安阳市某区给水工程工艺设计

第一章 绪论1.1 城市概述 安阳，地处晋、冀、豫三省交汇处，面积7413平方千米，人口542万，辖1市5县4区，该市本着服务市民，必须设计出一套适合该市并考虑将来发展需要的给水工程。要求净水厂出水水质满足我国生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）的要求。工业用水取自城市管网，对要求更高的水质自行处理。在解决实际问题中需综合各方面的利益。1.2 设计资料综述1.2.1 设计题目安阳市某区给水工程工艺设计1.2.2 原始资料 （1）设计水量：满足最高日供水量 11.5 104m3/d；（2）原水水质：各项指标达到地表水环境质量标准（GB 3838-2002)中的类水质标准；（3）气象水文资料：1）气温：年平均 13.6 ，极端最高 41.7 , 极端最低 21.7 ,最热月月平均最高 31.9 ，最冷月月平均最低 -6.5 。2）降水量：平均年总量 606.1 mm，最大日 180.5 _mm，最大时 105.9 mm。3）相对湿度：最热月平均 78 。4）主导风向： 年最多风向 S ；夏季最多风向：6月 S 、7月 S 、8月 N 、冬季最多风向：12月 N 、1月 N 、2月 N 、5）风速: 冬季平均： 2.4 m/s、夏季平均 2.3 m/s；6) 平均气压： 995.9 mbar；7）最大冻土深度： 35 cm；8）最大积雪深度： 23 cm；（4）工程地质资料：土壤承载力满足基建设计要求，地下水水位相对标高 -5.0 m；（5） 二泵站输水管起端自由水头 50 m。1.2.3 设计内容（1）根据水质、水量、地区条件、施工条件和水厂运行情况、确定净水厂的处理工艺流程；（2）拟定各处理构筑物的设计流量，并根据确定的净水厂位置，选择适宜采用的处理构筑物，确定设计采用的处理构筑物的形式及数量；（3）进行各构筑物的设计计算，确定各构筑物和各主要构件的尺寸并绘制部分计算简图，设计时要考虑到构筑物及其构件施工上的可能性，并符合要求。1）投药及混合根据原水水质、处理要求、货源及其他经济技术条件选定混凝剂品种及投加量，设计溶解池、溶液池，布置加药间及药库，画出草图；确定混合方式，进行混合工艺设计计算和设备选择。2）絮凝、沉淀絮凝池和沉淀池应同时进行计算和设计，并应注意两者的关系与配合，要使两池之间在高程、水流衔接、深度和池数等方面相互配合。根据设计流量，絮凝池、沉淀池应至少分为独立相同的两组，每组可根据需要分为若干格。也可根据水质情况选用澄清池，并进行设计计算。3）滤池在北方，滤池一般应设在室内，冲洗水泵房应尽可能与滤池合建。4）消毒选定消毒剂并根据水质有关参考资料确定其投加量，投加点应根据水质情况确定。进一步选择投加设备，布置加药间及药库，绘出草图。5）清水池清水池之间要既能互相连通，又能单池运行。清水池应根据水量大小、地形及设计高程而定，由单池容积和设计水深决定水池平面尺寸。（4）根据各构筑物的确定尺寸，确定各构筑物在平面位置上的确切位置，完成平面布置；确定各构筑物间联接管道的位置，管径、长度、材料及附属设施，完成水厂的高程布置。（5）绘制净水厂平面及高程布置图，净水构筑物工艺平、剖面图。（6）二泵站设计计算选泵台数不宜过多，也不宜过少，应能满足各种不同流量及扬程之需要为宜，一般4-7台，尽可能同型号。确定泵站形式，进行泵站设计计算；绘制二泵站工艺图。1.2.4设计成果要求（1）设计说明书一份（1.2万字）；参考文献10篇；相关外文文献资料翻译1份（5000汉字）。（2）绘制的图纸折合零号图纸3张，其中至少包括手绘图1张，其内容应满足表1要求。表1 毕业设计绘制图纸要求图纸内容数量及尺寸要求1水厂总平面和高程布置图1张，1号2絮凝和沉淀池平剖面图2张，1号3滤池平剖面图1张，1号4清水池平剖面图1张，1号5送水泵站平剖面图1张，1号1.3 设计目的与要求1.3.1 设计目的给水工程毕业设计是本专业教学必不可少的极为重要的实践性教学环节之一，是检验学生掌握所学专业知识程度的重要手段。通过给水工程毕业设计，可使学生系统掌握给水工程设计原则及程序，设计步骤和方法，标准图集的参考与选用，以及对设计说明书和图纸的要求，使学生在工程设计方面得到一次全面锻炼。1.3.2 设计要求（1）应具备的能力知识方面：系统地掌握本专业所必须的基础理论知识，掌握工程水力学、水分析化学和污染控制微生物学等主要专业基础课的理论知识，具有系统的给水工程、排水工程等专业知识，对本专业的新工艺、新材料、新设备有一定的了解。能力技能方面：具有给水、排水系统规划与工艺设计能力，具有本专业必需的制图、运算、计算机等方面的操作能力。（2）基本要求1通过毕业设计，应具有一定的综合技术分析能力、设计运用能力、运用计算机能力、工程制图及编制说明书的能力。2应在指导教师的指导下完成所规定的内容和工作量。3设计计算要正确，理论叙述要简洁明了，文理通畅。4毕业设计图纸应能较好地表达设计意图，图纸布置合理，正确清晰达到规范要求。5毕业设计图纸应能较好地表达设计意图，图纸布置合理，正确清晰达到规范要求。第二章 净水厂设计2.1 设计水质水量及工艺的确定2.1.1 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排泥等方面。城镇水厂自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：4m3/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10万m3/d.2.1.2 给水处理工艺流程确定 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，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 管式静态混合器 往复式隔板絮凝池 斜管沉淀池 普通快滤池 清水池 二泵站 城市供水管网工艺流程图如图2.1-1所示原水管式静态混合器斜管沉淀池市政管网往复式隔板絮凝池普通快滤池二级泵房清水池碱式氯化铝液氯消毒 图2.1-1 工艺流程图2.2混合2.2.1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。本设计水厂混凝剂最大投药量为20mg/L。其特点为：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）无机高分子化合物。2.2.2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。2.2.3加药间的设计 设计要求：加药间尽量设置在投药点的附近；加药间和药剂仓库可根据具体情况设置机械搬运设备；加药管可以采用塑料管、不锈钢或橡皮管，溶药用的给水管选用镀锌钢管，排渣管采用塑料管；加药间要有室内冲洗设施，室内地面要有5的坡度坡向集水坑；加药间要通风良好，冬季有保温措施；加药间与仓库连在一起，仓库储量按15天的用量计算。2.2.4溶液池容积 = =8.27m 取9.0 m 式中：混凝剂（PAC）的最大投加量（mg/L），本设计取20mg/L； 溶液浓度，一般取5%-20%，本设计取15%； 处理水量，本设计为5175 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座，一备一用，保证连续投药。单池尺寸为LBH=2.72.02.3，高度中包括超高0.3m，沉渣高度0.3m，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：= LBH=2.72.01.7=9.18m，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。 2.2.5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=2.01.02.0，高度中包括超高0.2m，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=2.01.01.6=3.2m ，满足要求。 溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：q=4.5 L/S, 查水力计算表得放水管管径100mm，相应流速v=0.52m/s，管材采用铸铁管。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。2.2.6投药管 投药管流量：q=0.21L/S 查水力计算表得投药管管径d20mm，相应流速为0.62m/s。2.2.7 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。2.2.8计量投加设备 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:q=0.75m/h 式中：溶液池容积（m3）耐酸泵型号25FYS-20选用2台，一备一用。2.2.9药库的设计参数 混凝剂聚合氯化铝（PAC）所占体积： T=Q15=12420015=37260=37.26t 式中：T药剂按最大投药量的15d用量储存 a硫酸铝投加量（mg/l），本设计取20mg/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1.5m计，则所需面积为20.9m考虑到药品的运输、搬运和磅秤所占体积，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=7m4m3m 。2.2.10 混合设备设计计算1.设计参数设计总进水量为Q=124200m3/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，进水管采用两条，流速v=1.5m/s。如图2.2-1。 图2.2-1 管式静态混合器计算简图2.设计计算（1）设计管径静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流量m3/d0.719m3/s则静态混合器管径为： ，本设计采用D=800mm； （2）混合单元数按下式计算，本设计取N=3；则混合器的混合长度为： （3）混合时间 T= （4）水头损失，符合设计要求。（5）校核GT值 ，水力条件符合设计要求。2.3 往复式隔板絮凝池设计计算2.3.1 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=20min。2.3.2 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2.0m，池宽取B=15.0m。2.3.3 絮凝池有效长度式中： H平均水深(m);本设计取超高0.3m，H=2.0m；2.3.4 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2.3-1。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。 表2.3-1廊道宽度和流速计算表 廊道分段号1234各段廊道宽度（m）0.720.851.21.8各段廊道流速（m/s）0.50.420.30.2各段廊道数8766各段廊道总净宽（m）5.765.957.2010.08 四段廊道宽度之和取隔板厚度=0.20m，共26块隔板，则絮凝池总长度为： 取35m2.3.5 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。 ，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2.3-2 C值计算表aRCC20.7200.30563.1143983.3960.8500.35164.5914172.0451.2000.46267.6234572.8041.8000.62171.0455047.443 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： 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2.3-3 拐弯流速计算表aV(m/s)拐弯宽度0.7200.3571.0080.8500.3021.1901.2000.2141.6801.8000.1432.520各廊道长度为：各段转弯处的宽度分别为1.008m；1.190m；1.680m；2.520m；第1段水头损失为：m表2.3-4 各段水头损失表段数18111.940.310.3570.5063.1143983.400.1792796.670.350.3020.4264.5914172.050.1093679.920.460.2140.3067.6234572.800.0454674.880.620.1430.2071.0455047.440.020合计h=0.353m2.3.6 GT值计算(t=20时) 60,符合设计要求； （在104-105范围之内）絮凝池与沉淀池合建，中间过渡段宽度为15m。2.4 斜管沉淀池设计计算 斜管沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用，按照斜管中的水流方向，分为异向流、同向流、和侧向流三种形式。斜管沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。本设计沉淀池采用异向斜管沉淀池，设计2组。2.4.1设计参数 设计流量为Q=2587.5m3/h，斜管沉淀池与絮凝池合建，池宽为15m，表面负荷q=10 m3/ m2h，斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成成六角形蜂窝管，内切圆直径d=25mm，长1000mm，水平倾角=60，斜管沉淀池见图2.4-1.图2.4-1 斜管沉淀池简图2.4.2 沉淀池清水区面积式中 q表面负荷，一般采用9.0-11.0，本设计取10 2.4.3 沉淀池的长度及宽度m取18m则沉淀尺寸为1815=270 m2 ，进水区布置在15m的一侧。在18m的长度中扣除无效长度0.5m，因此进出口面积(考虑斜管结构系数1.03)式中： k1斜管结构系数，取1.032.4.4 沉淀池总高度式中 h1保护高度（m），一般采用0.3-0.5m，本设计取0.3m； h2清水区高度（m），一般采用1.0-1.5m，本设计取1.2m； h3斜管区高度（m），斜管长度为1.0m，安装倾角600，则； h4配水区高度（m），一般不小于1.0-1.5m，本设计取1.5m； h5排泥槽高度（m），本设计取0.83m。2.4.5 沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积：式中 v孔口速度（m/s），一般取值不大于0.15-0.20m/s。本设计取0.15m/s。每个孔口的尺寸定为15cm8cm，则孔口数个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。2.4.6 沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s（室外给水设计规范），则穿孔总面积： 设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数 式中 F每个孔口的面积(m2)，设每条集水槽的宽度为0.4m，共设9条集水槽，9条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度1.2m，深度1.0m。为施工方便槽底平坡，集水槽中心距为：L=12/（9-1）=1.5m。每条集水量为：出水的水头损失包括孔口损失和集水槽速度内损失。孔口损失：式中：进口阻力系数，本设计取=2.集水槽内水深为0.3m，槽内水力坡度按i=0.01计，槽内水头损失为： 出水总水头损失 2.4.7 沉淀池排泥系统设计排泥管长度为7m双侧排列。采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管径为200mm，管上开孔孔径为25mm，孔间距为15mm。沉淀池底部为排泥槽，共10条，中心距。排泥槽顶宽为2.0m，底宽为0.5m，斜面与水平夹角约为45，排泥槽斗高为0.83m。2.4.8 核算（1） 雷诺数Re水力半径=mm=0.625cm 当水温=20时，水的运动粘度=0.01cm2/s斜管内水流速速为=D250mm,V=1.52.0m/s BD250mm,V=2.02.5m/s 500S98A型清水泵压水管： DN600，v=2.05m/s,i=8.3。（3）机组与管道布置: 该地区冰冻线0.35m,压水管直穿出泵房位于冰冻线以下，由于吸水管管径不太大，不设管沟，而连络管管径较大，只为连络管设管沟。吸水井置于二泵房前 3 米。将吸水井分成两格，中间隔墙上设连通管及闸阀。（4）吸水井尺寸: 水在吸水井内的逗留时间为5分钟 最高时水量为Q则吸水井容积为560=480m3 取长17m ，宽1.8m，高6.6m。3.4 附属设备的选择3.4.1 起重设备最大起重量为3600公斤，故选DL 型单梁桥式电动吊车，起重量为4吨，起吊高度为12米，跨度为11米。3.4.2 真空泵的选择设置两台真空泵SZ-1J，一用一备。3.4.3 排水设备由于泵房较深，故采用电动水泵排水。沿泵房内壁设置排水设备即排水沟将水汇集到集水坑中。集水坑为500500500，取水泵站的排水量一般按20-40立方米考虑，排水扬程在30m以内。故采用Is50-32-16A型水泵。配用电机Y90L-2型两台，一台工作，一台备用。3.4.4 通风设备和计量设备本设计采用自然通风，设置2台起声流量计统一计量。3.4.5 泵房高度的计算泵房高度除了要满足采光和通风条件外，主要取决于起重设备的要求。由于本设计中送水泵房采用地下式泵房，故泵房高为：H=+（m） 式中 为地上部分高度;泵房咋地面以下高度。（m） 式中 a1行车轨道高度，取0.4m；b吊车梁高，取0.3m。c1行车轨道中心至起吊钩中心垂直距离，取0.78m。d起重绳的垂直距离，对于水泵为0.85X，对于电动机为1.2X，X为起重部件宽度。0.85X=0.8521.4=1.19m，1.2X=1.21.02=1.22m，取1.22m。e起吊物高度，本设计取最高者水泵1.70m；h起吊物底部与泵房平台或者进口处至室内地坪距离 取0.5m。H2=0.4+0.3+0.78+1.22+1.7+0.5=4.9m；=75.5-73.555=1.945m ；则H=+=4.9+1.945=6.845（m），泵房高度为6.845m。、第四章 水厂平面和高程布置4.1 平面布置水厂的基本组成分位两部分：生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等。辅助建筑物，其中又分为生产辅助建筑物和生活辅助建筑物两种。前者包括化验室、修理部门、仓库及宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。水厂平面主要内容有：各种构造物和建筑物的平面定位；各种管道，阀门及管道配件的布置；排水管（渠）及窨井布置；道路，围墙，绿化及供电线路的布置等。一般水厂的布置由以下四部分组成：1、水处理构筑物：水处理构筑物中，如絮凝池、沉淀（澄清、气浮）池、滤池、清水池、二级泵房、加药间、滤池冲洗设施，以及排水泵房等是水厂的主体；2、辅助建筑物：为水处理构筑物服务的建筑物，如变配电室、化验间、机修间、仓库、食堂、值班宿舍、办公室、门卫室等；3、连接管道（渠）：水处理构筑物之间的连接管（渠）以及加药管、排泥管、厂区用水管、雨水管、污水管、电缆沟（槽）和相应得仪表、；阀门等；4、道路及其他：交通运输道路、厂区绿化布置、照明设施、围墙等。水厂布置采用直线式，此种布置有如下优点：工艺流程合理；各构筑物之间的连接管短，水头损失小；水处理构筑物各系列采用平行布置，易达到水厂分配的均衡；有利于水厂的扩建进行扩建工程时，对原有系统影响小。水厂规模是，各建筑物面积如下：4.1-1各水处理构筑物和辅助建筑物一览表序号名称尺寸（m）材料单位数量1静态混合器DN800钢筋混凝土个22往复式隔板絮凝池35152.3钢筋混凝土座23斜管沉淀池18154.7钢筋混凝土座24普通快滤池27.29