给水排水工程给水处理课程设计.docx

1、给水排水工程给水处理课程设计前 言水的循环分为水的自然循环和社会循环。从天然水体取水，经过处理，以满足工农业或人们生活对水质水量的需求，用过的水经过适当的处理后回用或者排回天然水体，称为水的社会循环。水工业就是服务于水的社会循环的新型产业。它与服务于水的自然循环及其调控的水利工程，构成了水科学与工程的两个方面。我国水污染问题日趋复杂，水危机形势非常严峻，人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4，时空分布极不均衡，造成的损失约占GDP的1.5-3.0%。水资源短缺和水环境污染已成为我国社会经济发展的重要制约因素。社会的进步、水环境污染加剧与人们对饮用水水质要求不断提高的矛盾将日益增大。本设计为江苏

2、苏北某城市设计的一个给水处理厂，采用统一供水方式供给该市的工业企业及居民用水。目 录1 设计内容及设计资料 11.1课程设计内容 11.2课程设计原始资料 11.2.1水厂设计基本资料 11.2.2自然状况 22 水源及厂址的选择 22.1水质要求 22.2水源的选择 22.3厂址选择 23 给水处理方案的选择 33.1初步选择方案 33.2方案的比较 33.3方案的确定 44 构筑物的选型及计算 44.1混合 44.1.1混凝剂的选用 44.1.2溶液池和溶解池设计 54.1.3加药间和药库 54.1.4投药与计量设备 64.1.5各管径的确定 64.1.6混合设备的选择 64.2絮凝 74

3、.2.1往复式隔板絮凝池设计原则 74.2.2设计计算 74.3 沉淀 84.3.1斜管沉淀池 94.4过滤 104.4.1普通快滤池 104.5消毒 144.5.1加氯量计算 144.5.2加氯间 144.6 清水池 154.6.1清水池参数计算 154.7 二级泵站 154.7.1吸水井 154.7.2泵房高度 154.8 附属构筑物 165 水厂平面和高程布置 165.1 平面布置 165.2 高程布置 176 结语 18参考文献 191 设计内容及设计资料1.1 课程设计内容（1）设计计算说明书水源的选择；厂址的选择；给水处理方案的选择；构筑物的选型、定位、竖向布置；一个主要水处理构筑

4、物计算说明。（2）设计图纸水厂平面布置图；工艺流程图、净水构筑物高程布置图；一个主要水处理构筑物的施工图（平面、剖面图）。1.2 课程设计原始资料该城市地处江苏北部地区，是一座中等城市，该市实施10年规划，规划拟建一座给水处理厂，采用统一供水方式供给该市的工业企业及居民用水。1.2.1 水厂设计基本资料（1）水厂设计产水量：24.2104 m3/d。（2）水文及水文地质资料：1）河流最高洪水位：32.50m 最大流量：25.65m3/s2）河流常水位： 30.50m 平均流量：14.85m3/s3）枯水位： 28.70m 最小流量：9.28m3/s4）设计地面标高：32.1m（3）原水水质如下

5、：表1-1 原水水质表名称单位检测结果浑浊度NTU50-100色度度30总硬度mg/L(以CaCO3计)450（mg/L）左右PH值7.2水温020溶解性固体mg/L800细菌总数个/mL40000大肠菌群个/L290（4）厂区地形：按平坦地形设计，水源口位于水厂西北方向80m，水厂位于城市北面1km。1.2.2 自然状况城市土壤种类为砂质黏土，地下水位6.00m，冰冻线深度0.5m，年降水量980mm，最冷月平均为-5.2，最热月平均为25.5；极端温度：最高39.5，最低-7.5。主导风向：夏季西南，冬季西北。2 水源及厂址的选择2.1 水质要求本设计给水处理工程设计水质满足国家生活饮用水

6、卫生标准（GB5749-2006），处理的目的是去除原水中悬浮物质，胶体物质、细菌、病毒以及其他有害万分，使净化后水质满足生活饮用水的要求。生活饮用水水质应符合下列基本要求：(1) 浑浊度到1个NTU以内和色度到15度以内;(2) 控制细菌总数在100以内和大肠菌群0个/L;(3) 水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康;(4) 水的感官性状良好。2.2 水源的选择根据所给的水文及水文地质资料该河流的最小流量9.28m3/s，水厂的设计产水量为24.21041.05=25.41104m/d=2.94m/s,河流的最小流量大于水厂设计产水量，故采用地表水供水。2.3厂址选择选择厂址时应遵循

7、以下原则：(1) 为保证环境卫生的要求，厂址应与规划居住区或公共建筑群保持一定的卫生防护距离，一般不小于300m；(2) 厂址应设在城市集中供水水源的上游；(3) 厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下风方；(4) 要充分利用地形，把厂址设在地形有适当坡度的城市上游地区，以满足干净水处理构筑物之间水头损失的要求，以节约动力；(5) 厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受洪水的威胁；(6) 厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区；(7) 厂址的选择要考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。按平坦地形设计，水源口位于水厂西北方向80m，水厂位于城市北面1km。土质为砂质黏土，冰冻深度0.5m。水厂地

8、质条件较好，地下水位也较低，有利于施工。该城夏季主导风向西南风。厂内的生活区位于主导风向的上方。3 给水处理方案的选择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.3.1初步选择方案方案一:取水一级泵站管式静态混合器往复隔板絮凝池斜管沉淀池普通快滤池加氯间清水池二级泵房用户方案二:取水一级泵站管式扩散混合器折板絮凝池平流沉淀池V型滤池加氯间清水池二级泵房用户3.2方案的比较表3-1是两个方案的比较，从比较中得出最优方案来设计水处理方案。表3-1 方案比较方案一方案二类别管式静态混合器管式扩散混合器优点构造简单，安装方便 。混合

9、快速均匀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类别往复隔板絮凝池折板絮凝池优点1. 絮凝效果较好2. 构造简单,施工方便1. 絮凝时间短2. 絮凝效果好缺点1. 絮凝时间较长2. 水头损失较大3. 转折处絮粒易破碎4. 出水流量不易分配均匀1.构造较复杂2.水量变化影响絮凝效果适用条件1. 水量大于30000 m3 /d水厂2. 水量变动小水量变化不大的水厂类别斜管

10、沉淀池平流沉淀池优点1.水力条件好，沉淀效率高2.体积小，占地少3 停留时间短1.造价较低2.操作管理方便，施工较简单；3.对原水浊度适应性强，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.抗冲击负荷能力差2.排泥复杂3.斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，造价费用较高4.对原水浊度适应性较平流池差6.处理水量不宜过大1.占地面积较大2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难3.需维护机械排泥设备适用条件一般用于大中型水厂1. 可用于各种规模水厂2. 宜用于老沉淀池的改建,扩建和挖潜3. 适用于需保温的低湿地区4. 单池处理水量不宜过大类别普通快滤池V型滤池优点1.可采用降速过滤，过

11、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.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.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.可适用于大中型水厂2.单池面积一般不宜大于1003.有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备1.适用于大中型水厂2.单池面积可达150以上3.3方案的确定根据技术性能比较,确

12、定选择方案一,即:取水一级泵站管式静态混合器往复隔板絮凝池斜管沉淀池普通快滤池加氯间清水池二级泵房用户4 构筑物的选型及计算4.1混合4.1.1混凝剂的选用混凝剂种类很多，按化学成分可分为无机和有机两大类。根据水源水质情况，本次设计选用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，聚合氯化铝对水的PH值变化适应性较强，投加量较少，混凝效果好，对人体健康无害，使用方便，价格适中。冬季低温季节，源水浊度低时，可投加少量活化硅酸作为助凝剂，使得絮凝体的尺寸和密度加大，沉速加快。4.1.2溶液池和溶解池设计（1） 溶液池容积 设计流量按最高日平均时算即Q=10587.5m3/h；最大投加量a=60mg/L，溶液浓度

13、c=15%;1天调制次数n=2，设有2个溶液池，2个溶解池。溶液池调节溶积为：W1=aQ/417cn=6010587.5/(417152)=50.78m有效高度为1.8m，保护高度0.2m,储渣深度取0.3m。每格实际尺寸为552.3m，池底坡度采用2.5%，池底设排渣管,置于室内地面上。设有2个溶液池，一个使用，一个备用。（2）溶解池容积W2：W2=（0.20.3）W1=0.250.78=10.16m3有效高度为0.8m，保护高度0.2m, 储渣深度取0.3m。每格实际尺寸为331.3m。池底坡度采用2.5%，池底设排渣管。溶解池置于地下，池顶高出室内地面0.5m，以减轻劳动强度和改善工作条

14、件。设有2个溶解池，一个使用，一个备用。为增加溶解速度及保持均匀的浓度，采用采用中心固定式搅拌装置，使用LFJ-170反应搅拌器（D=1700mm，h=2600mm，P=0.37kw，n=5.2r/min），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。4.1.3 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。药间应与药剂仓库毗连，并宜靠近投药点,1.5m为

15、宜。与泥凝剂接触的他内壁、设备、管道和地坪，各种管线应设在地沟内。溶液池边应设工作台，工作台宽度以1应根据混凝剂性质采取相应的防腐措施加药间必须有保障工作人员卫生安全的劳动保护措施。当采用发牛异奥或粉尘的泥凝剂时，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；室内应有冲洗设施,视具体情况应设置机械披运设备。加药间的地坪应有不小于5%的排水坡度。混凝剂为聚合氯化铝，每袋的质量为40kg，每袋的体积为0.50.40.2 m3，投药量为60g/ m3，水厂设计水量为10587.5m3/h，药剂堆放高度为1.8m，药剂贮存期为20d。聚合绿化铝袋数N = 2

16、4Qut/1000W = 2410587.56020/(100040)7623（袋）有效堆放面积A = NV/1.8（1-e）=76230.04/（1.80.8）=211.75m24.1.4 投药与计量设备采用水泵投加（计量泵）：采用 3 台活塞式隔膜计量泵，2 用1 备，单台投加量为600L/h。水泵的型号为J-ZM630/1.6，流量为630 L/h，排出压力为0.8-1.6MPa，泵速为126 次/min，进、出口直径为25mm，重量为240kg，电动机功率为1.5kw。4.1.5各管径的确定(1)溶解池溶解池的放水时间采用t=30min，则放水流量q0=5.64L/s查水力计算表得水管

17、管径为80mm，流速为1.13m/s，溶解池底部有一排泥管d=100mm （2）投药管Q投药流量=1.18L/s查水力计算表得：水管管径为32mm，流速为1.27m/s排泥管管径d=100mm4.1.6混合设备的选择常用的混合设备有三种：水泵混合、管式混合和机械混合。该设计采用管式混合中的静态混合器进行混合，方式简单，不占地表面积。图4-1所示为管式静态混合器结构示意。图4-1 管式静态混合器4.2絮凝4.2.1 往复式隔板絮凝池设计原则（1）池数为2 个,絮凝时间2030分钟,色度高,难于沉淀的细颗粒较多时宜采用高值.（2）进口流速一般为0.50.6m/s,出口流速一般为0.20.3m/s.

18、（3）隔板间净距应大于0.5m,进水口设挡水措施,避免水流直冲隔板.（4）絮凝池超高一般采用0.3m.（5）隔板转弯处过水断面面积,应为廊道断面面积的1.21.5倍.（6）池底坡向排泥口的坡度,一般为2%3%,排泥管直径不小于150mm.（7）絮凝效果可用速度梯度G和反应时间T值来控制.4.2.2设计计算4.2.2.1已知条件设计水量(包括自耗水量)Q =25.41104m/d =10587.5m/h4.2.2.2采用数据廊道内流速采用6档: v1=0.5m/s，v2=0.4m/s，v3=0.35m/s，v4=0.3m/s，v5=0.25m/s，v6=0.2m/s。絮凝时间:T=20 min池

19、内平均水深:H1=2.5 m超高:H2=0.3 m池数:n=24.2.2.3 数据计算计算总容积W=QT/60=10587.520/60=3529.17m3分为两池，每池净平面面积F=W/(nH1)=3529.17/(22.5)=705.83m2池子宽度B:按沉淀池宽采用21m池子长度（隔板间净距之和）L=705.83/21=33.61m隔板间距按廊道内流速不同分成6档a1=Q/(3600nv1H1)= 10587.5/(360020.52.5)=1.18m取a1=1.2 m，则实际流速v1=0.49m/sa2=Q/(3600nv2H1)= 10587.5/(360020.42.5)=1.47

20、m取a2=1.5 m，则实际流速v2= 0.39m/sa3=Q/(3600nv3H1)= 10587.5/(360020.352.5)=1.68m取a3=1.7 m，则实际流速v3= 0.35m/sa4=Q/(3600nv4H1)= 10587.5/(360020.32.5)= 1.96m取a4=2.0m，则实际流速v4= 0.29 m/sa5=Q/(3600nv5H1)= 10587.5/(360020.252.5)= 2.35m取a5=2.4 m，则实际流速v5= 0.25m/sa6=Q/(3600nv6H1)= 10587.5/(360020.202.5)= 2.94m取a6=3.0 m

21、，则实际流速v6= 0.20m/s每一种间隔采取3条,则廊道总数为18条,水流转弯次数为17次.则池子长度(隔板间净距之和):L=3(a1+a2+a3+a4+a5+a6)=3(1.2+1.5+1.7+2.0+2.4+3.0)=35.4m隔板厚度按0.2m计，则絮凝池的总长L为:L=35.4+0.2(18-1) =38.8m按廊道内的不同流速分成6段，分别计算水头损失第一段:水力半径：R1=a1H1/(a1+2H1)=1.22.5/(1.2+22.5)= 0.484 m槽壁粗糙系数n=0.013，流速系数Cny1=2.5-0.13-0.75(-0.10) =2.5-0.13-0.75(-0.10

22、)= 0.148故: C1=R1y1/n=69.09第一段廊道长度: L1=3B=321=63m第一段水流转弯次数：S1=3取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.4倍，则第一段转弯处v01=v1/1.4=0.49/1.4=0.35 m/s则絮凝池第一段的水头损失为:h1=S1v02/(2g) +v12L1/(c12R1)=330.352/(29.81)+0.49263/(69.0920.484)= 0.061m各段水头损失计算结果见下表：表4-1 各段水头损失计算段数SnlnRnv0vnCnhn13480.4840.350.4969.090.06323480.5770.280.3970

23、.950.03933480.6340.250.3571.940.03143480.7140.210.2973.240.02153480.8110.180.2574.600.01562480.9380.140.2076.210.010h=0.063+0.039+0.031+0.021+0.015+0.010=0.179m=1.79GT值计算（t=20）：G = = 38.07s-1GT = 38.072060 =45684 (此GT值在104105的范围内)池底坡度: i = h/L = 0.179/38.8=0.461%4.3 沉淀4.3.1斜管沉淀池 图4-2 斜管沉淀池4.3.1.1设计要

24、点(1)斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形(较少采用矩形或正方形),其内径或边距d一般采用2535mm(2) 斜管长度一般为8001000mm左右,可根据水力计算结合斜管材料决定(3)斜管的水平倾角常采用60(4)斜管上部清水区高度不宜小于1.0m(5)斜管下部布水区高度不宜小于1.5m4.3.1.2设计计算(1)已知条件单组构筑物进水量: Q=25.41104m/d=10587.5m3/h =2.94m/s颗粒沉降速度: = 0.35 mm/s(2)设计采用数据:清水区上升流速: v = 2.5 mm/s采用塑料片热压六边形蜂窝管,管厚为0.4mm,边距d=30mm,水平倾角= 60 。(3)

25、清水区面积: A=Q/v=2.94/0.0025=1176,其中斜管结构占用面积按3 %计,则实际清水区需要面积A=11761.03=1211.28为了配水均匀,采用斜管区平面尺寸21m57.7m,使进水区沿57.7m长一边布置。(4)斜管长度L管内流速:v0 = v/sin= 2.5/sin60= 2.5/0.866= 2.89mm/s斜管长度:L=(1.33 v0 -sin)d/(cos)=(1.332.89-0.350.866) 30/(0.350.5)= 607mm考虑管端紊流,积泥等因素,过渡区采用250mm斜管总长: L= 250+607= 857mm,按1000mm计(5)池子高

26、度采用保护高度:0.3m清水区:1.2m 布水区:1.5m穿孔排泥斗槽高:0.8m斜管高度: h=lsin=1sin60=0.87m池子总高: H=0.3+1.2+1.5+0.8+0.87=4.67m(6)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.(7)复算管雷诺数及沉淀时间Re=Rv0/式中水力半径:R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm管内流速:v0=0.289cm/s运动黏度: =0.01cm/s(当t=20时),Re=0.750.289/0.01=21.68沉淀时间: T=L/ v0= 1000/2.89= 5.77min(沉淀时间T一般在4-8min之间)4.

27、4过滤4.4.1普通快滤池4.4.1.1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75200mm,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25100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。5.滤池数目较少，且直径小于300mm的阀门，可采用手动，但冲洗阀门一般采用电动、液动或气动。6.各种密封渠道上应有1-2个人孔。7.管廊门及通道应允许最大配件通过，并考虑检修方便。8滤池池

28、壁与砂层接触抹面应拉毛，避免短流。9.滤池管廊内应有良好的防水、排水措施和适当的通风，照明等设施。4.4.1.2设计计算设计水量为 Q=24.21041.05=25.41104m/d=2.94m/s,滤速 v=10m/h反冲洗强度 q=14L/(s m2)(1)滤池面积及尺寸:滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间为: T= 24 - 0.124/12= 23.8h（式中只考虑反冲洗停用时间，不考虑排放初滤水时间）， 滤池面积为F=Q/(vT)=254100/（1023.8）=1067.65m2采用滤池数为N=8，布置成对称双行排列，每个滤池面积为f=F/N=1067.65/

29、8=133.46m2采用滤池设计尺寸为: L=14m, B=10m。实际滤速v=254100/(823.8140)=9.53m/h 校核强制滤速v为(一般采用1014m/h): v= Nv/(N-1)= 89.53/(8-1)=10.89m/h,满足要求。(2)滤池高度 承托层厚度H1 采用0.5 m滤料层厚度H2 采用0.6 m砂面上水深H3 采用1.8 m保护层高度H4 采用0.3 m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)干管:干管流量: qg=fq=133.4614=1868.44L/s采用管径: dg=1000mm干管始端流速: vg =2.39m/s支管：支管中心间距:采用aj=0.25 m每池支管数: nj=2L/aj=214/0.25=112根每根支管入口流量: qj=qg/nj=1868.44/112=10.68L/s采用管径: dj=125mm 支管始端流速: vj=0