水厂设计计算说明书5万吨.doc

贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 目 录 摘 要IIIAbstractIV第一章 前 言11.1 研究或设计的目的和意义11.1.1 总体目标11.1.2 具体目标11.2 研究或设计的国内外现状和发展趋势11.2.1 混合21.2.2 絮凝21.2.3 沉淀31.2.4 过滤51.2.5 消毒71.3 主要研究或设计内容、需要解决的关键问题和思路91.3.1 本设计的指导思想91.3.2 本设计应解决的主要问题101.3.3 本设计解决关键问题的思路101.4 完成本设计所必须具备的工作条件及解决的办法101.4.1 应具备的工作条件101.4.2 解决办法10第二章 本 论112.1 水量及水质112.1.1 城市概况112.1.2 用水量计算122.1.3 建设规模确定122.1.4设计方案的选定122.2 水处理构筑物设计132.2.1 反应设备的计算132.2.2 沉淀设备的设计192.2.3 滤池工艺设计与计算252.2.4 反冲洗泵房工艺设计与计算402.2.5 加药间及药库442.2.6 清水池工艺设计与计算462.2.7 吸水井布置502.2.8 送水泵站工艺设计与计算502.3 水厂平面布置562.3.1 一般要求562.3.2 布置原则572.3.3 水厂的平面布置572.3.4 水厂高程布置57第三章 结 论583.1 设计的情况和价值583.2 优点和特点583.3 存在的问题和改进方向58参 考 文 献59致 谢61附 录62 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 IV 页 城镇给水处理厂工艺设计方案六摘 要本工程为定兴县城区给水处理工程，设计规模为，要求根据所给资料进行给水工艺设计和单体构筑物设计，包括对各个单体进行设计计算、对各个单体构筑物的绘制、进行厂区平面与高程的布置。给水厂采用工艺流程为：原水 混合 栅条絮凝凝池 斜管沉淀池 V型滤池 清水池 二级泵房 用户 关键词：给水工程，构筑物设计，栅条絮凝池，V型滤池 Process Design of Water Treatment Plant in Town Project six Abstract The engineering is water treatment plant design for Dingxing,and its design scale is 100000m3/d. It is required to design water treatment processes and monomer structures on the basis of the information given,including the calculation and drawing of each monomer structures and the arrangement of plane and elevation of the plant. The processes adopted by this design is in this line: Water source mixing grid flocculating tank tube settler V filters secondary pumping room user Keywords:water supply engineer, design of structures ,grid flocculating tank, V filter 贵州大学本科毕业论文（设计） 第61页 第一章 前 言1.1 研究或设计的目的和意义毕业设计是各个教学环节的继续、深化和扩展，是四年本科教学计划中最后一个教学环节，是锻炼学生分析问题、解决问题的关键的实践性教学环节，也是最后完成给水排水工程高级人才的基本能力训练。1.1.1 总体目标按照工程实际的具体要求完成*设计规模为1.0105m3/d的城镇给水处理厂的工艺设计，包括工艺计算和图纸绘制两部分工作，计算成果达到扩大初步设计要求。工艺选择和设计要能满足现行国家规范和标准的要求，经构筑物处理后的水即要保证城市用水量要求，又要满足出厂水达到生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）的具体标准值。1.1.2 具体目标1 完成设计说明书1份 内容完整、方案合理、格式规范、论证合理、章节设置合理、层次分明、计算正确、文字通顺、图表清晰； 2完成工艺专业图1套图纸深度基本上达到初步设计要求、图面整洁、表达正确、布局合理、线条分明、尺寸标注规范；3意义通过对水厂的设计，能在学习理论知识的同时，有效的将理论知识与生产实际相结合，在对水厂处理工艺和处理流程进行计算设计的同时，进一步掌握并熟练运用城镇给水处理厂工艺设计的相关理论知识和设计方法、程序、技巧等，并学会充分利用现今发达的网络资源进行辅助设计和资料查询，为今后走上工作岗位，能够胜任工作打下基础。1.2 研究或设计的国内外现状和发展趋势根据取水水源水质、水量情况，按照国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）室外给水设计规范（GB 50013-2006）的要求，与国内类似水源水厂的实际运行情况，分别对混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒等几个主要的水处理环节进行分析比较，以选择最优的工艺方案。1.2.1 混合 混合是用机械或流体动力的方法，使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作。主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体微粒充分作用完成胶体脱稳，以便进一步去除。 混合设备的种类很多，主要是机械和水力两种。我国常采用的混合方式为：水泵混合、管道静态混合器混合、机械搅拌池混合。1管式静态混合器管道静态混合器是在管道内设置若干固定叶片，使水流通过其成对分流，同时产生涡旋反向旋转及交叉流动，从而获得混合效果，混合器一般采用14个混合单元。它是一种简便的混合方式，安装容易，维修工作量小。但管式静态混合器的混合效果取决于输入能量，而输入能量随流量、流速变化而改变，因此对混合效果产生较大影响，同时水头损失较大。适用于流量变化不大的管道及各种流量的水厂。2水泵混合水泵混合是把药剂加在水泵吸水管中或水泵吸水管入口的喇叭口处，通过水泵在工作时叶轮高速运转而产生混合，既不要专用的混合设备，又不增加平时运行费用。是一种简便有效的混合方式。但是，对于有些混凝剂具有腐蚀作用时，应谨慎考虑。同时泵房到反应池的管路也不能过长，混合时间一般不能大于30s，否则也不能使用。适用于各种水量的水厂一级泵房距絮凝池应小于12Om。3机械搅拌池混合机械混合是在池内安装搅拌设备，以电机驱动搅拌设备使水和药剂混合。机械混合的优点是混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规模的水厂；缺点是增加机械设备并相应增加维修工作。1.2.2 絮凝 絮凝是使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的。絮凝主要是创造适当的水力条件，使药剂与水混合后所产生的微絮凝体，在一定时间内凝聚成具有良好物理性能的絮凝体，它应有足够大的粒度、密度和强度，并为杂质颗粒在沉淀澄清阶段迅速沉降分离创造良好的条件。为使絮凝过程所形成的絮粒不致破碎，宜将絮凝池与沉淀池合建成一个整体构筑物。絮凝池的形式近年来有很多，大致可以按照能量的输入方式不同分为水力絮凝和机械絮凝两种。絮凝池的形式近年来有很多，大致可以分为以下几种：1.机械絮凝 机械絮凝池指的是通过机械带动叶片而使液体搅动以完成絮凝过程的构筑物。它的反应效果好，可随水质、水量变化而随时改变转速以保证絮凝效果，能应用于任何规模的水处理厂。但机械絮凝池由于增加了机械设备，因而基建投资较大，管理维护比较麻烦，特别是在处理规模较小时更显得突出。对于常年水质较好的地表水，机械设备闲置的时间较多。 2.隔板絮凝池隔板絮凝池是指经快速混合后的水在隔板之间流动，由于水在隔板间流动存在阻力，从而使絮凝体发生同向絮凝作用的水处理构筑物。隔板絮凝池的构造简单、管理也方便。但其缺点就是当流量变化大时，絮凝效果不稳定；水流在隔板转折处的能量消耗大、絮粒容易破碎；与折板絮凝池及栅条絮凝池相比，其水流条件不理想，即水头损失中无效部分所占比例较大，因此需较长的絮凝时间，并且池子的容积较大。对于规模较小的水厂，其隔板间距较窄不便于施工和维修，因此隔板絮凝池通常用于大、中型水处理厂。3. 折板絮凝池 指的是水流以一定流速在折板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。按照水流方向可将折板絮凝池分为竖流式和平流式.根据折板布置方式不同又分为同波折板和异波折板两种形式。按水流通过折板间隙数，又分为单通道和多通道。折板絮凝池絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小；但构造较隔板絮凝池复杂，造价较高，适用于流量变化较小的中小型水厂。4.栅条、网格絮凝池指的是在沿流程一定距离的过水断面中设置栅条或网格，通过栅条或网格的能量消耗完成絮凝过程的构筑物。栅条、网格絮凝池反应效果好、水头损失小、所需絮凝时间相对较少；水流通过栅条时，相继收缩、扩大，造成颗粒碰撞，竖井之间孔洞流速及过栅流速按絮凝规律逐渐减小。网格絮凝池主要缺点是在运行中网眼易堵塞，池内平均流速在末端池底容易有积泥现象。1.2.3 沉淀沉淀是指密度大于水的悬浮物在重力作用下从水中分离出去的现象。按照水在沉淀池中的流动方向和线路，给水处理中常用的沉淀池主要有：平流式（卧式）、竖流式（立式）、辐流式（辐射式或径流式）、斜流式（如斜管、斜板沉淀池）等类型。1平流式沉淀池。平流式沉淀池是净水厂设计中应用较早也是较普遍的一种沉淀形式，由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。它既可用作滤前沉淀处理，也可用作预沉(沉砂)或最终沉淀处理。主要特征是构造简单，池深较浅，造价低，沉淀效果稳定，操作管理方便，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强。主要缺点是平面面积较大，池深较浅，因而常限制后续滤池的选用，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，易生锈，易腐蚀的缺点。平流式沉淀池一般适宜用作大、中型水厂的混凝沉淀，尤以大型水厂更为经济、合适。对于沉淀作为最终处理的工业用水，常可根据出水水质的要求来控制加药量，节省药耗。 2竖流式沉淀池又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内，管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升，悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。在20世纪50年代设计的小型水厂中，有不少采用了竖流式沉淀池。这种沉淀池效果较差，目前已不选用。原有的竖流式沉淀池也被改造为各种类型的澄清池。3辐流式沉淀池。辐流式沉淀池主要功能是为去除沉淀池中沉淀的污泥以及水面表层的漂浮物。一般适用于大中池径沉淀池。周边传动，传动力矩大，而且相对节能；中心支座与旋转桁架以铰接的形式连接，刮泥时产生的扭矩作用于中心支座时即转化为中心旋转轴承的圆周摩擦力，因而受力条件较好；中心进水、排泥，周边出水，对水体的搅动力小，有利于污泥的去除。为了使布水均匀，进水管设穿孔档板，穿孔率为10%20%，出水水堰采用锯齿堰，堰前设档板，拦截浮渣。辐流式沉淀池多用作自然沉淀，适用于高浊度原水的预沉池。沉淀效果好，有机械排泥时，排泥效果好等优点；但基建投资及费用大，刮泥机维护管理较复杂，金属耗量大，较平流式施工难度高等缺点。宜用于大中型净水厂或高浊度水地区，作预沉淀池。4斜管(板)沉淀池斜管(板)沉淀池是把与水平面成一定角度(一般为600左右)的众多斜管(板)放置于沉淀池中构成，水从下向上流动(也有从上向下，或水平方向流动)，颗粒则沉于斜管(板)底部或中部，当颗粒积累到一定程度时，便自动滑下。在池中装置了斜板(管)以后，可以大大提高沉淀效率,缩短沉淀时间,减小沉淀池体积。斜管沉淀池沉淀效率高，水池体积小，平面积小，占地面积少，对原水浊度变化适应性较强，造价较低，水力条件好，斜管内水流稳定，紊动较小，有利于矾花颗粒的沉降。缺点是需要耗用较多的斜管材料，且斜管老化后需定期更换，增加了运行成本，且排泥条件不如以上池型方便，维修管理较为麻烦，对小颗粒矾花的去除效率很低。1.2.4 过滤过滤是利用过滤介质两侧的压力（压强）差,使水与固体颗粒分离的过程。水的过滤是水澄清处理的最终工序，也是水质净化工艺不可缺少的处理过程。水厂常用的滤池池型主要有：普通快滤池、V型滤池、双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、单阀滤池等。 1普通快滤池（三阀滤池） 普通快滤池是应用历史最久和采用较广泛的一种滤池型式，滤池每一滤格有4个阀门，过滤时，打开进水和清水阀门，关闭反冲洗水和排水阀门，待过滤水流入冲洗排水槽后从槽的两边流出，使水量可以均匀分布在滤池整个面积上。反冲洗过程和过滤过程水流方向正好相反，关闭进水和清水阀门，打开反冲洗水和排水阀门，清洁水经配水系统和承托层均匀分配后，从下自上流过滤层，带走滤料表面的污物，流入冲洗排水槽后排出。普通快滤池工作稳定可靠，运转效果良好；采用的过滤材料易得、价格便宜，主要有石英砂和无烟煤。采用双层滤料降速过滤，出水水质好；特别是采用大阻力配水系统，反冲洗时配水均匀，反冲效果得到保证。但其缺点是管配件及阀门较多，操着维护较其它滤池稍复杂。普通快滤池应用最广、运行稳定可靠；一般用于大、中型水厂。而所谓的三阀滤池就是在普通滤池的基础上，用一套虹吸装置来代替进水阀，减少一个阀门，其他的与普通滤池基本是一样的。 2双阀滤池为减少阀门和减轻检修工作，将普通快滤池的进水阀和冲洗水排水阀用两条虹吸管代替，只保留清水阀和冲洗水阀，就成为双阀滤池。双阀滤池又分为鸭舌阀式双阀滤池和虹吸管式双阀滤池。这两种滤池的构造、滤速、滤料和配水系统等相同，减少了阀门，操作管理上也较为方便。但需一套真空系统，运行管理比普通快滤池复杂，一般用于中型水厂。3无阀滤池无阀滤池主要用于中、小水厂，分重力式和压力式，两者工作原理和设计参数相似。无阀滤池的特点是运行全部自动，操作方便，工作稳定可靠，在运转过程中滤层内不会出现负水头；结构简单，材料节省，造价比同规模普通滤池低；节省大型阀门，采用低水头反冲冼，小阻力配水系统。但无阀滤池的管件较多，并且安装时对管道标高的要求严格，三角连通渠的断面很小，施工时搭模、拆模和浇混凝土都很困难。冲洗水箱位于滤池上部，出水标高较高给给水厂处理构筑物的总体高程布置带来困难；反冲洗开始时冲洗强度较高，易出现跑砂、跑煤现象，冲洗末期强度下降，又使滤层难以洗净。另外单池面积较小，滤料装缷不便且处于封闭池体中，无法了解水处理的过程。4单阀滤池单阀滤池一般由无阀滤池改建而成，和无阀滤池结构基本相同。不同之处是在清水池内设置冲洗水箱，取代无阀滤池上部冲洗水箱，各滤池底部连通，滤后水由池底管道通向清水池，取消了反冲洗虹吸管，在反冲洗管上安装阀门。单阀滤池的土建和管道费用比无阀滤池降低40%左右。5虹吸滤池该滤池是利用滤池本身的出水水头进行反冲洗的滤池，因进水和冲洗水的排出均由虹吸管完成，故称为虹吸滤池，又名绿叶滤池(Green Leaf)，是以虹吸管代替进水和排水阀门的快滤池形式之一。进水时用小虹吸管，而冲洗水排出时用大虹吸管，其运行均靠真空系统，由真空泵、真空罐、管路和进水、冲洗虹吸管组成，可以自动化运行。虹吸滤池不需要大型的阀门及相应的启闭控制设备，也无管廊；可利用滤池本身的出水量、水头进行冲洗，不需要设置冲洗高位水箱或水泵；可以在一定范围内，根据来水量的变化自动均衡地调节各个单元滤池的滤速，不需要滤速控制设施；滤出水位高于滤层，不会发生负水头现象；各控制闸阀及管路均集中在滤池中央真空罐周围，操作管理方便，不仅可降低工程投资20%30%(同快滤池比)，且可节省金属材料30%40%。但因该滤池深度较大(一般56m)，采用小阻力配水系统，致使单位滤池面积不宜过大，不适用于大型规模的给水厂。此外它反冲洗耗水量大(约占产水量的3.8%)，不能排除初滤水，冲洗效果较气水反冲洗滤池差，冲洗水头相对不高，常发生滤料、滤层冲洗不干净的情况，保持滤层清洁的能力和提高滤出水水质的能力不如普通快滤池。6V型滤池V型滤池是法国德利满(Degremont)公司开发的一种高速均质滤料滤池，因为其进水槽形状呈V字形而得名，有截污量大、冲洗效果好的显著优势，近年来在新建的大、中型水厂应用较多。该滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，装厚度较大，粒径也较粗，可深层截污；砂上水深一般为1.2m；气冲洗强度50-60m3/m2h，水冲洗强度为13-15m3/m2h，表面扫洗强度为5-6m3/m2h。进水槽设计成V型，底部有进水孔，在反冲洗时兼做反冲洗时表面清扫布水槽。反冲洗采用空气、滤后水和原水三种流体，用较小的水头损失和电耗获得理想的冲洗效果，底部采用带长柄滤头的配水系统，可不设或可设很薄的承托层。缺点是设备费用、土建施工技术要求较高，反冲洗水量较大(约占产水量的2.6%)。1.2.5 消毒 水的消毒处理一般是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序。目的在于杀灭水中的有害病原微生物，防止水致传染病的危害。其方法分为化学法和物理法。而化学法所采用的药剂主要有以下几种：1 液氯 液氯消毒是迄今为止最常用的方法，液氯加入水中后，立即产生水解反应，生成Cl-1和HOCl，而起主导作用的是HOCl。液氯成本低、工艺成熟、效果稳定可靠。由于加氯法一般要求不少于30 min的接触时间，接触池容积较大；氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶属高压容器，有潜在威胁，需要按安全规定兴建氯库和加氯间；液氯消毒将生成有害的有机氯化物，但是他的持续灭菌能力,让他成为现今水处理行业里比较常用的工艺。20世纪70年代起，氯消毒在饮用水处理中遇到了三方面的问题。首先是饮用水中不断发现新的病原微生物，其中有一些如隐孢子虫不能被氯杀死。其次，很多研究表明，只有减少水中的有机营养物，才能抑制细菌的生长。最严重的还是消毒副产物问题。1974年，科学家首次发现氯消毒时，氯与水中残余的有机物发生化学作用，生成三氯甲烷、溴仿、溴二氯甲烷和氯二溴甲烷等一系列有害的“消毒副产物”。为了控制消毒副产物，各国都制定了严格的标准。优化的氯消毒技术不断被研究开发，主要的优化方式包括：(1)将氯胺投加到出厂水中；(2)低氯预处理，即在满足控制微生物生长的前提下，尽量减少预氯化的投氯量或取消预氯化；(3)用预处理氧化剂如二氧化氯等处理源水，进行初级消毒和氧化，过滤后再用氯消毒。通过这种处理，THM前体物被二氧化氯氧化；(4)设置新的投氯点；(5)使游离氯的接触时间从原来数小时或数十小时缩短到1小时以内甚至10分钟。同时，新型的消毒技术日益受到青睐，主要包括臭氧、二氧化氯和紫外线及相关组合技术等。2臭氧臭氧是一种强氧化剂，具有特殊气味的淡蓝色气体，其氧化能力仅次于氟，能氧化分解水中多种有机物，在低浓度下可瞬时完成氧化反应，而且其溶解度大，杀菌速度为氯的6003000倍，是目前加药消毒法中最有效的消毒剂，能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅，无三卤甲烷、卤乙酸类消毒副产物产生，但有产生溴酸盐等副产物的可能。臭氧是通过直接氧化和产生自由基的间接氧化来破坏微生物的结构，达到消毒的目的。臭氧的灭菌、消毒作用几乎是瞬时发生的，用量少；接触时间短；所有臭氧化学反应的最终产物均为H2O、CO2、O2等臭氧本身会分解还原成为自然界中存在的氧气，几乎对所有细菌、病毒、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果，成为没有二次污染的消毒方式 ，且操作管理简单。缺点是生产设备复杂，投资大，电耗高，但是臭氧氧化含有溴离子的原水时会产生溴酸根。一般维持剩余臭氧浓度为0.4mg/L，接触时间为15min，可得到良好的消毒效果。气中有害于工作人员的健康。3 二氧化氯二氧化氯化学性质活泼，易溶于水，氧化能力为氯气的2倍。二氧化氯是中性分子，在水中几乎100%以分子状态存在，所以极易穿透细胞膜，渗入细菌细胞内，将其核酸（DNA或RNA）氧化后，从而阻止细菌的合成代谢，并使细菌死亡。二氧化氯消毒采用次氯酸钠与盐酸为原材料，化学法现场制取，操作简单安全，制取成本低廉，无二次污染物THM的形成，具有良好的灭菌效果和持续消毒效果；具有余氯持续消毒作用；价格和成本较低；操作简单，投量准确；不需要庞大的设备。二氧比氯的杀菌速度快，消毒能力超过氯但是次于臭氧，可杀死隐孢子虫，具有广谱性的消毒效果，有剩余消毒效果但无氯味。二氧化氯的消毒机理主要是氧化细胞内酶系统和生物大分子，杀灭细菌、病毒，且不对动植物产生损伤，杀菌作用持续时间长，受pH影响小，可除臭、去色。经二氧比氯氧化的有机物多降解为含氧基团(羧酸)为主的产物，无氯代产物出现。二氧化氯性质不稳定，只能采用二氧化氯发生器现场制备。二氧化氯同氯气混合使用时，具有协同消毒作用，二氧化氯较氯气活泼，优先于氯气与有机物发生氧化分解反应，可有效抑制处理后水中三卤甲烷等氯化致癌物的生成。用于回用水消毒时，消毒剂投加点一般在滤后，有效氯投加量一般为1.53mg/L。二氧化氯现场制备，投加方便，避免了运输储存一系列问题及安全隐患，且成本较臭氧成本低，它是我国中小水厂替代液氯、次氯酸钠及漂白粉等的较好消毒方式。4. 次氯酸钠操作特别简单，只要用食盐、水、通电20分钟，即可制成无毒无害的高效消毒液（次氯酸钠消毒液或者臭氧消毒液。次氯酸钠消毒液发生器产生的消毒液品质纯净、无毒、无害、无残留物污染，对人畜无害。但放出的游离氯有可能引起中毒。 5 紫外线紫外线消毒实质是光化学反应，是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。其反应速率不受温度和pH的影响。当紫外强度为3104W/cm2时，紫外线杀灭病毒及细菌约需0.11s的接触时间、杀灭霉菌孢子需18s、杀灭藻类需540s，而氯消毒则需3060min的接触时间，臭氧消毒需1530min。现代的紫外线消毒装置可以很容易达到(330)104W/cm2的光强度，因此常见细菌、病毒、霉菌、藻类、孢子甚至原生动物都可以迅速被有效杀灭。在目前所有的消毒技术中，紫外线杀菌的广谱性是最高的，并且对一些对人类危害极大的，而氯气以至臭氧无法或不能有效杀灭的寄生虫类如隐性包囊虫和贾第鞭毛虫等都能有效杀灭，且没有消毒副产物，也不增加损害管网水生物稳定性的副产物，同时由于关键技术的突破，紫外线消毒系统的可靠性大大提高，设备使用寿命长，能耗降低，运行费用大为下降。1.3 主要研究或设计内容、需要解决的关键问题和思路1.3.1 本设计的指导思想1进行用水量预测并确定给水处理厂的建设规模；2对水处理工艺流程方案进行比较和选择；3对各个水处理构筑物的类型进行比较和选择；4对推荐的构筑物进行完整的工艺设计及计算；5对推荐的各个构筑物的工艺设备进行比较和选择；6完成构筑物的工艺图的绘制；7完成整个厂区的平面布置和规划；1.3.2 本设计应解决的主要问题1对水处理构筑物的类型进行比选；2对反应沉淀池（栅条絮凝池、斜管沉淀池）平面布置方案的选择；3对反应沉淀池和V型滤池图纸的绘制；4对水处理工艺流程方案的比较和选择；5借鉴其他水厂的经验，对整个水厂进行平面布置。1.3.3 本设计解决关键问题的思路 1借鉴现在发达的网络作为平台，与有相关专业的人员进行意见交流； 2通过与指导老师的交流，在指导老师的帮助下完成自己的疑难。3深入学习相关的设计手册、规范完成平面布置方案的选择；4查阅相关类似工程项目所采用的工艺流程；5参考相关类似工程项目的工程图纸；6在老师的帮助下完成图纸的绘制等。1.4 完成本设计所必须具备的工作条件及解决的办法 1.4.1 应具备的工作条件 1具备必须的设计规范、标准、手册；2具备一定的专业基础知识和专业知识；3具备一套供参考用的工程实际采用的类似图纸；4具备一定的独立自主思考、查阅资料和勤学苦读的能力；5具备利用计算机完成查阅资料、工艺计算、图纸绘制、文本编排的硬件条件。1.4.2 解决办法 1翻阅有关设计规范、标准、手册以及参考相关的类似工程图纸，也可以通过指导教师获得，还可以在网络上获得；2计算机硬件资源可以利用同学、教研室以及学校的计算机；3可以与其他的同学交流，共同交换意见。第二章 本 论2.1 水量及水质2.1.1 城市概况 1）区域概况定兴县位于河北省中部，地处冀中平原腹地，隶属河北省保定市，位于太行山东麓山前平原的京、津、保三角中心地带，县城北距北京89公里，东距天津125公里，南距保定55公里。为河北省35个“环京津都市圈”县市之一。总面积714平方公里，耕地69.7万亩，辖4镇12乡，274个行政村，人口56万。区位优势明显。京广电气化铁路、京广公路（107国道）、京深高速公路和正在建设的张石高速公路纵穿南北，定易公路、定津公路横贯东西，乡村柏油公路纵横交错，公路总里程逾800余公里。县城境内地势平坦，土层深厚，拒马河、北易水、中易水三条河流自西向东横贯全境，水资源丰富，水文及工程地质条件良好。该县全境南北长23公里，东西宽31公里，总面积为710平方公里，耕地面积为4.93万公顷， 农副产品资源丰富。经过改革开放以来十几年的开发建设，定兴县投资环境不断改善。2）发展现况定兴县城京深高速公路、京广铁路和公路并行南北，纵穿全县，高速公路有李郁庄交叉道口，铁路有定兴、北河、固城3个火车站。境内公路四通八达，交通运输十分便利。供电设施完善，现有2座110千伏安和6座35千伏安变电站，年供电能力可达2亿千瓦时，能源动力供应有可靠保证。全县已实现电话交换程控化、传输数字化，移动电话全国联网，使国内外通信畅通无阻。拥有各类专门人才1万多人，其中具有中、高级技术职称的达2000人，已形成较为完善的科技保障体系。近几年来，该县经济发展迅速。1994年国民生产总值为8.53亿元。该县第一产业以种植业和畜牧业为主，年产粮食35万吨，肉类2.5万吨，是国家确定的粮食基地县和肉食品基地县，1994年农业产值达到5.18亿元。3）工业生产工业以机械制造、轻工纺织、建筑建材、精细化工行业为主，现有工业企业2000多家，1994年工业产值达到8.78亿元。 建筑业是定兴的支柱产业，全县现有建筑企业400多家，建筑队伍5万多人，其中具有二级资格的企业5家。建筑业年产值接近10亿元。随着工农业生产的发展，全县第三产业也有了长足的发展。“九五”期间，该县将进一步加快发屡。到2000年，国民生产总值达到37.5亿元。农业以“两高、一优”为方向，建成京津地区的副食品供应基地；工业以发展规模为方向，上能力、上档次，增加科技含量，使建筑机械设各厂、礼帽厂、警兴厂、兴宇公司、五达化工厂和工艺品总公司成为产值超亿元、利税超千万元的龙头企业，并建成10家产值超5000万元、利税超500万元的重点企业以及30家产值超3000万元、利税超300万元的骨干企业； 继续巩固和发展建筑业优势，力争走出国门，走向世界；第三产业要向高水平、全方位展，使三次产业相互促进、齐头并进。该县设立的省级开发区面积8平方公里，环境良好、政策优惠，是对内对外开放的窗口。2.1.2 用水量计算城市用水量包括居民生活用水、工业企业生产用水和生活用水、消防用水、浇洒道路和绿化用水、未预见水量、管网漏失水量。根据定兴县县城总体规划（修编）（20032020）及室外给水设计规范（GB50013-2006）以及县自来水公司提供的供水数据，目前定兴县城人均最高日生活用水量约为160 L/cap.d，考虑到定兴县城社会经济发展， 2015年定兴县城人均最高综合生活用水量确定为180L/cap.d；工业用水量按最高日综合生活用水量的10计；道路广场浇洒按1.0L/(m2d)计；绿化用水按1.0L/(m2d)计；管网漏损按上述水量之和的10计；未预见水量按上述五项水量之和的8计；水厂自用水量按最高日上述五项水量之和的6计。定兴县城2015、2020年用水量测算如表2.1所示。2.1.3 建设规模确定根据定兴县城用水量测算表，2015年定兴县城最高日总需水量为9.26万m3/d，2020年最高日需水量为12.28万m3/d。定兴县城现有水厂设计总规模为2.30万m3/d，为解决目前定兴县城喝水难的问题，充分发挥现有水厂的产水能力，本工程按照近期日输水规模10.00万m3/d设计，因此在定兴南关新建水厂一座，规模为10.00万m3/d，并配套建设取水、输水工程，以满足远期县城的用水需求。本工程的配水管网按照远期2020年最高日供水12.28万m3/d设计，并视县城的发展在2020年前逐步完善。2.1.4设计方案的选定 综合上述比较，考虑到该城市的经济现状，结合本工程实际情况，选用“栅条絮凝池斜管沉淀池V型滤池液氯消毒”的主体工艺。 序号项目单位2015用水量2020用水量1服务人口104cap43.2046.522综合生活用水量标注L/capd180.00200.003供水普及率%90.0095.004综合生活用水量104m3/d7.008.845工业用水量104m3/d0.700.886规划道路广场面积104m280.20100.257浇洒道路广场用水指标L/(m2d)1.001.008浇洒道路广场用水量104m3/d0.080.109规划公用绿地面积104m260.9568.3710浇洒绿地用水指标L/(m2d)1.001.0011浇洒绿地用水量104m3/d0.060.0712管网漏损用量104m3/d0.791.0413未预见水量104m3/d0.690.9214最高日用水量104m3/d9.2612.28表2.1 定兴县城2015、2020年用水量测算表2.2 水处理构筑物设计2.2.1 反应设备的计算在絮凝池内水平放置栅条形成栅条絮凝池，栅条絮凝池布置成多个竖井回流式，各竖井之间的隔墙上，上下交错开孔，当水流通过竖井内安装的若干层栅条或栅条时，产生缩放作用，形成漩涡，造成颗粒碰撞。栅条絮凝池的设计分为三段，流速及流速梯度G值逐段降低。相应各段采用的构件，前段放密栅条，中段放疏栅条，末段不安装栅条。1.设计参数本设计采用栅条絮凝池，设计水量Q0=1.06105m3/d=1.23m3/s。絮凝池分为2组,每组1个池子，每组设计流量 Q=1.23/2=0.62m3/s。絮凝时间：，有效水深H0=4.5m（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.6m，故絮凝池总高H=4.5+0.3+0.6=5.4m；絮凝池分为三段：前段放密栅条，过栅流速v1栅=0.25m/s，竖井平均流速v1井=0.12m/s；中段放疏栅条，过栅流速v2栅=0.20m/s,竖井平均流速v2井=0.12m/s；末段不放栅条, 竖井平均流速v井=0.12 m/s。前段竖井的过孔流速0.30-0.20m/s ，中段0.20-0.15m/s ，末段0.14-0.10m/s。2.池体平面尺寸计算每组池子容积V=QT=0.62720=446.4m2竖井的平面面积A=V/H0=446.4/4.5=99.2m2絮凝池单个竖井的平面面积f=Q/v井=0.62/0.12=5.17m2取竖井尺寸采用2.27m2.27m，则竖井实际尺寸为f=2.272.27=5.15m2那么竖井的个数n=A/f=99.2/5.15=19.26个取n=20个，布置成5行4列，见图2.1。 图中各格右上角的数字为水流依次流过竖井的编号，顺序(如箭头所示)。“上” 、“下”表示竖井隔墙的开孔位置，上孔上缘在最高水位以下，下孔下缘与排泥槽齐平，、 表示每个竖井的网格层数。竖井内墙厚度取0.25m，外墙厚度取0.4m每组池子总长L=52.27+40.25+20.4=13.15m 宽B=42.27+30.25+20.4=10.63m 3.竖井内栅条的设计选用栅条材料为钢筋混凝土，断面为矩形，厚度为50mm，宽度为50mm，预制拼装。1）前段放置密栅条后：竖井过水断面面积为：A1水=Q/v1栅=0.62/0.25=2.48m2竖井中栅条面积为：A1栅=5.15-2.48=2.67m2单栅过水断面面积为：1栅=2.270.05=0.114m2所需栅条数为：M1=A1栅/1栅=2.67/0.114=23.4（根），取M1=24根。两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置22根，过水缝隙数为23个。 平均过水缝宽S1=(2270-2450)/23=47mm实际过栅流速v1栅=2）中段放置疏栅条后： 图2.1 絮凝池布置图 竖井过水断面面积为：A2水=Q/v2栅=0.62/0.2=3.1m2竖井中栅条面积为：A2栅=5.15-3.1=2.05m2单栅过水断面面积为：2栅=2.270.05=0.114m2所需栅条数为：M2=A2栅/2栅=2.05/0.114=17.98（根），取M1=18根。两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置16根，过水缝隙数为17个。平均过水缝宽S1=(2270-1850)/17=80.6mm实际过栅流速v1栅=4.竖井隔墙孔洞尺寸竖井隔墙孔洞的过水面积=，如0-1竖井的孔洞面积为： = 孔洞高度h=0.91m即，取孔的宽为2.27m，高为 0.46m。其余各竖井的孔洞的计算尺寸见。表2.2：5.各段水头损失 (2.1)式中 h为各段总水头损失，m； h1为每层栅条的水头损失，m； h2为每个孔洞的水头损失，m； 为栅条阻力系数，前段取1.0，中段取0.9； 为孔洞阻力系数，取3.0； 为竖井过栅流速，m/s； 为各段孔洞流速，m/s 中段放置疏栅条后（1）第一段计算数据如下：竖井数7个，单个竖井栅条层数3层，共计21层；过栅流速=0.253m/s；竖井隔墙7个孔洞，过孔流速分别为则 H2o（2） 第二段计算数据如下：竖井数6个，前面4个竖井每个设置栅条板2层，后2个设置栅条板1层，总共栅条板层数=42+21=10层；过栅流速；竖井隔墙6个孔洞，过孔流速分别为，则 H2O（3）第三段计算数据如下：水流通过的孔洞数为7，过孔流速为， ，。则 H2O（4）总水头损失H2O6.水力校核实际絮凝时间为 t=fH20/Q =2.272.274.520/0.62 =748.00s=12.47 min 表2.2 竖井隔墙孔洞尺寸孔洞号孔洞流速V (m/s)孔洞高度h (m)孔洞尺寸(宽高)0-10.3h= =0.912.270.911-20.28h= =0.982.270.982-30.27h= =1.012.271.013-40.26h= =1.052.271.054-50.25h= =1.092.271.095-60.23h= =1.19 2.271.196-70.22h= =1.24 2.271.247-80.20h= =1.36 2.271.368-90.19h= =1.44 2.271.449-100.18h= =1.522.271.5210-110.17h= =1.612.271.6111-120.16h= =1.712.271.7112-130.15h= =1.822.271.8213-140.14h=1.952.271.9514-150.14h=1.952.271.9515-160.13h=2.102.272.1016-170.13h=2.102.272.1017-180.12h=2.272.272.2718-190.11h=2.482.272.48出水孔洞0.10h=2.732.272.73 G= T=20C时, u=1.02910-4Pas，G=GT=56.64748.0=42367 G介于20-70S-1范围之内，GT介于1104-1105范围之内，满足要求。2.2.2 沉淀设备的设计采用上向流斜管沉淀池，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。斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=30mm，长l=1000mm，斜管倾角=。如图2.2所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。斜管与水平面成角，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。 1.设计水量（1） 水厂自用水量6%。（2） 和絮凝池一样，斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量 Q=0.62m3/s2.沉淀池面积 （3） 淀池清水区面积 （4） (2.2)式中 为斜管沉淀池的表面积， 为表面负荷，一般采用设计中取 清水区有效面积A= （5） 沉淀池初拟面积A斜管结构占用面积按5计，则A=初拟平面尺寸为 图2.2 斜管沉淀池剖面图 （3）沉淀池建筑面积A建斜管安装长度 考虑到安装间隙，长加0.07m，宽加0.1m沉淀池长度为方便施工取长度沉淀池宽度 沉淀池建筑面积A建= （4）池体高度保护高 =0.5m；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 =0.