《给水厂工程计算案例探析》6200字

给水厂工程计算案例分析综述1.1机械混合池近期设计1座机械混合池，设计规模为4.0万m³/d，水厂自用水系数取5%，混合时间30s。（1）混合池容积Q=40000×1.05=0.486W=0.486×30=14.58设计俯视尺寸为正方形，边长2.0m。所以有效水深H=4.15m，设计超高取0.40m。实际混合池高度等于4.15+0.4=4.55m。挡水板设计挡水板共4块。长度和宽度分别为1.30m和0.15m，挡水板底部距离池底0.50m,距离自由水面0.50m。搅拌器搅拌器分为两层4块叶片，每块叶片宽L=0.30m，半径r=0.70m。下层叶片距池底0.90m，两层叶片间距1.85m。搅拌功率P=m式中，P——搅拌功率，Wm——叶片块数CD——绕流阻力系数γ——水的重度，9800N/m3ω——桨板旋转角速度，rad/sL——桨板宽度，mr——桨板外边缘半径，m取搅拌器边缘线速度v=3.5m/s，则旋转角速度ω=3.5/0.70=5rad/s。表5-1绕流阻力系数CDr/L＜11~22.5~44.5~1010.8~18＞18CD1.101.151.191.291.402.0取CD=1.19，则P=选用电机功率=1.2P=6.42kW，设计中配备变频搅拌机，功率为7.5kW。搅拌速度梯度G=P式中，G——水流速度梯度，s-1P——耗散在水体上的功率，WV——反应池容积，m³μ——水的动力黏度，Pa.s取20℃时水的动力黏度μ=1.0×10-3Pa.sG=1.2折板絮凝池近期设计1座折板絮凝池，折板絮凝池与混合池合建，设计规模为4.0万m3/d，水厂自用水系数取5%，絮凝池分隔为可独立运行的2组，每组2.0万m3/d。絮凝池有效水深取3.6m,超高取0.4m。为确保絮凝充分完整进行，取水力停留时间20min。每组池流量=絮凝池容积W=60QT=60×0.243×20=291.6m³公式（5-3）絮凝池面积F=291.6/3.6=81.0m2设计反应池的长16.2m,那么每组反应池宽B=5m。则絮凝池的实际尺寸为L×B×H=17.0m×10.5m×4.0m，折板的最小设计要求夹角90°，宽度设计为500mm。1.2.1第一段絮凝设第一段絮凝区底部通道宽为1.6m,峰速v1取0.30m/s，则满足设计要求的峰距b1：b谷距b2为:b2侧峰边距b3为：b3=侧边谷距b4为b4=中间部分谷速v2为：v侧边峰速v01为：v侧边谷速v02为：v（1）中段部分第一段絮凝区的水头损失为：ℎ1=中部阶段絮凝区的水头损失：ℎ2公式（5-8）本设计采用6个渐缩和6个渐放，所以每格水头损失：h=6×（0.0032+0.0036）=0.0408m侧边段部分ℎ01=ℎ公式（5-10）则侧边段的水头损失为：h（3）进口处和转弯处的水头损失进水流速v3取0.3m，则第一段转弯中：v第二段转弯中：v则每格进口及转弯损失h00为h公式（5-11）（4）总水头损失综合絮凝区设计要求每格总损失：∑ℎ=ℎ+ℎ公式（5-12）第一部分的总水头损失：H1=3×∑h=3×第一部分设计的停留时间：T1=第一部分设计的平均G1值：G1=γH1.2.2第二段絮凝与上述计算的第一段絮凝的计算方法类似。结果如下：通道宽度：采用2.0m中段部分的最高峰速值v1采用0.2m/s中段部分最低流速值v2=0.12m/s侧边段的最大峰速值v01=0.43m/s侧边段的最低流速值v02=0.25m/s第二段絮凝区的总水头损失H2=0.271m第二段絮凝区的停留时间T2=4.12min第二段絮凝区的平均速度梯度G2=103s-11.2.3第三段絮凝与上述计算的第一段絮凝的计算方法类似。结果如下：通道宽度：采用3.0m中段部分的最高峰速值v1采用0.15m/s中段部分最低流速值v2=0.09m/s侧边段的最大峰速值v01=0.35m/s侧边段的最低流速值v02=0.22m/s第二段絮凝区的总水头损失H3=0.12m第二段絮凝区的停留时间T3=6.17min第二段絮凝区的平均速度梯度G3=56s-11.3沉淀池本设计近期采用1座平流沉淀池。沉淀池与清水池、折板絮凝池合建，设计规模为4.0万m3/d，水厂自用水系数取5%，絮凝池分隔为可独立运行的2组，故n=2，每组2.0万m3/d。根据设计标准，沉淀所需的时间采用1h到3h，本设计取沉淀时间T=1h。水流的平均速度一般为10~25mm/s，故本设计水流平均流速取v=14mm/s。1.3.1池体尺寸每组沉淀池流量=单组池容积W：W=QT=0.243×1×3600=874.8m³（公式5-16）沉淀池长度L：L=3.6vT=3.6×14×2=84m（公式5-17）每组沉淀池宽B：絮凝池宽度为10.5m,则沉淀池宽应该和絮凝池宽度相同，即也为10.5m。池体墙壁厚度为125mm。两组沉淀池中间设计用导流墙隔开，导流墙厚度取350mm。故沉淀池的宽度为9.4m，每组宽度4.7m。沉淀池有效水深H：H=W/LB=874.8/（84×4.7）=2.22m（公式5-18）不符合3.0~3.5m的要求，因此设计取3.0m，超高取0.5m。沉淀池净尺寸为L×B×H=84m×9.4m×3.0m沉淀池实际尺寸为L×B×H=84.3m×10.5m×3.5mL/B=84/9.4=8.94>4，长宽比大于4:1，因此符合设计要求L/H=84/3.0=28.0>10，长深比大于10:1，因此符合设计要求1.3.2水利条件复核沉淀池的水力半径：R=W沉淀池中水流的弗拉德数：Fr=v2介于1×10-5~1×10-4的范围中，因此符合设计要求。1.3.3进水穿孔墙沉淀池的进水采用布孔进水的方式，进水面的墙壁厚度为300mm，长度为9.4m，高度3.5m。进水布孔总面积A：小孔的进水流速采用v0=0.10m/s，则面积为：A=Qn小孔的个数N计算如下：小孔采用尺寸为12cm×12cm的正方形，则小孔个数：N=AA设计取170个小孔的布置：小孔一共设计分为5排，每排24个，每个小孔间距200mm，则所有小孔所占的长度为：B’=24×120+23×100=7480mm最外围的小孔与墙壁之间的距离为：d=垂直方向的小孔距离设计为200mm，则所有小孔所占高度H为：H=5×120+4×200=1400mm1.3.4出水渠设计沉淀池末端出水采用不锈钢穿孔集水槽集水。设计中取集水槽的长度与单组沉淀池的宽度接近，即4.7m。间距2m，共20条，每组沉淀池各10条。每条流量q=0.243/20=0.0122m³/s集水槽起始位置的水深约等于槽宽，则B=0.9q0.4在集水槽的两边设置d=25mm的小孔用于进水，设计小孔的淹没深度0.45m，则：每个小孔的流量为q集水槽开孔个数（单边）=0.01222×0.00122沉淀池的水经过集水槽后流入出水渠，从出水渠中间设置的出水管流入滤池。设计出水渠的宽度为1.5m，则出水渠的水深H=3集水槽内出水设计为自由跌落。出水渠宽度设计为1.5m，水深0.3m。1.3.5沉淀池排泥设计沉淀池排泥采用刮泥机，底部设计排泥槽。污泥通过刮泥机进入排泥槽后到达排泥管。排泥的放空时间取6h，则排泥管直径d：d=0.7BLH根据沉淀池的实际布局情况，设计取排泥管直径为200mm。排泥设备选择：2台水下刮泥机，B=9.4m。平流沉淀池出水后通过连接出水渠的尺寸为DN800管进入V型滤池。1.4滤池V型滤池按近期4.0万m3/d规模设计，，布置形式为中间布置管廊，两侧布置滤池，预留其中一侧用于远期滤池的建设，水厂自用水系数取5%。冲洗时间共计t=1+6+5=12min=0.2h，冲洗周期取T=24h，设计滤速v=8m/s。1.4.1池体设计设计水量QQ=1.05Q’=1.05×40000=42000m³/d=0.486m³/s（2）滤池工作时间T’=24−t(24/T)=24−0.2×（24/24）=23.8h（公式5-25）（3）滤池面积F=Q/（vT’）=42000/（8×23.8）=220.59㎡（公式5-26）（4）滤池分格滤池格N设计取5格。每格滤池单床长度为L单=8.18m，宽度为B单=3.0m，则每格滤池面积f=2L设计中取50㎡。滤池占地的总面积为：F’=Nf=5×50=250㎡（公式5-28）修正滤速为v=Q/(T’F’)=42000/(23.8×250)=7.06m/h（公式5-29）校核强制滤速v强=vN/(N−1)=7.06×5/（5−1）=8.82m/h则设计滤池平面尺寸为39.5m×11.68m。（5）滤池高度的确定池内超高设计为H5=0.3m，滤池的有效水深为H4=1.48m，滤料的厚度H3=1.2m，滤板厚度H2=0.05m，滤板下部的高度H1=1.0m。则滤池的实际高度H：H=（6）水封井的设计滤层材料采用均匀石英砂。滤层的水头损失计算如下：ΔH清其中运动粘度取0.0101cm2/s，滤料孔隙率取0.5，过滤速度取8m/h，滤料颗粒的球度系数取0.8。则：Δ每座滤池流量Q单=vf=8×50=400m³/ℎ=0.11m³/s水封井堰上水头计算如下：h水封滤料层的水头损失取0.2m。则反冲洗后开始过滤时水头损失计算如下:ΔH为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层。堰底板和滤池底板相同，那么水封井出水堰顶标高+1.55m，则水封井的高度为：H反冲洗结束后滤池液面比滤料层高出0.072+0.52=0.592m。1.4.2反冲洗反冲洗泵房与V型滤池合建。反冲洗的三个阶段分别为：a.气洗+扫洗冲洗时间为：1min，气洗强度为：15L/s·m2，扫洗强度为：2L/s·m2；b.气水反冲洗+扫洗冲洗历时：6min，气洗强度为：15L/s·m2，水洗强度为：3L/s·m2，扫洗强度为：2L/s·m2； c.水洗+扫洗冲洗时间为：5min，水洗强度为：5L/s·m2，扫洗强度为：2L/s·m2。（1）反冲洗用水流量Q反。此时反洗强度是最大的，则反冲洗用水流量Q反冲洗时，扫洗同时进行，其流量为：Q反冲洗的流量为：Q反=（2）反冲洗配水。反冲洗水管径为DN500mm，则流速为：v水支（公式5-34）流速符合标准的要求。反冲洗水通过配水方孔的流速v水支取0.6m/s，则配水支渠的面积计算如下：A小孔=配水支渠两边各设置14个配水方孔，总共28个。相邻两个小孔的间距0.48m，每个小的面积：A结合布局情况和空间位置，小孔设计为尺寸0.1×0.1m的方形，则反冲洗水过孔流速修正为v（公式5-36）（3）反冲洗用气量Q反气。气洗的强度最大时的流量q气=15L/（s.㎡），那么反冲洗用气量：Q（4）配气计算。反冲洗供气管设计取管径为DN300mm，则管内的气流速度计算如下：v气干气洗的供气孔位于滤板的下方，设计布气孔的间距取580mm，与布水孔一致，单床共计36个。根据相关设计标准，设计气洗供气经过小孔的流速取1.5m/s。配气支渠的截面积计算如下：A气支单个小孔面积为：A小孔的直径为：d每个小孔的供气量为：Q1.4.3设备的选型设计安装3台反冲洗水泵。因为本设计为近期规模下的水厂，为了适应远期的各种可能发生的变化，包括水量、水指的变化，故在主体构筑物的设备中应当加大投资，在常规设备的基础上进一步比选。经过综合考虑，反冲洗水泵型号选用GLF200K-18型不锈钢卧式离心泵（Q=430m³/h，H=16m，N=37kW）,该型号泵的特点是：1.采用不锈钢泵头，耐酸碱强。2.对输送介质的适应性极强，可以适应远期的水质变化。3.二级节能，能耗小。设计安装3台鼓风机。传统设计使用较为常见的是罗茨鼓风机，但为了配套远期另一侧滤池的建设，决定设计使用KG/KGV160-18型无油螺杆鼓风机（Q=1398m³/h,N=75kW）。这种鼓风机对比传统罗茨鼓风机的特点是：1.由于采用了螺杆式，基于螺杆转子的内压缩特点，相对于传统罗茨鼓风机而言从0.5BAR压力开始能耗减少约25%，在压力大于0.8BAR压力下能耗减少大约35%。2.进气的过滤精度可以达到15um，压力损失不超过500Pa。3.电机启动的转矩大，效率高，比功率小。且电机在中高温时可长期运行，防护等级为IP54。设计安装2台空气压缩机，为滤池的气动阀门提供气源。选用ADV-11型永磁变频螺杆式空压机（Q=0.90~1.80m³/min，Pn=0.7MPa，N=11kW）。1.5清水池清水池叠建于折板絮凝平流沉淀池下部，近期共设1座清水池，设计反应沉淀池下部清水池调节容积为供水规模的9.0%。1.1.1清水池有效容积清水池调节容积W1W安全用水量W2W2消防用水量W4根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014，当相同时间时可能发生的火灾次数2次时，那么每次灭火所用水的量为45L/s，假设火灾的持续时间为2h，则W则W=W1.1.2清水池尺寸清水池的尺寸设计为：L有效水深为3.8m，超高0.3m，在清水池内设置导流墙。1.1.3管道布置（1）进水管根据流量为Q=0.486m³/s，本设计考虑到水力和经济的各种因素，决定采用DN1000的钢管，对应流速v进=1.02m/s，1000i=1.03，符合要求。（2）出水管根据相关设计标准，出水水管管径决定以最高时用水量计算，Qh=40000×1.3=52000m³/d=2166m³/h。根据水力计算，出水管管径设计尺寸为DN1000，v=1.26m/s，1000i=1.58。出水管连接至阀门井，设计阀门井的尺寸为L×B×H=3.4m×2.6m×1.55m。（3）溢流管为了让水流稳定且畅通，降低水头损失，设计决定采用管径尺寸为DN900的溢流管，连接溢流井。溢流井长4.05m，宽1.8m，高2m。（4）检修人孔为了后期检修保养方便，设计取检修人孔两个。1.6二级泵站1.6.1尺寸设计二级泵站土建按8.0万m3/d规模设计。根据管网平差计算再结合可门港地区其他水厂的供水平衡分析，设计扬程取为38m。泵房长度为33.7m，宽度10.4m，高度13m。泵房通过两根DN600和一根DN700的吸水管与吸水井连接。吸水井的体积按水泵吸水水力条件及输送泵在5min内通过的流量设计，尺寸为21.88×1.48×6.1（H）m，分为两格。1.6.2设备选择设计种二级泵房的送水泵采用EBARA公司的IFW型单机端吸泵（最大流量Q=1800m³/h，最大扬程H=150m，最大工作压力1.37MPa）三台，两用一备。该型号水泵的特点是：1.低NPSH性能，即汽蚀余量较低。2.机械密封配置较好，轴承强度高，适合不同介质下的工况要求。3.零部件互换性强，过流部件的强度较高。4.适用的温度范围-50℃~200℃，能应用的范围较广。1.7溶液池溶液池的容积为：W1=在公式中，根据处理的水量为1749.6m³/h，则设计药剂投加量30mg/L，混合比例取5%，投加次数n取2次，则W设计取有效高度h0=2.5m，超高h’=0.2m，则溶解池的实际高度为：H1=设计溶液池平面为正方形，则溶液池的长宽分别为L1=则溶液池每格的实际尺寸为L4.8溶解池溶解池体积W则取溶解池尺寸L放空时间取t=10min，则放空流量q通过水力计算，设计取放水管管径d0=300mm时的流速v0=0.38m/s。在池底设一根管径为d=100mm的排泥管。1.9搅拌与投药设备1.9.1搅拌设备为增加溶解速度及保持均匀的浓度，设计采用机械搅拌设备，在每个溶解池设置一台搅拌机，查阅《给排水设计手册》（第11册，常用设备），根据溶解池尺寸L21.9.2投药设备本设计投药流程为药剂在溶解池中溶解后，用耐腐蚀液下提升泵输送至溶液池。溶液池内的溶液通过计量泵输送至投药点，最后再通过隔膜式计量泵控制投加。本设计中，在充分考虑本水厂的设计情况过后，确定每天投药次数1次，则投药量q计算为：q=W1设计取5台电动加药折桨式搅拌机（N≥4kW），2台耐腐蚀液下泵（Q=12m³/h，H=12m，N=1.1kW），2台隔膜式计量泵（Q=1200L/h，H=3bar，N=1.5kW）1.10药库设计前面的设计中混凝剂选用的是聚合硫酸铝（PAS），消毒药品选用为成品次氯酸钠。根据相关的厂家提供的资料大概得知每袋PAS质量W=25kg，尺寸大约为0.5m×0.3m×0.15m。聚合硫酸铝的保质期大约为2年。药剂的最长存放时间按t=15d设计，药剂的堆放后的最大高度取H=4.0m，混凝剂的最大投加量μ=30mg/L。聚合硫酸铝药剂的数量为：N=Q×24×μ×t当孔隙率取0.3时，有效堆放面积A为：A=NV设计次氯酸钠堆放面积与聚合氯化铝相同。1.11排泥水调节池排泥水调节池按远期8.0万m³