给水处理课程设计计算说明书.doc

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给水处理课程设计计算说明书设计名称：南江自来水厂水处理工程设计院 系：建筑工程学院专 业：给水排水工程学 号： 姓 名： 指导老师： 设计时间： 目 录第一章 总论-3-一 设计任务及要求-3-1、设计任务-3-2、设计要求-3-二 设计原始资料-4-1、概述-4-2、水源资料-4-第二章 设计水质水量与工艺流程的确定-5-一 设计水质水量 -5-1. 设计水质及水质分析 -5-2. 给水处理流程确定 -6- 第三章 给水处理构筑物与设备型式选择-7-一 加药间加药间 -7-二 混合设备-10- 三 絮凝池 -12-四 沉淀池 -17-五 滤池 -23-六 消毒方法 -28-第四章 水厂高程布置计算 -33-一 管渠的水力计算-34-二 给水处理构筑物高程计算 -35-第五章 主要参考文献资料 -36-第一章 总论1.1设计任务及要求1.1.1设计任务给水工程课程设计题目是“某水厂水处理工程设计（为初步设计阶段），其内容包括以下部分：1、根据水质、水量、地区条件、施工条件和一些给水处理厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程。2、拟定各种构筑物的设计流量及工艺参数。3、选择各种构筑物的类型和数目，初步进行给水处理厂的平面布置和高程布置。在此基础上确定的构筑物的形式、有关尺寸安装位置等。4、进行各种构筑物的设计和计算，定出各种构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构造、施工上的可能性。5、根据各构筑物的确切尺寸，确定个构筑物在平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。6、给水处理厂厂区主体构筑物（生产工艺）和附属构筑物的布置，厂区道路、绿化等总体布置。7、绘制本设计任务书中指定的水厂平面，工艺高程图纸两张（3#图）。8、写出设计说明书及计算说明书。1.1.2、设计要求a根据以上资料，进行城市给水处理厂的初步设计。b编写设计说明计算书，包括确定合理的给水处理工艺流程，相应构筑物的设计计算，计算正确并附有必要简图。进行给水处理厂的平面布置设计和高程布置，合理安排处理构筑物、站内管道系统及辅助建筑物的平面位置及标高。c画出两张图：3号图纸：给水处理厂平面布置图（1：500）。3号图纸：给水处理工艺高程布置图（横比1:300；纵比1：500）1.2 设计原始资料1.2.1概述（一）设计题目：某水厂水处理工程设计（二）相关设计资料(1) 用来建水厂的空地地势平坦，厂区平均海拔高程13m。(2) 风向：全年主导风向东北偏东（夏季）；西北（冬季）；频率17%。(3) 气温：月平均最高温度28，月平均最冷温度3.4，年平均气温14。(4) 最大冻土深度20cm。（三）设计水量：q=30104m3/d1.2.2水源资料（一）水源概况水源取自南江水。南江水在全年的大部分时间里浊度较低（只有在洪水期浊度大20003000ntu），冬天水源水较清，短时间可能有藻类出现。水质检测情况如下：表1 水源水质（平均值）项目ph值浊度（ntu）codmn（mg/l）氨氮（mg/l）氟化物（mg/l）平均值7.91030.050.05项目总碱度（mg/l）硝酸盐（mg/l）氰化物（mg/l）六价铬（mg/l）砷（mg/l）平均值110.90.60.020.0010.005（二）处理要求执行生活饮用水卫生标准gb5749-2006.根据生活饮用水卫生标准（gb5749-2006）对城市供水水质的要求，水源水的水质应符合下列要求：（1）水中不得含有致病微生物；（2）水中所含化学物质和放射性物质不得危害人体健康；（3）水的感官性状良好；（4）城市供水水质检验项目；（5）常规检验项目见下表。序号项 目单 位标准限值1ph值/6.58.52色度度153浊度ntu34肉眼可见物/不得含有5总硬度mg/l，caco34506氯化物mg/l2507氟化物mg/l2508硝酸盐mg/l109总溶固物mg/l100010codmnmg/l511氨氮mg/l0.512铁mg/l0.313锰mg/l0.114铜mg/l115砷mg/l0.0116锌mg/l1.017铅mg/l0.0118细菌总数cfu/ml10019大肠杆菌cfu/ml不得检出第二章 设计水质水量与工艺流程的确定2.1 设计水质水量2.1.1 设计水质及水质分析2.1.1.1 设计水质本设计给水处理工程设计水质满足国家生活饮用水卫生标准（gb5749-2006），处理的目的是去除原水中悬浮物质，胶体物质、细菌、病毒以及其他有害成分，使净化后水质满足生活饮用水的要求。2.1.1.2 水质分析 本设计中，浊度，不达标，需要处理。2.1.2 设计水量水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗和澄清池排泥等方面。城镇水厂只用水量一般采用供水量的5%10%，本设计取8%，则设计处理量为： q=(1+a) qd=1.083010000=324000 m3/d式中 q水厂日处理量；a水厂自用水量系数，一般采用供水量的5%10%，本设计取8%；qd设计供水量（m3/d），为30万m3/d.2. 2 给水处理流程确定2.2.1 给水处理工艺流程的选择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。综合分析后得出最终的工艺流程为：原水活性炭（粉末）预吸附混凝沉淀或澄清过滤活性炭（颗粒）吸附消毒框图表示为：原水混合池沉淀池市政管网絮凝池颗粒活性炭滤池二级泵房清水池混凝剂及粉末活性炭消毒剂布置草图如下：第三章 给水处理构筑物与设备型式选择3.1 加药间3.1.1 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。3.1.2 混凝剂药剂的选用与投加3.1.2.1. 混凝剂药剂的选用混凝剂选用:碱式氯化铝aln(oh)mcl3n-m简写pac. 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30mg/l。其特点为：1）净化效率高，耗药量少除水浊度低，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（可在ph=59的范围内，而不投加碱剂）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）无机高分子化合物。3.1.2.2. 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。3.1.2.3. 加药量的计算和加药间的布置 最高日用水量q=(1+a) qd=1.083010000=324000 m3/d=13500 m3/h 溶液池容积： m3 取 50 m3 式中：混凝剂（pac）的最大投加量（mg/l），本设计取30mg/l； 溶液浓度，一般取5%-20%，本设计取10%； 处理水量，本设计为13500 每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为w1（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为，高度中包括超高0.3m，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。溶解池容积 式中： 溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.3溶解池也设置为2池，单池尺寸：lbh=42.52.2，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。则溶解池实际有效容积：= lbh=42.51.7=17m ，满足要求。溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：q=25 l/s,查水力计算表得放水管管径200mm，相应流速v=0.8m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d100mm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。混合设施 投药管投药管流量：q=1.16l/s计量投加设备计量泵每小时投加药量:q=4.2m/h 式中：溶液池容积（m3）药库设计参数混凝剂聚合氯化铝（pac）所占体积： t=q15=32400015=145800=145.8t 式中：t药剂按最大投药量的15d用量储存 apac投加量（mg/l），本设计取30mg/l q处理水量（m/d）。 聚合氯化铝的相对密度为1.19，则算占体积v= 药品放置高度按2.5m计，则所需面积为49m 考虑到药品的运输、搬运和磅秤算占体积，不同药品间留有间隔等，这部分面积按药品占有面积的30计，则药库所需面积：，则药库平面尺寸取lbh=8m8m3m 。3.1.2.4 加氯间设计要求1、靠近加氯点，以缩短加氯管线的长度。水和氯应充分混合，接触时间不少于30min。为管理方便，和氯库合建。加氯间和氯库应布置在水厂的下风向。2、加氯间的氯水管线应敷设在地沟内，直通加氯点，地沟应有排水设施以防积水。氯气管用紫铜管或无缝钢管，氯水管用橡胶管或塑料管，给水管用镀锌钢管，加氨管不能用铜管。3、加氯间和其他工作间隔开，加氯间应有直接通向外部、且向外开的门，加氯间和值班室之间应有观察窗，以便在加氯间外观察工作情况。4、加氯机的间距约0.7m，一般高于地面1.5m左右，以便于操作，加氯机（包括管道）不少于两套，以保证连续工作。称量氯瓶重量的地磅秤，放在磅秤坑内，磅秤面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。有每小时换气8-12次的通风设备。加氯间的给水管应保证不断水，并且保持水压稳定。加氯间外应有防毒面具、抢救材料和工具箱。防毒面具应防止失效，照明和通风设备应有室外开关。设计加氯间时，均按以上要求进行设计。3.2 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。混合是取得良好絮凝效果的重要前提，影响混合效果的因素很多，如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质、大小等。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。混合设施应根据混凝剂的品种进行设计，使药剂与水进行恰当、急剧充分的混合。一般混合时间1030s，混合方式基本分为四类：水力混合、械混合、水泵混合、管式混合。力混合简单，但不能适应流量的变化；机械混合可进行调节，能适应各种流量的变化。具体采用何种混合方式，应根据水厂工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及维修条件等因素确定。表5-6 常用混合方式的主要特点及使用方 式特 点 及 使 用 条 件管式混合管道混合混合简单，无需另建混合设施，混合效果不稳定，流速低时，混合不充分静态混合器构造简单，无运动设备，安装方便，混合快速均匀；当流量降低时，混合效果下降水泵混合混合效果好，不许增加混合设施，节省动力，但使用腐蚀性药剂时，对水泵有腐蚀作用。适用于取水泵房与水厂间距小于150m的情况机械混合混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂，但需增加混合设备和维修工作 本设计的混合设施采用“管式静态混合器”，管式静态混合器有其独特的优点，构造简单、安装方便、维修费用低。又由于水厂运行稳定，并不存在“流量降低，混合效果下降”的情况，所以选用管式静态混合器(dn800)。图 管式静态混合器 管静态混合器工作原理：混合器内安装若干混合单元，每一混合单元有若干固定叶片按一定角度交叉组成。水流和药剂通过混合器时，将被单元体多次分割，改向并形成涡流，达到混合目的。静态混合器的计算本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合。设计总进水量为q=324000m3/d，水厂进水管投药口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。静态混合器的水头损失一般小于0.5m，根据水头损失的计算公式:h=0.1184n 式中：h水头损失（m）； q处理水量（m/d）; d管道直径（m）； n混合单元（个）。 设计中取d=1.6m，q=3.75 m/s,当n=2时，h=0.42m0.5m。所以选dn1600内设2个混合单元的静态混合器。l=1.1dn= 校核gt值 在700-1000之间，符合设计要求。 ，水力条件符合设计要求。3.3、絮凝池絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大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、折板絮凝、栅条（网格）絮凝、和穿孔旋流絮凝。表3-1 絮凝池的类型及特点表类 型特点适用条件隔板式絮凝池往复式优点：絮凝效果好，构造简单，施工方便；缺点：容积较大，水头损失较大，转折处钒花易破碎水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者回转式优点：絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便；缺点：出水流量不宜分配均匀，出口处宜积泥水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者；改建和扩建旧池时更适用旋流式絮凝池优点：容积小，水头损失较小；缺点：池子较深，地下水位高处施工较难，絮凝效果较差一般用于中小型水厂折板式絮凝池优点：絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小；缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价高流量变化较小的中小型水厂网格絮凝池优点：絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间短；缺点：末端池底易积泥根据以上各种絮凝池的特点以及实际情况并进行比较，本设计选用往复式隔板絮凝池。3.3.1设计参数絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为 ，絮凝时间t=20min3.3.2设计计算3.3.2 .1絮凝池有效容积 考虑与斜管沉淀池合建，絮凝池平均水深取3.0m，池宽取b=25.0m。3.3.2.2絮凝池有效长度式中： h平均水深(m);本设计取超高0.5m，h=3.0m；3.3.2.3 隔板间距絮凝池起端流速取，末端流速取。首先根据起，末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。起端廊道宽度： 末端廊道宽度： 廊道宽度分成4段。各段廊道宽度和流速见表2-1。应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真实流速的近似值，因为，廊道水深是递减的。四段廊道宽度之和取隔板厚度=0.20m，共14块隔板，则絮凝池总长度l为：3.3.2.4 水头损失计算式中： vi第i段廊道内水流速度（m/s）； 第i段廊道内转弯处水流速度（m/s）； mi第i段廊道内水流转弯次数；隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（1800转弯）=3；第i段廊道总长度(m)；-第i段廊道过水断面水力半径（m）；流速系数，随水力半径ri和池底及池壁粗糙系数n而定，通常按曼宁公式计算。= =0.59 m，絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，粗糙系数为n=0.013。其他段计算结果得： 表4.3 c值计算表廊道转弯处的过水断面面积为廊道断面积的1.2-1.5倍，本设计取1.4倍，则第一段转弯处流速： m/s式中：第i段转弯处的流速（m/s）； 单池处理水量（m3/h）； 第i段转弯处断面间距，一般采用廊道的1.2-1.5倍； 池内水深（m）。其他3段转弯处的流速为： 表4-4 拐弯流速计算表各廊道长度为：各段转弯处的宽度分别为1.75m；2.520m；3.682m；4.382m；第1段水头损失为：m3.3.2.5 gt值计算(t=20时) 60,符合设计要求； （在104-105范围之内）絮