给水处理课程设计计算书.doc

吉林化工学院给水排水工程给水厂课程设计目 录第一章 绪 论11.1.1 工程规模11.1.2 设计出水水质11.1.3原始资料1第二章 水厂设计工艺32.1水处理工艺流程方案拟定32.1.1水处理工艺流程的拟定32.2水处理工艺计算42.2.1 配水井设计计算42.2.2混合工艺设计计算52.2.3投药工艺及投药间的设计计算72.2.4絮凝工艺的设计计算92.2.5沉淀工艺的设计计算162.2.6过滤工艺的设计计算232.2.7消毒工艺的设计计算392.2.8清水池的设计计算412.2.9 一二级泵站的设计计算43第三章 给水厂总体布置453.1 工艺流程布置453.2 水厂的平面布置453.3 水厂的高程布置463.3.1 水厂高程布置原则463.3.2 水厂水处理构筑物的高程布置设计计算46致 谢52参考文献5353第一章 绪 论1.1 总体设计水在人们的生活和生产中占有重要地位。在现代的工况企业中，为了生产上的需要以及改善劳动条件，水更是必不可少的，缺水将会直接影响工业产值和国民经济发展的速度，因此，给水工程成为城市和工况企业的一个重要基础设施，必须保证以足够的水量、合格的水质，充裕的水压供应生活用水，生产用水和其他用水，不但能满足近期的需要，还需兼顾到今后的发展。1.1.1 工程规模水厂建设总规模为，水厂自用水量按5%考虑，并考虑远期发展的需要，预留远期生产用地。给水处理厂的主要构筑物拟分为2组，每组4.5万。 1.1.2 设计出水水质水厂设计出水水质达到国家现行生活饮用水卫生标准（-2006）。1.1.3原始资料1、原水水质资料：水质指标单位数量浑浊度色度水温PH碱度总硬度大肠菌群细菌总数mg/L度毫克当量/升毫克当量/升个/升个/毫升32522257.22.93.311012152.石英砂筛分曲线:筛孔孔径(mm) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.75 1.0 1.2 1.5通过砂量所占百分率(%) 8 19 33 60 81 89 94 983.居民区用水量变化情况：时间0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13A（%）1.701.671.63 1.63 2.56 4.35 5.14 5.64 6.0 5.84 5.07 5.15 5.15时间13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0A（%） 5.15 5.27 5.52 5.75 5.83 5.62 5.0 3.19 2.69 2.58 1.87 注：A：时用水量占全天用水量的百分比。4.水厂所在地区：东北地区；厂区冰冻深度：1.7m；厂区地下 水位深度：7.9m；主导风向：东南风。第二章 水厂设计工艺2.1水处理工艺流程方案拟定2.1.1水处理工艺流程的拟定为使出厂水符合国家生活饮用水卫生标准，按照技术合理、经济合算、运行可靠的指导思想，设计水处理工艺流程。水厂采用的处理工艺流程为： 投加消毒剂 一级泵站配水井絮凝沉淀过滤清水池二级泵站投加混凝剂图1 水厂处理工艺流程一级泵站配水井 管式静态混合器投加混凝剂（硫酸铝）折板絮凝池平流沉淀池V型滤池 投加消毒剂（液氯）清水池吸水井二级泵站图2 水厂处理工艺流程框图（构筑物）2.2水处理工艺计算2.2.1 配水井设计计算1. 设计参数配水井设计规模为4012.5m3/h。 2. 设计计算（1）配水井有效容积配水井水停留时间采用23，取，则配水井有效容积为：（2）进水管管径配水井进水管的设计流量为，查水力计算表知，当进水管管径时，（在1.01.2范围内）。（3）矩形薄壁堰进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入2个水斗再由管道接入2座后续处理构筑物。每个后续处理构筑物的分配水量为。配水采用矩形薄壁溢流堰至配水管。 堰上水头因单个出水溢流堰的流量为，一般大于100采用矩形堰，小于100采用三角堰，所以本设计采用矩形堰（堰高取）。矩形堰的流量公式为：式中矩形堰的流量，；流量系数，初步设计时采用；堰宽，取堰宽；堰上水头，。已知，代入下式，有： 堰顶宽度根据有关试验资料，当时，属于矩形薄壁堰。取，这时（在00.67范围内），所以，该堰属于矩形薄壁堰。（4）配水管管径由前面计算可知，每个后续处理构筑物的分配流量为，查水力计算表可知，当配水管管径时，（在0.81.0范围内）。（5）配水井设计配水井外径为6m，内径为4m，井内有效水深，考虑堰上水头和一定的保护高度，取配水井总高度为6.2m。2.2.2混合工艺设计计算1 混合工艺的选择混合是原水与混凝剂或助凝剂进行充分混合的工艺过程，是进行絮凝和沉淀的重要前提。混合是将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，对于取得良好的混凝效果具有重要作用。混合问题的实质就是药剂水解产物在水中的扩散问题。混合的方式有很多种，常用的有水泵混合、管式混合、机械混合。 水泵混合水泵混合是将药剂投加在取水泵吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合的目的。它适用于一级泵站距处理构筑物较近（120m以内），优点是设备简单；混合充分，效果较好；不另消耗动能。缺点是安装管理较复杂；配合加药自动控制较难。 管式混合目前广泛采用的管式混合器是静态管式混合器，是利用水厂进水管的水流，通过管道或管道零件产生局部阻力，使水流发生涡旋，从而使水体和药剂混合。管式混合的优点是设备简单；不占地；在设计流量范围，混合效果好。缺点是当流量过小时效果下降。但从总体经济效果而言还是具有优势的。 机械混合机械混合是依靠外部机械供给能量，使水流产生紊流。它的优点是水头损失较小，适应各种流量变化，能使药剂迅速而均匀的分布在原水胶体颗粒上，同时使胶体颗粒脱稳，具有节约投药量等特点。缺点是增加相应的机械设备，需消耗电能，同时也增加了机械设备的维修及保养工作，管理维修比较复杂。本设计推荐使用管式静态混合器。2 混合工艺的设计计算考虑设絮凝池2座,混合采用管式混合。设水厂进水管投药口至絮凝池的距离为50米。进水管采用两条, 设计流量为Q=96300/24/2=0.557 。进水管采用钢管,直径为DN800,查设计手册1册,设计流速为1.11m/s，1000i=1.8m，混合管段的水头损失。小于管式混合水头损失要求为0.3-0.4m。这说明仅靠进水管内流速不能达到充分混合的要求。故需在进水管内装设管道混合器,本设计推荐采用管式静态混合器，管式静态混合器示意图见图1.3。 1）. 设计参数：采用玻璃钢管式静态混合器2个。每组混合器处理水量为0.557m3/s，水厂进水管投药口至絮凝池的距离为10m，进水管采用两条DN800钢管。2）. 设计计算：（1）进水管流速v：据，查水力计算表可知，（手册：0.81.0m/s；厂家：0.91.2 m/s，基本均在上述范围内）。（2）混和器的计算:混合单元数取N=3,则混合器长度为混合时间水头损失: 校核G：。水力条件符合。（3）混合器选择：静态混合器采用3节，静态混合器总长4100mm，管外径为820mm，质量1249kg，投药口直径65mm。管式静态混合器2.2.3投药工艺及投药间的设计计算1. 设计参数本设计选用硫酸铝为混凝剂，最大投加量为32mg/L，平均为25mg/L。（1）溶液池:溶液池的容积：式中混凝剂最大投加量，设计流量，为混凝剂的投加浓度，取15。每日的投加次数，取4次。溶液池按两个设计，一次使用一个池子，两个池子交替使用。溶液池的平面形状采用正方形，有效水深取1.3m，则边长为2.0m。考虑超高为0.5m。则溶液池尺寸为LBH2.0m2.0m1.8m。溶液池池底设DN200的排渣管一根，溶液池采用钢筋混凝土池体，内壁衬以聚乙烯板（防腐）。（2）溶解池：容积溶解池建两座，一用一备，交替使用,每日调制两次。取有效水深为1.0m，平面为正方形形状，边长为1.5m。考虑超高0.5m，则池体尺寸LBH1.5m1.5m1.5m。溶解池的放水时间采用，则放水流量为：查水力计算表：放水管管径采用DN70，相应流速为1.34m/s。溶解池底部设管径DN200的排渣管一根，溶解池采用钢筋混凝土池体，内壁衬以聚乙烯板（防腐）。投药管的流量为：查水力计算表得，投药管直径为DN32，相应流速为0.6m/s。溶解池的搅拌装置：每池设搅拌机一台。选用ZJ-700型折桨式搅拌机，功率为4KW,转速为85r/min。（3）计量泵加药采用计量泵湿式投加，总流量为：安装3台，两用一备。计量泵型号为J-Z400/2.5，单台的设计流量为427.5L/s。（4）药剂仓库计算： 药剂仓库与加药间应连在一起，储存量一般按最大投药期间12个月用量计算。仓库内应设有磅秤，并留有1.5m的过道，尽可能考虑汽车运输的方便。混凝剂选用精制硫酸铝，每袋质量是40kg,每袋的体积为0.540.2m3,药剂储存期为30d，药剂的堆放高度取2.0m。2.2.4絮凝工艺的设计计算絮凝过程是将投加混凝剂并充分混合的原水，在水流作用下使絮凝粒相互接触碰撞，以形成更大的絮粒，以适应沉淀分离的要求。为了达到完善的絮凝效果，必须具备两个主要条件：一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成较强的吸附架桥连接能力，这是由混凝剂的性质决定；二是保证颗粒获得适当的碰撞接触而又不致破坏的水力条件，这是由设备的动力学条件决定。所以絮凝池形式的选择，应根据水质、水量、沉淀池形式、水厂高程布置以及维修条件等因素来确定。 1 絮凝工艺的选择絮凝的方式有很多种，可分为机械和水力两大类，常用的有机械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池、网格（栅条）絮凝池等。 机械絮凝池机械絮凝池絮凝效果好，水头损失小，反应时间1215分钟，可适应水质、水量的变化，但机械设备维护量大，管理比较复杂，在国内尚未普及。 隔板絮凝池隔板絮凝池的优点是构造简单，管理方便，当水量变化不大时，絮凝效果好。缺点是絮凝时间较长（1524分钟），絮凝池容积大，且当水量变化大时，絮凝效果不稳定。它适用于水量大于30000m3/d的水厂。 折板絮凝池折板絮凝池利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态，使能量损失得到充分利用，能耗与药耗有所降低，停留时间缩短。折板絮凝池的优点为絮凝时间短，絮凝效果好，容积较小。缺点是构造较复杂，水量变化影响絮凝效果。它适用于水量变化不大的水厂。 网格（栅条）絮凝池网格（栅条）絮凝池是应用紊流理论的絮凝池。絮凝池分成许多面积相等的方格，进水水流顺序从一格流向下一格，上下交错流动，直至出口。在全池三分之二的分格内，水平放置网格或栅条。通过网格或栅条的孔隙时，水流收缩，过网孔后水流扩大，形成良好絮凝条件。它具有絮凝时间短、效果较好、构造简单等优点。缺点是当水量发生变化时将影响絮凝效果；安装维修比较麻烦；絮凝池末端的竖井底部容易产生积泥现象。另外少数水厂还发现在网格上滋生藻类，堵塞网眼的现象。由于机械絮凝在我国尚未普及，本设计仍考虑采用水力絮凝形式。在多种水力絮凝形式中，根据上述描述，本设计采用折板絮凝池。2 絮凝工艺的设计计算1） 设计参数设计两座,每座设2组,每组设计水量为0.2785m3/s。两组之间的隔墙厚取200mm，采用三段式，总絮凝时间18min，第一段为相对折板,第二段为平行折板,第三段为平行直板。絮凝池布置如下图。速度梯度G要求由90s-1减至20 s-1左右，絮凝池总GT值大于2104。絮凝池与沉淀池合建，为配合沉淀池，单座絮凝池实际宽采用14m；絮凝池有效水深H0采用3.8m。 折板絮凝池布置图2）设计计算：（1）第一絮凝区:设通道宽为1.4m,设计峰速为0.34m/s,则峰距: ,取0.6m。实际峰速为：。谷距: 。折板布置如草图，板宽采用500mm，夹角90，板厚60mm。第一絮凝区布置草图：侧边峰距:侧边谷距: 中间部分谷速: 侧边峰速: 侧边谷速: 水头损失计算: 中间部分:渐放段损失:m渐缩段损失:m按图布置,每格设有12个渐缩和渐放,故每格水头损失:h=12(0.0022+0.005)=0.0864m。 侧边部分:渐放段损失: m。渐缩段损失: m每格共6个渐缩和渐放,故h=6(0.00025+0.000625)=0.0053m。 进口及转弯损失:共1个进口,2个上转弯,3个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为H3=1.2米,进口流速取0.3m/s。进口尺寸为0.9m1.0m。上转弯流速为: ,下转弯流速: 上转弯取1.8,下转弯及进口取3.0,则每格进口及转弯损失之和为:m 总损失:每格总损失: 第一絮凝区总损失: 第一絮凝区停留时间: 第一絮凝区平均G值:（2）第二絮凝区:采用平行折板,折板间距等于第一区的中间部分峰距即0.6米。通道宽取2.0米。布置形式如下图:中间部分流速为: ,可以.侧边峰距b3:b3=6.9-60.6-70.04=3.02m.由图可知,b3+b3+c=3.02m,故侧边谷距b4=b3+c=0.335+1.3325=1.6675m.侧边峰速侧边谷速水头损失计算: 中间部分:一个90弯头的水头损失按图布置,共有18个/每格,则每格水头损失. 侧边部分渐放段损失: 渐缩短损失: 每格共有6个渐缩和渐放,故h=6(0.0001+0.00026)=0.00216m。 进口及转弯损失:共有1个进口,3个上转弯,4个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为1.2米,进口流速取定为0.2m/s,进口尺寸为0.8m1.75m,上转弯处流速为,下转弯处流速为: 。上转弯取1.8,进口及下转弯取3.0,则每格进口及转弯损失为:每格总损失为: .第二絮凝区总损失为: 第二絮凝区的停留时间: 平均速度梯度G值: （3）第三絮凝区:本区采用平行直板,板厚为84mm,具体布置见下图:平均流速取0.1m/s,通道宽度为: ,取2.6米。水头损失:共1个进口及5个转弯,流速采用0.1m/s, =3.0,则单格损失为: 。总水头损失为：停留时间为: 平均G值为: （4）各絮凝段主要指标絮凝段絮凝时间(min)水头损失(m)G(s-1)GT值第一絮凝段4.390.2658792.61104第二絮凝段6.280.114454.32.05104第三絮凝段8.160.018419.110.94104合计18.830.398658.556.62104（5）各絮凝区进水孔 第一絮凝区进口流速取，则第一絮凝区进水孔所需面积为：进水孔宽取0.90m，高取1.03m。 第二絮凝区进口流速取，则第二絮凝区进水孔所需面积为：进水孔宽取1.2m，高取1.16m。 第三絮凝区进口流速取，则第三絮凝区进水孔所需面积为：进水孔宽取1.5m，高取1.86m。（6）排泥设施:排泥采用DN200mm穿孔排泥管。2.2.5沉淀工艺的设计计算1 沉淀工艺选择给水处理中的沉淀工艺是指在重力的作用下，悬浮固体从水中分离出来的过程。它担负着去除8099%以上的悬浮固体，其设备的运行状况直接影响着出水水质。目前国内最为广泛采用的沉淀池是平流沉淀池和斜管沉淀池。a）平流沉淀池平流沉淀池应用最早，可谓是经久不衰。平流沉淀池设计的关键在于均匀布水、均匀集水和排泥彻底与方便。平流沉淀池的进水来自絮凝池，经过穿孔花墙，以达到在整个池断面内均匀布水；平流沉淀池出口段一般采用堰口布置，或采用淹没式出水孔口，以使沉淀后的水尽量在出水区均匀流出；至于及时排泥，国内采用的桁架式吸泥机是一种很好的排泥方式。平流沉淀池的优点是对水质、水量的变化适应性强，潜力大，处理效果稳定；构造简单，池深较浅，造价较低；操作管理方便，施工较简单；采用机械排泥效果好。缺点是占地面积大；需维护机械排泥设备。b）斜管沉淀池斜管沉淀池是设置斜管的沉淀池，依靠斜管的高效沉淀性能使得水中的大颗粒絮凝体分离出来，然后沿斜管滑落至池底部，而后采用穿孔管、污泥斗、刮泥机或吸泥机排至池外。斜管沉淀池具有占地面积小、停留时间短、沉淀效率高、出水水质好等优点。缺点是斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，费用较高；对原水浊度适应性较平流池的差；斜管沉淀池的停留时间短，要求配套的絮凝池有良好的絮凝效果；斜管内易滋生藻类和积泥，要经常停池冲刷。 澄清工艺澄清池是在竖流沉淀池基础上发展起来的一种集混合、絮凝、沉淀于一体的水处理构筑物，它是利用池中积聚的泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的净水构筑物，可充分发挥混凝剂的作用和提高澄清效率。目前国内应用最多且运行管理经验较成熟的澄清池是机械搅拌澄清池。机械搅拌澄清池是利用机械搅拌的提升作用来完成泥渣回流和接触反应。加药混合后的原水进入第一反应室，与几倍于原水的循环泥渣在叶片的搅动下进行接触反应，然后叶轮提升至第二反应室继续反应，以结成较大的絮粒，再通过导流室进入分离室进行沉淀分离。国内给排水工程师普遍认为，机械搅拌澄清池是一种比较好的池型。其优点是处理效率高，单位面积产水量较大；对水质、水量的变化适应性强，出水水质好；水头损失小，能适应大、中型水厂。缺点是增加了一套机械搅拌设备，使维修工作量增加。本设计采用沉淀工艺，使用斜管沉淀池。2 沉淀工艺设计计算1）设计参数：絮凝池设独立的两座，故沉淀池与之相对应，设2座。采用平流沉淀池,每座设计流量为0.557m3/s。按沉淀时间和水平流速计算方法计算。沉淀时间取1.5h,水平流速取12mm/s。2）设计计算：（1）池体设计计算：池长L3.6vT=3.6121.5=64.8m,取65m。池平面面积F池宽，取14m。实际有效水深为：取超高0.49m。则池深为3.8m。校核: L/B=65/14=4.64,L/H=65/3.31=19.610。中间设两道250mm的隔墙将沉淀池分成三格，每格宽为4.5m。则，水力半径：弗劳德数：（Fr在之间）雷诺数：（一般为400015000）可见均满足要求。沉淀池示意见下图。沉淀池示意图（2）沉淀池的进水设计：进水采用穿孔墙布置，尽量做到在进水断面上水流的均匀分布，避免已形成的絮体破碎。单座池墙长14m，墙高3.8m，有效水深3.31m，布水墙如下图。砖砌穿孔布水墙根据设计手册：当进水端用穿孔配水墙时，穿孔墙在池底积泥面以上0.30.5m处至池底部分不设孔眼，以免冲动沉泥。本设计采用0.5m。 单个孔眼的面积：孔眼尺寸考虑施工方便，采用尺寸：15cm8cm。 孔眼总面积:孔眼流速采用，孔眼总数：个，取465个。孔眼实际流速为： 孔眼布置：孔眼布置成8排，每排孔眼数为个。水平方向孔眼的间距取160mm，则计算的水平长度为：。竖直方向的间距为150mm,最上一排孔眼的淹没深度假定为0.5m，最下一排孔眼距池底为0.5m，则竖向的计算高度为：，可以。（3）沉淀池的集水系统：沉淀池的出口布置要求在池宽方向上均匀集水，并尽量滗取上层澄清水，减小下层沉淀水的卷起，目前采用的办法多为采用指形槽出水。 指形槽的个数 ： N=6 指形槽的中心距 ： 指形槽中的流量： ，考虑到池子的超载系数为20，故槽中流量为： 指形槽的尺寸：槽宽，为便于施工，取。取堰上负荷为450，则指形槽长度：6个集水槽，双侧进水。每根槽长：8.92m，取9.0m。起点槽中水深：终点槽中水深：为便于施工，槽中水深统一取。 槽的高度：集水方法采用锯齿形三角堰自由出流方式，跌落高度取0.05m，槽的超高取0.15m。则指形槽的总高度（说明：该高度为三角堰底到槽底的距离）。 三角堰的计算：a. 每个三角堰的流量，堰上水头取0.08m，则：a. 三角堰的个数：个，取213个。三角堰的中心距：。 集水槽的设计：集水槽的槽宽，为便于施工，取m。起点槽中水深：终点槽中水深：为便于施工，槽中水深统一取1.0m。自由跌水高度取0.07m。则集水槽的总高度为：。(4)沉淀池排泥：排泥是否顺畅关系到沉淀池净水效果，当排泥不畅、泥渣淤积过多时，将严重影响出水水质。排泥方法有多斗重力排泥、穿孔管排泥和机械排泥。机械排泥具有排泥效果好、可连续排泥、池底结构简单、劳动强度小、操作方便可以配合自动化等优点。故本设计采用虹吸式机械排泥。虹吸式机械排泥的设计：采用SXH型虹吸式吸泥机，轨距l14000mm干泥量假设含水率为98污泥量吸泥机往返一次所需的时间：（桁架行进速度）虹吸管计算：设吸泥管管数为10根，管内流速为1.5m/s。单侧排泥最长虹吸管长为18m。采用连续式排泥，管径为：选用DN50水煤气管。吸口的断面确定：吸口的断面与管口断面相等。已知吸管的断面积。设吸口宽度吸泥管管路水头损失计算：进口，出口，90弯头个，则局部水头损失为：管道部分水头损失：含水率为98，一般为紊流。总水头损失： 考虑管道使用年久等因素，实际 (5)放空管管径确定：沉淀池放空时间取3h，则放空管管径为：， 取DN350。2.2.6过滤工艺的设计计算过滤是净水厂最关键的处理工艺部分。它一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水得到澄清的工艺过程。它不仅将水的浊度降低到1度以下，而且可以去除水中的部分有机物等，还使水中的细菌、病毒裸露出来，因此，过滤工艺的好坏直接决定净水厂的最终水质。1 过滤工艺的选择国内目前全部采用的是快滤，主要池型有普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、移动罩滤池、虹吸滤池和V型滤池等。 普通快滤池以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久，是国内水厂普遍采用的一种滤池。它的优点是有成熟的运转经验，运行稳定可靠，出水水质好；采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，能保证反冲洗时配水均匀，因而单池面积可做得较大。缺点是阀门较多，管理较为不便，造价略微偏高。 双阀滤池目前采用的双阀滤池有鸭舌阀式双阀滤池和虹吸管式双阀滤池。前者是以鸭舌阀取代进水阀、虹吸管取代排水阀；后者以虹吸管取代进水、排水阀。双阀滤池其实跟普通快滤池差不多，只是减少了两个阀门，以降低工程造价。 无阀滤池无阀滤池是一种没有任何阀门的滤池，它的优点是构造简单，价格低廉，且能自动进行反冲洗。缺点是清砂、换砂不方便，且因采用小阻力配水系统，当单个滤池面积大时，反冲洗配水不均匀。它适用于小型水厂一般在1万m3/d以下，单池面积一般不大于25 m2。 移动罩滤池移动罩滤池由于设备维修量较大，对设备的要求较高，难于控制，目前国内已很少使用。 虹吸滤池虹吸滤池是中型水厂常用的滤池形式，其主要特点是采用中、小阻力配水系统；用真空系统控制进水和排水虹吸管，以代替进水、排水阀门；利用滤池本身的出水及其水头进行冲洗，以代替高位冲洗水箱或水泵。它的主要缺点是占地面积大、池较深、处理效果不稳定、滤料冲洗频率大、耗能高等。 V型滤池V型滤池是法国开发研制的均质深层截污过滤技术。V型滤池采用均质深层滤料，不均匀系数很小。此举能大大提高滤料层的孔隙率，使滤速得以提高，过滤周期延长（比一般滤池长23倍），滤料层利用率高，且滤后水质好。另外V型滤池采用先气冲，后气水混合洗，表面扫洗的独特形式，具有同时可节省冲洗水量和电耗，是一种高效节能型的过滤设施。具有高度自动化程序控制，可减少运行管理人员。单池面积可达150m2以上。该滤池的缺点是造价高，对管理技术水平需求高，维护费用高且难度大。本设计采用V型滤池。2筛分曲线图1-4 滤料筛分曲线从筛分曲线上，求得=0.32，=0.74，因此根据设计要求：=0.55，=2.0，则。按次要求筛选滤料。有筛分曲线图可知，大粒径（d1.49mm）颗粒约筛除1.5%，小粒径（d0.52）颗粒约筛除47%，共筛除48.5%左右。3 过滤工艺的设计计算1）. 设计参数：设计水量（包括7%水厂自用水量）为：设计滤速采用，强制滤速。滤池采用单层石英砂均粒滤料，冲洗方式采用：先气冲洗，再气-水同时冲洗，最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间，参数具体如下：（1）冲洗强度第一步气冲冲洗强度；第二步气-水同时反冲洗,空气强度,水冲洗强度；第三步水冲洗强度。（2）冲洗时间第一步气冲洗时间,第二步气-水同时反冲洗时间,单独水冲时间；冲洗时间共计为: ；冲洗周期,反冲洗横扫强度为。2）. 设计计算：（1）池体设计: 滤池工作时间：(式中未考虑排放初滤水)。滤池总面积F:滤池分格:选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽,长,面积42m2,共四座,每座面积,总面积336m2.校核强制滤速:。滤池的高度确定:滤池超高,滤层上水深,滤层厚度。承托层厚取。滤板厚参考滤板用0.05m厚预制板,上浇0.08m混凝土层,故取。滤板下布水区高度取。滤池的总高度为: 水封井的设计:滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95-1.35mm,不均匀系数1.2-1.6。均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:式中: 20时为0.0101;所以根据经验,滤速为9-10m/h时,清洁滤料层水头损失一般为30-40cm,计算值比经验值低,取经验值的底限30cm为清洁滤料层的过滤水头损失。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时的水头损失为: 。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与滤料层相同,设计水封井平面尺寸2m2m,堰底板比滤池底板低0.3m。水封井出水堰总高为: 因为每座滤池的过滤水量: 。所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式计算得:。则反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高0.18+0.52=0.7m。（2）反冲洗管渠系统:反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大,为6L/(s.m2)。 。V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量：。反冲洗配水系统的断面计算:配水干管进口流量应为1.5m/s,配水干管(渠)的截面积:。反冲洗配水干管选用钢管,DN700,流速为1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管输送到气水分配渠,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。配水支管或孔口的流速为1-1.5m/s左右,取。则配水支管(渠)的截面积:此即配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各布置20个配水方孔,共40个,孔中心间距0.6m。面积:，每个孔口尺寸取0.12m0.12m。反冲洗用气量的计算:反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算,这时气冲的强度为,配气系统的断面计算:配气干管(渠)进口流速应为5m/s左右,则配气干管(渠)的截面积：反冲洗配气干管用钢管,DN600,流速为4.75m/s,反冲洗用空气,由反冲洗配气干管输送至气水分配渠,由气水分配渠两侧的布气小孔到滤池底部布水区,布气小孔紧贴滤板下缘,间距与布水方孔相同,共计40个,反冲洗用空气通过配气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。反冲洗配气支管流速或孔口流速应为10m/s左右,则配气支管(渠)的截面积为: 。每个布气小孔面积: 孔口直径每孔配气量:气水分配渠的断面设计:对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大,因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计,气水同时反冲洗时反冲洗水量为:气水同时反冲洗时,反冲洗时用空气的流量:气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值,则气水分配干渠的断面积:(3)滤池管渠的布置:反冲洗管渠:a.气水分配渠:气水分配渠起端宽取1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m,则起端截面积0.6m2,末端截面积0.4m2。两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水方孔,孔间距0.6m,共40个配气小孔和40个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面积,满足要求。b.排水集水槽:排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽起端槽高:排水槽末端高度为: 底坡: c.排水集水槽排水能力校核:由矩形断面暗沟(非满流,n=0.013)计算公式校核集水槽排水能力。设集水槽超高为0.3m,则槽内水位高,槽宽。湿周水流断面: 水力半径: 水流速度: 过流能力: 实际过水量: ，满足要求。排水系统布置示意进水总渠:a.进水总渠:四座滤池,分成独立的两组,每组进水总渠过水流量按强制过滤流量计,滤速为0.8-1.2m/s，取V1.0 m/s。强制过滤流量进水总渠水流断面积: 进水总渠宽1m,高0.6m，考虑超高0.3m。则进水总渠高为0.9m，考虑到施工方便，进水总渠高与配水渠高相同，故取1.0m。b.每座滤池的进水孔:每座滤池由进水侧壁开3个进水孔。两侧进水孔口在反冲洗时关闭.中间进水孔孔口设手动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按孔口淹没出流公式计算.其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口两侧水位差取0.1m,中间孔面积及表面扫洗水量的计算:孔口宽两个侧孔口设闸门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积: 孔口宽c.每座滤池内设的宽顶堰:为保证进水的稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。宽顶堰堰宽,宽顶堰与进水总渠平行设置,与进水总渠侧壁相距0.5m,堰上水头由矩形堰的流量公式得, d.每座滤池的配水渠:进入每座滤池的浑水经过宽顶堰溢流至配水渠,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽.滤池配水渠宽,渠高为1.0m,渠总长等于滤池总宽.则渠长.当渠内水深时,流速(进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去,每侧流量为) ：,基本满足滤池进水管渠流速在0.8-1.2m/s的要求。e.配水渠过水能力校核:配水渠的水力半径:配水渠的水力坡降:渠内水面降落量:因为配水渠最高水位 (渠高),所以配水渠的过水能力满足要求。V型槽的设计:V型槽的设计a. 扫洗水布水孔 V型槽底部开有水平布水孔，表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀布置，内径一般为2030，过孔流速为左右，本设计采用，。每座滤池V型槽的水平布水孔总截面积为：每座滤池V型槽的水平布水孔总数为：每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为，布水孔间距为 0.15m。b. V型槽垂直高度的确定 滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50100mm，本设计采用。根据孔口出流公式，则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面的高度为：扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50150mm，本设计采用。取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为。反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式求得，其中为集水槽长，；为单格滤池反冲洗水量，则反冲洗时排水集水槽的堰上水头为：V型槽的垂直高度为：V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为：V型槽的倾角采用。c. 校核过滤时V型槽流速V型槽在滤池过滤时处于淹没状态，槽内设计始端流速不大于。V型槽过滤时始端的截面积为：单格滤池过滤时V型槽的流量为：滤池过滤时V型槽始端流速为：，满足要求d. 校核反冲洗时V型槽流速V型槽内设计始端流速不大于。V型槽反冲洗时始端的截面积为：单格滤池反冲洗时V型槽的流量为：滤池反冲洗时V型槽始端流速为：，满足要求。（4）冲洗水的供应： 可选用冲洗水泵或冲洗水箱供水，本设计采用冲洗水泵。a.冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失反洗配水干管用钢管，DN700,管内流速为1.31m/s,1000i=2.88m，布置管长总计为50m。则反冲洗总管的沿程水头损失主要配件及局部阻力系数见下表：配件名称数量/个局部阻力系数90弯头2DN600闸阀2等径四通28.34则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失 b.清水池最低水位与排水槽堰顶的高差 c.滤池配水系统的水头损失（a）气水分配渠的水头损失按最不利条件，即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管（非满流，n=0.013）近似计算。气水同时反冲洗时，则气水分配渠内的水面高为：水力半径水力坡降渠内的水头损失（b）气水分配干渠底部配水方孔水头损失气水分配干渠底部配水方孔水头损失按孔口淹没出流公式，计算。其中为，A为配水方孔的总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部分内容可知，配水方孔的实际总面积为。则（c）查手册，反洗水经过滤头的水头损失（d）气水同时通过滤头时增加的水头损失气水同时反冲洗时气水比，长柄滤头配气系统的滤帽缝隙总面积与滤池过滤总面积之比约为1.25%，则长柄滤头中的水流速度通过滤头时增加的水头损失则滤池配水系统的水头损失 d.砂滤层的水头损失滤料为石英砂，容重，水所谓容重为，石英砂滤料膨胀前的孔隙率，滤料层膨胀前的厚度。则滤料层的水头损失 e.富裕水头取1.5m。则反冲洗水泵的最小扬程为：选四台250S14单级双吸离心泵，三用一备。扬程为11米时，每台泵的流量为576。(5)反洗空气的供给长柄滤头的气压损失气水同时反冲洗时，反冲洗用空气流量。长柄滤头采用网状布置，约55个/,则每座滤池共计安装长柄滤头每个滤头的通气量根据厂家提供的数据，在该气体流量下的压力损失最大为：气水分配渠配气小孔的气压损失反冲洗时气体通过配气小孔的流速压力损失按孔口出流公式计算式中孔口流量系数，0.6;孔口面积，；压力损失，mm水柱；重力加速度，；气体流量，；水的相对密度，1。则气水分配渠配气小孔的气压损失 配气管道的总压力损失a.配气管道的沿程压力损失反冲洗空气流量，配气干管用DN600钢管，流速4.75m/s，满足配气干管（渠）流速为为5m/s左右的条件。反冲洗空气管总长为50m，气水分配渠内的压力损失忽略不计。反冲洗管道内的空气气压计算公式 式中，空气压力，kPa; 长柄滤头距反冲洗水面的高度，m，。则反冲洗时空气管内的气体压力空气温度按30考虑，查表，空气管道的摩阻为。则配气管道沿程压力损失为b.配气管道的局部压力损失主要配件及长度换算系数见下表配件名称数量/个长度换算系数KDN60090弯头4DN600闸阀3等径三通2621当量长度的换算公式：式中:管道当量长度，m；管径，m；长度换算系数。空气管配件换算长度则局部压力损失配气管道的总压力损失 气水分配室中的冲洗水水压（只计算设水塔反冲洗的情况，设水泵反冲洗的计算方法相同）本系统采用气水同时反冲洗，对气压的要求最不利情况发生在气水同时反冲洗时。此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压为：式中输气管道的压力总损失，kPa;配气系统的压力损失，kPa，本设计；气水冲洗室中的冲洗水水压，kPa;富余压力，4.9 kPa。所以，鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为：设备选型 根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风压要求选C901.5型离心鼓风机2台，一用一备。风量为90，风压为100kPa，电动机功率为110kw。(5)回收水池及回收水泵将滤池反冲洗排水集中排入回收水池，经回收泵送回原水配水井中再次进行处理。 回收水池回收水池容积为：回收水池尺寸：水池有效水深采用3.5m，超高0.3m，池长为10m，池宽为10m。 回收水泵设水泵工作时间为1h，则水泵的流量为：水泵的扬程经粗略计算，确定为左右，选泵的型号为，两用一备。回收水泵房建于回收水池上，泵房净宽6m，长9m，高4.5m。2.2.7消毒工艺的设计计算1. 消毒剂选用室外给水设计规范（GBJ1386）规定，生活饮用水必须消毒。消毒的目的并不是把水中的微生物全部消灭，而是只要消除水中致病微生物的致病作用。常用的消毒方法有紫外线、臭氧、液氯、二氧化氯等。紫外线消毒和臭氧消毒具有杀菌效率高、管理简便、消毒效果好等优点。但其缺点是运行费用较高；没有持续的消毒作用，易受二次污染等。液氯消毒和二氧化氯消毒具有余氯持续的消毒作用，能有效防止二次污染。这两者相比，二氧化氯的杀菌能力是液氯的35倍，不会与水体中的有机物反应生成致癌物三卤甲烷，还可避免液氯消毒发生泄氯恶性事故的危险，生产安全性较高，但其成本较高，维护工作量大，运行成本是液氯的2倍以上。通过以上比较，同时考虑到液氯消毒在国内使用的时间比较的长，经验也比较丰富，经济有效，因此本设计采用传统的液氯消毒方法。2. 加氯间设计的计算水量为。采用液氯进行滤后消毒，投加点在通往清水池的管道中，最大投氯量为，氯与水接触时间不小于30min 。为保证液氯消毒时的安全和计量正确，需使用加氯机投加液氯，选用2台，型号为（加氯量范围120kg/h），一用一备。采用容量为的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸为：共9只。另设中间氯瓶一只，以沉淀氯气中的杂质，还可防止水流进入氯瓶。3. 氯库氯库计算水量为。加氯间与氯库合建，布置在水厂的下风向。4. 其他设备（设施）在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每一小时812次，并安装漏氯检测器，其位置在室内地面以上20cm，设置漏气报警仪，当检测到漏气量达到23mg/kg时即报警。切换有关阀门，并切断氯源，同时排风扇工作。为搬运方便，氯库内设LD-A型电动单梁起重机，起重量为1t，跨度为10m。轨道通到氯库大门以外，称量氯瓶质量的液压磅秤放在磅秤坑内，磅秤面与地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。磅秤输出20mv的DC信号到值班室，指示余氯量，并设置报警器，达到余氯下限时报警。加氯间外设置放毒面具、检修工具和抢救材料等，照明和通风设备在室外设有开关。在加氯间引入一根的给水管，水压大于，供加氯机投药使用；在氯库引入给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用，水压大于。氯气管采用无缝钢管，进水管用塑料管。2.2.8清水池的设计计算1设计参数清水池中除贮存调节用水以外，还存放消防用水和水厂生产用水，因此清水池有效容积等于：式中，调节容积，；消防贮水量，按2小时火灾延续时间计算；水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，等于最高日用水量的510；安全贮量，。取708则。清水池容积为15000m3，设计两个，相互联通。2设计计算（1）清水池的容积为：设计两个，相互联通。有效水深取4.0m。则单个面积： 采用近似正方形平面，超高取0.5m。单池的尺寸为：45m42m4.5m。（2）进水管滤池到清水池之间的连接管设计流速为0.81.2m/s,本设计采用1.0 m/s。（3）出水管 （4）溢水管 管端为喇叭口，管上不设阀门，为了防止爬虫等进入，设网罩。（5） 排水管按2h内排空，按经验值取300mm，便于排空清水池，采用2坡度并设排水集水坑。（6）通气孔及检修孔通气孔共6个，分3排布置，每排2个。通气孔池外高度布置有参差，分别采用高出地面9.0米和1.4米，以利用空气自然对流。检修孔设3个，池的进水管、出水管、溢流管附近各设置一个。孔的直径为1600毫米，孔顶设防雨盖板。（7）导流墙池内设置导流墙的目的是为了避免池内水的短流和满足加氯后的接触时