【《某55万人口城市供水工程净水厂设计计算案例》5700字】

PAGE\*Arabic9某55万人口城市供水工程净水厂设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u7803某55万人口城市供水工程净水厂设计计算案例 1272731.1净水厂设计水量的确定 116991.2净水厂构筑物计算 2143661.2.2加药间设计计算 257591.2.3管式静态混合器设计计算 5197431.2.4机械絮凝池设计计算 6153221.2.5斜管沉淀池设计计算 10266021.2.6V型滤池 12117891.2.7消毒计算 16169241.2.8清水池设计计算 17169511.2.9水厂其他布置 191.1净水厂设计水量的确定参考现行净水厂设计，对K5市净水厂设计时选取水厂自用水系数为5%，所以K5市净水厂总水量为1.7✕105✕（1+5%）=1.785✕105m3/d设计水量Q为： Q=17850024×3600=2.07m1.2净水厂构筑物计算7.2.1配水井设计计算为了保证K5市供水安全，配水井设置两条输水管。K5市给水厂设计水量为1.785✕105m3/d，每根输水管管内流量为1.035m3/s，使用DN1000的铸铁管做输水管，则输水管流速为V为： V=4QπD2=4×1.0353.14×配水井水停留时间T=2.5min，则配水井的有效容积为：W=QT=2.07✕2.5✕60=310.5m3，所以配水井长度设为10m，宽度设为8m，高4m。1.2.2加药间设计计算已知水厂总水量为1.7✕105✕（1+5%）=1.785105m3/d=7437.55m3/h。根据原水水质及水温，参考有关净水厂的运行经验，选碱式氯化铝为混凝剂，混凝剂的最大投药量取为30mg/L，药容积的浓度b=10%，混凝剂每天配制次数n=2次。表5-1混凝剂投加量参考值原水浊度混凝剂<=1002003004006008001000投加量(mg/L)硫酸铝12.511.229.537.652.667.382.5三氯化铁11.013.620.326.130.836.940.8碱式氯化铝10.111.816.221.321.628.631.7（1）溶液池容积 W1===26.8m3 （5-3）式中：a—混凝剂的最大投加量，本设计取30mg/L;Q—设计处理的水量，7437.5m3/h;c—溶液浓度（按商品固体重量计），本设计取10%；n—每日调制次数，本设计取2次。溶液池整体选用钢筋混凝土建成的矩形结构。建一个溶液池，容积为W1。溶液池尺寸为W1=B×L×H=3m×4.5m×2m，尺寸高度已取超高0.3m，溶液池建在屋内。溶液池实际有效容积：W=3m×4.5m×2m=27m3满足要求。溶液池池底设DN200的排渣管一根，溶液池内壁使用聚乙烯板来做防腐。（2）溶解池容积 =0.2W1=0.2×26.8m3=1.36m3 （5-4）式中：——溶解池容积（m3），本设计取0.2。溶解池也设置为单池，单池尺寸：W2=B×L×H=1.5m×2.4m×1.5m，尺寸高度已取超高0.2m，沉渣设计高度0.2m，池底坡度采用0.01。溶解池的实际有效容积：W=1.5m×2.4m×1.5m=1.4m3符合要求.溶解池的放水时间采用t＝10min，所以放水流量Q0： Q0=w260t=5.3660×10=8.93L/s （5-5）选取管径D＝100mm，流速V0=1.17m/s的硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d＝125mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池和溶液池一样都选用钢筋混凝土结构，池底坡度采用0.01，内壁使用聚乙烯板来做防腐。每池配备一台搅拌机，选用ZJ-650型折桨式搅拌机，功率为4KW,转速为85r/m（3）投药管投药管流量： QUOTE（5-6）查水力计算表得投药管管径d＝50mm，相应流速为1.05m/s。（4）计量投加设备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。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: q===2.23m3/h （5-7）式中：——溶液池容积（m3）设备选型：选用JD-1600/8型J型计量泵，电动机功率2.2kw，三台，两用一备。（5）药剂仓库药剂仓库和加药间建在一起，因为水厂靠近市区，定期取药比较方便，所以存储周期设置为8天。药剂仓库要放置称量药剂的地泵位置还要给来回取运药剂的汽车留出1.5m宽的道路。为了确保良好的通风条件，防止药剂受潮，仓库的地面和墙壁也要做好防腐措施。（6）聚合氯化铝所占体积聚合氯化铝的袋数N： N=24Qut1000w （5-8）式中：Q——水厂设计流量，7437.5m3/h；u——投药量，30mg/l；t——药剂储存期，8d；w——每袋药剂质量，25Kg。N=24×7437.5×30×81000×25有效堆放面积A： A=NVH(1−e）=1714×0.042(1−0.2)42.85m2取43m2 （5-9）式中：H——药剂堆放高度取2mV——每袋药剂体积，0.5×0.4×0.2=0.04m3e——堆放孔隙率，堆放时e=20%。药剂的运输、搬运和磅秤等所占面积按照药品的总占地面积的25﹪计算，所以药剂仓库的平面面积为：L×B=9×6=54m21.2.3管式静态混合器设计计算（1）管式静态混合器设计数据设计总进水量为Q=2.07m3/s，净水厂进水管投药口设置在管道一进口的第一个混合单元处，投药管插入管径的1/3处，为了让投药更加均匀在投药管上开多个小孔，进水管采用两条，输水管管径为DN1000，流速v=1.318m/s，1000i=1.88，20度时水的动力黏度μ=1.0×10-3Pa·s。采用两个管式静态混合器，为了使药剂混合更充分所以设置三个扰流元件。如图5-1管式静态混合器：图5-1管式静态混合器（2）管式静态混合器尺寸计算混合器的混合管长度为：L=1.1ND=1.1×3×1.0=3.3m，混合时间：T=Lv（3）校核速度梯度G： G=γhμt=9800×0.3810−3×4=964.88s-1（700~1000s-1） （5-10）GT=964.88×3=2894.64（≥2000，水力条件符合要求）1.2.4机械絮凝池设计计算（1）机械絮凝池设计数据采用4座机械搅拌絮凝池，则每座机械搅拌絮凝池的设计流量为Q： Q=74524=1863m3/h=0.5175m3/s （5-11）絮凝时间宜为15min~20min，根据K5市实际情况选取T=20min。（2）机械絮凝池池体计算K5市絮凝池有效容积为： W=QT60=1863×2060=621m3 （5-12）将K5市给水厂的机械搅拌絮凝池分为三组，每组四格，则每格尺寸：4m×4m；水深3.3m，絮凝池设置超高为0.3m，所以池子的总高度为3.6m；K5市给水厂机械搅拌絮凝池絮凝池实际容积：W=3×4×4×4×3.3=633.6m3K5市给水厂机械搅拌絮凝池实际絮凝时间： T=WQ=633.60.5175=1224.35s=20.4絮凝池分格隔墙上过水通道上下交错布置，为了使搅拌效果更好为每格絮凝池设一台搅拌机，并在四周壁上设置四块固定挡板。（3）搅拌设备尺寸为保证叶轮边缘与池子侧壁间距小于等于0.25m，叶轮直径D=3.6m，半径为1.8m。叶轮中心桨板线速度宜自第一级的0.5m/s逐渐变小至末级的0.2m/s。K5市给水厂的絮凝池设计采用：V1=0.5m/s,V2=0.4m/s,V3=0.3m/s,V4=0.2m/s；设置每块桨板长两米（本设计中桨板长度与叶轮直径之比：L/D=2.0/3.6=51.56%<75%）桨板宽度取：b=0.15m；每根轴上面设桨板八块，内外各四块。旋转桨板面积与过水断面面积之比为：8×2.0×0.154×3.3四块固定挡板宽×高=0.1×2.0固定挡板面积与过水断面面积之比为：4×0.1×2.04×3.3桨板总面积占过水断面面积之比18.18%+6.06%=24.24%<25%叶轮桨板中心点旋转直径：D0=[(1800−750)2+750]×叶轮旋转角速度分别为： W1=2V1D0=（2×0.5）÷2.55=0.392rad/s （5-14） W2=2V2D0=（2×0.4）÷2.55=0.314rad/s （5-15） W3=2V3D0=（2×0.3）÷2.55=0.235rad/s （5-16） W4=2V4D0=（2×0.2）÷2.55=0.157rad/s （5-17）桨板宽长比bL=0.152=0.075<1查手册 k=φρ2g=1.10×100002×9.8=56 （5-18）桨板旋转时克服水的阻力所耗功率：第一格外侧桨板： N1=yklw13408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3923408第一格内侧桨板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3923408×第一格搅拌轴功率：N=0.185+0.021=0.206kw第二格外侧桨板： N1=yklw13408（r24-r1第二格内侧桨板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8第二格搅拌轴功率：N=0.092+0.016=0.108kw第三格外侧桨板： N1=yklw13408（r24-r1第三格内侧桨板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8第三格搅拌轴功率：N=0.037+0.012=0.049kw第四格外侧桨板： N1=yklw13408（r24-r1第四格内侧桨板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8第四格搅拌轴功率：N=0.012+0.006=0.018kw四台搅拌机通过一台搅拌机带动，则机械絮凝池消耗总功率为：N总=0.206kw+0.108kw+0.049kw+0.018kw=0.363kw。（4）核算平均速度梯度G值及GT值按照水温20度，μ=102×10−6第一格G值为: G1=N1μV=0.2064×4×3.3×1.00×106=62s-1 （5-27）第二格G值为: G2=N1μV=0.1084×4×3.3×1.00×10第三格G值为: G3=N1μV=0.0494×4×3.3×1.00×10第四格G值为: G4=N1μV=0.0184×4×3.3×1.00×10絮凝池平均速度梯度为： G=N总μV=0.3634×4×3.3×1.00×106=82s-1 （5-31） GT=82×20×60=98400 （5-32）经核算，G值与GT值较合适1.2.5斜管沉淀池设计计算（1）斜管沉淀池设计参数K5市给水厂斜管沉淀池分两组，颗粒沉降速度μ=0.35mm/s，清水区上升速度v=2.5mm/s，采用塑料片热压六边形蜂窝管，管厚=0.4mm，边距d=30mm，水平倾角θ=60°。斜管沉淀池分为两组，则每组沉淀池的流量Q为： Q=1785002=89250m3/d=1.03m3/s （5-33）（2）清水区面积AA=Qv=1.030.0025=412m2，其中斜管结构占用面积按照3%计算，所以实际清水区需要面积A/=412×1.03=424.36m2，为了让配水分配均匀，设置斜管区平面尺寸为18m（3）斜管长度L管内流速： v0=vsin60°=2.50.866=2.89mm/s （5-34）斜管长度： L=(1.33×v0−μsin60°)dμcos60°=(1.33×2.89−0.35×0.866)×300.35×0.5=607mm 考虑管端可能存在紊流、积泥等因素，所以过渡区采用250mm斜管总长L/：L/=250+607=857mm，根据K5市给水厂实际情况取L/=1000mm（4）池子高度采用保护高度：0.3m清水区：1.2m布水区：1.2m穿孔排泥斗槽高：0.65m斜管高度：h=L/sin60°池子总高：H=0.3+1.2+1.2+0.65+0.87=4.22m沉淀池排泥系统采用穿孔管进行重力排泥，每天一次。穿孔管径D=200mm，管上开6mm的孔，每个孔相距20mm。沉淀池底部为排泥槽，排泥槽顶宽1.6m，底宽0.5m，斜面与水平设置角度为45°，则由计算可得排泥槽斗高0.65m。排泥设计历时为3min，即为180s。（5）核算复算管内雷诺数及沉淀时间：Re=Rv0/δ该式中水力半径： R=d4=304=7.5mm=0.75cm （5-36）管内流速v0：v0=0.289cm/s运动粘度δ：δ=0.01cm2/s（当温度为20°c时）Re=0.75×0.289÷0.01=21.68沉淀时间：T=L/V（6）放空管设计计算设计流量为Q=1785002=89250m3/d=1.03m3/s，查手册1.2.6V型滤池（1）设计参数的确定滤料：石英砂，ρr=2.65kg/L.粒径1mm，不均匀系数k80=1.1，滤层厚度取1.3，滤速取9m/s。冲洗强度：第一步气冲，强度15L/（s·m2），第二步气水同冲，气冲强度同前，水冲强度2.8L/（s·m2），第三步单水冲强度5L/（s·m2），表面扫洗利用一个滤池的过滤水量。冲洗周期24h，冲洗时间15min。气源由鼓风机提供，冲洗水由水泵提供。（2）滤池尺寸及附属设施计算1.滤池面积为： F=QvT=1785009×(24−1560)=835m2 （5-37）根据《给水排水设计手册第三版》，采用池数N=10，双排布置，没池面积为：f=FN=83.5m2.单个滤池设计单个滤池长宽布置参照《给水排水设计手册第三版》，确定采用10个滤池，每个为双格，单格尺寸为3.5m×12.2m，该水厂每格净尺寸定为2m×12.2m×3.5m实际单个过滤面积：f实际=2×12.2×3.5=81.4m2实际滤速： v=QFT=17850085.4×10×(24−1560)=9.1m/h （5-38）池冲洗时强制流速：v强制=9.1÷93.滤池高度气水室高度：H1采用0.8m滤板厚度：H2采用0.1m承托层厚度：H3采用0.1m滤料层厚度：H4采用1.3m滤层上面水深：H5采用1.25m进水系统跌差：H6采用0.25m进水总渠超高：H7采用0.5m滤池总高度H：H=0.8+0.1+0.1+1.3+1.25+0.25+0.5=4.30m4.滤池各种渠道计算：表5-2管渠计算表管渠名称流量（m3/s）管渠断面流速（m/s）进水总渠1.031.0m×1.2m0.85单格滤池进水阀0.210.5m×0.55m0.77冲洗水管0.42D=500mm2.14冲洗空气管2.06D=450mm11.6单格滤池出水管0.21D=500mm1.031.配水配气系统1）滤头滤板.滤板尺寸采用：975×1140mm，单格滤板数量为3×12=36块每块滤板滤头数：7×9=63个每1m2滤头实际分布只数：55个每只滤头缝隙面积：2.88cm2（由厂家提供）开孔比：β=2.88×10-4×55=1.58%2）气水室配水孔孔口流速：采用1.0m/s冲洗水流量：Q=5×3.6×81.4=1537.2m3/h=0.43m3/s双侧布孔，孔口数选择56个孔口尺寸：孔口面积选择60mm×60mm方孔孔口总面积F：F=2×56×0.06×0.06=0.403m3实际孔口流速v：v=0.43÷0.403=1.06m/s3）气水室配气孔孔口流速：采用15m/s空气流量Q：Q=15×3.6×81.4=4611.6m3/h=1.28m3/s双侧布孔，孔口数56个孔口尺寸：采用φ32个孔配气孔总面积：F=0.785×0.0322×2×56=0.09m2实际孔口流速v：v=1.28÷0.09=14.22m/s6.V型槽V型槽扫洗流量等于1个滤池的过滤水量，Q扫=81.4×8.8=751.52m3/h=0.208m3/s设扫洗孔φ32，共计134只（每个V型槽设67只），孔口总面积：0.785×0.0322×134=0.107m2孔口流速v：v=0.2080.1077.冲洗水排水系统排水槽排水量：Q排=（2.4+5）×81.4÷1000=0.63m3/s排水槽净宽度1m，采用0.05底板坡度坡向出口，槽底最低点超出滤板底0.1m。水冲洗加表面扫洗时，排水槽顶水深： h1=[(q1+q3)B0.422g]2/3=[(2.4+5)×10排水槽出口阀门采用700×700mm气动闸板阀，过孔流速约1.26m/s8.冲洗水泵计算冲洗水泵流量气水同冲洗时：Q小=2.8×81.4÷1000=0.24m3/s单水冲时：Q大=5×85.4÷1000=0.43m3/s冲洗水泵扬程计算设排水槽顶与吸水池水面高差：H0=2.4m水泵的吸水口到滤池的输水管水头损失：h1=4.0m配水系统的总水头损失：h2=0.3m承托层的水头损失h3拟忽略不计。滤料层的水层损失： H4=（r1r-1）（1-m0）×H=（2.651-1）×（1-0.41）×1.2=1.18m （5-40）富余扬程：h5=1.0m水泵扬程：Hp=H0+h1+h2+h3+h4+h5=2.4+4.0+0.3+0+1.18+1.0=8.88m，取9.0m设水泵3台，单台流量0.21m3/s，扬程9.0m，大水冲时2用1备，小水冲时1台开启。9.鼓风机计算鼓风机风量：Q=1.05×15×85.4×10−3=1.35m鼓风机出口压力输气管的压力损失：P1=3000pa配气系统的压力损失：P2=2000pa气水室中的水压力：P3=9810（h2+h3+h4+h0）配水系统的总水头损失：h2=0.3m承托层的水头损失忽略不计：h3=0.00m滤料层的水头损失：h4=1.18m气水室中水面至冲洗排水槽顶溢流水面的高差：h0=2.0mP3=9810（h2+h3+h4+h0）=9810（0.3+0+1.18+2）=34139pa富余压力取：P4=4900pa鼓风机出口压力：P=P1+P2+P3+P4=3000+2000+34139+4900=44039pa设鼓风机2台，单台风量1.33m3/s，出口压力50KPa，1用1备。1.2.7消毒计算（1）消毒方式的选择本给水厂采用液氯消毒，液氯消毒原理：Cl2+H2O→H++Cl-+HOClHOCl↔H++OCl-预氯化最大投加量为1.5mg/L，清水池最大投加量为1.0mg/L。（2）加氯量计算预加氯量Q1为：Q1=0.001aQ=0.001×1.5×7437.5=11.16Kg/h清水池加氯量Q2为：Q2=0.001×1.0×7437.5=7.44Kg/h总的投加量Q=11.16+7.44=18.6Kg/h采用转子加氯机来为消毒间投机药剂，在加氯机上配备计量设备。选择四台ZJ-2转子加氯机，选用宽高为：400mm×430mm，三用一备。储氯量（按照20天计算）为：G=20×24Q=20×24×18.6=8928kg液氯的储备于9个一吨氯瓶（H×D=2020mm×800mm）表7-3氯瓶规格氯瓶规格表容量Kg直径mm长度mm瓶自重Kg氯瓶总量Kg350350133535070050060018004009001000800202080018001.2.8清水池设计计算（1）清水池平面尺寸计算清水池的有效容积=调节容积+消防贮水量+水厂自用水的调节量。清水池的调节容积： W1=KQ=0.1×178500=17850m3 （4-41）K—经验系数一般采用10%~20%；本设计采用K=10%Q—设计供水量Q=178500m3/d消防水量按照同时发生两次火灾计算，每次火灾用水量取31L/s，连续灭火时间为2h，则消防容积：W2=31×2×3600÷100=224m3W3为净水厂自用水量，则W2=0.1×17850=1785m3W4为清水池的安全水头，则W4取为800m3则清水池总有效容积为：W=W1+W2+W3+W4=17850+224+1785+800=20659m3清水池共设2座，有效水深为5m，则每座清水池的面积为： F=V2H=206592×5=2061.9m2 （5-42）取B×L=45×46=2070m2取超高为0.5m，清水池选用钢筋混凝土建成立方体水池，清水池预留超高为0.5m，所以净水池高度取1.5m（2）清水池管道系统1.清水池的进水管进水管流量为1.0m3/s，使用铸铁管，查表取管径DN1100mm，流速1.065m/s，1000i=1.068；2.清水池的出水管因为城市内居民和工厂的用水量变化较大，所以清水池的出水管按照出水的最大流量进行计算： Q=KQ24=1.5×178500/224=5578m3/h=1.55m3/s （5-43）使用铸铁管，查表取管径DN1200mm，流速1.32m/s，1000i=1.4853.清水池的溢流管溢流管的管径与进水管的管径相同都为DN=1000，在管端设置喇叭口，管上不设置阀门，为了防止蚊虫进入设置网罩。4.清水池的排水管清