长春市净水厂设计.docx

市政与环境工程系 给水工程课程设计说明书专 业： 环境工程 班 级： 环境工程13-1 姓 名： 郑林 学 号： 130300125 吉林建筑工程学院城建学院 二零一六年三月第一章 设计任务1、设计题目：长春市净水厂设计2、设计时间：第六学期前两周3、设计任务：水厂平面布置及高程布置4、书写说明书一份1) 设计任务2) 工艺流程设计及论证3) 各构筑物、凝聚剂、消毒剂选择的依据4) 各参数选择的原则5) 各构筑物的计算过程6) 必要的草图5、 绘制图纸3张1) 水厂平面布置图要求：绘制出工艺管道、排水管线、超越管线、标注消毒剂投加点，要有厂区分区及生活区包括综合楼、辅助楼，要求预留地、堆场、围墙、大门，要考虑厂区绿化和道路。2) 高程图一张3) 某一构筑物的平、立、剖面图6、主要构筑物及设备一览表第二章 原始资料1、 设计供水量：50000+1000*25=75000m/d 2、 水厂所在地：长春地区3、 风向：西南风4、 水源：河水5、 水质分析报告：水源受污染序号指标单位数量1浊度NTU最大800平均702色度度133水温最高20最低14PH值7.08.55总硬度mg/L CaCo33806总大肠菌群Mpn/100ml6507耗氧量mg/L78BOD5mg/L29氨氮mg/L0.910CODmg/L1011氯仿mg/L0.09第三章 工艺流程设计1、工艺流程：PACKMnO4V型滤池斜管沉淀池折板絮凝池 管式静态混和原水粉炭 出水清水池2、工艺流程的论证：本工艺采用预处理+常规处理。常规处理去除水中浊度，预处理去除水中有机物，两者结合保证出水合格。用高锰酸钾与粉炭联用进行预处理去除水中的有机物。混凝剂采用PAC。第四章 选择依据1.混合设备 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。混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。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。 混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。由于水力混合难以适应水量和水温等条件变化，且占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦；机械混合耗能大，维护管理复杂；相比之下，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,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。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%，本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合。2、絮凝池：折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩放、水流流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子面积减小。折板絮凝池因板距小，安装维修较困难，折板费用较高。3、沉淀池设计采用斜管沉淀池。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。斜管式沉淀池有上向流斜板和下向流斜板。因为原水浊度比较大，且不稳定，所以采用上向流斜板，它可以处理浊度很大的水，甚至于高浊度水。根据原始资料，本厂位于长春地区，低温时间长，需保温。原水浊度较高，要求沉淀效率高。因此通过比较选用斜管沉淀池。4、滤池V型滤池的反冲洗、气冲洗和表面扫洗相结合的方式，冲洗水仅为常规冲洗水量的1/4，大大节约了清洁水的使用量，表面冲洗所需要的水为未经处理过滤的滤前水，所以扫洗是不加重吕倩负担，是一种滤速较高、生产能力强、节水经济的滤池。V型滤池可以设置液位变速器、出水自动控制阀等先进设备，过滤和反冲洗运行的全过程均为计算机控制，易于实现自动化操作。5、消毒剂本水厂采用氯消毒。因为氯成本低，效果好，出水消毒采用氯消毒经济有效，且余氯具有持续消毒作用。第五章 各构筑物的计算过程1、混凝剂投配设备的设计 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。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，投加方式为高位溶液池重力投加，混凝处理工艺流程. (1)混凝剂的投量式中 T-日混凝剂投量（kg/d) a-单位混凝剂最大投量（mg/L) Q-日处理水量设计中取Q=75000,采用精致硫酸铝，根据原水水质，参考某地水厂，最大投取量a=61.3mg/L,平均取a=38.0当a=61.3mg/L时 当a=38mg/L时 (2)溶液池： W=式中 W溶液池容积（m） Q处理水量（m/h） a碱式氯化铝最大投加量（mg/l） b溶液浓度（%），本设计采用10% n每日调制次数，本设计采用2次W=23.00m 溶液池采用钢混结构，尺寸：LBH=5.53.02.0(m)，高度中包括超高0.3m,沉渣高.0.3m.有效容积=5.53.01.4=23.1m(3)溶解池容积：W =（0.20.3） W式中W溶液池容积W溶解池容积，一般采用（0.20.3）W1设计中取W=0.28 W1W =0.2823=6.44m 溶解池采用钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理，池底设0.02坡度，设DN100mm排渣管，采用硬聚氯乙烯管。给水管管径DN80mm，按10min放慢考虑，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池的尺寸：LBH=2.02.02.0(m)高度中含超高0.3m。底部沉渣高0.2m。溶解池的实际尺寸：LBH=2.02.01.5=6 (m)。2、混合设备采用管式静态混合器静态混合器的水头损失一般小于0.5m，根据水头损失计算公式h=0.1184式中 h水头损失（m） Q处理水量（m/s） d管道直径（m） n混合单元（个）设计中d=1.0m，Q=1.19 m/s，n=3时，h=0.5，符合要求。因此选用DN1000内装3个混合单元的静态混合器。加药点设于靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布。3、折板絮凝池（1） 设计水量本厂供水量为75000m/d，水厂自用水量为5%，折板絮凝池分为2个系列，每个系列分成4组，每个系列设计水量为Q=1640.63m3/h= =0.456m3/s（2）絮凝池有效容积式中Q单组设计处理水量（m/h）V单组絮凝池有效容积（m）T絮凝时间（min），一般采用1015min设计中T=12min（3）絮凝池长度式中絮凝池长度（m） B单组池宽（m） H有效水深（m）设计中=3.04m.B=6.0m=4.5m絮凝池长度方向用隔墙分为三段，则絮凝池长度为L=4.5+50.15=5.25m（4）单各段分格数与斜管沉淀池组合的絮凝池池宽为24m，用三道墙分成四组，每组池宽为：B=（24-（30.15）4=5.8875m首段分成10格，则每格长度L1=2（5.8875-（40.15）10=1.06首段每格面积f1=11.06=1.06m2通过首段单格的平均流速U1：v1=0.41341.06=0.10m/s中段分为8格，末段分为7格，则中段、末段的各格格长、面积、平均流速分别为：l2=1.36m f2=1.36m2 v2=0.076m/sl3=0.71m f3=1.42m2 v3=0.073m/s（5）停留时间计算首段停留时间：T1=10*3.04/0.10/60=5.07min中段停留时间：T2=8*3.04/0.076/60=5.33min末段停留时间：T3=7*3.04/0.073/60=4.86min总停留时间： T=15.26min（6）隔墙孔洞面积和布置水流通过折板上、下转弯和隔墙上过水孔洞流速，首、中、末段分别为0.3m/s、0.2m/s、0.1m/s，则水流通过各段每格隔墙上孔洞面积为：f1k=0.103/0.3=0.34m2 ，取0.35m2，孔宽为1.0m，则孔高为0.35m，实际通过首段每格隔墙上孔洞流速为 f2k=0.103/0.2=0.51m2 ，取0.5m2，孔宽为1.0m，则孔高为0.5m，实际通过中段每格隔墙上孔洞流速为 f3k=0.103/0.1=1.03m2 ，取1.0m2，孔宽为1.0m，则孔高为1.0m，实际通过末段每格隔墙上孔洞流速为 （7）折板布置首段采用峰对峰，中段采用俩峰相齐，末段采用平行直板。折板间距采用0.4m。折板长度和宽度各段分别采用2.0m*0.6m、1.50m*0.6m和1.50m*0.6m（8）水头损失计算1、相对折板 式中h1折板渐放段水头损失（m）v1峰处流速（m/s）v2谷处流速（m/s）式中h2渐缩段的水头损失（m）F1相对峰的断面积（m2）F2相对谷的断面积（m2）设计中取F1=0.56m2，F2=1.06m2式中hi转弯或孔洞的水头损失（m）3阻力系数v0转弯或孔洞流速，为0.294m/s设计中取上转弯3=1.8，下转弯或孔洞3=3.0，v0=0.294m/s（上转弯时）（下转弯或过孔洞时）式中首段相对折板总水头损失（m）n折板水流收缩和放大次数，共40次。2、平行折板式中h折板水头损失（m）v板件流速（m/s）一般采用0.150.25m/s设计中取v=0.16m/s式中hi上下转弯或孔洞时水头损失（m）Vi转弯或穿过孔洞时流速（m/s）设计中取vi=0.206m/s，m（上转弯时）m（下转弯时）式中平行折板总水头损失（m）n90转弯次数，共24次hi上下转弯或孔洞时水头损失3、平行直板式中，h转弯水头损失（m）V平均流速（ms）设计中取v=0.103 ms4、总水头损失为（9）GT值校核G1=式中G1首段速度梯度（s-1）水的密度（1000kg/m3）h1首段水头损失水的动力黏度T反应时间（min）设计中取h1=0.298m，=60*1.005*10-3Pas,T=5.07minG1T1=31.2*5.07*60=9500.6中段和末段G值和GT值分别为G2=17.9s-1 G2T2=5711.1G3=6.12s-1 G3T3=1786.5总G值和GT值为G=GT=21.2*60*15.26=19373.964、斜管沉淀池（1）设计流量式中 Q单池设计水量 设计日产量（m/d）k水厂用水量占日用水量的百分比，一般采用5%10% n沉淀池个数，一般采用不少于2个本设计中取=75000m/d，k=5%，n=2m/h=0.46m/s（2）沉淀池清水区面积式中 A斜管沉淀池的表面积（） q表面负荷m/（h），一般采用9.0 11.0 m/（h）。设计中q=10 m/（h）（3）沉淀池长度及宽度因为絮凝池与沉淀池合建，所以沉淀池的长度取24m，则沉淀池的宽度式中 B沉淀池的宽度(m)。，设计中取为8m为了配水均匀，进水区布置在24m长度方向一侧。在8m的宽度中扣除无效的长度约0.5m，则净出水口面积式中净出口面积（）斜管结构系数。设计中取=1.03=175（4）沉淀池总高度式中 H沉淀池总高度（m）保护高度（m），一般采用0.30.5m清水区高度（m）一般采用1.01.5m斜管去高度（m），斜管长度为1.0m，安装倾角为60，则=sin60=0.87m配水区高度（m），一般不小于1.01.5m排泥槽高度（m）。 设计中取=0.3m，=1.2m，=1.5m，=0.83mH=0.3+1.2+1.5+0.83+0.87=4.7m（5）沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积式中 孔口总面积（）v孔口流速（m/s），一般取值不大于0.150.20m/s。设计中v=0.2m/s2.3每个孔口的尺寸定位15cm8cm，则孔口数为173个。进水口位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。（6）沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速为=0.6m/s，则穿孔总面积式中出水孔口总面积（）=0.77设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数式中 N孔口个数 F每个孔口的面积（），0.001256=613个设每条集水槽的宽度为0.4m，间距1.5m，共设7条集水槽，每条集水槽一侧开孔数为40个，孔间距为20cm。5条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度为0.8m，深度1.0m。出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。孔口损失式中 孔口水头损失（m）进口阻力系数设计中=2=0.037m集水槽内深度取为0.4m，槽内水流速为0.38m/s，槽内水力坡度按0.01计，槽内水头损失式中 集水槽内水头损失（m）i水力坡度l集水槽长度（m）设计中i=0.01，l=10m总水头损失=0.037+0.1=0.137m，设计中取为0.15m（7）沉淀池斜管选择斜管长度一般为0.81.0m，设计用取1.0m，斜管管径一般为2535mm，设计中取为30mm，斜管为聚丙烯材料厚度为0.40.5mm。（8）沉淀池排泥系统设计采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管径为200mm,管上开孔孔径为5mm，孔间距为15mm。沉淀池底部为排泥槽，共5条。排泥槽顶宽2.1m，底宽0.5m，斜面与水平夹角约为45，排泥槽斗高为0.83m。（9） 斜管沉淀池计算草图（10）核算1）雷诺数Re斜管内的水流速度为：式中 斜管内的水流速度（m/s） 斜管安装倾角，一般采用6075设计中=60=0.0031m/s=0.31cm/s雷诺数式中 R水力半径（cm）, mm=0.75cm v水的运动黏度（c/s）。设计中当水温t=20时，水的运动黏度v=0.01 c/s=23.25500，满足设计要求。2）弗劳德数介于0.0010.0001之间，满足设计要求。3）斜管中的沉淀时间式中斜管长度设计中取=1.0m322.6s=5.4min满足要求（一般在48min）5、V型滤池平面尺寸计算（1） 每组滤池所需面积式中F每组滤池所需面积（m2）Q滤池设计流量（m3/h）n滤池分组数v设计滤速（m/h），一般采用815m/h设计中取v=10 m/h，n=2（2） 单格滤池面积式中f单格滤池面积N每组滤池分格数，设计中取4格（3） 一般规定V型滤池的长宽比为2：14：1，滤池长度一般不宜小于11m；滤池中央气、水分配槽将滤池宽度分成两半，每一半的宽度不宜超过4m。单格滤池实际面积式中f单格滤池实际面积B单格池宽L单格池长，一般采用11m设计中取其长宽比为2.75：1，即取L=11.0m，B=4.0m（4） 正常过滤时实际流速（5） 一格冲洗时其他滤格的流速式中vn一格冲洗时其他滤格的流速（m/h），一般采用1014m/h2、进水系统（1） 进水总渠式中H1进水总渠内水深（m）B1进水总渠净宽v1进水总渠内流速，一般采用0.61.0m/s设计中取H1=1.0m，v1=0.8m/s（2） 气动隔膜阀的阀口面积式中A气动隔膜阀口面积Q2每格滤池的进水量（m3/s），Q2=Q1/Nv2通过阀门的流速（m/s）；一般采用0.61.0m/s，设计中取0.8m/s气动隔膜阀阀口处的水头损失式中气动隔膜阀阀口处局部阻力系数。设计中取=1.0（3） 进水堰堰上水头（4） V型进水槽（设计中每格滤池设2个V型进水槽）式中h3V型进水槽内水深Q3进入V型进水槽的流量v3V型进水槽内流速；一般采用0.61.0m/s，设计取0.8m/sV型槽夹角，=5055，设计取50 （5） V型槽扫洗小孔m2式中q2表面扫洗水强度，一般采用1.42.3L/（sm2）A1小孔总面积孔口流量系数d小孔直径（mm）n2小孔数目设计中取q2=1.8 L/（sm2），=0.62，取每个V型槽上扫洗小孔数目28个，则n2=56个验算小孔流速3、 反冲洗系统（1） 气水分配渠（按反冲洗水流量计算）式中Q5反冲洗水量q1反冲洗强度L/(sm2),一般采用46L/(sm2)，设计中取5 L/(sm2);v5气水分配渠中水的流速，一般采用1.01.5 m/s， 1.0 m/s;H2气水分配渠内水深（m）B2气水分配渠宽度（m）, 设计中取0.4m（2） 配水方孔面积和间距式中F1配水方孔总面积v6配水方孔流速，一般采用v6=0.5m/sf1单个方孔的面积（m2），为0.10*0.10m2n3方孔个数在气水分配渠两侧分别布置22个配水方孔，孔口间距0.4m。（3）布气圆孔的间距和面积布气圆孔的数目及间距和配水方孔相同，采用直径为60mm的圆孔，其单孔面积为所有圆孔的面积之和为440.0028=0.1232m2（4）空气反冲洗时所需空气流量式中Q气空气反冲洗时所需空气流量(m3/s)q气空气冲洗强度,一般采用1317 L/(sm2)，设计中取15 L/(sm2)空气通过圆孔的流速为0.66/0.1232=5.36m/s。（5） 底部配水系统底部配水系统采用QS型长柄滤池，材质为ABS为工程塑料，数量为40只/m2,滤池安装在混凝土滤板上，滤板搁置在梁上。一般来讲，滤板下面清水区的高度为0.850.95m，设计中取高度为H5=0.85m4、过滤系统滤料采用石英砂，粒径0.95-1.35mm,不均匀系数K80=1.0-1.3。滤层厚度采用H6为1.2m。滤层上水深H7采用1.3m。5、排水系统（1）排水渠终点水深式中H排水渠终点水深（m）v7排水渠流速（m/s），一般采用v71.5m/s设计中取排水渠和气水分配渠等宽，即B2=0.4，取v7=1.5m/s（2）排水渠起端水深式中H4排水渠起端水深hk排水渠临界水深i排水渠底坡l排水渠长度设计中取排水渠长度等于滤池长度，即l=11m。排水渠底坡i=8.2%按照要求，排水槽堰顶应高出石英砂滤料0.5m，则中间渠总高为滤板下清水区高度+滤板厚+滤料层厚+0.5，即0.85+0.1+1.2+0.5=2.65m。（3） 滤池总高度H=H5+H6+H7+H8+H9式中H滤池总高度H5滤板下清水区高度H6滤层高度H7滤层上水深H8滤板厚度H9超高设计中取h8=0.1m，H9=0.3mH=0.85+1.2+1.2+0.1+0.3=3.65m6、氯消毒及其投加设备（1）加氯量计算式中 q每天的投氯量（g/d） Q设计水量（m/d） b加氯量（g/m），一般采用0.51.0 g/m 本设计的工艺流程中的预处理也采用氯消毒因此Q=750001.05=78750m/d，b=1.0 g/mq=1.078750=78750 g/d=78.75kg/d（2）加氯设备的选择加氯设备包括自动加氯机、氯瓶和自动检测与控制装置等。1） 自动加氯机选择选用ZJ-型转子真空加氯机2台，一用一备，每台加氯机加氯量为0.59 kg/h。加氯机的外形尺寸为：宽高=330mm370mm。加氯机安装在墙上，安装高度在地面以上1.5m，两台加氯机之间的净距为0.8m。2） 氯瓶采用容量为500kg的氯瓶，氯瓶外形尺寸为：外径600mm，瓶高1800mm。氯瓶自重146kg，公称压力2Mpa。氯瓶采用2组，每组10个，一组使用，一组备用，每组使用周期约24d。3） 加氯控制根据余氯值，采用计算机进行自动控制投氯量。（3）加氯间和氯库加氯间是安置加氯设备的操作件，氯库是贮备氯瓶的仓库。采用加氯见与氯库合建的方式，中间用墙隔开，但应留有供人通行的小门。平面布置如图所示7、清水池（1）平面尺寸计算1）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量。清水池的有效容积式中 V清水池的总有效容积（m） k经验系数，一般采用10%20% Q设计供水量（m/d） 设计用取k=10%，Q=75000 m/dV=0.175000=7500m清水池共设4座，则每座清水池的有效容积为=1875m2）清水池的平面尺寸每座清水池的面积式中 A每座清水池的面积（） h清水池的有效水深（m）设计中取h=4m=469 取清水池的宽度B=15m，则清水池的长度L为：=31.2m，设计中取32m则清水池实际有效容积为15324=1920m。清水池超高取为0.5m，清水池总高H：H=+h=4.0+0.5=4.5m（2）管道系统1）清水池的进水管式中 清水池进水管管径 v进水管管内流速（m/s），一般采用0.71.0m/s设计中取v=0.7m/s=0.63m设计中取管径为DN700mm，进水管内实际流速为0.537m/s2）清水池的出水管由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水量最大流量计：式中 最大流量（m/h） K时变化系数，一般采用1.32.5 Q设计水量（m/d）设计中取K=1.5=4687.5 m/h=1.30m/s出水管管径式中 出水管管径（m） 出水管管内流速（m/s），一般采用0.71.0m/s设计中取=0.7m/s=0.77m设计中取出水管管径为DN800mm，则流量最大时出水管内的流速为0.62m/s1） 清水池的溢流管溢流管的直径与进水管管径相同，取为DN700mm。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。4）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，则排水管的管径式中 排水管的管径（m） t放空时间（h） 排水管内水流速度（m/s）设计中t=2h=0.51m设计中取排水管管径为DN500mm。（3）清水池布置1）导流墙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按不小于30min。每座清水池内导流