【《某日处理40万吨净水厂的净水构筑物的设计与计算过程案例》13000字】

某日处理40万吨净水厂的净水构筑物的设计与计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u17809某日处理40万吨净水厂的净水构筑物的设计与计算过程案例 111800一、混凝 211739（一）混凝剂和助凝剂选择 25821（二）药剂投加系统 29991（三）溶解池和溶液池设计 319206（四）加药间和药库 432615（五）混合设备设计 425688（六）絮凝池设计计算 617850二、沉淀 1028063（一）平流沉淀池池体设计计算 1023491（二）配水槽和集水系统设计计算 1116910（三）排泥设备设计计算 125750三、过滤 1430482（一）V型滤池池体设计计算 148368（二）反冲洗系统设计计算 1621167（三）管渠设计 1815513（四）反冲洗水泵 226615（五）供气系统计算 238475四、臭氧——生物活性炭处理 247813（一）臭氧氧化处理 2423576（二）活性炭处理 2729598五、消毒 2910049（一）加氯量和接触时间 297396（二）加氯设备和加氯间 3019650六、清水池 30901（一）清水池平面尺寸设计计算 3025111（二）管路系统计算 3131746（三）清水池布置 32一、混凝（一）混凝剂和助凝剂选择为实现混凝效果而投加的所有药物统称为混凝药。按混凝剂在混凝过程中所起的功能,可分为凝集剂、絮凝剂和助凝剂,但一般都将凝集剂叫做混凝剂。1.混凝剂的选择本设计选择三氯化铁作为混凝剂，而选则三氯化铁作为混凝剂的主要因素包括：①三氯化铁的pH范围较广泛，能良好应对pH改变；②三氯化铁处理低温低浊水的效果较好，在冬天时也可良好地进行混凝；③应对温度改变的能力更强，所生成的絮体结构也比较紧密；④Fe3+水解力也很强，因此能够采用吸收电中和、卷扫和吸收架桥等的方法，生成聚集度更高的Fe(OH)3胶状物质。2.助凝剂的选择活化硅酸应用于硫酸亚铁和铝盐混凝剂，可减少混凝和沉淀过程运行时间，并节约了混凝剂用量，故选用其作为助凝剂。（二）药剂投加系统药剂调制工人是在水厂内工作强度比较大的工种，要使药剂投加系统运行起来比较便捷容易，除了布置合理之外，还必须尽可能提高药剂投加系统的机械化水平或采取水力调节的方法，以降低劳动强度。药剂投加系统要设计测量装置来监控投放量。如果可行则必须使用自动药剂投加系统。加药方式有干投法和湿投法两种，本设计中选择用湿投法，湿投法投加药剂时，药剂不易粘连成团，不易堵塞加药管道，药剂容易与处理水混合均匀，而且湿投法更易于管理和调节。湿投法是先将三氯化铁投入溶解池制成溶液，再通入溶液池进行机械搅拌进一步溶解，再流入混合池用机械搅拌与处理水混合均匀。在投加三氯化铁溶液时采用压力投加方式，并用计量泵来加药，可实现高精确度加药以及自动调节加药。具体投加系统如3.1所示。图3.1混凝剂投加系统图（三）溶解池和溶液池设计1.溶液池设计(3.1)式中：W2——计算的溶液池的容积，m3；Q——水厂的处理水量，m3/h；a——三氯化铁最大投量，取30mg/L；c——所投加溶液的浓度，取15%（按商品固体重量计）；n——每日调制药剂的次数，取2次。代入数据有公式(3.1)算得，所需设计的溶液池容积为40.0m³，共设有两个溶剂池，并作为投加池交替利用,每池子的有效容量均为20m³,溶液池为矩形,其长度×宽×高=5×2×2m,池顶保护高度有0.2m，池底贮渣深度是0.1m。池底设计坡度为0.02的斜坡,并设置DN100排空管道。本设计采用压力投加,因此溶液池无需高架。2.溶解池设计设计中取体积为溶液池的30%。（3.2）在工程中布置了二个溶解池，每池子的有效容量为6m3，池体类型同溶液池，长度×宽度×高度=4×2×1.5m，上有0.2m的超高，池底沉渣层高为0.2m。溶解池位于地表下方，池顶部高于地表1m。池底布置如同溶液池，并同时使用了塑料的加药管。溶解水池和溶液水池的供水管均使用了镀锌钢管。3.计量泵加药量：20.0×2×2/24=3.34m3/h根据投药量选择3台GB1800/0.3（2用1备），单泵流量为1.8m³/h，性能规格如下表3.1所示。表3.1GB机械隔膜氟塑料计量泵参数表（四）加药间和药库药库储量按一个月用量储备，投药量按最大投药量即30mg/L计算。因此药剂总质量：（3.3）式中：M——水处理药剂储量，kg；Q——水厂处理水量，m3/d；a——水处理药剂最大投量，mg/L；由式（3.3）得，硫酸铝药剂总质量为360000kg。已知硫酸铝密度：ρ=1.2kg/L，则体积：（3.4）计划堆放高度为2.5米，堆放时孔隙率为65%，则堆放所需占地面积为：（3.5）考虑到卸货所需位置与通道位置，将药库的面积取235m2，将药库与溶解池、溶液池、计量泵设在一起，总面积设为300m2。（五）混合设备设计本设计中采用的是机械混合方式，搅拌机为中央置入式布置的立式搅拌机。1.混合池有效容积V（3.6）式中：t——混合时间，一般可采用10~30s，本设计中取为30s；Q——设计流量，m3/s；本设计中仅设置2个圆形搅拌池，单个搅拌池有效容积是69.54m³，取搅拌池有效水深为4.0m，保护高度为0.5m，总高度为4.5m。2.混合池直径及其余参数（3.7）式中：V——单个搅拌池有效容积；H——搅拌池深度；采用推进式搅拌器，搅拌器外边缘线速度取10.0m/s。①搅拌器直径：d=（0.2~0.5）D=0.5D=2.355m，取为2.4m；②搅拌器距池底高度：无导流筒，H’=d=2.4m；③搅拌器桨叶数：Z=3；④搅拌器叶片分层数：H/d=4.0/2.4=1.67<4，e=1，设计中取1层；⑤搅拌器螺距：S=d=2.4m⑥搅拌器层间距：S0=（1.0~1.5）d=d=2.4m。3.搅拌桨转速及搅拌功率计算①搅拌器转速：(3.8)式中：n——搅拌器转速，r/min；v——搅拌器外缘速度，m/s；D0——搅拌器直径，m，设计中取v=10m/s，D0=2.4m，则带入公式(3.8)计算可知，搅拌器转速n=79.62rad/min=1.33rad/s。⑤搅拌功率：挡板情况为全挡板，则混合功率：（3.9）式中：μ——水的动力黏度（Pa•s），15℃时为116.5[9.8×10-6(Pa•s)]ADDINNE.Ref.{DF9ADF62-A198-4A50-B72A-7BD8058FEF18}[24]；G——搅拌速度梯度（s-1），设计中取为800s-1。求雷诺准数：（3.10）求搅拌功率（3.11）式中：ρ——水的密度（kg/m3），取1000kg/m3；Np——功率准数，取0.32；g——重力加速度，取9.81m/s2；校核合格。4.电动机功率NA（3.12）式中：Kg——电动机工作时的工况系数，取1.2；η1——电动机工作时的机械传动效率，取0.75；η2——电动机工作时的传动效率，取0.8。（六）絮凝池设计计算本设计中采用的是竖向流折板絮凝池，混合池与絮凝池合建，混合池底部进水，顶部溢流水进入絮凝池内。1.设计水量QI=400000/24=16666.7(m3/h)=4.63(m3/s)絮凝池分为4座，每座流量为1.158m3/s，絮凝池与沉淀池合建。2.设计参数与池体布置絮凝池一共分成三个大段，絮凝时间共14min，前面两段布置形式是相对折板，最后一段是平行直板，将每一段絮凝区都划分为串联运行的五格。折板布置成为并联单通道，每座采用6个通道，每条通道设计流量为0.193m3/s，宽度为3.4m，单独进水，通道间隔厚度为200mm。每一块折板的夹角是90°，板宽0.5m，板厚60mm，材质为不锈钢板。絮凝池有效水深Hc取用为3.8m，池上部还有0.4m的保护高度。3.第一段折板絮凝区第一段折板絮凝区的通道宽度：1.4m，中间折板的设计峰速v1：0.30m/s，中间折板的峰距中间折板的谷距折板与进出水侧边的峰距折板与进出水侧边的谷距中间折板的峰速中间折板的谷速折板与进出水侧边的峰速折板与进出水侧边的谷速水头损失计算：①中间折板的部分：水流渐放段的水头损失：水流渐缩段的水头损失：每格内含6个水流渐缩段和水流渐放段渐放，故每格中间折板的总水头损失为：②折板与进出水侧边的部分：水流渐放段的水头损失：水流渐缩段的水头损失：每格折板与进出水侧边布置6个水流渐缩段和水流渐放段，故每格折板与进出水侧边的总水头损失为：③水流进口和上下两种拐弯的水头损失为：共一个进口、一个上拐弯和两个下拐弯。上拐弯口平均水深H4取为0.9m，而下拐弯口的平均水深H3则是1.0m。水流进口速度的v3是0.20m/s，上拐弯口水流速度，下拐弯口水流速度，上拐弯的ξ取值时1.8，下拐弯和水流进口处的ξ取值为3.0，亦即每格水流进口及上下拐弯处的总水头损失为：单格通道总水头损失：第一段折板絮凝区总水头损失：第一段折板絮凝区总水流停留时间：第一段折板絮凝区的速度梯度：4.第二段折板絮凝区折板布置同第一段折板絮凝区，主要计算结果如下：第二段折板絮凝区的通道宽度：1.8m，水流进口流速：0.20m/s。中间折板峰距b1：0.54m；中间折板谷距b2：1.248m；折板与进出水侧边的峰距b3：0.565m；折板与进出水侧边的谷距b4：0.919m；中间折板峰速v1：0.199m/s；中间折板谷速v2：0.086m/s；折板与进出水侧边的峰速v1`：0.190m/s；折板与进出水侧边的谷速v2`：0.117m/s；水头损失计算：①单格通道中间水头损失h：0.01596m；②单格通道折板与进出水侧边的水头损失h`：0.01140m；③单格通道水流进口及上下转弯损失h``：0.01091m；第二段折板絮凝区总水头损失H2：0.1148m；第二段折板絮凝区总水流停留时间T2：6.02min；第二段折板絮凝区的速度梯度：56s-1。5.第三段折板絮凝区最后一段是平行直板，板厚约为80mm。该段絮凝区水流平均流速：0.10m/s，过水通道平均宽度：0.193/(0.1×1.2)=1.61m，这里取1.60m。局部水头损失为：共一个进水口和三个180°转弯弯道，水流进口速度为：0.11m/s，转弯速度：0.1m/s，ξ均取为3.0，则最后一絮凝区单格损失为：第三段直板絮凝区的总水头损失：第三段直板絮凝区的总水流停留时间：第三段直板絮凝区的速度梯度：6.各区段指标表3.2各絮凝段主要指标符合设计要求。二、沉淀本设计中沉淀池形式为选为平流沉淀池，分为4座，与折板絮凝池直接相连，进水采用穿孔墙配水，出水采用指形集水槽集水，排泥采用机械虹吸式吸泥机。（一）平流沉淀池池体设计计算1.设计流量水厂设计水量Q=400000m3/d=16666.7m3/h=4.63m3/s（已包含自用水量）。沉淀池与絮凝池合建，并将平流沉淀池分设两池，每组沉淀池的流量为：2.沉淀池池长（3.13）式中：v——池内平均水平流速，取15mm/s；T——沉淀时间，取1.5h。3.沉淀池容积（3.14）采用容积为6264m3。4.沉淀池池宽（3.15）式中：H——有效水深，采用3.0m，超高采用0.5m，则池深为3.5m。为方便设置排泥设备，在每个沉淀池中全部都设有了两道导流墙，每道导流墙墙体厚度为0.2m，在沉淀池中将其分为了三格，每格净宽为8.60m。5.水力校核水流截面积：水流湿周：水力半径：弗劳德数：（3.16）在1×10-4~1×10-5范围内。（二）配水槽和集水系统设计计算1.进水穿孔墙设计计算沉淀池进口采用穿孔墙布置，由于设了四个沉淀池，每个沉淀池流量为Q=1.16m3/s，穿孔流速v1取0.2m/s，则每个沉淀池的孔眼总面积：（3.17）每个孔眼尺寸定为30cm×30cm，面积s为0.09m2，孔眼个数：（3.18）分5行，每行13个布置在厚度为8.3米的穿孔墙上。位于池底积泥面以上至少0.4m。与水平线平行方向的孔中心距取0.6m，边孔中央距离池壁距离有0.55m，与水平线垂直方向的孔中心距离取0.6m，边孔中央距离最上层水表面距离是0.4m。2.指形槽设计计算沉淀槽的设计要按池的宽度方向均匀集水，并尽可能取上部澄清水量，减少下部沉降水量的卷起，目前使用的方式主要是以指形槽出流。指形集水槽长度为：（3.19）式中：L——指形槽长，m；Q——每个沉淀池处理水量，m3/d；B——沉淀池宽，池宽为14.2m；q——设计单位堰宽负荷，设计中取250m3/(m·d)。设置7条指形槽，则单槽长度L0为26.7m，沿池内导流墙布置。每条集水槽流量q0为0.166m3/s。集水槽宽度为B0=0.9×q00.4=0.44m，这里取0.5m，取槽内水深为0.7m，则槽内流速为0.48m/s。沉淀出水的指形槽为锯齿三角堰,每个溢流堰流量如下：（3.20）式中：H1——三角堰上面的水头（三角堰口最下部到上游水面高度）（m），这里取0.05m；三角堰个数为：（3.21）设计中过堰水深为堰口高度的一半，堰口下缘与集水槽内水面距离取为0.05m，则集水槽高度为0.85m。3.出水渠设计计算出水渠宽度取为1.4m，则渠内水深为：（3.22）为了实现自由的溢水状态，若出水渠超出部分高度约为0.5m，则渠道总水深取约1.4m。4.放空管设计计算沉淀池全部水放完的时间按3h推算,则其放空管的直径为：（3.23）式中：d——排放污泥的管道直径，m；B——整个沉淀池的宽度，为25.78m；L——整个沉淀池的长度，为81m；H——整个沉淀池的有效水深，为3.0m；T——水在整个沉淀池的停留时间，s；设计中采用DN=500mm，设置四条放空管道。（三）排泥设备设计计算本次设计中原水浊度常年偏低（小于10NTU），故本设计中絮凝池底部不设置排泥设施。沉淀池排泥采用桁架式虹吸式吸泥机。1.产泥量计算（3.24）式中：S——沉淀池最终产生的泥量，t/d；C0——设计进水浊度（NTU），这里取8NTU；K1——指原水的浑浊度和SS的换算系数，这里取1.5；K2——药剂所产生泥量的系数，这里取1.53；D——混凝剂三氯化铁的投加量（mg/L），为30mg/L；f——三氯化铁中的有效成分含量，为10%；由式（3.24）得，产泥量为7.725t/d。2.排泥量计算沉淀池的排砂浓度约取百分之一点零，水泥渣干密度ρk取为2.5t/m3，泥水密度为：（3.25）排泥量为：（3.26）排泥机为单行车型虹吸式吸泥机，运行速率选定为1m/min，每运行一次的停留时间为81/1=81min。沉淀池每日排泥一次，其平均每小时排泥量约为:（3.27）沉淀池分两池，每池排泥流量为142.2m3/h。3.排泥机械选用本系统拟用的SXH系列虹吸式吸泥装置,最高运行速度为1m/min,虹吸管共十二跟,启动的型式也是两个方向同步启动。使用轨道距离为28.75m的机械吸泥装置,每池配备两个机器。三、过滤本次设计中选用V型滤池作为常规水处理过滤单元，具体设计如下：（一）V型滤池池体设计计算1.设计参数设计流量（含水厂自用水量）：Q=400000m3/d；设计滤速：v=10m/h；强制滤速（n-1）：v`=12m/h；滤池冲洗情况见下表：表3.3滤池冲洗情况总冲洗时间：t=12min=0.2h；过滤周期：T0=48h；表面扫洗强度q1：2.0L/(m2•s)；滤池冲洗前的最大的水头损失值使用了2m，并使用长柄滤头的配水配气控制系统，反冲洗水的水源为过滤后的干净出水，气洗的出气源头为鼓风机，不考虑初次过滤的水的排放。2.池体尺寸设计一个过滤周期的有效过滤时间：滤池总过滤面积：（3.28）式中：Q——一个工作周期的设计过滤水量（含水厂自用水量）（m3/d），v——设计好的水流在滤池里的过滤速度（m/h）；T——一个工作周期内的处于过滤状态的工作时间（h）。设置滤池20个，分成两排来放置，则每个滤池的处理表面积为：（3.29）设计中取整每个滤池的过滤表面积为93m2，中间布置为管廊。为节省占地面积减少花销，选为双格V型滤池，池底板用水泥，每一个格子宽=3.5m，则每一个滤池长为：（3.30）本设计中取整为13m,故实际的每一座滤池建筑面积为91m2,而总过滤面积则为1820m2,最大滤速修正后为9.20m/h。检查过后的强制滤速：（3.31）滤池高度为：（3.32）式中：H1——气水格子的高度，取0.80m；H2——过滤板材厚度，取0.10m；H3——滤池承托层的厚度，取0.10m；H4——滤池砂子过滤层的厚度，取1.20m；H5——滤池砂子过滤层上部水深，取1.20m；H6——滤池进水系统跌差（含进水槽、孔洞水头损失及过水堰跌差），取0.40m；H7——滤池进水总渠超出部分高度，取0.30m。由式（3.32）得，滤池总高度为4.10m。（二）反冲洗系统设计计算1.反冲洗用水量的计算反冲洗每小时用水量按水洗强度最小的时候来计算，仅仅只水洗时反冲洗强度是最小的时候，此时为5L/（s·）（3.33）V型滤池在进行反清洗时，与表面扫洗同步完成，其冲洗流量为：（3.34）所以总的反冲洗用水量是：Q反=Q1+Q3=0.637m³/s。2.反冲洗配水系统计算若配水干管的布置进口流量为2.0m/s左右,则配水主要管道的最大管径：=（3.35）设置反冲洗配水干管用钢管DN600，则流速v=1.61m/s反冲洗水由反冲洗配水系统主要管道输至气流水流分配渠，由气流水流分配渠底部的分配水的方孔布置水的滤池底部布水区，反冲洗水通过分配水的方孔的流速按反冲洗配水次要管道的流体速度取值。则分配水的次要管道流速或小孔洞口流速为1.0-1.5m/s左右，取V水支=1.2m/s则配水次要管（渠）的横截面积：=/=0.455/1.2=0.379m2此为配水方口总面积，按渠长向向两个方向各平均配置十五个配水方口，共三十个，洞口中央距离0.07m，各个洞口的面积是：=0.379/30=0.0126m2每个孔口尺寸取0.12m×0.12m。3.反冲洗最大用气量反向冲洗时使用的冲洗气体流量按气流冲洗强度最大时的空气流量计算，这时气流冲洗的强度大概是15L/（s·m2）（3.36）4.反冲洗配气系统计算配气系统的主要干管布置(渠)在进口出流量约为5.0m/s左右时,则配气系统主干管的最大管径：（3.37）反冲刷分配冲洗气体的干管用的是DN600的钢管流量为5.00m/s反冲洗用普通空气从反冲洗分配冲洗气体的主要管道输送至气体水体分配渠，由气体水体分配渠两边的布置气体的小孔分配气体到滤池底部水流分配区域，布置气体的小孔紧贴过滤板材的下边，相隔距离与布置水的方孔相同，共计40个，反冲洗使用的空气通过分配气体的小孔的流速按次要管道的流速取值。反冲洗气体分配系统次要管道流速或孔口流量均在10m/s左右,则气体分配系统次要管道的有效截面积：（3.38）每个布气小孔面积：（3.39）则单个配气小孔直径为：0.0658m，每孔配气量：=/40=1.365/40=0.0341m3/s（3.39）5.气水分配渠的设计计算气水同时反冲洗时反冲洗水的流量：（3.40）空气水流同时进行反冲时，反冲洗用冲洗空气的流速和仅仅只气冲洗时相同，均为一1.365m³/s：气流水流分配区的气流水流流量，均按一定的分配气和水的主要管道速度，取值范围分别为1.61m/s和5m/s，则气水分配干管的断面积：=/+/=0.364/1.61+1.365/5=0.499m2（3.41）（三）管渠设计1.反冲洗气水分配渠气流水流分配渠道起始端宽度为0.40m，起始端高度是1.0m，末端宽度取0.04m，末端高度是0.70m，其起始端横截面积为0.40㎡，最后段的横截面积为0.28m2，两端沿程各布设了二十个配气系统小孔和十五个布水方孔，他们之间的距离为0.70m，共四十个配气系统小孔和三十个配水方孔。排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m，则排水集水槽高：（3.42）出水端深度：（3.43）式中H1、H2、H3、H4跟前面池体尺寸设计时滤池高度所确定的内容一样，0.70m为气流水流分配渠最后段高度。渠内底坡：（3.44）排水集水槽排水能力校核：由矩形截面的暗槽（非满流状态n=0.013），用计算公式去检查集水槽排水能力是否正常。设集水槽超出部分高度为0.30m，则水槽内部水位高=1.7米，水槽宽度=0.40m。湿周：X=b+2h=0.40+2×1.7=3.80水流断面：=b×h=0.40×1.7=0.68m2水力半径：R=/X=0.68/3.80=0.18m水流速度：（3.45）过流能力：（3.46）实际过水量：=+=0.455+0.182=0.637m3/s﹤过流能力（3.47）2.进水管渠设计计算①进水总渠：二十座滤池划为单独的二列，每列入水总渠的水流量按强制过滤过水量设计，平均流速为0.8~1.2m/s，其强制过滤过水量：=(400000/20)×2=40000m3/d=0.463m3/s进水总渠水流端面积：=/v=0.463/1.0=0.463m2进水总渠宽0.80m，水面高0.60m。②每座滤池的进水孔每座滤池处理时从入水侧墙开3个进水洞，流入主要渠道的浑水全部经由这3个进水洞流入滤池处理，两边的进水洞孔口在反冲刷时封闭，它们之间的进水洞在反冲刷时不封闭，提供反冲表扫水源，同时调整阀门的开度，使其在反冲时的水进出量大致等于表扫水用水量。洞口面积按口被淹时的出流公式Q=0.8A计算，其总面积按滤池强行过滤水流量计，洞口两边的水位高差取0.10m，则洞口的总面积：（3.48）中间的面积按表面进行的扫水量设计,中间洞口的面积：（3.49）孔口宽=0.40m.高=0.40m两边的洞口设置闸阀，使用橡胶囊制成的充气阀，每个侧面洞口面积： （3.49）孔口宽=0.25m，高=0.5m③每座滤池内设的宽顶堰：为提高进出水位稳定性，从进水总渠中引出的浑水流经宽顶堰流进每座滤塘处理内的配水渠，将进滤池处理后的水流分配渠道设置在两边的V形槽中，宽顶堰宽=0.5m，宽顶堰与水流进入渠道成相互平行布置，距进水主要渠道的侧边墙壁距离为0.2m，堰顶水头根据矩形堰的过水量方程Q＝可得：＝[/（1.84）]＝[0.463/（1.84×0.5）]≈0.63m（3.50）④每座滤池的配水渠进入每座滤池的浑浊水经过宽顶堰溢流进水流分配渠道，由水流分配渠道两边的进水洞口进入滤池内的V形槽滤池水流分配渠道宽度＝0.50m，配水渠道高度1.00m，整个渠道长度等与滤池总宽，则渠长＝13.0m。当水流分配渠道内部水深=0.50m时，流速（进来的浑浊水由分配道的中间部分向渠道两端部分进水洞口流去，每一端进水流量为/2），则＝/（2）＝0.463/（2×0.5×0.5）＝0.93m/s。满足滤池近水管渠流速0.8～1.2m/s。⑤配水渠过水能力校核配水渠的水力半径：=/(2+)=0.5×0.5/(2×0.5＋0.5)=0.17m（3.51）配水渠的水力坡降：（3.52）渠内水面降落量：（3.53）因为配水渠最高水位：+△=0.50+0.013=0.513m﹤渠高1m所以配水渠的过水能力满足要求。3.V型槽设计计算V型槽在滤池过滤的时候处于被淹没状态。V型槽底部开有水平方向的水流分布洞口，表面扫洗水经过这个洞口分配水流。V形槽水槽底边设置表扫水出水洞口直径取d=0.025m，洞口之间的间隔为0.15m，每一个水槽洞口共计120个，则每一边的V形槽表扫水出水洞口出水总面积：（3.54）表扫水出水洞口比排水集水水槽堰顶低了0.15m，则V形槽水槽底部的高度低于集水水槽堰顶部0.15m。据洞口出流公式Q=0.8A可知，其中Q为每一个滤池的表面扫水量，则表面进行扫洗时V形槽内水位比滤池反冲洗时过滤面还要高出：（3.55）反冲洗时收集排放水的排水渠道的堰上面的水头由长方形堰的流量公式Q＝求得，式中b为收集反冲洗水水槽的长，b==13.0m，Q为每一个滤池反冲洗的流量，可得：（3.56）V形槽倾斜角度45°，竖直方向高度是0.8m，V型槽壁面厚度为0.05m，反冲洗时V形槽槽顶部比滤池内液面高出的高度为：h1=0.8-0.15-h槽=0.8-0.15-0.05=0.6m（3.57）反冲洗时V形槽槽顶比水槽内部液面要高出高度为：h2=0.8-0.15-hv-h槽=0.8-0.15-0.189-0.05=0.411m（3.58）4.清水渠双排滤池公用一个清水渠，其总渠宽取为3m，渠中水流速度取1m/s，则渠内水深为2.315×2/(3×1)=1.54m，则设计尺寸为B×H=3.0m×1.54m。双排滤池共用一个清水收集水渠，整个水渠的宽取为3m，水渠中的流水的速度是1m/s，所以水渠内部水流深度是2.315×二/(3×1)=1.54m，则水渠的设计尺寸为B×H=3.0m×1.54m。（四）反冲洗水泵石英砂滤料层水头损失为：（3.59）式中：h4——砂滤层水头损失（m）；γ1——石英砂滤料的容重，2.65t/m3；γ——水的容重，1.0t/m3；m——滤料膨胀前的孔隙率，取0.41；H——滤料层膨胀前的厚度，1.2m。冲洗水泵扬程Hp：（3.60）式中：H0——指中央排水集水槽内溢流水面与吸水池水面之间的几何高度，按3m计；h1——水泵吸取水源的洞口到过滤池输送水管道的总水头损失，按4m计（计算略）；h2——反冲洗时分配水系统总的水头损失，取0.4m（计算略）；h3——滤池承托层的总水头损失（m），忽略不计；h4——滤池中的砂子滤层水头损失（m）；h5——滤池所富裕的扬程，取1.0m；综上，冲洗水泵扬程取10.0m。反冲洗的水泵设置三台，最大流量按Q反来计算，水泵扬程为10m。单独使用水冲时水泵2用1备，气流水流同时冲洗时启用1台水泵。（五）供气系统计算1.风机风量鼓风机的气流量应按单个滤池冲洗气量的1.05~1.1倍考虑，这里取1.05倍。（3.61）2.鼓风机出口压力气流水流室内冲洗水压h3等于中央收集水和排放水的水槽堰上水头（0.05m）、排放水槽槽顶到滤池板底的高度（1.9m）、滤池中砂子滤层水头损失（1.17m）、滤池中承托层的水头损失（忽略不计）、反冲洗水流分配系统水头损失（约0.4m）之和，即：（3.62）鼓风机出口静压力为：（3.63）式中：HA——出口静压（Pa）；h1+h2——输配气管道的总压力损失（Pa），按9000+7000Pa计；h3——滤池底部气水室内冲洗水压（Pa）；h4——富余压力（Pa），取4900Pa；综上抽气机出口处的压力取在55.5kPa，在设计中采用的鼓风机有二台，每一台鼓风机的鼓风流量为1.44m3/s，总出口处压力为55.5kPa，风机选择为1用1备。四、臭氧——生物活性炭处理臭氧——生物活性炭处理过程工艺技术，是将臭氧氧化与生物活性炭处理过程工序技术相结合的一种深度处理工艺技术，工艺技术中包含了原水的臭氧氧化、生物活性炭吸附，以及微生物处理等多种功能。该处理工艺能高效消除在原水水体的有机污染物、藻类和藻毒素以及水中的病原微生物和内分泌干扰物等。（一）臭氧氧化处理1.臭氧氧化工艺的系统组成臭氧氧化工艺的系统组成包括以下几个部分：（1）气源系统：本水厂工程设计中的气料制造主要是进行加压空气处理，包含无油空气压缩机、制冷器、冻结、冷凝装置、过滤空气净化和稳定、减压等设备,以及加压后空气吸收、干燥和干燥剂再生设备等。（2）臭氧发生系统：在水厂的工程设计中，采用卧管式臭氧发生器并采用高压无声释放电流技术生产臭氧，整个体系包含：臭氧发生器、电源装置和发生器的冷却装置。（3）臭氧——水的接触反应系统：主要进行水中的臭氧化处理过程，包含了臭氧扩散装置和接触化学反应池，用于在水流经过活性炭过滤前投加臭氧。（4）尾气处理系统：用于处置接触反应池排出的残留臭氧，以达到环保规定的含量再排放。本设计的臭氧废气处置系统使用了触媒型尾气去除装备，设二套，一设一备，臭氧破坏装置释放给环境中的臭氧浓度不能超过0.1mg/L。2.臭氧装置的设计计算本工程设计中选用了使用空气现场制O3用作臭氧发电机的气源，该气源生成有效率、安全性较好,更符合了大中型水厂的特点。现场制备氧气的方式，主要有低温精馏和吸附提纯二类，本设计中参考已有的相似运行条件下的水厂经验，所以选择吸附分离方法中的利用变真空吸附分离空气的方法,所制造产生的氧气纯度为90%。水处理行业多采用高温无声放电工艺制备较低浓度的臭氧化气体。臭氧最大投量取为2mg/L，即2gO3/m3水。因此本设计中水处理的最大臭氧需要量为：（3.64）式中：a——臭氧投加量（mg/L）；1.06——安全系数（间隙利用系统）；假设臭氧中有90%是能被有效利用的，设计中假设臭氧制造器所有的臭氧制造能力为39.26kgO3/h。设计中根据实际需要量和工作时的压力采用国外的一整套设备，每台机器的生产能力为10kgO3/h，一共使用4台，不设置备用设备，在其中一台机器不能工作时可以降低臭氧浓度来增加臭氧产生量。水厂设计的臭氧车间主要由空气制备系统，臭氧发生器、臭氧投加系统和尾气回收分解系统三部分组成。另外还有供机组冷却用的封闭冷却水循环系统，供配电及PLC控制系统。臭氧车间平面尺寸为30m×25m，高约12m，为二层构筑物。上层地面式是空气制备系统、臭氧发生器与配电、控制间、尾气处理装置，下层半地下式是臭氧接触池。3.臭氧接触池设计计算每一个池子共分成三段触及区，第一段触及持续时间为2min，第二段触及持续时间为4min，最后一段触及持续时间为4min，平均总触及停留时间为10min，每一组池子共设置了三个臭氧发生器投加点，顺水流向三个投加点处的总臭氧浓度投加，每个投加点所投加臭氧的比例分别为50%、25%、25%。池内采用多孔陶瓷释放器，每组60个，整个池子一共有180个。臭氧发生器的接触池池顶人孔、预埋工作墙管、预埋套管、排放水流管道、爬梯栏杆、臭氧发生器管道以及池中支架等均选用了不锈耐酸钢材质；密封垫圈要选择耐用防腐蚀的材质聚四氟乙烯。池体尺寸计算：①臭氧接触池有效容积：（3.64）式中：V——池体体积，m3；t——水力停留时间，取10min；Q水——水流量，Q=400000m3/d=16666.7m3/h；可得V=2777.8m3，单池体积为1388.9m3。②单个接触池面积：（3.64）式中：SB——池面积，m2；HB——扩散器以上水深，取6m，超高为0.5m，臭氧接触池总高为6.5m；设计单个接触池长度为21m，宽度为11m。（2）单个接触池布气系统计算：每小时所需总臭氧量（kgO3/h）：（3.65）式中：C0——处理水中的臭氧投量，取2gO3/m3水。每小时所需臭氧化气流量（标准Nm3/h）：（3.66）式中：Y1——产生的臭氧化气浓度，取20gO3/m3。处理水在工作状态下（20℃，0.08MPa）所需要的臭氧气体流量：（3.67）气体扩散速度ω：（3.68）式中：d0——产生臭氧气泡的直径，取2mm；R——臭氧喷出小孔，取30μm；a、b——相关系数，因为使用钛板，故a=0.19，b=0.066。微孔扩散元件数：（3.69）式中：f——每只扩展单元的总建筑表面积（m2），微孔扩散板面积是πd2/4（d为扩展板孔径）；设计要求取扩散板长度为600mm，则有（3.70）设计中取微孔扩散元件数为100，由于各段反应室供气比例为5：2.5：2.5，所以格接触反应室需设置的微孔扩散单元数分别为50、25、25个。（二）活性炭处理1.活性炭滤池池型选择本水厂采用固定式翻板滤池，通水方式为升流式或降流式，具有运转稳定、管理方便、出水水质良好的优点。2.翻板滤池池体设计活性炭滤池设计的总规模是400000m³/d，主要设计参数为：炭滤池的进水浑浊度一般＜3NTU，3~6天就反冲洗一次，为了不使系统太高太多或增加提升设备，炭滤池最终过滤水头取为0.6m计；为了不让出水水质变差，过滤时间采用15min；取用的滤速是15m/h；活性炭滤料滤料是活性炭和石英砂双层的滤料，滤料的使用周期设为2a；固定床滤池其中的碳层厚度取为2m；承托层采用分层级配，其粒径级配排列由下至上为8~16mm，厚为50mm；4~8mm，厚为50mm；2~4mm，厚为50mm；4~8mm，厚为50mm；8~16mm，厚为50mm，总厚共为0.25m。活性炭滤池面积及个数：滤池总面积：（3.71）式中：Q——给水厂的设计流量，16666.7m3/h；v——活性炭滤池中的水流设计滤速，15m/h。活性炭滤池共分十二格，使用两列布置，并联运行，管廊设置在正中间，每一个滤池的过滤面积为92.6m2，单格滤池的长×宽为15m×6.2m，每格滤池总共设5个阀门：其中进水、水冲、气冲排水等四个采用电动蝶阀；放出清水的清水阀则是采用电动闸阀，活性炭过滤方式使用恒水位过滤，由清水闸阀自动控制。（2）活性炭滤池总高度：（3.72）式中：H1——承托层厚度，为0.25m；H2——滤料层厚度，为2m；H3——滤层上面水深，为1.5mH4——进水系统跌差，为0.6m；H5——进水总渠超高，为0.8m；由式（3.72）得滤池总高为5.15m，不含中央下沉式配水配气渠总高。（3）配水系统炭吸附池宜选用小阻碍的配水系统，配水孔眼建筑面积和炭吸收池体积之比可在1%~1.5%范围中选取，故在本工程中选用了小阻碍的长柄滤头对配水、配气控制系统进行气水反冲。（4）反冲洗滤池处理的反冲洗一般采取六段型气水结合式反冲洗，第一步是将滤池处理水排出，再利用放空阀门将经过滤池处理的液体放空至规定高度，然后再用空气进行气洗，单气洗强度为14L/S·m2，时间约3min，第三步则是水来进行清洗，单水清洗强度为9L/S·m2，时间约为3min；第四步则是气流水流同时进行反冲洗的步骤，气洗能力不变为14L/S·m2，水强度设置为3L/S·m2，停留时间约4min，第五步停止清洗进水水流，静置一些时间后，开启排水翻板阀门排出初冲洗的清水，第六步关掉翻板阀门后，开启滤池处理放空的管道排放出初滤清水，初滤清水的排出停留时间约为10min，整个反冲洗流程为20min，冲洗周期为6d。冲洗时采用高活化的碳滤池处理过后的水，反冲则使用潜水泵进行。每台自动泵流量为400m2/h，最大的扬程是18m，一共设置了三台水泵，两用一备，设置DN300管道作为吸水管从清水池中吸水进行冲洗。设置反冲洗泵房的长为18.5m，宽为10m，高为5m，设置反冲洗配水干管用钢管DN300，反冲洗配气干管用钢管DN250。设置DN300管道作为吸水管从清水池中吸水进行冲洗。设置在反冲洗泵室结构的长度为18.5m，宽度为10m，泵房高度为5m，,配置的反冲洗水流分配系统主要管道是用钢管DN300，以及反冲洗气流分配系统主要管道用钢管DN250（5）冲洗排水槽计算排水槽顶部和活性炭层表面之间的距离h：（3.73）式中：H——粒状炭层厚度，2m；e——炭粒冲洗时的膨胀率，取20%。支承系统颗粒活性炭能够直接安装在砾石支撑层上。底部集中水流分配系统的布局如同一般的快滤池处理方式一样，按照所采用的冲洗方法选用了适当的集中水流分配系统。（7）出水管活性炭滤池接四个出水管与清水池相连。（3.74）式中：Q——设计水厂流量，/s，Q=400000m3/d=16666.7m3/h=4.63m3/s；v——出水管管内流速，一般取0.8～1.2m/s，取1m/s；n——出水管条数，n=4。采用DN1200钢管，实际流速。消毒自来水的杀菌方法也有许多，常见杀菌方法有氯法、二氧化氯法、臭氧和紫外光等。在城市的给水中一般使用氯法杀菌，氯法杀菌可以投加液氯、次氯酸钙、漂粉精、次氯酸钠等,在部分地方也可使用氯胺杀菌。由于本水厂所取用的长江水质良好，水中所含的有机物和酚较低，且消毒前经过了臭氧——活性炭联用处理，因此不会有产生有机氯化合物和氯酚味的顾虑，考虑到水质和成本问题，本设计采用次氯酸钠消毒，有效氯含量约为40g/L=40kg/m³。（一）加氯量和接触时间加氯量主要包括需氯量与余氯数量二个部分，为防止水体残存的细菌再度繁衍，必须保证相应的余氯量，按照国家自来水标准出厂水中余氯在接触三十分钟以后不得小于0.3mg/L，而用户龙头水出水中则不应小于0.05mg/L。本设计采用过滤后加氯方法，投加量为0.7mg/L，为保证氯有时间和水充分接触并杀死水中的致病微生物，本设计的接触时间选为40分钟。（1）则加氯量Q：（3.74）式中：a——最大投氯量，采用0.7mg/L；Q1——预消毒的水量，m3/h。则每小时用氯量为：Qmh=10-3×0.7×16666.7=11.67kg/hQvh=11.67÷40=0.29m³/h每天用氯量为：Qmd=24Qh=24×11.67=280