给水处理工程课程设计.doc

徐州工程学院课程设计（论文）目 录1 设计资料及任务11.1设计原始资料11.1.1水厂设计产水量11.1.2水文及水文地质资料11.1.3原水水质如下11.1.4厂区地形11.1.5自然状况12 设计说明书12.1方案选择及确定12.2设计任务及主要内容22.3绘图内容及要求23 总体设计23.1工艺流程的确定23.2处理构筑物及设备型式选择33.2.1药剂溶解池33.2.2混合设备33.2.3絮凝池33.2.4沉淀池33.2.5滤池43.2.6消毒方法44混凝沉淀44.1 混凝剂投配设备的设计45 各构筑物的选择及设计计算55.1 混凝设备55.1.1设计参数55.1.2设计计算55.2 混合设备的设计75.2.1设计流量75.2.2设计流速75.2.3混合单元数75.2.5水头损失85.2.6校核GT值85.3 絮凝池85.3.1平面布置85.3.2平面尺寸计算95.3.3栅条设计95.3.4竖井隔墙孔洞尺寸95.3.5各段水头损失105.3.6各段停留时间115.4 沉淀池115.4.1设计水量115.4.3池体高度125.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间125.4.5配水槽125.4.6集水系统125.4.7排泥146过滤池146.1滤池的布置146.2滤池的设计计算146.2.1设计水量146.2.2冲洗强度146.2.3滤池面积及高度146.2.4单池冲洗流量156.2.5洗砂排水槽156.2.6集水渠166.2.7配水系统166.2.8冲洗水箱177消毒187.1加药量的确定187.2加氯间的布置198其他设计208.1清水池的设计208.2吸水井的设计228.3二泵房的设计229水厂总体布置229.1水厂的平面布置229.2水厂的高程布置23结语24参考文献241 设计资料及任务1.1设计原始资料1.1.1水厂设计产水量,考虑到水厂自用水和水量的损失，要乘以安全系数K=1.06。所以总处理水量Qm3/d。取为6.2万m3/d=2584m3/h.1.1.2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/s。2）河流常水位：30.50m ，平均流量：14.85m3/s。3）枯水位：28.70m ，最小流量：9.28m3/s。4）设计地面标高：36.5m。1.1.3原水水质如下表1名称单位检测结果浑浊度NTU1060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/L2901.1.4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。1.1.5自然状况（1） 城市土壤种类为砂质黏土；（2） 地下水位6.00m，冰冻线深度0.38m，年降水量980mm；（3） 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；（4） 主导风向：夏季西南，冬季西北。2 设计说明书2.1方案选择及确定1)水处理构筑物的确定根据水源地水质情况，确定混凝剂种类及混凝投加方式，确定其他处理构筑物。2)计算按照已确定的方案计算各处理构筑物的尺寸。3)平面布置平面布置力求配置得当，布置紧凑，流程简捷，并适当留有余地，同时建筑物布置应注意朝向和风向。2.2设计任务及主要内容包括设计计算说明书和设计图纸两部分。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）。2.3绘图内容及要求绘制的图纸数量不少于3张,主要是下列图纸（具体由老师指定）：建筑总平面图1：5001000: 应绘出各处理构筑物及附属构筑物的位置。工艺流程图: 应绘出各构筑物高程，水及污泥走向。净水构筑物高程布置图；构筑物的施工图（平面、剖面图）；应绘出至少一个主要构筑物的平面、剖面图。设计总说明及图例等。3 总体设计3.1工艺流程的确定根据地面水环境质量标准（GB383802），原水水质符合地面水类水质标准，除浊度、菌落总数、大肠菌数偏高外，其余参数均符合生活饮用水卫生标准（GB57492006）的规定。给水处理工艺流程的选择与原水水质和处理后的水质要求有关。地表水为水源时，生活饮用水通常采用混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒的处理工艺。如果是微污染原水，则需要进行特殊处理。原水混凝沉淀过滤活性炭（颗粒）吸附消毒框图表示为：2 图1 水处理工艺流程图示3.2处理构筑物及设备型式选择3.2.1药剂溶解池设计药剂溶解池时，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。投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵，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。3.2.2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。3.2.3絮凝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、栅条絮凝和折板絮凝。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，从工程造价来说，栅条造价为折板的1/2，而隔板絮凝池占地较大，因此采用栅条絮凝。3.2.4沉淀池原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。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1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。3.2.5滤池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。3.2.6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。4混凝沉淀4.1 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。图2 湿投法混凝处理工艺流程根据原水浑浊度最高值800 mg/L以及混凝剂投加量参考值（如图）确定设计投加量为30.0 mg/L表2 混凝剂投加量参考值原水浊度151.2m2 ,符合要求5.4.3池体高度保护高 =1.0m；斜管高度 =0.87m；配水区高度 =1.5m；清水区高度 =1.2m； 池底穿孔排泥槽高h5=0.75m.则池体总高为 5.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间管内流速 斜管水力半径 雷诺数 管内沉淀时间t 5.4.5配水槽配水槽宽b=1m5.4.6集水系统1) 集水槽个数n=92) 集水槽中心距a=L/n=16/9=1.78m3) 槽中流量q0 = Q/n=0.36/9=0.04m3/s4) 槽中水深H2槽宽b= 0.9=0.9*0.040.4=0.25m起点槽中水深0.75b=0.188m，终点槽中水深1.25b=0.3125m为方便施工，槽中水深统一按H2=0.32m计。5) 槽的高度H3集水方法采用淹没式自由跌落。淹没深度取5cm，跌落高度取5cm，槽的超高取0.15m，则集水槽总高度为 H3= H2+0.05+0.05+0.15=0.57m6) 孔眼计算图7 支管上配水孔口的位置a.所需孔眼总面积由 得 式中 集水槽流量，； 流量系数，取0.62 孔口淹没水深，取0.05m； 所以b.单孔面积孔眼直径采用d=30mm，则单孔面积 c.孔眼个数0.065/0.0007=92.86(个),取100个。 d.集水槽每边孔眼个数n n=n/2=50(个)e.孔眼中心距离S0 S0=B/50=10/50=0.2m5.4.7排泥采用穿孔排泥管，沿池宽（B=10m）横向铺设共6条V形槽，槽宽1.5m，槽壁倾角为450，槽壁斜高1.5m，排泥管上装快开闸门。6过滤池6.1滤池的布置 采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。6.2滤池的设计计算6.2.1设计水量Q=0.72m3/s 滤速v=10m/h6.2.2冲洗强度冲洗强度q按经验公式计算 式中 滤料平均粒径； e滤层最大膨胀率，取e=50%； 水的运动黏滞度，。砂滤料的有效直径=0.5mm与对应的滤料不均匀系数u=1.5所以，=0.9u=0.91.50.5=0.675mm 6.2.3滤池面积及高度滤池总面积滤池个数采用N=6个，成双排对称布置单池面积f=F/N=259.2/644m2每池平面尺寸采用LB=8m6m滤池高度HH=H1+H2+H3+H4其中：滤池高度 承托层高度 滤料层高度 滤料层上水深 超高所以H=0.45+0.7+1.8+0.3=3.25m图8 单格滤池的配水系统布置图6.2.4单池冲洗流量q冲=f*q=44*12=528L/s6.2.5洗砂排水槽图8 洗砂排水槽断面计算图(1)断面尺寸两槽中心距采用a=2.0m排水槽个数n1=L/a=8/2.0=4（个）槽长l=B=6m槽内流速，采用0.6m/s排水槽采用标准半圆形槽底断面形式。(2) 每条洗砂排水槽的排水量 (3)洗砂排水槽断面模数2)设置高度滤料层厚度采用Hn=0.7m排水槽底厚度采用=0.05m槽顶位于滤层面以上的高度为： 6.2.6集水渠集水渠采用矩形断面，渠宽采用b=0.75m(1)渠始端水深Hq Hq=0.81(fq/1000b)2/3 =0.81*(44*12/1000*0.75)2/3 =0.64(2)集水渠底低于排水槽底的高度Hm Hm=Hq+0.2=0.846.2.7配水系统采用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠结构。(1)配水干渠干渠始端流速采用干渠始端流量Q干=q冲=0.528m/s干渠断面积A=Q干/干=0.528/1.5=0.352，取0.36(2)配水支管支管中心距采用s=0.25m支管总数n2=2*L/s=28/0.25=64（根）支管流量Q支=Q干/n2=0.528/64=0.009m/s支管直径采用，流速支管长度核算(3)支管孔眼孔眼总面积与滤池面积f的比值a，采用，则 =f=0.0024*44=0.1056孔径采用单孔面积=d0/4=3.14*0.012/4=113*10-6m孔眼总数n3=/=0.1056/113*10-6 =934(个)每一支管孔眼数（分两排交错排列）为：n4=n3/n2=934/6415(个)孔眼中心距s0=2*/n4=2*2.55/15=0.34m孔眼平均流速=q/(10)=12/(10*0.24)=5m/s6.2.8冲洗水箱冲洗水箱与滤池合建，置于滤池操作室屋顶上。(1)容量V冲洗历时采用=6min =1.5*12*44*6*60/1000=285m水箱内水深，采用圆形水箱直径D箱=（4V/h箱）=(4*285/*3.5) =10.18m(2)设置高度水箱底至冲洗排水箱的高差H，由以下几部分组成。a.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失管道流量Q冲=q冲=0.528m3/s管径采用D冲=400mm，管长查水力计算表得：， 冲洗管道上的主要配件及其局部阻力系数合计=7.38b.配水系统水头损失按经验公式计算 c.承托层水头损失,承托层厚度采用H0=0.45m d.滤料层水头损失 式中 滤料的密度，石英砂为； 水的密度，； 滤料层膨胀前的孔隙率（石英砂为0.41）； 滤料层厚度，m。所以 e.备用水头则H=h1+h2+h3+h4+h59.07消毒7.1加药量的确定 表4 各消毒剂性能 名性 称能液氯、漂白粉二氧化氯臭氧消毒杀菌优良（HOCl）优良 优良灭病毒优良（HOCl）优良优良灭活微生物效果第三位第二位第一位PH值影响消毒效果随PH值增大而减小，PH=7时，消毒效果最好PH影响较小，PH7时较有效Ph值影响小，PH值小时，剩余臭氧残留较久在管网中的剩余消毒作用有比液氯有更长的剩余消毒时间无，需补加氯国内应用情况广泛在城市水厂中极少应用较少接触时间30min数秒至10min适用条件极大多数水厂用氯消毒，漂白粉只适用于小水厂原水中有机物如酚污染严重时，须在现场制备，直接应用制水成本高，适用于有机污染严重的情况。因无持续消毒作用，在进入管网的水中还需加少量氯消毒水厂设计6.2万m3/d=2584m3/h最大投氯量为a=3mg/L加氯量为： 式中 每天的投加量(g/d)； Q 设计水量(m3/d)； b 加氯量(g/m3),一般采用0.51.0g/m3,b=1.0g/m3,b=1.0g/m3。储氯量（按一个月考虑）为：G=30*24*Q=30*24*2.58=1858Kg/月,可取2000kg7.2加氯间的布置设水厂所在地主导风向为夏季西南，冬季西北，水源口位于水厂西北方向80m，水厂位于城市北面1km,加氯间靠近滤池和清水池。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。图9 加氯间与氯库平面布置 图10 加氯间与氯库平面布置图8其他设计8.1清水池的设计(1)设置两座清水池以适应水厂6.2万m3/d 的产水量，单座清水池容积V=Q*15%=6.2*15%=9300m3,取设计值为1万m3(2)清水池的容积 清水池的有效容积，包括调节、消防储水量和水厂自用水量，清水池的总有效容积 式中 k-经验系数，10%20%，取10%； V-清水池总有效容积（） Q-设计流量（），Q=62000。 清水池共建2座，则每座容积为（2）清水池尺寸设计 清水池单池面积 式中 A-每座清水池的面积（）； h-有效水深（m），取4.0m。取清水池宽B=15m，则清水池长L为，取52m则清水池实际容积为52154=3120清水池超高取0.5m，则总高为（3）管道系统1）清水池进水管。每池设1根进水管，则Q=31000=359管内流速0.7 1.0,取0.8。则=0.79m，取DN=800mm。设计中取进水管径为DN800，金属管实际流速0.8。清水池出水管道。由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最大流量计算式中 -最大流量（）； K-时变化系数，一般采用1.32.5； Q-设计水量（）。设计中取时变化系数K=1.5，则每池一根出水管道，则Q=0.54，出水管管内流速一般采用0.71.0，设计中取=0.8，则=0.96m，；设计中取出水管管径为DN1000，则流量最大时出水管内的流速为0.77。溢流管。溢流管直径与进水管相同，采用DN800的管径，在溢流管管端设喇叭口，管道上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。4）放空管。清水池内的水在检修时需要放空，因此应设放空管。放空管按2h将池内水放空计算，管内流速v取1.2，则管径为式中 -放空管管径（m） -放空管管内流速（） t-放空时间（h），取t=2h。设计中取排水管管径为DN700。清水池布置。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不小于30min。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。在导流墙底部每隔1.0m设0.10.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。b.检修孔。在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1200mm。c.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，通气孔每池共设12个，每格设4个，通气管的管径为200mm，通气管伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。d.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。图11 清水池剖面图8.2吸水井的设计吸水井深为3.6m，宽为2m，长度12m。8.3二泵房的设计二泵房中泵型号的选择：3用1备,查给排水设计手册-常用设备选泵型。水泵的参数如下： 表5型号流量（）扬程转数功率（KW)配电动机功率(KW)效率（）允许吸上真空度（m）972501450n/min164220814.5126044177.68714403718979泵房的尺寸：40m10m，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做为吊装机械用，共计40m。宽度为吸水管4.5m，泵基础的长度为2.5m，压水管3m，共计10m。9水厂总体布置9.1水厂的平面布置水厂的平面布置应考虑以下几点要求：布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操作管理。但各构筑物之间应留处必要的施工和检修间距和管道地位；充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用；各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外，有时也需要设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水量采取应急措施；建筑物布置应注意朝向和风向；有条件时最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全；对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合理性。还应该考虑分期施工方便。9.2水厂的高程布置 在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道，计量设备等水头损失在内。水头损失应通过计算确定，并留有空地。表6净水构筑物水位标高名 称水 头 损 失 （m）水位标高（m）连接管段构筑物沿程及局部构筑物管式混合器0.21絮凝池0.4039.94絮凝池至沉淀池0.11沉淀池