《水处理工程1》课程设计任务书

PAGE河北建筑工程学院课程设计任务书课程名称：《水处理工程1》课程设计院系：市政与环境工程系专业：环境工程班级：学号：学生姓名：指导教师：代学民职称：副教授2024年10月21日一、设计目的通过水处理工程1课程设计，巩固学习成果，加深对水处理工程1课程内容的学习与理解，掌握给水处理厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。在教师指导下，基本能独立完成一个给水处理厂工艺设计，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。二、设计题目A市（3+N）万m3/d给水处理厂工艺设计注:N为学生学号的最后一位数字三、设计的主要技术资料1．工程设计背景A市位于广东省中南部，北接广州，南连深圳，是近年来珠江三角洲经济发展和城市化进程较快的地区。近年来，由于经济的发展、城市化进程的加快和城市人民生活水平的提高，用水的需求不断增长，原有水处理厂的生产能力已不能满足要求，对经济发展和人民生活造成了严重影响，为缓解这一矛盾，经市政府部门研究并上报请上级主管部门批准，决定新建一座给水处理厂。2．设计规模该给水处理厂总设计规模为（3+N）万m3/d（N为学生学号的最后一位数字）。征地面积约60000m2。3．基础资料及处理要求（1）原水水质原水水质的主要参数见表1。表1原水水质资料序号项目单位数值序号项目单位数值1浑浊度度54.213锰mg/L0.072细菌总数个/mL28014铜mg/L0.013总大肠菌群个/L920015锌mg/L<0.054色度色度单位2016BOD5mg/L1.965嗅和味-17阴离子合成剂mg/L-6肉眼可见物微粒18溶解性总固体mg/L1077pH7.3719氨氮mg/L3.148总硬度(CaCO3)mg/L4220亚硝酸盐氮mg/L0.0559总碱度mg/L47.521硝酸盐氮mg/L1.1510氯化物mg/L15.222耗氧量mg/L2.4911硫酸盐mg/L13.323溶解氧mg/L6.9712总铁mg/L0.17（2）地址条件根据岩土工程勘察报告，水厂厂区现场地表层分布较厚的素填土层，并夹杂大量的块石，平均厚度为5米左右，最大层厚达9.4米，该土层结构松散，工程地质性质差，未经处理不能作为构筑物的持力层，为提高地基承载力及减少构筑物的沉降变形，本工程采用振动沉管碎石桩对填土层进行加固处理.桩体填充物为碎石，碎石粒径为2~5CM，桩径为400毫米，桩孔距为1M，按梅花形布置。（3）气象条件项目所在地属于亚热带海洋性气候，阳光充足，雨量充沛，多年平均气温22℃，绝对最高温度38.2℃(94.7.2)，绝对最低温度－0.5℃(57.2.11)，年平均霜冻日3.6天，最多10天。年平均日照时数1932小时，年平均降雨量1788.6mm，日最大降雨量367.8mm(81.7.1)，年平均相对湿度79％。主导风向东北（01班）、西北（02班）、西（03班）。（4）处理要求出厂水水质指标满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022）的相关要求。四、设计要求（1）根据所给的水质水量，确定给水厂工艺流程。要求出水达到《生活饮用水卫生标准》GB5749-2022。（2）了解水厂设计规模的确定原则及计算方法；了解工艺流程的选择、比较原则；掌握工艺单元的设计计算步骤。（3）掌握水厂平面及高程布置的原则及计算。掌握水厂平面及高程布置的绘制方法。掌握说明书和计算书的撰写方法。（4）编写工艺设计说明书，设计计算书各1份。说明书应包括工艺流程选择及工艺单元设计说明，主要工艺参数及主要设备材料表。计算书应包括工艺单元和管渠的计算。（5）绘制1#设计图2张（A1），分别为给水处理厂平面布置图和给水处理厂高程布置图。五、设计内容1.根据水量水质，进行给水处理工艺选择。2.确定各处理构筑物形式，进行主要给水处理构筑物及其辅助设备设计计算，确定其数目、各部尺寸及设备选型。3.进行各处理构筑物的总体布置和给水厂的平面及高程设计。4.编写设计说明书和设计计算书。5.绘制给水处理厂平面布置图（A1）。6.绘制给水处理厂高程布置图（A1）。六、设计时间2024年12月16日至12月27日课程设计学时安排见表2。表2课程设计学时安排序号内容安排学时分配1布置任务、熟悉原始资料1天2构筑物尺寸计算5天3平面布置及绘图1天4计算水头损失，进行高程布置及绘图2天5课程设计成果整理1天合计10天/2周七、设计过程的组织与管理要求课程设计应根据基础资料和设计进度安排来进行，学生应独立完成设计任务，严格遵守设计纪律，考勤记录将作为最终成绩评定的参考依据。八、成果（1）设计计算说明书说明书：写明设计任务，设计原始资料，设计依据，给水处理厂规模，给水处理工艺方案比选，各处理构筑物选型理由及设计尺寸，附属构筑物的尺寸，处理构筑物一览表（包括编号、名称、规格、材料、数量、单位、备注），给水处理厂平面及高程布置说明，管理机构及人员编制等。计算书：写明各处理构筑物和给水厂高程计算过程，并附上计算草图。设计计算说明书要求规范、简明、完整。（2）给水处理厂平面布置图绘出各构筑物及其连接管道，注明比例、指北针、构筑物定位坐标、围墙、道路、绿化及其相关位置，列出构筑物和辅助建筑物一览表、图例以及必要的说明。各构（建）筑物以及道路、围墙等以细线画出，厂内管线以粗线用不同线型画出，注明管径和长度。平面布置图建议比例为1:200~1:500。设计图要求准确、规范、完整。（3）给水处理厂高程图反映给水处理工艺流程中各构筑物高程的相关关系，绘出各构筑物及其连接管渠，并标出地面高程、各处理构筑物的顶面、底面、水面高程，以及连接管渠的底或中心高程。高程布置图的建议比例为纵向1:50~1:100。设计图要求准确、规范、完整。九、设计参考文献1）李圭白，张杰主编，水质工程学（上册）（第三版）[M]，中国建筑工业出版社，20212）龚为进.水质工程学（上册）[M].北京：中国水利水电出版社，20163）谢水波，姜应和.水质工程学（上册）[M].北京：机械工业出版社，20104）中华人民共和国住建部，室外给水设计标准（GB50013-2018）[S]，中国计划出版社，20195）上海市政工程设计研究院总院，给水排水设计手册，第1、3、10、11册，（第三版）[M]，中国建筑工业出版社，20176）中国建筑标准设计研究院，给水排水标准图集（S1，S2，S3）[S]，中国计划出版社，20067）崔玉川主编，给水厂处理设施设计计算（第三版））[M]，北京：化学工业出版社，2019水处理工程1课程设计指导书市政与环境工程系环境工程教研室指导教师：代学民2024年10月目的与作用水处理工程1课程设计是本专业设计类课程教学活动的有机组成部分，它和理论教学、实习教学密切相关，构成课程教学活动的主体。课程设计的主要目的在于学习工程设计方法、培养工程观念。通过课程设计，使学生学会主要工程节点的基本设计方法，受到专业工程师应具备的基本技能的初步训练，为今后的进一步学习和系统训练打下基础。设计任务完成给水处理厂方案设计，即在给出设计任务的基础上，完成所给资料的分析、整理，进行水厂选址，工艺流程选择，方案比较，构筑物的选型，水厂的平面和高程布置以及处理构筑物的初步设计等工作。设计步骤及内容资料分析与整理结合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），进行原水的水质特性分析。水厂选址水厂选址的原则：厂址应选择在工程地质条件较好的地方；水厂尽可能选择在不受洪水威胁的地方，否则应考虑防洪措施；水厂应少占农田或不占农田，并留有适当的发展余地；水厂应设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理，降低输电线路的造价；当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物在一起。工艺流程及处理构筑物设计参数根据原水的水质特征和水厂的地形特点，选择合理的工艺流程，进行所选工艺特性的论证。根据处理规模划分处理系列。预处理的设施及参数预氧化、预加氯等预处理的方式、药剂类型、投加量等。一般化学预处理厂用药剂的投加量如下：序号药剂投加量备注1氯0.5~1.0mg/L2臭氧1.0~3.0mgO3/L3高锰酸钾1.0mg/L与水中还原性物质浓度有关配水井一般按照设计规模一次建成，停留时间取30s。为使水位稳定和便于后期改造，配水井出水端设置调节堰板；为防止调压阀误操作和失控，配水井一端设置溢流井和调节堰板。混凝剂类型及加药间混凝剂的选择、混凝剂投加量确定。常用的混凝剂投加量按照20mg/L设计。溶解池、溶药池的药液浓度和体积混凝剂的投加浓度一般采用5%~15%（按商品固体质量计）。混凝剂每日调配次数不超过3次。溶液池的数量一般不少于两个，以便交替使用，保证连续投药。溶解池的容积按溶液池容积的0.2~0.3倍计算。投加系统构成和投药控制系统选型加药间及药库布置混合设施一般要求：混合设施应使药剂投加后水流产生剧烈紊动，在很短时间内使药剂均匀地扩散到整个水体，也即采用快速混合方式；混合时间一般为10~60s；搅拌速度梯度G一般为600~1000s-1；当采用高分子絮凝剂时，混合不宜过分剧烈；混合设施与后续处理构筑物的距离越近越好，尽可能采用直接连接方式。最长距离不超过120m；混合设施与后续处理构筑物连接的管道可采用0.8~1.0m/s。设计内容静态混合器的选型和混合比的确定分流隔板式混合槽的参数确定（包括停留时间、流速分配等）机械混合池的参数确定（包括池型、桨式、混合时间、桨板外缘线速度等）反应池/絮凝池一般要求：絮凝过程中速度梯度G或絮凝流速应逐渐由大到小；絮凝池要有足够的絮凝时间，一般宜在10~30min，低浊、低温水宜采用较大者；絮凝池的平均速度梯度G一般在30~60s-1之间，GT值达104~105，以保证絮凝过程的充分与完善；絮凝池应尽量与沉淀池合并建造，避免用管渠连接。如需用管渠连接时，管渠中的流速应小于0.15m/s，并避免流速突然升高或水头跌落；为避免已形成絮体的破碎，絮凝池出水穿孔墙的过孔流速宜小于0.10m/s；应避免絮体在絮凝池中沉淀。如难以避免时，应采取相应排泥措施。设计内容池型、个数停留时间、流速分配、水深及池宽（与沉淀池衔接）沉淀池一般要求：平流沉淀池用于生活饮用水处理的平流沉淀池，沉淀出水一般控制在5NTU以下；池数或分格数一般不少于2座；沉淀时间一般采用1.0~3.0h；沉淀池内平均水流流速一般为10~25mm/s；有效水深一般为3.0~3.5m，超高一般为0.3~0.5m；池的长宽比应不小于4：1，每格宽度或导流墙间距一般采用3~9m，最大为15m，当采用虹吸式或泵吸式桁车排泥时，池子分格宽度应结合机械桁车的宽度；池的长深比应不小于10：1，采用吸泥机排泥时，池底为平坡；平流沉淀池采用穿孔墙配水时，穿孔墙在池底积泥面以上0.3~0.5m处至池底部分不设孔眼，以免冲动沉泥；泄空时间一般不超过6h；弗劳德数一般控制在Fr=1×10-4~1×10-5之间；雷诺数Re一般为4000~15000间，设计时应注意隔墙设置，以减小水力半径R，降低雷诺数；斜管沉淀池颗粒沉降速度应实测，无试验资料时，按照下表确定；沉降速度参考数值原水特性和处理方法沉降速度（mm/s）用混凝剂处理有色水或悬浮物含量在200~250mg/L以内的浑浊水0.35~0.45用混凝剂处理悬浮物含量大于250mg/L的浑浊水0.50~0.60用混凝剂处理高浊度水0.30~0.35不用混凝剂处理（自然沉淀）0.12~0.15斜管断面一般采用蜂窝六角形，其内径或边距一般采用25~35mm；斜管长度一般为800~1000左右；倾斜角一般为50º~60º；斜管上部的清水区高度不宜小于1.0m；斜管下部的布水区高度不宜小于1.5m，为使布水均匀，在沉淀池进口处应设穿孔墙或格栅等整流措施；穿孔排泥斗槽高度一般取0.8m。设计内容池型、个数平流池：水平流速或表面负荷、沉淀时间、水深、排泥方式和放空管计算。斜管沉淀池：液面上升流速、颗粒沉速和斜管规格、沉淀时间、水深、排泥方式和放空管计算。滤池一般要求普通快滤池当要求水质为饮用水时，单层砂滤料滤池的正常滤速一般采用8~10m/h；滤池的个数应根据滤池强制滤速的要求确定，单层砂滤料滤池的强制滤速一般为10~14m/h；单个滤池的长宽比可根据单池面积大小来确定，即单池面积≤30m2时，长：宽=1.5:1~2:1；单池面积>30m2时，长：宽=2:1~4:1；当滤池个数少于5个时，宜用单行排列。反之可采用双行排列；一般砂滤料粒径为：最小粒径dmin=0.5mm，最大粒径dmax=1.2mm，不均匀系数K80≤2，滤层厚度不小于700；滤层上面水深一般采用1.5~2.0m；滤层工作周期一般采用24h，冲洗前的水头损失最大值一般采用2.0~2.5m；滤池超高一般采用0.3m；V型滤池滤料：石英海砂，最好是选择海水冲刷强度比较大的海边砂场的石英砂。粒径0.95～1.35mm；不均匀系数K80=1.0～1.3；滤层厚度1.2～1.5m。滤速：7～15m/h。沙上水深1.2～1.3m。反冲洗强度：压缩空气15～161/m2.s；水反冲4～51/m2.s；水表面扫洗1.5～1.8/m2.s。

滤头：采用QS型长柄滤头，滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有φ2mm气孔，下部有长65mm、宽1mm条缝；材质为ABS工程塑料。滤头均匀分布在滤板上，每平方米布置48～56个。

滤板、滤梁均为钢筋砼预制件。滤板制成矩形或正方形，但边长最好不要超过1.2m。滤梁的宽度为10cm，高度和长度根据实际情况决定。滤池长：宽=4：1～3.5:1（宽度不包括中央气水分配槽，中央气水分配槽宽度一般为0.7～0.9米）。一般情况下，池的长度最好不要小于11米。滤池中央气水分配槽将滤池宽度分成两半，每半的宽度都不宜超4米。

滤板下面清水库的高度一般设计为0.85～0.95米。设计内容规模与个数，布置形式。主要设计参数确定，包括滤速、滤料、滤层、工作周期、反冲洗方式和参数、反冲洗泵房、滤池工艺尺寸等。加氯间的设计及平面布置一般要求滤后或地下水加氯量为0.5~1.0mg/L；氯与水接触时间不小于30min；加氯间布置应注意安全性要求；设计内容加氯量、加氯机和储氯量，泄氯控制，加氯间平面布置等清水池一般要求：清水池有效容积可按供水量的10%~20%考虑；清水池进水管管径按平均时水量计算，进水管标高应考虑避免由于池中水位变化而形成进水管气阻，可采用降低进水管标高，或进水管进池后用弯管下弯；出水管管径一般按最高日最高时水量计算。无相关资料时，按照平均时流量乘以1.2~1.4的系数确定。溢流管管径一般与进水管相同，管端为喇叭口，管上不得安装阀门；排水管管径可按2h内将水泄空进行计算，但最小管径不得小于100mm；设计内容个数、容积、水深、布水墙、水位监控等。构筑物主要尺寸设计计算根据设计计算确定构筑物主要尺寸画出构筑物示意图进行必要的校核水厂的平面布置水厂的平面布置内容包括：水处理构筑物，如絮凝池、沉淀池、滤池、清水池、二级泵站、加药间、加氯间、滤池冲洗设施及排水泵房等，是给水厂的主体。辅助构筑物，为水处理构筑物服务的建筑物，如变配电室、化验室、机修间、仓库、食堂、值班宿舍、办公室、门卫室等。连接管（渠），水处理构筑物单元之间的连接管（渠），以及加药管槽、排泥管道、厂用水管道，雨水管道，污水管道、电缆沟槽等。道路及其他，交通运输道路、厂区绿化布置、照明设施，围墙等。水厂附属建筑物尺寸一览表序号名称面积（m2）序号名称面积（m2）1综合办公用房3506食堂1302化验室1807传达室303维修车间2308堆场（管配件）2004车库1809中央控制室1505仓库12010二泵站及配电1000水厂的高程布置主要反映水处理流程的水头损失和水力衔接关系。查构筑物间连接管段水头损失，结合前面有关构筑物内部的水头损失计算结果及地形标高，确定构筑物水位标高等。时间安排课程设计时间2周，共10天。进度安排如下：（1）布置任务、熟悉原始资料1天（2）构筑物尺寸计算5天（3）平面布置及绘图1天（4）计算水头损失，进行高程布置及绘图2天（5）课程设计成果整理1天成果设计计算说明书一份；平面布置图；高程布置图。设计图纸（1）水厂总平面图应按初步设计要求完成，图上应绘出主要处理构筑物和附属建（构）筑物、道路、绿化地带及厂区界限等，并用座标表示其外形尺寸和相互距离。可绘出各种连络管渠、阀门及流量计等。构筑物管道均以单线条表示。图纸应有图例并加必要说明。注明各处理构(建)筑物及辅助建筑物的名称、数量及主要外形尺寸(或列表以序号表示之)等。（2）水厂高程图上，应标出各构筑物之顶、底及水面的标高；重要构件及管渠的标高以及原地面与平整后地面标高等。（3）图纸上应注明图名及比例，设计人等。图中文字一律用仿宋体书写。图例的表示方法应符合一般规定和标准。图纸应清洁美观。线条粗细应主次分明。图纸幅面规格：给水厂平面图和高程布置图分别绘制1号图。关于图纸的其他要求，如图框尺寸、图标格式、剖切线、指北针及图例等画法，可参见手册及有关规范。说明与计算设计说明书中应说明给水处理厂工艺选择过程和结果，以及选择构筑物型式的理由，对水厂的总平面布置及高程设计作深入的阐述。说明书应说明设计计算方法，说明药剂投配设备、混合池、絮凝池、沉淀(澄清)池、滤池及清水池的主要设计参数和设计结果，简要说明消毒药剂和设备的选用理由及主要参数。设计说明书内容应完整，简明扼要，文句通顺，字迹端正。在计算书中，应对所进行过的计算进行全面地展示，列出所采用的全部计算公式和计算数据，并注明资料来源和选用理由。应附相应的计算草图。平面设计原则功能分区，配置得当。按生产，辅助生产，生产管理，生活福利等不同功能分区明确，但又不能过于分散，既有利于生产，又避免非生产人员在生产区内逗留和穿行。布置紧凑。在保证生产需要的前提下，结合地形、地质条件，结构和施工要求等因素全面考虑，力求减少占地，减少连接管（渠）的长度，便于操作管理。顺流排列，流程简洁。厂内工艺流程总方向应与从水源到用户方向（供水方向）一致进行排列，避免不必要的转弯和提升。严禁将管线埋在构筑物下面（不便施工检修）。充分利用地形，力争土方平衡，减少施工土方量和费用；同时力求重力排污。如清水池放低处，滤池（澄清池）放高，便于排水（泥）放空。留出适当空地，便于施工检修和扩建。如堆料场，翻砂厂等。注意建筑物朝向和风向。常有人操作的房间应南北向，有味的放下风向。平面布置要求生产构建筑物的恰当组合安排。在相对位置、走向、操作条件、面积等方面统筹考虑，同时注意高程、距离、管线、道路等。如清水池与二泵及滤池靠近，冲洗水塔靠近滤池，高压变电所靠近二泵，加药间与常用加药点（如多点加药）接近，药库与加药间接近等。组合原则：对工艺过程有益无害，同时结构施工允许，如反应池与沉淀池；生产关系密切，如加氯间与氯库；集中便于管理控制的，如加药，加氯与控制室。间距：构筑物净距按其中间的道路和铺设的管线所需确定。一般10-20米，最小5米；管线与构筑物间距不小于3米；给水管与排水管水平间距大于等于1.5米（当管径小于200mm）或大于等于3米（当管径大于200mm）；给排水管线交叉时，给水在上，垂直净距大于等于0.5m。辅助生产建筑物考虑功能组合，机修与材料库靠近，堆砂场靠近滤池，车库、值班室在厂前区。辅助生活放厂前区，办公楼在厂门口，便于联系工作；厕所远离水池（大于10米）；宿舍宜在厂外；锅炉房旁设堆煤厂。道路：通向构筑物应设人行道；通向仓库，机修间，堆砂厂，堆煤场，药库，氯苦，泵房，变电所等应设车道；相关设计要求详见设计规范。高程布置要求原水经进厂一次提升后，在各构筑物之间尽量重力流。根据构筑物高度和水头损失确定。构筑物高度计算得出；相邻二个构筑物水面高差即是其二者之间的流程水头损失，包括管线，构筑物内部和计量设备（沿程和局部）。确定方法：可分别计算，也可查表，按经验估计（留出安全系数），计量设备一般按0.2m计。放空排泥尽量重力。土方尽量平衡。清水池放在厂区最低处。清水池的标高是水厂高程设计关键。一般以清水池水面为基准向前后推算二泵和滤池标高。清水池高，挖方减少，前边构筑物要抬高，二泵扬程可降低；清水池低，挖方增加，前边构筑物可降低，二泵扬程增加。取决于是否有可利用的地形，以及地下水和地质条件。一般清水池按埋入地下3-4米考虑，地面式要考虑覆土保温。构筑物选型应注意前后配合。如快滤池从底部出水，而无阀从上部出水，后边清水池埋深不同；滤池排冲洗水，如不考虑回收则与外界接受水体的水位有关（能否重力排出），双阀从较上部排出，而无阀从底部排出，往往需加泵。要结合具体条件，综合考虑。注意相对标高与绝对标高。设计说明书目录（参考）第一章概述1.1水质情况分析1.2设计要求及标准1.3设计内容第二章工艺流程2.1工艺流程确定原则2.2工艺流程的选择及说明2.3工艺流程的可行性分析第三章处理单元构筑物设计参数3.1一级泵房3.2混凝设施3.3沉淀池3.4过滤池3.5消毒系统3.6清水池3.7二级泵房3.8附属构筑物3.9构筑物一览表第四章平面图及高程图设计4.1平面布置4.1.1平面布置原则4.1.2平面布置草图及说明4.2高程布置第