某自来水厂工艺设计说明.doc

课程：给水课程设计某自来水厂工艺设计说明书 组 别：第四组 组 员：彪艳霞、沈晓慧、施谊琴、杨佳莉 赵文洁、陈艳丹、倪晶晶、赵维诘 钱嘉骋、张 旭 指导老师：刘洪波 专 业：环境工程 学 院：环境与建筑学院某自来水厂工艺设计说明书第一章 概 述1.1设计任务及要求给水处理是一门实践性很强的课程,是学生毕业后经常能用到的专业核心课程之一。为了使学生更好地掌握其基本理论、熟悉和掌握给水厂（自来水厂）设计的原则、步骤与方法，独立完成相关工艺选择、主要构建筑物设计计算、设备选型，从而培养学生运用所学理论和技术知识，综合分析及解决实际工程设计问题的初步能力，使学生在设计计算、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，开展此课程设计。本课程设计的重点在于：1. 给水处理厂处理工艺流程的选择与工艺设计；2. 给水处理常规构筑物如絮凝池、沉淀池、过滤池、清水池、二级泵房、加氯间等构建筑物的工艺计算；3. 合理优化布置处理厂的平面与高程。1.2基本资料1.2.1水厂规模与基本情况水厂1：某市地处长江下游（东部地区），属亚热带季风气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。气候温和湿润，年平均气温15.7 。春（4月-5月）、秋（10月-11月）较短，冬（12月-次年3月）、夏（6月-9月）较长。有春雨、梅雨、秋雨三个雨期，年平均气温20，最冷月平均温度3，最热月平均温度35，最高温度39，最低温度1。年平均降雨量1325mm，80%以上的降雨发生在6月至10月的五个月中，多年平均最大时降雨量为59.45mm，最大日降雨量为156.2mm，常年最大风速为2.9m/s，主导风向为西南风。该市水源主要为地表水，拟建一给水厂，以地表水为水源。（1）水厂近期净产水量为:15万m3/d。（2）水源水质资料：分析项目单位测定值最大最小水温33.52.3色度度403浑浊度度80小于10pH值9.16.8细菌总数个/ ml101030大肠菌群个/ml103BOD5mg/L82CODMnmg/L52氨氮mg/L0.50.1总硬度度255酚g/L50铜mg/L0.650铁mg/L0.30锰mg/L0.10砷mg/L-0锌mg/L0.240硒mg/L00氰化物mg/L00汞mg/L00铬mg/L00镉mg/L00（3）河水洪水位标高90.5米，枯水位85.0米，常年平均水位标高88.2米。（4）地质资料：给水厂地区高程以下03.2米为粘质砂土，3.26米为砂石堆积层，再下层为红砂岩。地基允许承载力为2.80公斤/厘米。（5）厂区地形平坦，平均高程为98.50米，水源取水口位于水厂西北60米，水厂位于城市北面2km。（6）二级泵站扬程（至水塔）为40米。第二章 总体设计2.1净水工艺流程图1 某水厂水处理工艺流程图（以地表水为水源）2.2处理构筑物及设备型式选择2.2.1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（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。2.2.2混合设备由于该水厂水量较大，不能使用管式混合器，我们采用机械混合池混合絮凝剂和原水。2.2.3絮凝处理构筑物的选择 絮凝设备的基本要求是：原水及药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体，絮凝形式较多，主要有水力搅拌式和机械搅拌式等，我国在水力絮凝池的新型池型研究上已达到较高水平。水力絮凝池中的隔板絮凝池是应用历史较久、目前仍常应用的絮凝池型，有往复式和回转式两种，后者是在前者的基础上加以改进而成的，所以作为水里絮凝池的基础，往复式隔板絮凝池的原理和运行经验对现在的水厂絮凝设计具有重要意义。往复式隔板絮凝池虽然节省絮凝时间、减少水力损失、保护絮凝体不被破坏、使出水分布均匀等方面较新型絮凝池型没有明显的优势，但在设计合理、运行条件控制恰当的情况下，其絮凝效果也较好，而且构造简单，施工方便。本课程设计选择往折板絮凝池作为絮凝构筑物。2.2.4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。2.2.5滤池采用拥有成熟运转经验的V型快滤池。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V型快滤池稳定1。故而以V型滤池作为过滤处理构筑物。2.2.6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。2.3处理构筑物流程图图2 某水厂给水处理构筑物流程图第三章 计 算1.一级泵房及吸水井1.1. 一级泵房设计取水泵房在水厂中也称一级泵房,是用于将水源地的水送到水厂的构筑物，本设计将取水泵房设在水厂外，先使河水通过重力流流入取水井，然后水泵通过吸水管将取水井中的水送到水处理构筑物。1、 设计流量和扬程的确定：（1）设计流量：为了减小取水构筑物、输水管道各净水构筑物的尺寸，节约基建投资，在这种情况下，我们要求一级泵站中的泵昼夜不均匀工作。同时，考虑到干管漏损和净化厂本身用水，取水自用系数=1.05。因此，泵房的设计流量为：=1.05=6562.5m3/h=2.734m3/s（2）设计扬程：设计扬程包括净扬程和各种水头损失。净扬程为取水井最低水位与净水厂中取水井最高水位之差。 通过取水部分的计算已知在最不利情况下，从取水头部到泵房吸水间的全部水头损失为约为1.2m。河流最低水位为85m，水流通过格栅进入取水井的最低水位为85m，净水厂中混合井最高水位为101.57m，故净扬程为：Hst =101.57-85+1.2=17.77m。输水管（钢管）路设三根，采用DN700，流速为v=2.11m/s，i=4.28（参考给水排水工程快速设计手册5），实际流速为2.1 m/s，输水管长为400m，故输水管路水头损失为（其中1.1包括局部损失而加大的系数）：h=hf+hj=1.1hf=1.14004.28=1.883(m)设泵房内水头损失为2.0m，安全水头为2.0m故水泵设计扬程为： HHsth2.02.017.771.8832.02.023.6(m)二、水泵机组的选择：1、选择原则为了在城市用水量减少时进行灵活调配，并且节能，选择几台水泵并联工作来满足最高时用水量和扬程需要；而在用水量减少时，减少并联水泵台数或单泵供水，并保持工作水泵在其高效段工作。2、水泵机组选择根据Q=6562.5m3/h，H=23.6m，可选用四台（三用一备）(600S-47) S型离心泵（上海圣驰实业有限公司）并联；电机配置采用水泵厂家指定的配套电机，见下表。表1 水泵性能水泵型号流量（L/s）扬程（m）转速（r/min）轴功率（kW）电机功率（kW）效率（%）允许吸上真空高度（m）600S47317047970465560886.5表2 电机配置水泵型号轴功率（kW）转速（r/min）电机型号电机功率（kW）600S47465970Y4505-25603、水泵最大安装高度（1）安装高度的要求： 对于大型水泵以及启动要求迅速的水泵和供水安全要求高的泵房，宜采用自灌式充水。采取自灌式充水，水泵轴心安装高度应满足水泵外壳顶点低于吸水井内的最低水位； 离心水泵可利用允许吸上真空高度的特性，采用非自灌式充水，提高水泵的安装高度，节省泵房土建造价。（2）水泵最大安装高度计算：水泵厂允许的水泵吸上真空高Hs=6m，吸水管从喇叭口到泵进口的水头损失为1.0m，水温为20，泵房最大安装高度Hss=Hs -v12/2g-hs（v1为水泵进口处的流速为2.1m/s）。故Hss=6-2.12/2g-1=4.78m，水泵安装高度应小于4.78m。即水泵轴线与取水井最低水位差要小于4.78m。4、 泵房布置（1）泵房布置内容水泵、电动机机组及进水管道和阀门配件等的布置； 起重机械、真空设备及真空管线、排水设备及排水管线、通风设备及通风管道； 电气设备以及操作控制室的布置；管沟，检修场地，工作平台，人行通道及楼梯等布置； 噪声消除措施的布置；工具储藏以及生活间等布置。（2）机组管道布置水泵机组采用横向单排布置，这样可以使泵房跨度减小，进出水管顺直，水力条件好，节省电耗。泵房长L为：控制间5m，第一台泵轴与墙净距3.5m，各水泵轴线净距4m2=8m，最外面水泵轴线到墙壁的净距3.5m，另留4m作为吊装机械电葫芦和工作平台用，共24m。泵房宽B为：进水侧水泵基础与墙壁的净距1.8m，最大水泵宽度为0.9m，出水侧水泵基础与墙壁的净距4.0m，共6.7m，取7.2m。泵房高度H为：取水井枯水位标高为85.0m，设取水井水深为2.5m，则取水井底标高为82.5m，设泵房地面高出取水井底2.8m，则泵房地下部分高为5.7m，设地面以上高为4.9m，则取水泵房总高为10.6m。取水井总长5.5m，分成两部分，中间用格栅分开，每格2.5m，格栅宽0.5m。取水井宽3.0m。取水井最低水位为85.0m，水泵进水口轴线标高为84.0m，则水泵安装高度为1.0m，小于最大允许安装高度4.87m故符合要求。（3）管道布置 1)管道布置要点取水管及出水管的流速根据手册的范围选定。 所有阀门都应安装电动或液压传动装置。 每台水泵宜设置单独的吸水管直接向取水井或清水池中吸水。 取水管路应尽可能短，一般采用钢管或铸铁管，并应注意避免接口漏气。 取水管应有向水泵不断上升的坡度（i0.005），并防止由于施工允许误差，和泵房与管道的布均匀沉降而引起取水管的倒坡，必要时采用较大的上升坡度。为了避免在吸水管路内聚积空气，形成空气囊，应避免不正确的安装方法。 水泵吸入端渐缩管必须采用偏心渐缩管。 吸水喇叭口必须具有足够的淹没水深和适当的悬空高度。避免出现旋涡而吸入空气，使水泵工作不稳，出水量减少，机组振动以致引起水泵汽蚀等。喇叭口保持适当的悬空高度，可使进口流速分布均匀、取水阻力减小。 2)取水管路和压水管路的设计每台水泵有单独的吸水和压水管路，管道均采用钢管。取水管流量为Q=0.91m3/s，选择管径DN=700mm的铸铁管，v=2.1m/s（符合水泵取水管路直径大于250mm 时，流速在1.21.6m/s 之间的要求），i=4.28取水管的进口高于井底不小于0.8D，D为取水管喇叭口扩大部分的直径，通常取D为取水管直径的1.3-1.5倍。故取D=0.701.5=1.05m。取水管喇叭口边缘距离井壁不小于0.75-1.0D，即取0.7m。压水管为钢管材料，选用DN=700mm管径，v=1.59m/s，i=4.28水泵出口连接管管径也为DN=700mm。 3)取水管配件：45弯头：DN700mm,=0.45D371X-1 型对夹式电动蝶阀，DN700mmDN700250 偏心渐缩管，L=750mm 4)压水管路上配件D371X-1型对夹式电动蝶阀，DN700mm止回阀：HD44X-1.0型液压式缓冲止回阀DN700200同心异径管三通联络管管径采用700m1.2 吸水井设计地面标高98.50m，清水池有效深度为4m，吸水井的低于清水池地面2m，吸水井标高为98m，宽为6m，长度15m，分为两格。2. 药剂投配设备2.1混凝剂药剂的选择碱式氯化铝在我国从七十年代初开始研制应用，因效果显著，发展较快，目前应用较普遍，具用使胶粒吸附电性中和和吸附架桥的作用。本设计水厂混凝剂最大投药量为20 mg/L。碱式氯化铝作为混凝剂的特点为：1）净化效率高，耗药量少，出水浊度低，色度小、过滤性能好，原水高浊度时尤为显著。2）温度适应性高；PH值适用范围宽（在PH=59的范围内，可不投加碱剂）3）使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好。4）设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低。5）是无机高分子化合物。2.2混凝剂的投加混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。耐酸泵型号25FYS-20选用2台，一备一用。2.3 溶液池体积 水厂设计流量：Qh=W1=溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2座，一备一用，保证连续投药。单池尺寸为LBH=531.5, 高度中包括超高0.3m，沉渣高度0.2m，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：,满足要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，池底坡度为0.02。底部设置DN100mm放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释采用给水管DN60mm，按1h放满考虑。2.4 溶解池溶积溶解池设置为2池 ，一备一用。单池尺寸：LBH=2m1m2m，高度中包括超高0.3m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。 溶解池实际有效容积： 溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径DN100mm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。2.5 投药管投药管流量:Q= =0.243L/s。查水力计算表得：投药管管径为DN20mm2.6 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。2.7计量投加设备混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加，压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。计量泵每小时投加药量:= 875L/hJYD系列液压隔膜式计量泵JYD985/3.2,选用2台，其中一台备用。3. 机械混合反应池3.1机械混合池：设计中，取混合时间:t=30s 混合池的有效容积为：V=Q总t=1.8430=55.21m3 设计采用两个混合池，则单个混合池的有效容积为：V1=V/2=55.21/2=27.6m3混合池的尺寸：设计长深比为1:1.1，池底采用正方形。 则根据有效容积得单个混合池的尺寸：B1=L1=2.93m H1=1.1L1=3.22m因此设计混合池的尺寸为：B=L=3.0m混合池超高为：0.23m混合池的有效水深为：H有=V1/BL=27.6/3.03.0=3.07m总高：3.07+0.23=3.3m则混合池的总容积为：V=BLH=29.7m33.2.搅拌器尺寸：混合池的当量直径为：选择桨板式搅拌器，桨叶数为4片。搅拌器直径为：搅拌器宽度：速度梯度取搅拌功率为：由式子： 由得：CD=1.19 则有： 则桨板外缘线速度v: 在1.05.0m/s范围内。 由，因此，搅拌器层e=1搅拌器距混合池底高度：电机功率：4. 折板絮凝池设备4.1折板絮凝池基本参数絮凝时间t=15min，絮凝池的总有效容积为： V有= 60Q总t=60151500001.05(360024)= 60151.823 = 1641m3 设计絮凝池分成两组，每组两个（共四个），每一个絮凝池分为并联的三格，为满足速度梯度逐渐减小的要求，每一格分为三段：异波折板絮凝段、同波折板絮凝段、平直折板絮凝段，每一絮凝段再分为三小段。则单个絮凝池的有效容积为： V单 = V有/4 =1641/4m3 = 410.25m3 单个絮凝池中的流量为： Q个= Q总/4 = 1.823/4 m3/s = 0.4558 m3/s 单格中的流量为： Q格= Q个/3 = 0.4558/3 m3/s = 0.1519m3/s 设计絮凝池的平均有效水深为3.5m，则单个絮凝池的有效面积为： A=V单/3.6 = 410.25/3.6 m2 = 113.96m2 该小段进口出的水头损失为： 单个絮凝池的有效宽度设计为10m，则有效长度设计为11.396m。为了方便说明，以单个絮凝池的长和宽的方向为基准，即单个絮凝池的长度方向也是每一格，每一段的长度方向，单个絮凝池的宽度方向也是每一格，每一段的宽度方向。 考虑隔墙和折板的厚度，在絮凝池长度方向的隔墙的总厚度为： 250mm10=2.5m 在絮凝池宽度方向的隔墙总厚度为： 250mm2=0.5m 在絮凝池宽度方向的折板总厚度为： 50mm10=0.5m絮凝池布水区和集水区的长度都取1.5m，絮凝池实际宽度取B=11m，絮凝池的长度取： 11.4m + 1.5m 2 2.5m = 16.9 m 絮凝池的实际长度取 L=18m. 则絮凝池的实际有效长度为： L实效= 18- 1.5 2 - 2.5 = 12.5m 絮凝池的实际有效深度为： H实效= =3.28m 取絮凝池的实际总深度H=3.6m,则超高为0.32m.4.2异波折板絮凝区： 该区分为三小段，每一段所用折板长度都为1.4m,折板宽度为500mm,折板厚度为50mm,折板间的夹角为90,每一小段安装三排折板。 中间设计峰速为 V峰=0.35m/s则峰距为： = 0.31m谷距为：c = 0.5cos45m = 0.354m b2= b12c = 1.018m侧边峰距为： B取值11 t = 0.05cos45=0.0354m b3 = = 0.856m侧边谷距为： b4= b3 + c = 0.856m + 0.354m = 1.21m 中间部分谷速为： V谷 = 侧边峰速为： V侧峰 = =0.127m/s侧边谷速为： V侧谷 = = 0.09m/s90安装的折板在竖直方向的高度为： 每一小段安装的三排折板，两边的两排每排由8个折板组成，中间一排折板由5个折板组成。 因此折板下转弯处通道的高度为： 上转弯处水深为： 该区第一小段中间部分水头损失： 单个渐放段损失： h渐放 = 1= = 2.8310-3m 单个渐缩段损失： h渐缩 = 1+2-（） =10.1- =6.310-3该小段渐放段和渐缩段各有5个，则该小段中间部分总水头损失为： H中 = 5（h渐放 + h渐缩）= 0.046m该区第一小段侧边部分水头损失：渐放段损失：h渐放 = 1= = 2.04810-4渐缩段损失：h渐缩 = 1+2-（） =10.1- =4.93410-4m该小段侧边部分有渐放段和渐缩段格6个，则该小段侧边总水头损失为： H侧边 = 6（h渐放 + h渐缩）= 0.0042m该区第一小段有1个进口，1个上转弯，2个下转弯。上转弯处流速为： V上转 = = 0.143m/s下转弯处流速为：V下转 = = 0.208m/s上转弯处的阻力系数为1.8，下转弯处的阻力系数为3.0，进口处的阻力系数为3.0，进口处流速为0.2m/s则：该小段转弯处的水头损失为：h转弯 = 23.01.8 = 0.0151m则该区总水头损失为：H损 = 3（H中 + H侧边 + h转弯 + h进口）= 0.242m异波折板絮凝区絮凝时间为：T絮凝= min = 5.04min该区的速度梯度为：G = = = 82.76温度为14时，水的动力粘度： =1.145 10-3Pas4.3同波折板絮凝区： 该段分为三小段，每一小段的长度为1.9m，折板宽度为500mm,折板厚度为50mm,折板间的夹角为90。同波折板区通道宽度是一致的。安装三排折板。中间设计流速为V=0.20m/s则折板间距为：b = = 0.4m侧边峰距： b1 = = 1.12m侧边谷距： b2 = b1 + c = 1.474m侧边峰速：V侧峰 = = 0.071m/s侧边谷速：V侧谷 = = 0.054m/s90安装的折板在竖直方向的高度为： 每一小段安装的三排折板，两边的两排每排由7个折板组成，中间一排折板有5个折板组成。 因此折板下转弯处通道的高度为： 上转弯处水深为： 该区第一小段中间部分水头损失：通道内的阻力系数为1.2，转折处得阻力系数为0.6，第一小段共有6个转折，8段通道。 该区第一小段侧边部分水头损失：渐放段损失： h渐放 = 1= =5.4210-5m渐缩段损失： h渐缩 = 1+2-（） =10.1- =1.34410-4m该小段侧边部分有渐放段和渐缩段各4个，则该小段侧边总水头损失为： H侧边 = 4（h渐放 + h渐缩）= 0.0075m该小段有2个下转弯，1个上转弯，1个进口，上转弯阻力系数1.8，下转弯阻力系数3.0，进口阻力系数3.0，进口流速0.15m/s。上转弯处流速为： V上转 = = 0.105m/s下转弯处流速为： V下转 = = 0.082m/s该小段转弯处的水头损失为： h转弯 = 23.01.8 = 3.0710-3m则该区总水头损失为： H损 = 3（H中 + H侧边 + h转弯 + h进口）= 0.1514m同波折板絮凝区絮凝时间为： T絮凝= min = 6.84min该区的速度梯度为： G = = = 56.19温度为14时，水的动力粘度： =1.145 10-3Pas 4.4平直折板絮凝区： 该段分为三小段，每一小段的长度为2.2m。折板宽度500mm，折板厚度50mm，折板夹角90。安装二排折板。 设计流速为v=0,10m/s 折板间距即通道宽度为：b = = 0.69m 侧边间距为： b1 = = 1.355m 侧边流速为：V1 = =0.051m/s上下转弯处的通道都设计为0.873m,因此转弯出流速也为0.10m/s。 中间通道阻力系数和侧边通道阻力系数都取0.5，转弯处阻力系数取3.0，该区第一小段有1个中间通道，2个侧边通道，1个上转弯，1个下转弯。则该区总损失为：同波折板絮凝区絮凝时间为： T絮凝= min = 7.92min该区的速度梯度为： G = = = 14.39温度为14时，水的动力粘度： =1.145 10-3Pas 4.5絮凝段的平均速度梯度 G=51.11异波折板絮凝段 GT= 82.765.0460 = 25027同波折板絮凝段 GT= 56.196.8460 = 23060平直折板絮凝段 GT= 14.397.9260 = 6838平均速度梯度符合要求，GT值也符合逐渐减小的要求。5. 斜管沉淀池设备5.1 沉淀澄清设备的设计斜管/板沉淀池是根据浅池原理开发的一种沉淀池。在沉淀池的沉淀区内放置倾角为60的斜管或斜板(斜管管径约2540mm，长为8001000mm。 斜板间距约100mm)。因沉淀区分隔为许多区，沉淀面积和沉淀效率显著增加；同时，沉到管底或板面上的污泥将自动滑离沉淀区，解决了除泥问题。池型分三种：在斜管或斜板间水与污泥异向流动（水流从下向上），称为异向流，应用最广；水与污泥同向流动（水流从上向下），称同向流；水流水平向流过斜板间隙，称为横向流。斜管/板沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。适用于流动性高粘度低的给水处理工艺设计中。斜管沉淀池与斜板沉淀池原理相似，但是管式比板式沉淀池的接触面积大，更容易冲洗及安装。综上，本次设计决定采用异向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。设计2座。如图1-1所示。斜管与水平面成60,放置于沉淀池中。原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。斜管的内切圆直径d为30mm，长l为1000mm。颗粒的沉降速度0=0.4mm/s ，清水区沉速v0=2.5mm/s 图2 斜管沉淀池剖面图每组设计水量该水厂处理水量150000m3/d，自用水量5%，每组设计水量 ：Q=3281.25m3/h=0.91m3/s5.1.1沉淀池尺寸设计(2) 清水区面积： 式中：A为斜管沉淀池的表面积，m2； q为表面负荷，m3/(m2h)，异相流一般采用9.011.0 m3/(m2h)，设计中，取10.0 m3/(m2h)； 即 q=10.0 m3/(m2h)=0.0028m3/(m2s)=2.8mm/s清水区有效面积: A=Q/q=0.91/0.0028=325 m2（1） 沉淀池初拟面积斜管结构占用面积按3计，则 A=3251.03=334.75 m2初拟平面尺寸 L1B1=19.2m17.5m=336m2（2） 沉淀池建筑面积A建斜管有效长度L2： mm/s = 525mm考虑到管端紊流，积泥等因素，过渡区采用200mm。斜管总长为以上两者之和725mm，可以选用的l=1000mm的斜管。 斜管安装长度L2=lcos60=10000.5=0.5m 考虑到安装间隙，长加0.07m，宽加0.1m 。 沉淀池长度L=L1+L2+0.07=19.2+0.5+0.07=19.707m，为方便施工取L=20m 。 沉淀池宽度B=B1+0.1=17.5+0.1=17.6m，为方便施工取B=18m。 A建=BL=920=180m2（3） 沉淀池池体高度 保护高h1=0.5m（一般0.3-0.5m） 斜管高度 h2= lsin60 =10.866=0.87m 清水区高度h3=1.2m（一般采1.0-1.5m） 配水区高度h4=1.5m （一般大于1.5m） 池底穿孔排泥槽高h5=0.75m （本设计取用）则池体总高: H=h1+h2+h3+h4+h5=0.5+0.87+1.2+1.5+0.75=4.62m5.2复核管内雷诺数Re、弗劳德系数及斜管中停留时间t， (1) 雷诺数Re 水力半径R=d/4=30/4=0.75cm 斜管内水流流速： V3=Q/（Asin60）=0.91/（3250.87）=0.32cm/s 当水温=20时，水的运动粘度=0.01cm2/s Re=Rv3/=0.750.32/0.01=24500 根据给排水快速设计手册斜管沉淀池，设计满足要求。 （2）弗劳德系数 Fr=v2/Rg=0.322/（0.75981）=1.3910-4根据给排水快速设计手册斜管沉淀池要求数据在10-3 10-4范围内，合格。本设计满足要求。 （3）斜管中停留时间t t=l/v0=1000/3.20=312.5s=5.2min 一般停留时间为47min，设计满足要求。5.3沉淀池进口穿孔花墙沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积： 式中: A2为孔口总面积； v为孔口流速m/s，一般取值不大于絮凝池的末端流速，在0.150.20m/s范围内，本设计v4=0.15m/s。 所以，孔口总面积：A2=0.91/0.15=6.07m2 每个孔口的尺寸定为15cm8cm，则孔口数：N=A2/(0.150.08)=6.07/(0.150.08)=505.5，约510个孔 进水孔位置应该在斜管以下、沉泥区以上部位，进水孔排列成5排。5.4集水系统沿池宽方向布置24条穿孔集水槽，为了施工方便槽底为平坡，集水槽中心距为：D=B/n=9/8=1.2m每槽集水量为：Qc0=0.91/24=0.038m3/s考虑池子的超载系数为20%，故槽中流量：Qc=1.2Qc=1.20.038=0.046m3/s 对于矩形槽,其最佳过流断面的宽深比为2,即b=2h.再由临界水深的计算公式可得槽宽为：bc=0.9Qc0.4=0.90.0460.4=0.26m为了便于施工取bc=0.30m，槽内水流速度取vc=0.8m/s 集水槽终点水深为hc=Qc/vcbc=0.042/(0.80.3)=0.175m为了便于施工取hc=0.2m，集水方法采用淹没式自由跌落，淹没深度取0.05m，跌落高度取0.05m，槽的超高取0.15m。则集水槽总高:H1=hc+0.05+0.05+0.15=0.2+0.05+0.05+0.15=0.45m（2）孔眼计算 集水槽两侧开有圆孔以收集清水。1) 所需孔眼总面积： 式中： Q0为集水槽流量，m2/s； 为流量系数，取0.62；h为孔口淹没水深，取0.05m； 为所需孔眼总面积,m2 得 = Q0 /(2gh)0.5=0.038/0.62*(2*9.81*0.05)0.5=0.062m2 b） 单孔面积，0=d2/4=3.140.032/4=0.0007m2孔眼个数，n0=/0=0.062/0.0007=88.6个取整，取90个，则集水槽每边孔眼个数，n=n0/2=90/2=45个图3 集水槽断面c）出水渠24条集水槽汇入2条集水支渠，渠内流量为Qq=0.455m3/s。支渠内水流速度取vq=0.7m/s。按最佳过流断面计算渠宽为：bq=0.9Qq0.4=0.90.4550.4=0.66m为方便施工此处取0.7m出水支渠的终点水深为：hq=Qq/vqb=0.455/(0.70.6)=1.08m为方便施工此处取1.1m出水渠起端水深取0.3m，考虑到集水槽水流进入出水渠时应自由跌落高度取0.05m，即集水槽应高于出水渠起端水面0.05，则集水渠总高度为： H2=0.05+hq=0.05+1.1 =1.15m两条出水支渠汇入出水总渠，总渠内流量为Qq总=0.91m3/s总渠内水流速度取vq总=0.6m/s。按最佳过流断面计算总渠宽为：bq总=0.9Qq总0.4=0.90.910.4=0.87m为方便施工此处取0.9m出水总渠的终点水深为：hq总=Qq总/vq总b=0.91/(0.60.9)=1.37m为方便施工此处取1.4m总渠内设有出水管，取DN800mm钢管v出=4Qq总/D=40.91/(3.140.8)=1.45 m/s 出水的水头损失包括孔口损失、集水槽内的损失及集水槽出水的水头损失和出水渠内的水头损失。由于集水槽出水和出水渠出水的水头损失过小忽略不计。 孔口损失： 为进口阻力系数，本设计取=2 v1= u(2gh)0.5=0.445(29.810.05)0.5=0.44m/s. 所以，h1=v12/2g=0.82/(29.81)2=0.06m. 集水槽内的损失： h2=il i为槽内水力坡度， 本设计取i=0.01每条集水槽长l=（20-2）/3=6m所以，h2=il=0.016=0.06m 出水总水头损失：h=h1+h2=0.06+0.06=0.12m5.5排泥设计 采用DN150mm穿孔排泥管，沿池宽（L=12m）横向铺设8条V形槽，两边槽宽0.75m，中间七条槽各宽1.5m，槽壁倾角50o，槽壁斜高0.75m，排泥管上装快开闸门。池体沿池宽两边竖向设有2个排泥渠，左右可同时排泥。其尺寸为：BL=1.2m0.3mQ=（C1-C2)24T100/K容重(100-含水率)n6. V型滤池设备水的过滤是水澄清处理的最终工序，也是水质净化工艺所不可缺少的处理过程。滤池选用V型滤池.V型滤池其优点：1、较好地消除了滤料表层、内层泥球，具有截污能力强，滤池过滤周期长，反冲洗水量小特点。可节省反冲洗水量4060%，降低水厂自用水量，降低生产运行成本。2、不易产生滤料流失现象，滤层仅为微膨胀，提高了滤料使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用。3、采用粗粒、均质单层石英砂滤料，保证滤池冲洗效果和充分利用滤料排污容量，使滤后水水质好。滤层水头损失：冲洗前的滤层水头损失采用1.8m反冲横扫强度1.8L/(s.m) ，滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，粒径0.96-1.35mm，不均匀系数1.2-1.6图4 V型滤池剖面示意图6.1计算依据1、设计数据：1）设计水量Q=1500001.05=157500（水厂自用水量占5%），滤速V=10m/h。2）滤池冲洗时间见表2。3）总冲洗时间12min，冲洗周期T=48h，反冲横扫强度1.8L/(sm2)一般为1.42.0 L/(sm2)。6.2设计计算1设计计算1）池体设计 a滤池工作时间T ，式中未考虑排初滤水。 T=24t24/T=240.224/48 = 240.1 = 23.9 h 表2 滤池冲洗时间冲洗强度（L/sm2）冲洗时间（min）第一步（气冲）153第二步（气水同时冲洗）空气154水4第三步（水冲）45 滤池总面积： m2滤池的分格：为了节省占地，选双格V型滤池，池底板用混凝土，单格宽=3m,单格长=10m,面积30m，分为并列的2组，每组6座，共12座，总面积720m2。校核强制滤速v 满足7m/hV20 m/h的要求。滤池高度：滤池超高，滤层上的水深，滤料厚度H3=1.0m，滤板厚度，滤板下布水区高度，则滤池总高H=3.83m图5 V型滤池剖面图6.3水封井的设计均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:式中：为水流通过清洁滤料层的水头损失，cm； v为水的运动黏度(/s)；20时为0.0101/s； g为重力加速度，981cm/； 为滤料孔隙率，取0.5； 为与滤料体积相同的球体直径(cm)，根据厂家提供数据为0.1cm； 为滤层厚度，=100cm； 为滤速，v=10m/h=0.28cm/s； 为滤料粒径球度系数，天然砂粒为0.750.8，取0.8。所以，=1800.0101/981(1-0.5)/0.5 (1/0.80.1)21000.28=16.2cm根据经验，滤速为10m/h时，清洁滤料层的水头损失一般为40cm，计算值比经验值低，取经验值的低限30 cm为清洁滤料层的水头损失。正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤式水头损失为：，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取滤料层上表面标高以上0.2 m 。设计水封井平面尺寸,堰底板比滤池底板低0.3m,水封井出水堰总高： ， 因为每座滤池过滤水量 = vf=1064=640m /h=0.17 m /s， 所以水封井出水堰上水头由 计算得， =/(1.84 ) =0.21/(1.842=0.14m 则滤池施工完毕，初次投入运行时，清洁滤料层过滤，滤池液面比滤料层高0.14+0.52+0.2=0.86m 随时间的增加，过滤水损越来越大，正常过滤较清洁滤料层增加的水损为0.65m，则正常过滤时，通过调整出水阀门的开启度，保证滤池液面比滤料层高0.14+0.52+0.2+0.65=1.51m，为留有余地，取1.6m。6.4水反冲洗管渠系统a长柄滤头配水配气系统 长柄滤头安装在混凝土滤板上，滤板固定在梁上,滤板用0.05厚预制板，上面浇注0.08m厚混凝土层，滤板下的长柄部分浸没于水中,长柄上端有小孔，下端有竖向条缝，气水同时反冲洗时，约有2/3空气有上缘小孔进入，1/3空气由缝隙进入柄内，长炳下端浸没部分还有一个小孔，流进冲洗水，这部分气水在柄内混合后由长柄滤头顶部的条缝喷入滤层冲洗。 长柄滤头固定板下的气水室高度为0.70.9m，其中冲洗时形成的气垫层厚度为0.10.15m。 向长柄滤头固定板下气水室配气的出口应该紧贴滤头固定板的底面，由配水干管向气水室配水的支管出口应该紧贴池底。 长柄滤头配气系统的滤帽缝隙与滤池过滤面积之比为1/80，每平方米的滤头数量为4964个。 冲洗水和空气同时通过长柄滤头的水头损失按产品的实测资料确定。 向长柄滤头配水配气系统气水室配气的干管的进口流速为5m/s左右；配气支管或孔口流速为10m/s左右。配水干管进口流速为1.5m/s左右；配水支管或孔口流速为11.5m/s。长柄滤头结构如图3所示 ：b.反冲洗用水量的计算： 反冲洗用水流量按水洗强度最小时计算，单独水洗时反冲洗强度最大为5L/(sm2) Q反水=f = 564 =320L/s=0.32m3/sV型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行，其流量： =f=0.001864=0.1152 m/s图3 长柄滤头结构水反冲洗系统的断面计算如下： 配水干管进口流速应为左右，配水干管的截面积A水干=Q/v水干=0.32/1.5=0.21m2 反冲洗配水干管用钢管，DN500，流速v=1.43m/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布水区。反冲洗水通过配水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管流速取，则配水支管的截面积为：A水支=Q/v水支=0.32/1=0.32m2 此即配水方孔总