xx市水厂工艺设计计算说明带详.doc

水质工程学课程设计专业 给水排水工程专业 班级 给排水 指导教师 杨卫身、马立艳 学生姓名 学号 2010年12月 26日目录1 总论21.1设计任务及要求21.2基本资料21.2.1工程概况21.2.2地面水源21.2.3源水水质资料22总体设计概况32.1水厂规模32.2总体设计32.2.1确定给水处理厂工艺流程32.2.2处理构筑物及设备形式选择32.2.2.1取水构筑物32.2.2.2药剂溶解池32.2.2.3反应池42.2.2.4混凝52.2.2.5滤池112.2.2.6消毒232.2.3 其他设计242.2.3.1清水池242.2.3.2吸水井262.2.3.3二级泵房262.2.4 辅助建筑面积设计272.3 反水厂总体布置282.3.1水厂的平面布置282.3.2水厂的高程布置288设计体会28参考文献281总论1.1设计任务及要求给水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。课程设计的内容是根据所给资料，设计华东地区某给水厂设计，要求对初步方案进行设计，对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图、管线布置图、绿化施工图和某个单项处理构筑物（澄清池或过滤池）的单体图（包括平面图、剖面图，达到施工图深度）及设备选型，并简要写出一份设计计算说明书。1.2基本资料1.2.1 工程概况本设计为华东地区某城市给水工程设计，水厂规模：日处理水量20 万吨。 设计中采用位于城市西南的河流上游作为水源地。城市土壤种类为亚粘土。地下水位深度6 m。冰冻线深度0.2m。年降水860mm。城市最高气温38，最低气温-6，年平均气温15。主导风向为冬季西北风，夏季东南风。城区起伏较小，城市西南部预留水厂用地9.138公顷，地势平坦，高程为83.00m。 预留地平面图如下：高位冲洗水箱的容积1.2.2 地面水源（1）流量最大流量620 m/s；最小流量230 m/s （2）最大流速2.1 m/s （3）水位最高水位（1%）79.00m，常水位77.00m，最低水位（97%）75.00m，河岸地质条件良好，河槽平坦，最低处高程为72.00m。1.2.3 源水水质资料编号名称单位分析结果1浑浊度度平均17NTU；雨季高峰42NTU2色度度183总硬度度114碳酸盐硬度度75非碳酸盐硬度度76PH值77细菌总数个毫升25008大肠菌群个升682总体设计概况2.1水厂规模：根据资料，水厂净水产量20万m3/d，考虑到水厂自用水和水量的算是，要乘以安全系数K=1.06。这总处理水量Q=1.06*20=21.2万m3/d=8833.33 m3/h，取为8850 m3/h。为中型水厂规模。2.2总体设计2.2.1确定给水处理厂工艺流程根据水源水质和生活饮用水卫生标准（GB574985）及生活饮用水卫生规范（卫生部，2001年6月），根据设计的相关原始资料如水厂所在地区的气候情况、设计水量规模、原水水质和水文条件等因素，通过调查研究，参考相似水厂的设计运行经验，经技术经济比较确定采用地表水净化工艺： 原水（混凝剂、助凝剂）混合过滤（消毒）清水池二级泵房用户2.2.2处理构筑物及设备型式选择2.2.2.1取水构筑物 取水构头部要设格栅，拦截水中漂浮的浮渣、杂草等，防止取水头部被撞击或堵塞。其中格栅栅条间净距应根据取水最大小、冰絮和漂浮物等情况确定，小型取水构筑物宜为3050mm，大、中型取水构筑物宜为80120mm。当江河中冰絮或漂浮物较多时，栅条间净距宜取大值。而本设计中格栅可按顺水流方向成45布置，采用40X10 mm扁钢栅条，且栅条间隙宽度为40mm。2.2.2.2药剂溶解池（1）投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。（2）加药间加药间应与药剂仓库毗连，并靠近投药点。溶液池边设工作台，工作台宽度以1-1.5米为宜。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，池顶宜高出地面0.20m左右，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，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。与混凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪，应根据混凝剂性质采取相应的防腐措施。各种管线应设在地沟内。加药间需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混凝剂时，应在通风良好的单独房间内制备，可考虑设置通风设备。（3）药剂仓库药剂仓库应根据具体情况设置计量工具和搬运设备。药剂仓库的固定储备量，应按当地供应、运输等条件确定，一般可按最大药量的15-20天用量计算。可考虑设置通风设备，并采取防潮防腐措施。（4）混合设备根据设计规范和参考类似水厂，混合设备使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，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。如下表：采用管式静态混合器2.2.2.3反应池反应池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及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件。综合考虑，本设计采用回转式隔板絮凝池。（1）滤池本设计的原水水质条件较好，水源原水浑浊度平均17NTU；雨季高峰42NTU，可采用直接过滤法，滤池应采用多层滤料，所以相应的为提高净化效果，考虑采用高分子助凝剂。采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大，冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤池作为过滤处理构筑物。滤料考虑用无烟煤石英砂双层滤料。 （2）消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。2.2.2.4混凝（1）混凝剂投配设备的设计水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图2所示。本设计根据原水水质分析资料，确定合理的混凝剂品种及投药量。参考分析相似水源有关水厂的经验数据（2）混凝剂选用根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和给水排水工程快速设计手册给水工程（严煦世主编，中国建筑工业出版社）中表7-1、表7-2，综合各种凝聚剂性质和使用条件，选用聚合氯化铝（碱式氯化铝、PAC）作为混凝剂为宜。（3）助凝剂选用根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和给水排水工程快速设计手册给水工程（严煦世主编，中国建筑工业出版社）中表7-3常用凝聚剂性质，综合各种凝聚剂性质和使用条件，选用活化硅酸（）（4）药剂投加如下表1所示。 表1 水厂投加药剂参考数值取水水源原水悬浮物含量NTU(mg/L)混凝剂种类混凝剂投加量(mg/L)助凝剂投加(mg/L)最高最低活化硅酸河水1050聚合氯化铝32102聚合氯化铝（PAC），具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂最大投加量为20mg/L。溶液池（5）溶液池设计及计算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。 确定溶液池容积：根据给水排水设计手册第3册第二版城镇给水P455页溶液池容积按下式计算：式中 溶液池容积，； Q处理水量，；本设计Q=8850a混凝剂最大投加量，20mg/L；b溶液浓度（5%-20%），取10%；n每日调制次数，取n3。代入数据得：=14.148，取14.15溶液池设置两个，每个容积为，以便交替使用，保证连续投药。取有效水深H11.0m，总深HH1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）1.0+0.2+0.11.3m。溶液池形状采用矩形，尺寸为长宽高4.2m2.6m1.3m。溶解池：溶解池容积计算：溶解池容积溶解池一般取正方形，有效水深H11.0m，则：面积FW1/H1边长aF1/22.236m；取边长为2.3m。溶解池深度HH1+H2+H3 （式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）1.0+0.2+0.11.3m和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量查水力计算表得放水管管径100mm，溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根。（钢管或铸铁管）溶解池搅拌装置采用机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。投药管：投药管流量查水力计算表得投药管管径d20mm，相应流速为0.8m/s。（6）混合设备的设计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，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。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2所示。图3 管式静态混合器设计流量：Q=21.2万m3/d取Q=8850m3/h=2.46m3/s根据水处理工程设计计算（韩洪军、杜茂安主编，中国建筑工业出版社）中P62页混合设施静态混合器计算：设计中h=0.5m，d=1.5m,Q=2.46 m3/s,则n=1.29，取n=2个，即设2个混合单元，长度L=1.1ND=1.1*1.5*2=3.3m，实际流速v=1.39m/s,选DN1500内装2个混合单元的静态混合器。（7）反应设备的设计根据常用絮凝池的特点、本设计相关资料和类似水厂的工艺特点，如下表：经综合比较，选用回转式隔板絮凝池较合适。回转式隔板絮凝池计算：设计水量：设计中取n=4个， 絮凝池有效容积： 设计中T=20min。取V=740 m3絮凝池长度： 设计中取H=2.5m,B=25m,则隔板间距 ： 式中-第i档廊道内隔板间距（m） 第一档流速取0.5m/s,池内水深2.5m则第一档隔板间距： 取，则按上式计算得，实际流速； ，实际流速； ，实际流速； ，实际流速。絮凝池总长度：隔板厚度0.1m，隔板总共19道，则长度：水头损失计算：絮凝池为钢混结构，水泥砂浆抹面，粗糙系数n=0.013。第一段、计算结果为：=3544.8其余三段、分别为：、 、最后隔板水流分两股回流，考虑水量平衡，流量分配为45%和55%，廊道间距近端一股为0.55m。另外一股为0.65m。回转式隔板絮凝池布置见下图。各段水头损失计算段数11062.30.220.3040.49359.53544.80.078212134.80.270.2320.38661.83815.00.072311141.00.360.1600.28964.44150.00.0364462.80.480.1220.19368.24645.80.007合计GT值校核水温t在20时GT值校核：设计中取T=20.65s，h=0.2m，=60*1.029*10(-4)Pa*sGT=39.6*20.65*60=49064.4(在104105范围内)在隔板墙底部设排泥孔，外圈每道隔墙设两个，内圈设一个，尺寸为200mm*200mm。在配水廊道设DN200排泥管。2.2.2.5滤池滤池由进水系统，滤料、承托层，清水（集水）系统，冲洗、配水系统，排水系统等组成。根据给排水快速设计手册给水工程P278，对比常见的滤池类型和参考类似水厂，选用普通快滤池。普通快滤池是目前水处理工程中常见的滤池形式之一。其每一个池上装有浑水进水阀、清水出水阀、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀共4个阀门。普通快滤池运行稳妥，出水水质较好；适用于各种规模水厂，单池面积不宜大于100平方米，以免冲洗不均匀，在有条件时尽量采用表面冲洗或空气助冲设备。具体见下表。由于本设计水质条件较好，不设沉淀池，采用直接过滤法，考虑技术效果和经济因素，所以滤料选择：无烟煤石英砂双层滤料。滤速与要求的滤过水水质和工作周期有关，根据相似条件的运转经验或者实验资料确定。本设计按照正常滤速设计。普通双层滤料快滤池（1）平面尺寸计算滤池总面积： ；设计中取n=2次，不考虑排放初滤水时间，即取设计采用无烟煤石英砂双层滤料，滤速参照类似水厂运行资料，取v=12m/h 单池面积：设计中取N=12，布置成对称双行排列 （小于100平方米）设计中取L=10.0m,B=7.0m,滤池的实际面积为10.0*7.0=70平方米，实际滤速 当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速：滤池高度：设计中取 H=0.40+0.70+1.80+0.30=3.20m（2）反冲洗强度：根据给水排水设计手册03册城镇给水P641页，冲洗强度可采用，为防止反冲洗时煤粒流失，在全年不同水温时，应使滤层的膨胀率基本相同。因此一年内，至少在高水温和低水温时应采用两种冲洗强度。 本设计取用高水温时反冲洗强度，低水温时反冲洗强度为。则相应的反冲洗水流量根据：f为单滤池实际面积。（3）配水系统根据水温较高时的反冲洗强度来配置。水温较高时：干管始端流速：设计中取D=1m配水支管根数：设计中取a=0.25m单格滤池的配水系统如下图所示：单根支管入口流量：支管入口流速：设计中取=0.1m，单根支管长度：设计中取B=7m，D=1.0m配水支管上孔口总面积：设计中取K=0.25%配水支管上孔口流速单个孔口面积：设计中取孔口总数：每根支管上的孔口数：支管上孔口布置成二排，与垂线成45夹角向下交错排列，如图右所示。孔口中心距：设计中取，孔口平均水头损失：设计中取，按下表，选用流量系数=0.67，则：配水系统校核：对大阻力配水系统，要求其支管长度与直径之比不大于60对大阻力配水系统，要求配水支管上孔口总面积与所有支管横截面积之和的比值小于0.5，满足要求。（4）洗砂排水槽根据给排水设计手册第三册城镇给水P641页关于普通快滤池双层滤料的滤池，洗砂排水槽顶距滤层表面高度H：设计中取，砂层和无烟煤的厚度和最大粒径根据下表选取：选择，计算：a.洗砂排水槽中心距：因洗砂排水槽长度不宜大于6m，故在设计中将每座滤池中间设置排水渠，在排水渠两侧对称布置洗砂排水槽，每侧洗砂排水槽数，池中洗砂排水槽总数，L=10mb.每条洗砂排水槽长度:设计中取b=0.8m，B=7mc.每条洗砂排水槽的排水量:设计中取，d.洗砂排水槽断面模数:洗砂排水槽采用三角形标准断面，如右图所示。洗砂排水槽断面模数设计中取则计算出x： 综上计算出：洗砂排水槽顶距滤层表面高度H排水槽总平面面积：校核排水槽总平面面积与滤池面积之比，基本满足要求。（5）中间排水渠：单格滤池的反冲洗排水系统布置如下图所示：（6）滤池反冲洗方式：滤池反冲洗水可由高位水箱或专设的冲洗水泵供给。设计中按水泵供水反冲洗方式进行计算单个滤池的反冲洗用水总量：根据下表设计中取t=7min=420s,q=15L/(s*m2)水泵反冲洗：根据给水排水工程快速设计手册给水工程P274，水泵流量：水泵扬程：-配水系统水头损失，m，设计中为大阻力系统，取=4.0m；-承托层水头损失，m，设计中取=0.14m；-砂滤层和煤滤层水头损失，m，设计中取=1.2m；设计中取：根据水泵流量进行选泵，最终确定水泵型号为20sh-28A,泵的扬程为15.210.6m，流量为650950L/s。配套电机选用JS-117-6;共选两台泵，一用一备。 水泵吸水管采用钢管，吸水管直径1000mm，管中流速v=1.33m/s,符合要求。水泵压水管也采用钢管，压水管直径800mm，管中流速v=2.09m/s，基本符合要求。（7）进出水系统进水总渠：根据给排水设计手册第1册常用资料P872，进水总渠选用梯形明渠（m=2.0），设计中取进水总渠渠宽1200mm，滤池的总进水量为Q=20万立方米/每天=2.315立方米/每秒，水深为0.8m，渠中水流速为1.125m/s。单个滤池进水管：单个滤池进水管流量，根据给排水设计手册第1册常用资料P362采用进水管直径，管中流速。反冲洗进水管：冲洗水流量，采用管径，管中流速。清水管：清水总流量，为了便于布置，清水渠断面采用和进水渠断面相同尺寸。单个滤池清水管流量，采用管径，管中流速。排水渠：排水流量，排水渠断面宽度，渠中水深0.8，渠中流速。2.2.2.6消毒氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还起氧化作用，加氯消毒操作简单，价格便宜，且在管网中有持续消毒杀菌作用。（1）加药量的确定：水厂设计20万m3/d=8333m3/h根据相似条件下的运行经验，最大投氯量为a=1mg/L，氯与水接触时间不小于30分钟。加氯量为： Q1=0.001aQ=0.001*1*8333=8.333kg/h 取Q1=8.333kg/h 储氯量（按一个月考虑）为：G=30*24Q=30*24*8.333=5999.76Kg/月 可取6000kg即6吨（2）加氯机参考经验，采用自动加氯的方式，选用美国WT系列真空加氯机，具体的设备安装由设备厂家提供服务。（3）加氯间的布置设水厂所在地主导风向为东南风，加氯间靠近滤池和清水池，设在水厂的西北部。在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每小时812次，并安装漏气探测器，其位置在室内地面以上20cm。设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到23mg/kg时即报警，切换有关阀门，切断氯源，同时排风扇动作。为搬运氯瓶方便，氯库内设单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶正上方，轨道通到氯库大门以外。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。在加氯间引入一根DN50的给水管，水压大于20mH2O，供加氯机投药用；在氯库引入DN32给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用。2.2.3其他设计2.2.3.1清水池（1）清水池的布置在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间不小于30分钟。每座清水池内导流墙设置2条，间距为5.0m，将清水池分成3格。在导流墙底部每个1米设0.10.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。检修孔：在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1200mm。通气管：为了使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气孔，通气孔共设12个，每格设4个，通气管的管径为200，通气管伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。覆土厚度：清水池顶部应有0.51.0m的覆土厚度，并加以绿化，美化环境。此处取覆土厚度为1.0m。（2）清水池的有效容积清水池的有效容积，包括调节容积、消防贮水量和水厂自用水的调节。清水池的总有效容积：设计中取k=10%，Q=212000m3/dV=0.1212000=21200m清水池共设8座，则每座清水池的有效容积为每座清水池的面积：（3）管道系统清水池的进水管清水池的出水管：出水管管径：设计中取DN1300mm，则流量最大时出水管内的流速为0.655m/s。清水池的溢流管：溢流管的直径与进水管管径相同，取DN800mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。清水池的排水管：清水池内的水在检修时需要放空，因此应设排水管。排水管的管径按2h内将池水放空计算。排水管内流速按1.2m/s估计，则排水管的管径设计中取排水管管径为DN600mm。清水池的放空采用潜水泵排水，在清水池低水位进行。2.2.3.2吸水井的设计吸水井是连接二泵站和清水池之间的构筑物，它可以方便水泵吸水管路的布置，提高运行可靠性，又便于生产调度。吸水井的应高出地面20cm，根据本设计的资料可设其尺寸为长宽16m4m，高驱3.6m，分为相等的两格（均为长宽8m4m），并在各格间设闸门，以增加供水安全性。2.2.3.3二级泵房的设计二级泵房中泵型号的选择：四用一备，根据流量和用户用水情况计算得的高程，查给排水设计手11册常用设备选泵。泵房的尺寸：40m20m，长度为控制间4m，泵轴之间的间距为4.0m，靠近控制间的泵与靠近吊装间的泵距离墙的距离也为4.0m，另外设4.0m做为吊装机械电葫芦用，共计40m。宽度为吸水管6.5m，泵基础的长度为2.5m，压水管3m，共计10m。2.2.4