末端高度

25、。底坡i=（1.53-1.03）/L=0.5/13=0.0385（3）排水集水槽排水能力校核集水槽超高0.3m，则槽内水位高h1=0.73m，槽宽b槽=0.4m，n=0.013水流截面积=bh=0.40.73=0.292m2水流湿周=b+2h=0.4+0.732=1.86m水力半径R=A/=0.292/1.86=0.157m水流速度v=R2/3i1/2/n= （0.1572/30.03851/2）/0.013=4.37m/s过流能力Q排集=v=0.2924.37=1.27m3/s实际过水量Q水= Q反+ Q表=0.40+0.14=0.54 m3/s过流能力Q排集=1.27m3/s2.进水管渠(

26、1)进水总渠四个滤池分成独立的两组，每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计，流速0.81.2 m/s，则强制过滤流量为：Q强=（91875/3）2=61250m3/d=0.709 m3/s进水总渠水流断面积为：A进总= Q强/ v进总=0.709/1.0=0.709m2进水总渠宽1.0m，水面高0.8m。(2)每座滤池的进水孔每座滤池由进水侧壁开三个进水孔，进水总渠的浑水通过这三个进水孔进入滤池。两侧进水孔孔口在反冲洗时关闭，中间进水孔孔口设手动调节闸板，在反冲洗时不关闭，供给反洗表扫用水。调节阀门的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。孔口总面积按滤池强制过水量设计，孔口两侧水位差

27、取0.1m，则孔口总面积为：A孔= Q强/（0.8）=0.709/（0.8）=0.63 m2中间孔口面积按表面扫洗水量设计：A中孔=A孔（Q表/ Q强）=0.63（0.14/0.709）=0.12 m2孔口宽B中孔=0.12m,高H中孔=0.1m。两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积为：A侧=（A孔- A中孔）/2=（0.63-0.12）/2=0.26 m2孔口宽B孔=0.52m，高H侧孔=0.1m。（3）每座滤池内设的宽顶堰为保证进水稳定性，进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。宽顶堰堰宽b宽顶=5m，宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.5m。堰上水头为：h宽顶=Q强/(1.84b宽顶)2/3=0.709/(1.845)2/3=0.18m(4)每座滤池的配水渠进入每座滤池的浑水经过宽顶堰流至配水渠，由配水渠两侧的进水孔