给水处理课程设计-20万吨净水厂设计计算说明书.doc

目 录一、总论21.设计任务及要求22.设计原始资料2二、总体设计概况31、水厂规模32、总体设计32.1确定给水处理厂工艺流程32.2水厂工艺方案确定及技术比较3三、给水单体构筑物设计计算5（一）、混凝剂配制和投加5（1）、设计参数5（2）、溶液池设计及计算5（二）、混合设备的设计6（三）、反应设备的设计6 1、回转式隔板絮凝池6 2、平流沉淀池9 3、滤池12 4、进出水系统20四、消毒21五、其他设计21 1、清水池21 2、吸水井的设计24 3、二级泵房的设计24 4、辅助建筑物面积设计24 5、水厂管线24 6、道路及其它24六、水厂总体布置25参考文献25一、总论1.设计任务及要求给水处理课程设计的目的，一方面在于培养学生的工程思想，另一方面在于学习给水处理工艺设计的基本方法。具体表现为巩固与运用所学的理论知识，熟悉设计步骤与内容，培养分析问题和解决问题的能力。2.设计的原始资料该城镇地处北京东部，是北京的一座重要的卫星城市，现有一座地下水源水厂和相应配套的供水系统。近年来，由于人口的增多及工业发展，城镇规模不断扩大，现有的城市基础设施，特别是城市供水系统难以满足供水要求。目前生活供水严重不足，大部分地区采用定时供水措施勉强维持，楼房二层无水，一些平房在高峰用水时也常发生停水现象，严重影响了市民的正常生活和工业生产发展，急需开发新水源以解决供水不足的问题。（1） 地理条件：地形平坦，稍向西倾斜，地势平均标高为22米（河岸边建有防洪大堤）（2） 厂位置占地面积：水厂位置距河岸200米，占地面积充分。（3）水文资料：河流年径流量3.7614.82亿立方米，河流主流量靠近西岸。取水点附近水位：五十年一遇洪水位：21.84米；百年一遇洪水位：23.50米；河流平常水位：15.80米；河低标高：10米。（4） 气象资料及厂区地质条件：全年盛行风向：西北；全年雨量：平均63毫米；冰冻最大深度：1米。厂区地基：上层为中、轻砂质粘土，其下为粉细砂，再下为中砂。地基允许承载力：1012t/m2。厂区地下水位埋深：34米。地震烈度位8度。（5） 原水水质情况序号名称最大值最小值平均值备注1色度11-13 2浊度3000683PH值7.4-8.64DO溶解氧10.815Fe0.680.4356大肠菌群723800个/L24600个/L7细菌总数2800个/L140个/L8总硬度123.35mg/L9臭味土腥味10水温4.5-21.5 （6）水质、水量及其水压的要求：设计水量：根据资料统计，目前在原地下水源继续供水的情况下，每天还需20万立方米。水质：满足现行生活饮用水水质标准。水压：二级泵站扬程按50米考虑。二、总体设计概况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损失，确定安全系数为K=1.06。这总处理水量Q=1.06*20万=21.2万m3/d=8833.33 m3/h，取为8850 m3/h。2.总体设计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）混合絮凝池沉淀池过滤池（消毒）清水池提升泵站（二级泵房）城市管网用户2.2水厂工艺方案确定及技术比较（1）、给水处理厂工艺流程方案的选择及确定方案一：原水 一泵房 静态混合器 往复式隔板絮凝池 平流沉淀池 普通快滤池 清水池 二泵房 用户方案二：原水 一泵房 扩散混合器 折板絮凝池 斜板沉淀池 V型滤池 清水池 二泵房 用户（2） 、方案技术比较：方案一方案二项目优缺点项目优缺点一泵站岸边直接取水优点：布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，应用广泛，适用在岸边地质条件较好时，取水可靠，维护管理较简单缺点：投资较大，水下工程量较大，施工期限长，合建式土建结构复杂，施工较困难。静态混合器优点：1.设备简单，维护管理方便2.不需土建构筑物3.在设计流量范围，混合效果较好4不需外加动力设备缺点：1.水头损失较大2.运行水量变化影响效果扩散混合器优点：1.不需土建构筑物2.不需外加动力设备3.不占地缺点：混合效果受水量变化有一定影响往复式隔板絮凝池优点：1.絮凝效果较好2.结构简单，施工方便缺点：1.絮凝时间较长2.水头损失较大3.转折处絮粒易破碎折板絮凝池优点：1.絮凝效果好2.絮凝时间短缺点：1.构造复杂，水量影响絮凝效果平流沉淀池优点：1.造价较低2.操作方便，施工简单3.对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定4.带有机械排泥设备时，排泥效果好缺点：1.占地面积较大2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难3.需维护机械排泥设备斜板沉淀池优点：1.沉积效率高2.池体小，占地少缺点：1.斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，费用较高2.对原水浊度适应性较平流沉淀池差3.不设机械排泥装置时，排泥较困难，设机械排泥装置时，维护管理较平流沉淀池麻烦普通快滤池优点：1.有成熟的运转经验，运行稳妥可靠2.采用砂滤料，材料易得，价格便宜3.采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大，池深较浅4.可采用降速过滤，水质较好缺点：1.阀门多V型滤池优点：1.运行稳妥可靠2.采用砂滤料，材料易得3.滤床含污量大、周期长、滤速高、水质好4具有气水反洗和水表面扫洗，冲洗效果好缺点：1. 配套设备多，如鼓风机等2.土建较复杂，池深比普通快滤池深综上所述：方案一较合理。三、给水单体构筑物设计计算（一）、混凝剂配制和投加 （1）、设计参数根据原水水质及水温，参考有关水厂的运行经验，选精致硫酸铝为混凝剂。最大投加量为20mg/L，精致硫酸铝投加浓度为10%。采用计量投药泵投加。（2）、溶液池设计及计算溶液池设计为以高架式设置，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。 1）.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2） .溶液池容积按下式计算：式中 溶液池容积，m3； 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：=14.148m3，取14.15m3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。溶液池设置两个，每个容积为，以便交替使用，保证连续投药。3）.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，有边长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）H1.0+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。4）.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。（二）、混合设备的设计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%，构造如图所示。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：静态混合器水头损失 h=0.1184 n Q2/d4.4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。（3） 、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，经综合比较，选用4个回转式隔板絮凝池较合适。1、回转式隔板絮凝池：设计水量： Q1=Q/24n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：Ri=aiH/(ai+2H)Ci=Ri1/6/nVlt=viaiH/(ai2+ai+12)0.5H有=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合计水头损失按1.0m计算。GT值校核水温t在20时GT值校核：G=(h/60T)0.5设计中取T=20.65s，h=0.2m，=601.02910-4PasGT=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、平流沉淀池1. 已知设计水量（包括自耗水量）：Q=8850 m3/h =2.46 m3/s 沉淀池个数：n=4，每组设计流量为2212.5 m3/h 沉淀池沉淀时间：T=2.0h 池内平均水平流速：v=15mm/s 有效水深：H=2.0m，超高：0.3m 原水平均浑浊度为68mg/l2. 设计计算(1)池体尺寸 单池容积V V=Qt/n=8850*2/4=4425 m3 池长L L=3.6vT=3.6152=108 m 池宽B 池的有效水深采用H=2.0m，超高采用0.3m，则池深为2.3m。则池宽 B=V/LH=4425/(108*2)=20.5 m,采用25m（为配合絮凝池的宽度） 每池中间设三道导流墙，导流槽采用砖砌，导流槽宽为240mm, (2)校核池子尺寸比例 长宽比：L/B=108/25=4.324 符合要求 长深比：L/H=108/2.0=5410 符合要求(3)进水穿孔墙沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长25m，墙高2.5m，有效水深2.0m，用虹吸式机械吸泥机排泥，其积泥厚度为0.1m，超高0.2m。穿孔墙孔眼形式采用矩形的半砖孔洞，其尺寸为15cm8cm。孔洞处流速采用v0=0.2m/s,则穿孔墙孔洞总面积：=Q/3600v0= 2212.5/（3600*0.2）=3.07m3 孔洞个数：N=/（0.15*0.8）=3.07/（0.15*0.08）=256 个 (4)出水渠 采用薄壁堰出水，堰口保证水平 出水渠宽度采用1m，则渠内水深h=1.73*（q2/gb2)1/3=1.73*Q2/(3600n)2gb21/3=0.58 m 为保证堰口自由溢水，出水渠的超高为0.1m，则渠道深度 为0.7m。堰口溢流率按400m3/(md)计算，出水堰长度L=Q/400=5.53m25m，无需增加堰长度。(5)排泥设施为了取得较好的排泥效果，可采用机械排泥。即在池末端设集水坑，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前端1/3左右沉淀池池长范围，因此沉淀池后端2/3池长范围排出的泥水往往含固率很低，导致水厂平流沉淀池的排泥水量消耗较多，实施水厂排泥水处理时就会相应增加排泥水处理成本。为了减少不必要的排泥水量消耗，必须通过合理排泥来提高沉淀池排泥水的整体含固率。池内存泥区高度为0.1m，池底有1.5的坡度，坡向末端积泥坑（每池一个），坑的尺寸为50cm50cm50cm. 排泥管兼沉淀池放空管，其管径d应按下式计算： d=（0.7BLH00.5/t）0.5=0.52m 采用550mm 式中：H0池内平均水深，m，此处为2.3+0.1=2.4m； t放空时间，s，此处按3h计。(6)沉淀池水力条件复核 1、水流截面积 w=BH=252.3=57.5m3 2、 水流湿周 =2H+B=22.3+25=29.6m3、 水力半径 R=w/=1.98 m 4、雷诺数 Re Re=vR/=1.5198/0.01=29700 5、弗劳德数 Fr Fr=v2/（Rg）=1.52/（198981）=1.1610 （在规定范围110-510-4内）3、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。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。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： F：滤池总面积 m2Q：设计水量 m3/dV：设计滤速 m/h，双层滤料，采用10m/hT：每日实际工作时间 ht0：滤池每日冲洗后停用和排放初滤水的时间 ht1：滤池每日冲洗时间 hn：每日冲洗次数设计中取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：f：单池面积 m2F：滤池总面积m2N:滤池个数设计中取N=12，布置成对称双行排列 （小于100平方米，符合要求）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： H=H1+H2+H3+H4H1 ：承托层高度 mH2 ：滤料层高度mH3 ：滤层上水深m 一般采用1.52.0mH4 ：超高m设计中取 H=0.40+0.70+1.80+0.30=3.20m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1316 L/（sm2），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：qg=fq f为单滤池实际面积。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： vg=4*qg*10-3/D2 （一般采用1.01.5m/s） 式中， qg 反冲洗水流量 D 干管管径，设计中取D=1m配水支管根数： nj=2L/aL：滤池长度 ma：支管中心间距 m ，一般采用0.250.3m，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： qj=qg/nj （L/s）支管入口流速： vj=q*10-3/0.25Dj2 一般采用1.52.0m/sDj：支管管径 m ，设计中取0.1m单根支管长度： lj=0.5（B-D） Lj：单根支管长度 mB：单个滤池宽度 mD：配水干管管径 m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 Vk=qg/Fk Vk一般取56m/s有单个孔口面积：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：ak=2lj/nk设计中取， 有ak=0.22m孔口平均水头损失：hk=（q/10K）2/2g式中，q 冲洗强度 流量系数 K 直观上空口总面积与滤池面积之比，一般采用0.0020.0025设计中取，查表选用流量系数=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。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选择，计算：a. 洗砂排水槽中心距：a0=L/n1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:l0=（B-b）/2设计中取b=0.8m，B=7mc.每条洗砂排水槽的排水量:q0=qg/n2设计中取，d.洗砂排水槽断面模数:洗砂排水槽断面模数设计中取则计算出： 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：F0=2xl0n2+bL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：W=qft/1000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：Q=fq有 水泵扬程：H=H0+h1+hw2+hw3+hw4+h5 H0 -排水槽顶与清水池最低水位高差，一般取7m h5-安全水头，一般采用1-2m-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。4、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B2=1.52m，渠中水深0.7m，渠中流速。四、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。五、其他设计1、清水池（1）清水池的布置清水池设计为方形以节省占地。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6条，间距为5m，将清水池分成7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28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2座，则每座清水池的有效容积为=V/2=10600m3每座清水池的面积：A=V1/h=2650m2取清水池长宽为40m*68m，实际体积为2720m2超高取0.5m，清水池总高为4.5m（3）管道系统清水池的进水管 D1=（Q/4*0.785*v）0.5V取0.7m/s，D1=0.74m，实际取DN=800mm，进水管内实际流速为0.6m/s。清水池的出水管：清水池水管按最大流量计算， Q1=KQ/24设计时按时变化系数K=1.5计算，有出水管管径：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、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