【《某给水处理厂工艺设计计算过程案例分析》7600字】

某给水处理厂工艺设计计算过程案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u4858某给水处理厂工艺设计计算过程案例分析 1240521.1混凝 130931.2絮凝设计计算 3205981.3沉淀池设计计算 6253961.4过滤 9263151.5消毒 12220861.6清水池 13204821.7净水厂的平面布置 1495921.8净水厂高程布置 151.1混凝（1）混凝剂的选择净水混凝必须满足以下要求：易于使有机颗粒聚集为絮体、不会对人体健康造成损害、在使用过程中简单易操作、易于购得且便宜[3]。常用的混凝剂如下：硫酸铝：固体硫酸铝易运输，但是制备方法繁琐困难，水解缓慢；而且液态硫酸铝需要罐装运输。聚合氯化铝（PAC）具有较强的净化效率、试剂消耗低、浊度低、铬含量低、易过滤等特点，特别是在原水中浊度较高时；温度适应性强，pH值值域高（5-9）；便于操作，温和无强腐蚀性；设备简单，操作方便，价格低廉。三氯化铁：三氯化铁的pH范围宽，能够形成较大密度的絮体，硫酸铝对低温水和低浊度水的效果更好但它具有很强的腐蚀性，容易吸水而难以保存。硫酸亚铁：能够在短时间内形成稳定的絮凝体，但是具有较强的腐蚀性，因此适合处理浊度很高且强碱度的水。通过比较和借鉴关中地区现有水厂的处理经验，确定采用（PAC）作为混凝剂，根据关中地区某水厂总结的最大PAC用量与浊度的关系：表SEQ表\*ARABIC12最大PAC用量与浊度的关系浊度项目10度10-80度(x)80度80-1000度(x)1000度原料3.3g/t0.38x-0.5(g/t)30g/t0.05x+26(g/t)70g/t则水厂聚合氯化铝的最大投加量为56.0g/t，不需再加助凝剂。（2）药剂配置1）溶液池设计计算 ，取38m （3-23）其中n——每天需要配置几次，在本设计中，每天配置两次。在本设计中，溶液池具有2.5m的有效高度，而溶液池底部沉渣所占有的高度为0.2m，超高0.3m。因此溶液池的总高度3.0m，横截面为2.8m×2.8m的正方形，因此其有效容积为2.82.82.5=19.6m3，需要总容积大于38m³，因此设置两个该尺寸的溶液池即可，为了防止意外情况的发生，另外设置一个同尺寸的溶液池备用。溶液池设置1.5m宽的平台进行工作，安全起见，在工作台周围安装栏杆，为了更好的排水，在池底设置有坡度为0.03的缓坡，另外还在池底设管径为DN100的排气管，在溶液池高2.8m的位置设管径为DN100的溢流管。搅拌设备为zj-800型搅拌机，转速84r/min，功率3kW。2）溶解池设计计算 （3-24）其中——溶液池容积，m3；——溶解池容积，m3。当设计系数为0.25时，溶解槽容积为0.25×38=9.5m³，取10m³。如果每个溶液池都配有溶解池，那么每个溶解罐的容积均为5m³。如果有效高度为1.6m，底沙高度为0.2m，超高为0.3m，则总高度为2.1m。当池底尺寸为1.8m～1.8m时，单池有效容积为1.8×1.8×1.6=5.18m，满足设计要求。溶解池为钢筋混凝土结构，为了保障工作人员的人身安全，在池周设置围栏，高1m。池底坡度为0.03并设有DN100排渣放空管。（3）药剂投加采用计量泵投加的方式投加药剂（4）药剂混合设计水量：Q=2.46/4=0.615m3/s；设计流速：本设计取1.2m/s；设计管径：D===0.808m，取800mm； （3-25）失水量计算：本次设计中，管式静态混合器按公式采用三个搅拌单元，由公式： h=0.1184， （3-26）求得h=0.320m。采用双孔加药的方式来使药剂分布的更加均匀。在管式静态混合器之后，用一根1m长的管管径为800mm的管道与絮凝池相接。1.2絮凝设计计算（1）工艺选择絮凝工艺是水处理工艺中不可缺少的一步，它是指利用专业设备将絮凝剂投加入原水中并且混合产生可以沉淀过滤的絮体的过程。絮凝池分为很多类型，在大方面可分为水力搅拌式和机械搅拌式两种类型，目前广泛应用的类型主要有隔板絮凝池、折板絮凝池、机械絮凝池和格栅絮凝池。隔板絮凝池常常被应用于规模较大的给水厂，因为其具有简单的构造，所以方便工作人员日常的管理维修。它的缺点在于一旦流量不稳定，出现较大变化时，他的絮凝效果也会随之变得不稳定而且没有理想的水流条件，很大一部分都是无效能耗，需要很长的絮凝时间以及较大的池容。另外，由于此类絮凝池有较大的水流转角，还会造成絮体的破碎。折板絮凝池在工程实践中应用广泛。这种絮凝池通过在池中设置同波和异波折板，来改善水流条件。但折板絮凝池板间距小，安装维护困难。机械絮凝池有着良好的絮凝效果。絮凝速度会根据水质水量进行调节，以保证絮凝效果。但是机械絮凝池需要经常对他进行养护维修。格网絮凝池设计为多网格竖井回流式，它具有良好的絮凝效果，可在短时间内快速絮凝，而且不会造成大的水头损失。但根据已建格栅和格栅絮凝池的运行经验，末端池底仍有污泥堆积。一些自来水厂发现电网上有藻类生长，电网被堵塞。网格絮凝池仍在开发和改良中。通过对比，最终采用竖流单通道折板絮凝池。四个絮凝池并联运行。各絮凝池宽度b=12m，有效水深h=3.3m，超高0.3m。每个絮凝池分为三组，每组宽3.9m，用0.15m宽隔板隔开。各组处理量为0.205m/s。折叠板的角度是90度，板宽500mm，波高C=0.355m，材料为钢筋混凝土板，厚度t=50mm。有关参数选择，请参阅手册和《竖流折板絮凝工艺的设计与运行》一文。（2）异波区设计计算1）参数计算设通道宽m为1.4m，中间水流峰速v1＝0.35m/s，则b1＝Qbv1＝0.205 b2＝bb3＝0.93m；b4＝b3v2＝Qmb2＝0.205v3＝Qmb3＝0.205v4＝Qmb4＝0.2052）各部分水头损失计算hh3h5＝3×0.322×9.81＝0.0138m上转弯水头损失h6＝1.8×0.2362下转弯水头损失h7＝3×0.23623）总水头损失计算h＝0.0138+2×0.0050+0.0087+6×(0.0010+0.0054+0.0001+0.0007)＝0.0757m则每组絮凝池异波区总水损： H1＝3h＝3×0.0757＝0.227m （3-36）4T1值、G1值和GT1值T1＝VQ＝3×3.9×1.4×3.30.205＝263.67s； G1＝γH1μT1GT1＝85.17×263＝22399.71（3）同波区设计计算1）参数计算 v1＝Qmb1＝0.205 v2＝Qmb2＝0.205 v3＝Qmb3＝0.205 v4＝Qmb4＝0.2052）各部分水头损失计算h1＝εv222gh3＝0.2×0.0005＝0.0001m； （3-44） h4＝[1+ε2－(F3F4)2]v322g＝[1+0.05－(进口水头损失：h5＝3×0.232上转弯水头损失h6＝1.8×0.1262下转弯水头损失h7＝3×0.12623）总水损计算每格絮凝池水损：h＝0.0081+2×0.0014+0.0024+8×0.0014+6×(0.0001+0.0006)＝0.0287m则每组絮凝池同波区总水头损失：H2＝3h＝3×0.0287＝0.0861m4T2值、G2值和GT2值 T2＝VQ＝3×3.9×1.6×3.30.205＝301s； G2＝γH2μT2 GT2=52.4×320＝15772.4（4）平板区设计计算1）参数计算设通道宽m＝1.6m，挡板厚0.08m，则板距b＝0.915m；则通道流速 v＝Qbm＝0.2051.6×0.915＝0.140m/s，满足要求。2）各部分水头损失计算设进口流速0.14m/s，则进口水损：h1＝3×0.142转弯水深取1.2m，则过水流速为0.10m/s，水损h2＝3×0.1023）总水头损失计算每格絮凝池水损：h＝0.003+3×0.0015＝0.0075m则每组絮凝池平板区总水损：H3＝3h＝3×0.0075＝0.0225m4）T3值、G3值和GT3值 T3＝VQ＝3×3.9×1.6×3.30.205＝301s；G3＝γH3μ3GT3＝27.73×301＝8346.7（5）校核1）絮凝总时间T＝T1+T2+T3=263.67+301+301＝865s＝14.42min，满足要求。2）平均速度梯度G＝＝85.71+51.4+27.733＝54.94s-13）GT＝865×54.94＝47523，满足要求。4）絮凝区总长度L＝1.4×3＋1.6×6+0.1×8＝14.6m（隔墙厚度取0.1）。5）絮凝池总水头损失H＝H1+H2+H3=0.227+0.0861+0.0225＝0.3356m。（6）进水与出水进水口用宽度×高度=0.9m×0.8m的渠道配水时，渠道起点流速v=0.821m/s。异波区的第一格絮凝池从底部进水，进水尺寸为0.8m×0.8m；同波区进口尺寸为长度×高度=0.88m×1.0m；平板区进水口尺寸为长度×高度=0.88m×1.5m，絮凝池的最后一个网格与穿孔花墙相连，有1m宽的廊道，以便均匀配水，并在廊道底部设排泥管。（7）排泥一般来说，絮凝池是不需要进行排泥的，但本设计采取的絮凝工艺末端流速很低，而且上下混合，非常容易造成污泥在絮凝池底部淤积，故在本设计中，采用DN200排泥管进行排泥。1.3沉淀池设计计算（1）工艺选择本设计采用平流沉淀池，适用于大中型水厂。其优点是：1）成本低；2）便于操作管理，易于施工；3）能够适应比较脏的污水，具有很大的处理潜力；其缺点是：1）占地面积与其他沉淀池相比略大；2）若无排泥设备，则会造成排泥困难的问题；3）需要对设备进行日常维护。（2）设计计算1）流量计算采用四组沉淀池并联使用，则每组设计流量Q=2.46/4=0.615m/s2）有效容积令沉淀时间t=2h，则沉淀池有效容积 V=Qt=0.6152×60×60=4428m （3-51）3）设计长度水平流速v采用0.015m/s，则沉淀池设计长度 L=vt=60×60×0.015×2=108m （3-52）4）设计宽度及高度有效水深h采用3.3m，则沉淀池设计宽度 B==4428108×3.在沉淀池内设置一道0.3m厚的导流墙，将沉淀池分为两格，每格宽度6.25m。则沉淀池实际深度 H====3.417m （3-54）设底部泥层厚0.3m，超高取0.2m，则沉淀池总高取3.9m。5）校核长深比、长宽比长深比L/h=108/3.3=32.7>10，满足要求。长宽比L/B=108/12.5=8.64>4，满足要求。6）复核沉淀池中水流的稳定性，计算弗劳德数 （3-55）弗劳德数介于之间，满足要求。进水系统控制孔口流速，使其不大于絮凝池的最后一档流速，以免由于流速过快而造成的絮凝体破碎，故v=0.12m/s[6],则孔口的总面积为 （3-56）如果每个孔的高度和宽度分别为18cm和16cm，则每个孔的面积为0.0288m2，需要168个孔，在中间留有导流墙的空隙。从上至下第一排孔口淹没高度为0.25m，由下至上第一排的孔口最低出到池底的距离为0.8m，每两排孔口具有0.16m的高差h=0.25+7×0.16+7×0.18+0.18+0.8=3.61m单数排两边的孔口与池壁的距离为0.09m，每个孔口之间间隔0.395m，则单数排孔口分布长度l1=0.09+(0.395+0.16)21+0.16+0.09=11.995m。双数排两边的孔口与池壁的距离为0.37m，每个孔口之间间隔0.395m，则双数排孔口分布长度l2=0.37+(0.395+0.16)20+0.37+0.16=12m。进口水头损失 （3-57）此处取0.05米。（4）出水系统1）出水方式上层清水必须尽量倒出，避免下层沉淀水翻腾，收集时必须采用指槽收集的方式。沉淀池采用三角堰溢流至指槽。三角堰由90度钢板制成，高0.1米，宽0.2米。水从中间两侧和两侧收集[8]。2）溢流率计算本设计需要设计8条1.5m×10.5m的溢流堰，则溢流堰总长为0.35×7+10.582=170.45m，溢流率为292.29m3/(m.d)300m3/(m.d)，因此满足设计要求。3）三角堰计算根据手册，本设计取堰上水头高度为0.05mq1=1.343H12.47（3-58）则三角堰个数 n==706个 （3-59）三角堰中心距l==0.2549m4）集水槽计算集水槽宽度B B=0.9Q0.4 （3-60）则B=0.358m集水槽起点水深H1H1=0.75B=0.268m集水槽终点水深H2H2=1.25B=0.447m槽内水的平均深度为45m。设堰口与集水槽顶的距离为0.05m，与槽内水位的距离为0.1m，则集水槽总高HH=0.45+0.1-0.05=0.50m5）出水渠计算 H’=1.73=0.697m，取0.7m （3-61）出水渠总深度H=H’+0.1+0.15-0.05=0.9m渠内流速 v1=Q/S==0.88m/s （3-62）设沉淀池出水管管径为DN900，则管内流速v2=4QπD（5）排泥系统为了使排泥效果更佳，在本设计中采用机械抽吸的方式进行排泥作业，这种排泥方式，不用考虑设置存储污泥的地方，充分利用沉淀池的溶剂，无需经常清洗，大大的节约了人力成本。1.4过滤工艺选择目前来讲，应用较为广泛的滤池有以下几种类型：普通快速滤池：过滤效果良好，能有效应用于各类水厂，缺点在于配件较多，运行复杂。无阀滤池：适用于规模不大的净水厂。具有成本低、管理运行方便的长处。但是其结构复杂，不利于装卸滤料，可能导致过滤前构筑物标高增加，不利于标高布置。V型过滤器：滤层的含污能力高，反冲洗效果好。结构复杂。适用于规模较大自来水厂。虹吸过滤器：无需大阀门，自动运行，无需复杂操作。土建结构复杂，水池深。适用于中型自来水厂。经过比较上述滤池，选择了四个的快速滤池并联工作。设计计算基本参数流量计算：Q=0.615m/s滤速：取v=10m/h工作周期：1d承托层：如下表所示表SEQ表\*ARABIC13承托层配料层次(自上而下)1234材料砾石砾石砾石砾石粒径(mm)2~44~88~1616~32厚度(mm)100100100本层顶面高度至少应高出配水系统孔眼100反冲洗方式：水冲冲洗强度：15L/(s.m2)冲洗时间：7min2）平面布置1d为周期进行工作，每个周期花费0.2h进行冲洗操作，可得滤池实际工作时长为：h每组滤池总面积： （3-64）实际滤速为m/s校核强制滤速：m/h，在12~16m/h之间，符合要求。 （3-65）3）滤池高度H=h1+h2+h3+h4+h5则滤池总高度H=3.45m。配水系统采用穿孔管大阻力配水系统1）干管计算 Q=fq=4015=600L/s （3-66）采用管径d=0.8m，长10m，始端流速1.20m/s。在池子底部铺设干管，池顶打孔，孔口用挡板进行遮盖。2）支管计算支管中心间距取0.25m支管数n=2=80根，两侧各布置40根。 支管长 （3-67）每根支管入口流量q==7.5L/s。支管管径选用d=0.07m，那么始端流速为v=1.96m/s。3）孔口计算孔口流速采用v=6m/s故孔口面积f=m2孔口总面积与滤池总面积之比K=0.0025，满足设计要求。孔口直径采用0.01m，则单个孔口的面积为孔口数m=个，取1274个。如果干管顶部有两排孔，孔中心距为0.25m，则每排有40个孔。每根支管孔口数为个，取两排共15个孔，同一排各孔的中心距为m。4）孔口水头损失支管壁厚采用δ＝5mm，流量系数μ取0.68水头损失： （3-68）5）配水系统校核实际孔口数m=8016=1280个；实际孔口总面积f=；实际孔口流速v=；实际开孔比K=；支管长度与直径之比=＜60，满足要求；干管横截面积与支管总横截面积之比=，稍小于1.75；孔口总面积与支管总横截面积之比=＜0.5，满足要求；＜0.29，配水均匀性达到95%以上，满足要求。排水系统滤池冲洗后会产生废水，通过排水槽两边流入排水槽中，最后各个排水槽中收集到的废水全部流入废水通道，在废水通道的最末端流入一排水立管，通过该立管进行排放[9]。每一个滤池有两个排水槽，槽长，中心间距每槽排水量 =0.3 （3-69）采用三角形标准断面 x＝0.45Q0.4排＝0.45×0.30.4＝0.277m （3-70）排水槽顶距砂面高度： H＝eh3+2.5x+δ+h＝0.5×0.8+2.5×0.277+0.06+0.06＝1.215m （3-71）其中e——滤层膨胀度，取50%——滤料层高度，m——排水槽底厚，取0.06m——排水槽保护高度，取0.06m冲洗排水槽在水平面的总面积：排水槽总平面积与滤池面积之比：，稍大于25%。1.5消毒消毒是水处理过程中不可或缺的一环，他是指在过滤后的水中添加消毒药剂去消灭水中的各类微生物，常用的消毒方法如下：液氯是最常见的消毒药剂，5min即可杀灭99%以上的细菌。并且可以在管道中长时间停留，因此消毒的效果更持久，可以有效防止微生物在输水过程中再生，但当水中有机物含量较高时，易产生有毒副产物。二氧化氯是一种氧化消毒能力强的消毒剂，能够吸附并渗透各种微生物的细胞壁，与氯消毒相比，也能在管道中长时间的停留，并且不会产生有毒的消毒副产物，不太被水pH值所影响。臭氧消毒的原理是臭氧本身具有很强的氧化性，能迅速杀灭细菌和病毒，其主要优点是不产生消毒副产物，杀菌能力强，但由于臭氧不稳定，在供水管网中无法长期稳定存在，因此不能保证在供水过程中避免微生物再生造成的二次污染问题，因此在使用臭氧消毒之后，还要添加氯或是二氧化氯，来保证管网中的杀菌效果持久，避免二次污染的发生，由于臭氧制备设施复杂，投资大，因此在我国使用较少[8]。（1）工艺的选择通过对以上方案的比较，本次设计采用液氯消毒，结合本次工程的水质特点，参考类似净水厂的经验，最大添加量为a=1.0mg/l，氯气与水的接触时间不小于30min。（2）加氯量的确定 Q＝0.001aQ’ （3-72）式中，Q——加氯量；a——最大投加氯量，mg/L；Q’——处理水量，m3/d。则每天加氯量为Q＝0.001aQ’＝0.001×1×202819＝202.819kg/d＝8.45kg/h储氯量(按15d考虑)：G＝15Q＝15×203＝3045kg取3.1t（3）加氯设备的选择1）加氯机采用两台墙挂式真空加氯机，为了防止意外情况的发生，另加一台作为备用。每台加氯量在0-5kg/h之间。2）氯瓶使用容量为500kg的氯瓶，单个尺寸为直径0.6m，长度1.8m，重量400kg，共有6个氯瓶可交替使用。3）自动检测与控制装置计算机可以根据余氯量的不同，以过滤水流量为推进剂变量，余氯量为反馈变量对氯含量进行控制。1.6清水池（1）容积计算有效容积： W=W1其中W1——调节容积，根据管网部分计算可知取24338m3W2——生产用水，这里取5%最高日用水量W3——消防贮水，W3=TQ7×3600/1000=3.6TQ7其中T——火灾被扑灭所用时间，本设计取2hQ7——在消防过程中所需的水量，L/sW4——安全储水量。按取0.5%最高日用水量。W3=T W2=5%Q W4=0.5%清水池的有效容积：W=37436.9m3为了减小清水池容积，滤池采用水箱反冲洗的方式，故减小了W2，因此取清水池总容积为36000m3，分成4座，每座容积9000m3（2）平面计算清水池长45m，宽45m，高4.5m因此清水池的实际容积为9112.5m3，满足要求。为了保险起见取0.3m超高，则总高度为4.8m。（3）管道系统1）进水管进出水管分别布置在不同位置，以促进水循环。为避免进水管因池内水位变化而产生空气阻力，进水管入池后用弯头下弯。通过最高日平均时来确定管径，管内流速大于0.7m/s小于1.0m/s。Q＝0.615m3/s进水管管径采为1m，流速为0.762m/s，因此满足要求。2）出水管在本设计中，每个清水池均配备出水管，并以水泵形式设置，直接弯入池底吸水坑吸水，然后通过出水管排入二泵房的吸水井中。在管端设直径为1.3m的喇叭口。出水管管径按最大日最大时用水量计算，管内流速大于0.7m/s小于1.0m/s。Q＝113184m3/h＝0.786m3出水管管径采用DN1000，管内流速为0.98m/s，满足要求。3）溢流管溢流管直径也采用DN1000。并在管端设DN1300的喇叭口，在出口处覆盖网罩以防小虫子由出口进入池中破坏水质。4）排水管令池底具有倾斜向集水坑的坡度，以方便池子排水，排水时长取2h，则排水管管径为DN1200。池内设置一定的倾斜度以便于将池子中的水排空，朝水坑倾斜i＝5‰，如果排空时间为2h，排水管直径为DN1200。（4）清水池的布置4）覆土厚度此处取清水池顶部覆土厚度为0.5m，并加以绿化。5）集水坑集水坑尺寸为长×宽×高＝10m×4.2m×2m。1）导流墙每个水池配置4个导流墙，将水池分为5格，每格宽9m。底部以1.0m为间隔设置0.1×0.1m的过水孔，方便清扫。2）检修孔水池顶安装3个圆形维修孔，直径1.4m，并在孔顶设置防水盖板。3）通气管在池顶均匀设置15个通气管来防止通气不畅的发生，其管径为DN200，在地面上的部分长