城市给水厂课程设计

课程设计阐明书

能源与环境学院给水排水工程专业

设计题目某市某给水厂设计

学生姓名:

班级:

学号:

起止日期:

指导教师:

系主任:

第一章...................................................0

城市给水处理厂课程设计基础资料.........................0

1.1工程设计背景.............................................0

1.2设计规模.................................................0

1.3基础资料及处理要求.......................................0

(1)原水水质............................................0

(2)地址条件............................................1

(3)气象条件............................................1

(4)处理要求............................................2

第二章....................................................................................................................3

给水处理厂方案设计......................................3

2.1资料分析与整顿...........................................3

2.1.1水域功能和原则分类.....................................3

2.1.2水质评价与分析.....................................4

2.2水厂地址.................................................4

2.2.14

2.2.2气象条件5

2.2.3设计规模............................................6

2.3工艺流程选择..............................................6

第三章...................................................6

净水构筑物的计算........................................6

3.1配水井....................................................6

3.2混凝设施.................................................8

3.2.1混凝剂类型及加药间.................................8

3.2.2混合没施...........................................15

3.3反应汕絮凝池...........................................18

3.3.1絮凝形式及选用.....................................19

3.3.2往复式絮凝沉淀池计算..............................21

3.4沉淀池..................................................26

3.4.1常见沉淀池类型....................................26

3.4.2设计计算...........................................29

3.4.3排泥措施...........................................31

3.5滤池.....................................................33

3.5.1常用的滤池形式....................................33

3.5.2常用的滤池配水系统...............

3.5.3滤池的设计计算.....................................39

3.6消毒设施的设计..........................................45

3.7清水池..................................................48

第四章..................................................................................................................53

给水处理厂布置...............................................................................................53

4.1工艺流程布置............................................53

4.2平面布置................................................53

4.3厂区道路布置............................................54

4・4厂区绿化布置.............................................54

4.5厂区管线布置............................................55

4.6高程布置................................................56

4.7管渠水力计算............................................57

4.8给水构筑物高程计算......................................58

第五章..................................................................................................................59

自我总结.............................................................................................................59

参照文件....................................................60

第一章

城市给水处理厂课程设计基础资料

1.1工程设计背景

某市位于河南省近年来，因为经济日勺发展、城市化进程的加紧和城市

人民生活水平的提升，用水的需求不断增长，经市政府部门研究并上报请

上级主管部门同意，决定新建一座给水处理厂。

1.2设计规模

该净水厂总设计规模为(10+M)xl()4m3/d(M为学生学号日勺个位数字)。

征地面积约40000m2o

1.3基础资料及处理要求

(1)原水水质

原水水质的主要参数见下表。

原水水质资料

序

项目单位数值序号项目单位数值

号

1浑浊度度54.213镭mg/L0.07

2细菌总数个/mL28014铜mg/L0.0!

3总大肠菌群个/L920015锌mg/L<0.05

4色度2016BOD5mg/L1.96

5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/L107

7PH7.3719氨氮mg/L3.14

8总硬度(CaCCh)mg/L4220亚硝酸盐氮mg/L0.055

9总碱度mg/L47.521硝酸盐氮mg/L1.15

10氯化物mg/L15.222耗氧量mg/L2.49

11硫酸盐mg/L13.323溶解氧mg/L6.97

12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，

并夹杂大量日勺块石，平均厚度为5米左右，最大层厚达9.4米，该土层构

造涣散，工程地质性质差，未经处理不能作为构筑物向持力层，为提升地

基承载力及降低构筑物日勺沉降变形，本工程采用振动沉管碎石桩对填土层

进行加固处理.桩体:真充物为碎石，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，属暖温带、半湿润大陆季风气候，四季分明。春季干旱

风沙多，夏季炎热雨集中，秋季凉爽温差大，冬季寒冷雨雪少。盛行风向:

夏季南风，冬季东北风。

年平均气温14.0℃,最热月平均气温（7月份）27.1℃,最冷月平均气温

（1月份）-0.5℃,平均日照时数2267.6小时，无霜期（年平均）214天，年平

均降雨量627.5mm,年最大降雨量948.4mm,年最小降雨量248.2mm,年

主导风向为NNE风和SSW风。最大风速28面秒，年平均风速3.0m/秒，

最大冻土深度210mm。

主导风向东北（01班）、西南（02班）、西北（03班）、东南（04班

（4）处理要求

出厂水水质指标满足《生活饮用水卫生原则》（GB5749—2023）的有

关要求。

第二章

给水处理厂方案设计

2.1资料分析与整顿

2.1.1水域功能和原则分类

根据地表水水域环境功能和保护目日勺，按功能高下依次划分为五

类；

I类主要合用于源头水、国家自然保护区；

II类主要合用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护

区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卯场、仔稚幼鱼的索饵场等;

in类主要合用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护

区、鱼虾类越冬场、涧游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区;

IV类主要合用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱

乐用水区；

v类主要合用于农业用水区及一般景观要求水域。

相应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量

原则基本项目原则值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别

的原则值。水域功能类别高日勺原则值严于水域功能类别低的原则

值。同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别相应的原

则值。实现水域功能与达功能类别原则为同一含义。

2.1.2水质评价与分析

上述水域功能和原则分类可知，可作为地表水源日勺水质应符合三类及

以上，水质尚好。由《生活饮用水卫生原则・GB5749-2023））对比可得：

项目超标倍数项目超标倍数项目超标倍数

浑浊度54.2细菌总数2.8总大肠菌9200

群

色度1.33氨氮6.28

2.2水厂地址

2.2.1

（1）水厂选址日勺原则：

1）厂址应选择在工程地质条件很好日勺地方；

2）水厂尽量选择在不受洪水威胁的地方，不然应考虑防洪措施;

3）水厂应少占农田或不占农田，并留有合适的发展余地;

4）水厂应设置在交通以便、接近电源日勺地方，以利于施工管理，降低输

电线路的造价；

5）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，一

般与取水构筑物在一起。

（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H勺块石，平均厚度为5米左右，最大层厚达9.4米，该土层构

造涣散，工程地质性质差，未经处理不能作为构筑物日勺持力层，为提升地

基承载力及降低构筑物日勺沉降变形，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。

2.2.2气象条件

项目所在地，属暖温带、半湿润大陆季风气候，四季分明。春季干旱

风沙多，夏季炎热雨集中，秋季凉爽温差大，冬季寒冷雨雪少。盛行风向；

夏季南风，冬季东北风。

年平均气温140C,最热月平均气温（7月份）27.1℃,最冷月平均气温

（1月份）-0.5℃,平均日照时数2267.6小时，无霜期（年平均）214天，年平

均降雨量627.5mm,年最大降雨量948.4mm,年最小降雨量248.2mm,年

主导风向为NNE风和SSW风。最大风速28m/秒，年平均风速3.0m/秒，

最大冻土深度210mmo

2.2.3设计规模

该净水厂总设计规模为18xl()4m3/d。征地面积约40000m20

2.3工艺流程选择

第三章

净水构筑物的计算

3.1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整堰板；为预防调压阀误操作和失

控，配水井一端设置溢流井和调整堰板。

1）给水厂平均时水量:

4

QR18xl()/?八、，一、

迎=-------=7500(in3/h)=2.09(m3/s)

2424

中心配水井（有堰板）

2）配水井有效容积：

3

w二erxT=2.09x30=62.7(m)

3.2混凝设施

3.2.1混凝剂类型及加药间

a）混凝剂的选择与投加量

名称分子式一般简介

1.制作工艺及杂。水解

作用缓慢

2.含无水硫酸铝50%

-52%,含ALO3约

15%

3.合用于水温为

固体硫酸铝Al(S0)-18/7(9

243220~40℃

4.当pH=4〜7时主要取

出水中有机物；

pH=5.7~7.8时，主要

清除悬浮物；

pH=6.4~7.8时，处理

浊度高色度低日勺水

1.制作工艺简朴

2.含川2°3约6%

3.坛装或灌装车、船运

送

4.配置使用比固体以便

液体硫酸铝A1(SO)-18/7.0

2435.合用范围同固体硫酸

铝

6.易受温度及晶核存在

影响形成结晶析出

i.基本性能同固体硫酸

AL（S04）3.K2sO「24J才2°铝

明矶

2.现已大部被硫酸铝所

取代

1.腐蚀性较高

2.絮体形成较快，较稳

定，沉淀时间短

3.合用于碱度高、浊度

硫酸亚铁（绿矶）FeS07H之。

4高pH=8.1~9.6日勺水不

论冬夏都稳定，但原

水色度较高时不宜采

用

1.对金属腐蚀性大，对

混凝土亦腐蚀对塑胶

管也会因为发烧而引

起变形

2.不受温度影响，絮体

结R勺大，沉淀速度快，

效果好

3.易溶解，易混合，渣

滓少

三氟化铁

FeC136H2。4.原水pH=6.0~8.4之间

为宜，当原水碱度不

足时，应加一定量的

石灰

5.在处理高浊度水时，

三氯化铁用量一般要

比硫酸铝少

6.处理低浊度水时，效

果不明显

1.净化效率高，耗药量

少，出水浊度低，色

度小，过滤性能好，

原水高浊度时尤为明

显

2.温度适应性高，pH合

碱式氯化铝[Al2(OW)nClI6_n]用范围宽，因而可不

投加碱剂

3.使用时操作以便，腐

蚀性小，劳动条件好

4.设备简朴，操作以便，

成本较三氯化铁低

5.是无机高分子化合物

综合考虑到原水水质、成本、操作难易等原因，选用碱式氯化铝

⑷2（0"）nClgJ

常用的混凝剂投加量按照20mg/L设计，所以减式氯化铝每天的投加量：

R=QRx20=3.6x\0\ml/d）

b）溶解池、溶药池口勺药液浓度和体积

设计药剂溶解池时，为便于投置药剂，溶解池的设计高度一般以在地

平面如下或半地下为宜，池顶宜高出地面1m左右，以减轻劳动强度，改

善操作条件。溶解池的底坡不不不小于0.02,池底应有直径不不不小于1m

的排渣管，池壁需设超高，预防搅拌溶液时溢出。因为药液一般都具有腐

蚀性，所以盛放药液日勺池子和管道及配件都应采用防腐措施。溶解池一般

采用钢筋混凝土池体，若其容量较小、可用耐酸陶上缸作溶解池。当投药

量较小时，亦可在溶液池上部设置淋浴斗以替代溶解池。溶液池一般以高

架式设置，以便能依托重力投加药剂。池周隹应有工作台，底部应设置放

空管。必要时设溢流装置。混凝剂H勺投加浓度一般采用5%—15%（按商品

固体质量计）。一般每日调制2—6次，人工调制时则不多于3次。溶液池

的数量一般不少于两个，以便交替使用，确保连续投药。

溶解池的容积常按溶液池容积日勺0.2〜0.3倍计算。

溶液池容积:

“0x24x100uQ20x7500

W.—--------------------=---------==18(")

/^x1000x1000417加417x10x2

溶液池设计为两个，一备一用，交替使用，确保连续投药，容积各

为叫

溶液池的形状采用矩形，尺寸为：长x宽X高=6x3xl.2,其中涉

及超图0.2m

溶解池容积:

叱=0.2叱=0.3x18=5.4("/)

式中：u=最大投加量

Q=水量

11=每日调制次数，这里取2次

b=药剂浓度（5%）

溶解池也设计为两个，容积各为明。采用矩形，尺寸为

长X宽X高=2.7x2xl.2,其中涉及0.2m超高。

c）投加系统构成和投药控制系统选型

常用投加措施有干投法及湿投法两种，其优缺陷的比较如下：

投加措施优点缺陷

干投1.设备占地小1.当用药量大时.需要

2.设备被腐蚀H勺可能性一套破碎混凝剂H勺设

较小备

3.当要求加药量突变2.混凝剂用量少时，不

时，易于调整投加量易调整

4.药液较为新鲜3.劳动条件差

4.药剂与水不易混合均

匀

湿投1.轻易与原水充分混合1.设备占地地大

2.不易阻塞入口，管理2.人工调制时，工作量

以便较繁重

3.投量易于调整3.设备轻易受腐蚀

4.当要求加药量突变时

投药量调整较慢

此设计方案采用湿投措施。

投加方式一般有重力投加和压力投加两种，两种方式原理和优缺陷

如下:

投加方式作用原理优缺陷合用情况

优点:操作较简

朴、投加安全1.中小型水厂

重可靠2.考虑到输液

力建造高位药液池，利用重力作用

投缺陷:必须建造管线的沿程水

加将药液投人水内

高位药液池。头损失。输液

增长加药间层管线不宜过长

高

优点:设备简

利用高压水在朴，使用以便，

水射器喷嘴处不受药液池高

水

射形成的负压将程所限多种水厂规模

器药液吸人并将缺陷:效率较均可合用

药液射入压力低,如药液浓

水臂度不当，可能

压

力引起堵塞

投

加

优点:能够定量

泵在药液池内投加，不受压

加

药直接吸收药力管压力所限合用于大中型

泵液、加入压力缺陷:价格较水厂

水管内贵，养护较麻

烦

此设计方案选择重力投加方式。

混凝剂湿式投加系统如图:

M水

芮剂I冏体1

苗剂,液体，

d)加药间及药库相置

加药间:

多种管线布置在管沟内：给水管采用镀锌钢管、加药管采用塑料管、排

渣管为塑料管。加药间内设两处冲洗地坪用水龙头DN25mm。为便于冲洗

水集流，地坪坡度叁0.005,并坡向集水坑。

药库:

药剂按最大投加量H勺30d用量储存。

碱式氯化铝总质量:

〃。30_20x18x1()4x30

x1.05=113400kg=113.41

1000100()

碱式氯化铝的相对密度为21.2,这里取1.3,则碱式氯化铝所占体积

为:

113.4/1.3=87.2m3

药物堆放高度按2.0用计（采用吊装设备），则所需面积为:43.6m2

考虑药剂的运送、搬运和磅秤所占面积，不同药物间留有间隔等，这部

分面积按药物占有面积的30%计，则药库所需面积为：

43.6x1.3=56.68m3

取60〃r,药库平面尺寸取1()x6m,仓库上端留有超高，1m

库内设电动单梁悬挂起重机一台，型号为DX0.5-10-20o

3.2.2混合设施

一般要求：

1)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，也即采用迅速混合方式；

2)混合时间一般为1()〜60s；

3)搅拌速度梯度G一般为60070005；

4)当采用高分子絮凝剂时，混合不宜过分剧烈；

5)混合设施与后续处理构筑物的距离越近越好，尽量采用直接

连接方式。最长距离不超出120m；

6)混合设施与后续处理构筑物连接的管道可采用().8~1.()m/s。

混合方式：

混合方式基本分两大类:水力和机械。前者简朴，但不能适应流量的变

化；后者可进行调整，能适应多种流量日勺变化，但需有一定的机械维修量。

详细采用何种形式应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数

量以及维修条件等原因拟定。

此设计方案采用机械混合方式。

机械混合日勺桨板有多种形式，如桨式、推动式、涡流式等，这里采用桨式，

混合池形状为圆形。

混合时间取t=lmin,设计两个混合池，即池数n=4o设计水量Q=7500m3/h

混合池有效容积W

W=0=*=3L25M

60/160x4

混合池高度H

混合池采用直径R=3m则有效水深H

“Wx4…,、

H=-------=4.42("?)

3.14x/?2

取4.5。超高取().3m,则混合池高度H

H=H'+0.3=4.8m

桨板尺寸:

桨板外缘直径D=2m

桨板宽度b=0.4

垂直轴上装设两个叶轮，每个叶轮装一对桨板。

垂直轴转速4

桨板外缘线速度采月D=3mls则

60x3

n=—==28.7x29(Z7min)

°TTD3.14X2

桨板旋转角度0

co=篝«0.1%=0.1x29=2.9(raJ/s)

桨板搅动时消耗功座No

408g

式中:c—阻力系数,C=0.2~C5,采用0.3

夕一水『、J密度，1000kg/nt；

Z一桨板数，此处Z=4；

R一垂直轴中心至桨板外缘时距离，m,R=1

r—垂直轴中心至桨板内缘的|距离，m,r=()

g=重力加速度,9.81m/52

1000X293X4X44

所以/V()=0.30xI=2.925(A:W)

0408x9.81

转动桨板所需II勺电动机的功率N

桨板转动时日勺机械总效率7%=0.75

传动效率%=0.6~0.95,采用%=。.7则

N。2.925厂门〜…八

N=—=---------=5.572(kW)

小/0.75x0.7

选择功率为7kW的J电动机

3.3反应池/絮凝池

絮凝阶段向主要任务是，发明合适的水力条件，使药剂与水混合后所

产生的微絮凝体，在一定时间内凝聚成具有良好物理性能时絮凝体，它应

有足够大%I粒度(0.6~1.0)、密度和强度(不易破碎);并为杂质颗粒在沉淀澄

清阶段迅速沉降分离发明良好日勺条件。

一般要求：

1）絮凝过程E速度梯度G或絮凝流速应逐渐由大到小；

2）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；

3）絮凝池的江均速度梯度G一般在30〜60s"之间,GT值达10<105,

以确保絮凝过程的充分与完善；

4）絮凝池应尽量与沉淀池合并建造，防止用管渠连接。如需用管渠

连接时，管渠中时流速应不不小于（）」5m/s,并防止流速忽然升高

或水头跌落；

5）为防止已形成絮体的破碎，絮凝池出水穿孔墙的过孔流速宜不不

小于0.10m/s；

6）应防止絮体在絮凝池中沉淀。如难以防止时，应采用相应排泥措

施。

3.3.1絮凝形式及选用

絮凝设备与混合设备一样，可分为两大类:水力和机械。前者简朴，但

不能适应流量的变化；后者能进行调整，适应流量变化，但机械维修工作

量较大。

絮凝池形式的选择，应根据水质、水量、沉淀池形式、水厂高程布置以及

维修要求等原因拟定。几种不同形式絮凝池的主要优缺陷和合用条件如下

表:

形式优缺陷合用条件

优点:1.絮凝效果很好

2.构造简朴，施工以便

1.水量不小于3000

缺陷:1.絮凝时间较长

往复式2.水头损失较大m3/d的水厂

3.转折处絮粒易破碎

2.水量变动小

4.出水流不易分配均

隔板絮凝池匀

1.水量不小于

优点:1.絮凝效果很好

3000〃23d的水厂

2.水头损失较小

回转式

3.构造简朴.管理以便2.水量变动小

缺陷:出水流量不易分配均匀3.合用于旧池改建

和扩建

优点：1.絮凝时间较短

2.絮凝效果好

水量变化不大H勺水

折板絮凝池缺陷:1.构造较复杂

F

2.水量变化影响絮凝效

果

1.水量变化不大

优点:1.絮凝时间短

的水厂

2.絮凝效果很好

网格（栅条）絮凝池2.单池能力以

3.构造简朴

l.0~2.5m3/d为

缺陷:水量变化影响絮凝效果

宜

优点:1.絮凝效果好

大小水量均合用，

2.水头损失小

机械絮凝池并适应水量变

3.可适应水质、水量的

动较大的水厂

变化

缺陷:需机械设备和经常维修

此方案采用往复式隔板絮凝池，形状如图:

往复式隔板絮凝池

3.3.2往复式絮凝沉淀池计算

总容积W

卬二更

60

式中：Q—设计水量

T一絮凝时间，一般设计为20-30min,此处取20min

W二更=空曲型=2500n?

6060

池数n取4,则每池净平面面积：

尸二”

nH}

式中：n一池数

其一池内平均水深，这里取2.5

超图H-）=0.3

池子宽度B：采用12.5m

池子长度（隔板间净距之和）：

L=—=20m

12.5

隔板间距按廊道内流速不同提成6档，分别为g=0.45m/s,

L>2=0.4m/5,L>3=0.35m/s=0.30m/s,u5=0.25m/s,ue=0.20m/s

Q7500八

a=-------------=---------------------------=041Z（

13600/叫H、3600x4x0.45x2.5

m

取4=0.5（采用值），则实际流速U|=0.417m/s

同理：a、=0.55m,u=0.379m/5

=0.6m,q=0.347m/s

4=0.7m,u=0.298m/5

a5=0.85m,u5=0.245m/s

%=LOm,u(}=0.210m/s

每一种间隔采用3条，则廊道总数为18条，水流转弯次数为17次，

则池子长度(隔板间净距之和)：

L,=3(4+。)+%+%+%+)=3

(0.5+0.55+0.6+0.7-0.85+1.0)=12.6m

隔板厚度按0.2计，则池子总长：

L=12.6+0.2x(18-1)=16m

按廊道内日勺不同流速提成6段，分别计算水头损失。第一段：

,.—八a,H.0.5x2.5八“

水力半径：《二一一一-------------0.23m

4+2”10.54-2x2.5

絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合构造，外用水泥砂浆抹面，则槽壁粗

糙系数n=0.013

流速系数

n

yn=2.56-0.13-0.75版(6-0.10)

>'=y=2.5J0.02-0.13-0.75也(Vo.013-0.10)=0.15

1023015

C.=-/?>'=——=61.7

'n10.013

第一段廊道长度：/j=3B=3X12.5=37.5m

第一段水流转弯次数：5=3

水头损失按下式计算:

C>2LT

4=45“广+7^/“（机）

2gCnRn

式中:

%—该段隔板转弯处日勺平均流速，m/s;

S〃一该段廊道内水流转弯次数;

J一隔板转弯处的局部阻力系数，往复隔板为3.0,回转隔

板为1.0;

/〃一该段廊道的长度之和。

Q7500与/$）

3600x刃0力3600x\,2anH}n

式中:

用一隔板转弯处面积，宽度取1.2%。

an—an采用值

则:

2222

%=资曳+2/产3乂30.3480.417

--------1-------3-7-.-5-=0.063

2gCK2x9.8161.72X0.23

各段水头损失计算成果见下表:

段数

R.%%c〃hn

1337.50.230.3480.41761.70.063

2337.50.250.3160.37962.50.051

3337.50.270.2900.34763.20.043

4337.50.310.2490.29864.50.031

5337.50.360.2050.24566.00.021

62250.420.1740.21067.50.015

h==0224m

GT值计算(t=20℃)：

yh

G=

60”

式中:

G一速度梯度(s1)

/一水日勺浓度l()()0kg/m3

〃一水的动力粘度(kg-s/m2),见《给水排水设计手册第一册》

108页,表5-35

所以

Iyh_I1000x0.224

G==42.6『

60//T-V60x1.029x10-4x20

GT=42.6x20x60=51120（在1（尸~1（）5范围内）

池底坡度:

h

z=_=1.40%

L

3.4沉淀池

用于沉淀区i构筑物称为沉淀池。按照水在池中日勺流动方向和线路，沉

淀池分为平流式（卧式）、竖流式（立式）、辐流式（辐射式或径流式）、斜流

式（如斜管、斜板沉淀池）等类型。另外，还有多层多格平流式沉淀池.半

途取水或逆坡度斜底平流式沉淀池等。

沉淀池型式的选择，应根据水质、水量、水厂平面和高程你置的要求,

并结合絮凝池构造型式等原因拟定。

3.4.1常见沉淀池类型

常见各类型式沉淀池的性能特点及合用条件如下表:

型式性能特征合用条件

优点：1.可就地取材，造价

低

2.操作管理以便，施工

较简朴

3.适应性强，潜力大、