给水工程课程设计.doc

给水工程课程设计说明书 学院：水利水电学院 专业：环境工程 学号：3100672029 姓名：韩凯 指导教师：何剑目录一、设计基本资料及任务要求 21.1 设计基本资料 21.2 原水水质及水文地质资料 31.3 设计任务 41.4 设计要求 41.5 设计目的 5二、设计计算内容 52.1水厂规模及水量确定 52.2水厂工艺方案确定及技术比较 52.3给水单体构筑物设计计算 8 2.3.1 混凝剂配置和投加 8 2.3.2 静态混合器 9 2.3.3 往复隔板絮凝池 10 2.3.4 平流沉淀池 12 2.3.5 普通快滤池 132.3.6 消毒 172.3.7 清水池182.4水厂平面布置及附属构筑物确定 182.5水厂高程计算 20三、参考文献 21一、设计基本资料及任务要求1.1 基本资料 （1） 城市概况 应城市位于湖北省中部偏东，孝感地区西南，东隔漳水，涢水与云梦相望，东北与安陆相邻，西与天门、京山接壤，南与汉川毗邻。东西宽43km，南北长45km，属鄂中丘陵与江汉平原的过渡地带，全市地形高程在15025m（吴淞高程系统），丘陵与平原相间，地势由东北向西南微倾。城区为冲积平原，位于云应盆地中心地带，蕴藏着丰富的石膏矿和岩盐资源，据文字记载：膏、盐的生产已有四百多年的历史。现已探明该地区石膏累计储量1.1亿吨，储量居全国第一；已探明工业用NaCl为74亿吨，占全省储量的90%以上，故应城享有“膏都盐海”的美誉。且应城市自然条件优越，适于多种农业物生长，农副产品以粮、棉、油、水产品为主，被国家农业部和省农牧厅列为商品粮和优质米基地市县。在对外开放，对内搞活的总体指导思想下，应城自1986年撤县建市以来，充分利用地方优势资源，经济发展迅速，1988年市级工业企业为77个，工业总产值为2.68亿元，到2003年中心城区工业总产值13.5亿元。应城现已逐渐形成以矿产资源和农副产品为依托，以盐业化工，机械电子，石膏建材、轻工纺织、食品饲料等五大支柱工业为主的工业体系。中心城区位于全市中央，是应城市党、政机关所在地，是全市政治、经济、文化中心、由旧城区、膏矿、盐矿三片组成。国道汉宜公路由东向西穿过市境，促进了应城市对外交通联系，大富水河自北向南流经市区，出市进入汉北河，然后汇入汉水。大富水是城区周围大片农田灌溉的水源，并作为城镇工业和生活用水水源。现状中心城区供水面积12.0km2，用水人口10.0万人。 （2） 自然条件 应城市属亚热带季风气候，中心城区气候温和，四季分明，据规划文件的气象、水文和地质资料如下： （3）气象资料：（19651985年统计资料） 气 温：最高气温：38.7，最低气温：-15.5，年平均气温：15.9 降雨量：年最大降雨量：1429.6mm 年最小降雨量：708.1mm 年平均降雨量 1060.1mm 月最大降雨量 540.1mm 月最小降雨量 0mm 蒸发量：（19651985年统计资料） 年平均蒸发量 1464.8mm 月最大蒸发量 283.8mm 月最小蒸发量 36.8mm 相对湿度：（19601985年统计资料） 年平均相对湿度 82.32% 风 速：（19591985年统计资料） 最大风速20m/s（发生在1960年3月12日和5月17日） 年平均风速 3.1m/s 1.2 原水水质及水文地质资料 （1）原水水质 大富河水质如下表所示： 项 目化 验 结 果最 大最 小平 均水 温oC29.63.520.5色 度 （度）/3.0浊 度65055260PH/7.5总硬度mg/l（CaO）110铁 mg/l0.04锰 mg/l0.05铜 mg/l0.5锌 mg/l0.2氟化物 mg/l0.03氰化物 mg/l无砷 mg/l无汞 mg/l无镉 mg/l无铬（六价）mg/l0.02铅 mg/l0.03氨 氮 mg/l10亚硝酸盐 mg/l0.08五日生化需氧量mg/l2.1耗氧量 mg/l10大肠菌群 个/l124细菌总数 个/ml120（2）水文地质资料2.1地质 城区范围内是冲积平原，工程地质多为砂质粉土和粉质粘土，地基承载力为80240KPa。根据倒口水厂一期工程地质勘察报告，场地属第四系全新统冲洪积层及下复第三系砂质泥岩，大部分地区土层分布稳定，土质均匀，地基承载力较高。 2.2 供水现状 应城市中心城区自来水厂始建于1981年，座落在城区北面倒口附近，故称倒口水厂，初期规模1.2万m3/d，经过1988年扩建配套，现已形成具有5.0万m3/d供水能力的水厂。由于城市发展迅速，城区面积及用水人口剧增，迫切需要增加供水量，新建水厂设计水量为9.4万m3/d，水厂出水水压为0.44MPa，以缓解城市的高峰用水量。 1.3 设计任务1.根据河流的原水水质与水厂设计水量确定净水厂的工艺流程；2.主要设计参数的选择确定；3.单体构筑物类型的选择与工艺计算；4.水厂的平面布置和高程布置。水厂的工艺流程一般采用：一泵站混合絮凝池沉淀池过滤池清水池二泵站，在混合之前投加絮凝剂；在清水池之前投加消毒剂如氯气等；絮凝池可用隔板、折板絮凝池、网格絮凝池、机械絮凝池等；沉淀池一般采用斜板（管）絮凝池、平流式沉淀池等；过滤池一般采用普通快滤池、移动冲洗罩、V型滤池、双阀滤池等。 1.4设计要求1. 设计说明书2. 主体构筑物的平、剖面图(包括反应池、沉淀池、滤池)3. 水厂平面、高程布置图基本要求：要求学生对所设计的内容必须概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范要求，计算正确，计算书书写工整、清晰，文笔流畅。计算草图符合要求。图纸应符合给水排水制图标准，设计合理，表达清楚，合乎规范。1.5 设计目的通过课程设计，复习巩固本课程的基本理论，掌握净水设计的基本方法及程序，熟悉有关设计规范及标准，提升图形表达能力，达到工程训练的目的。本设计给水处理工程出水水质要求满足国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。二、设计内容计算2.1水厂规模及水量确定由原始资料知道设计水量9.40万m3/d,城镇水厂自用水一般供水量的510，这里选取10。所以水厂设计规模：2.2.水厂水处理工艺的确定后及技术比较（1）方案一：原水一级泵房管式静态混合器往复式隔板絮凝池平流沉淀池普通快滤池清水池二级泵房用户方案二：原水一级泵房扩散混合器折板絮凝池斜板沉淀池V型滤池清水池二级泵房用户（2）方案技术比较 方案一方案二项目名称优缺点及使用条件项目名称优缺点及使用条件 一级泵站在岸边直接取水优点：布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，应用广泛，适用在岸边地质条件较好时，取水可靠，维护管理较简单缺点：投资较大，水下工程量较大，施工期限长，合建式土建结构复杂，施工较困难。管式静态混合器优点：1.设备简单，维护管理方便2.不需土建构筑物3.在设计流量范围，混合效果较好4不需外加动力设备缺点：1.水头损失较大2.运行水量变化影响效果适用条件：1适用于流量变化小的水厂2.混合器内采用1-4个分隔扩散混合器优点：1.不需土建构筑物2.不需外加动力设备3.不占地缺点：混合效果受水量变化有一定影响适用条件：1.多用于400-800进水管2.安装位置应低于絮凝池水面往复式隔板絮凝池优点：1.絮凝效果较好2.结构简单，施工方便缺点：1.絮凝时间较长2.水头损失较大3.转折处絮粒易破碎适用条件：水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者折板絮凝池优点：1.絮凝效果好2.絮凝时间短缺点：构造复杂，水量影响絮凝效果适用条件：流量变化较小的中小型水厂平流沉淀池优点：1.造价较低2.操作方便，施工简单3.对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定4.带有机械排泥设备时，排泥效果好缺点：1.占地面积较大2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难3.需维护机械排泥设备适用条件：1、一般用于大中型净水厂；2、原水含砂量大时作预沉池斜板沉淀池优点：1.造价较低2.操作方便，施工简单3.对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定4.带有机械排泥设备时，排泥效果好缺点：1.占地面积较大2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难3.需维护机械排泥设备适用条件：1、宜用于大中型厂2、宜用于旧沉淀池的扩建、改建和挖槽普通快滤池优点：1.有成熟的运转经验，运行稳妥可靠2.采用砂滤料，材料易得，价格便宜3.采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大，池深较浅4.可采用降速过滤，水质较好缺点：阀门多适用条件：适用于大、中型水厂，单池面积一般不大于100。V型滤池优点：1.运行稳妥可靠2.采用砂滤料，材料易得3.滤床含污量大、周期长、滤速高、水质好4具有气水反洗和水表面扫洗，冲洗效果好缺点：1. 配套设备多，如鼓风机等2.土建较复杂，池深比普通快滤池深适用条件：采用气、水反冲洗，适用于大、中型水厂。由已知条件知道水厂处理水量为103400m3/d100000,应该为大型水厂，再根据原水水质、水厂建设成本、运营成本等方面考虑，综合比较选择方案一。2.3 给水单体构筑物设计计算（1）药剂溶解池：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以下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。混凝剂药剂的选用：混凝剂选用:碱式氯化铝Aln(OH)mCL3n-m简写PAC. 因效果显著，发展较快，目前应用较普遍，具用使胶粒吸附电性中和和吸附架桥的作用。其特点为：1）净化效率高，耗药量少除水浊度低，色度小、过滤性能好，原水高浊度时尤为显著。2）温度适应性高：PH值适用范围宽（可在PH=59的范围内，而不投加碱剂）3）使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好。4）设备简单、操作方便、成本较三氯化铁低。絮凝剂的投加：本设计采用重力投加。1. 溶液池容积W2计算 水浊度与最佳投药量溶液池容 ，式中：a混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/L），本设计取25mg/L; Q设计处理的水量，4308.33m3/h; c溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5-20，本设计取15 n每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。溶液池设置两个，形状均为矩形。则单池的容积长*宽*高=1m*1m*3m,其中包括超高0.2m，池底坡度采用3%。溶解池 式中：W1溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）W2；本设计取0.3溶解池设置三个，则单个溶解池容积长*宽*高=1m*2m*3m,其中包括超高0.2 m，池底坡度采用3%，溶解池搅拌设备采用中心固定式平板式搅拌机。混凝剂的投加量=25*103400=2.60t（2）管式静态混合器的计算管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备：具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，构造如图所示。总流量:Q=1.20 m3/s，本设计中进水管采用三条，则单管流量设计流速： ，则静态混合器混合管直径；则实际流速混合单元数：混合器的混合长度：混合时间：水头损失：在20.5下水的运动粘度校核GT值： ,均符合要求。(3)往复式隔板絮凝池设计的计算计划设计隔板絮凝池两组，每组一个池子，所以每座池子的设计流量，絮凝时间T=20min絮凝池有效容积 池内平均水深H1取2m,超高H2=0.3m池宽B取20m.絮凝池有效长度廊道内流速采用4档：v1=0.55m/s，v2=0.4m/s，v3=0.35m/s，v4=0.25m/s隔板间距计算；每一种间距采取5条，则廊道总数为20条，水流转弯次数为19次。则池子长度取隔板厚度，共19块隔板，则絮凝池总长度Lz为：水头损失计算：式中： vi第i段廊道内水流速度（m/s）； 第i段廊道内转弯处水流速度（m/s）； mi第i段廊道内水流转弯次数；隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（180转弯）=3；第i段廊道总长度(m)；-第i段廊道过水断面水力半径（m）；流速系数，随水力半径Ri和池底及池壁粗糙系数n而定，通常按曼宁公式计算，n=0.014第一段：水力半径：流速系数：廊道长度，水流转弯次数同理，可依次算出第二，三，四段的水力半径和流速系数转弯处水流速度水头损失计算： 往复式总水头损失一般在左右，符合要求。GT值计算（t=20.5）(4)平流沉淀池的计算已知设计水量（包括自耗水量）：Q=103400m3/d=4308.3m3/h=1.20m3/s 沉淀池个数：n=2，单池流量沉淀池沉淀时间：T=1.5h池内平均水平流速：v=16mm/s有效水深：H=3.0m，超高：0.3m，原水平均浑浊度为260mg/l1.池体尺寸计算：单池容积 池长 池宽，由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙，分成两格，每格宽12.5/2=6.25m.校核池子尺寸比例：长宽比： 长深比：2.絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙。穿孔墙上的流速采用0.2m/s，则孔口总面积,每个孔口尺寸定为15cm8cm。孔洞个数3.出水渠采用薄壁堰出水，堰口保证水平：出水渠宽度采用1m,则渠内水深，为保护堰口自由溢水，出水渠的超高为0.1m，则渠道深度深度为0.68m4. 排泥设施为了取得较好的排泥效果，可采用机械排泥。即在池前端设污泥斗，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前端1/3左右沉淀池池长范围，因此沉淀池后端2/3池长范围排出的泥水往往含固率很低，导致水厂平流沉淀池的排泥水量消耗较多，实施水厂排泥水处理时就会相应增加排泥水处理成本。为了减少不必要的排泥水量消耗，必须通过合理排泥来提高沉淀池排泥水的整体含固率。池内存泥区高度为3.2m，池底有1.5的坡度，坡向前端积泥斗（每池一个），斗的底面尺寸为50cm50cm。 排泥管兼沉淀池放空管，其管径d应按下式计算： 式中：H0池内平均水深，m，此处为3.3+3.2=6.5m； t放空时间，s，此处按3h计。5.水力条件校核水流截面积 水流湿周 水力半径 弗劳德数 雷诺数 ，（5）普通快滤池的计算平流式沉淀池的耗水率为本设计中采用两组滤池，滤料为石英砂，则每座滤池的进水量为： 设计参数如下：冲洗强度q=15L/(s m2)，滤速：v=10m/h设计计算：滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间为：T=24-0.124/12=23.8h滤池面积：每组滤池单格数为N=6，布置成双排列：每个滤池面积：采用滤池长宽比为,所以滤池设计尺寸为校核强制滤速：滤池高度：承托层厚度，采用0.45m滤料层厚度，采用0.7m砂面上水深，采用1.7m保护高度，采用0.30m滤池高度H为：H=0.45+0.7+1.7+0.30=3.15m每个滤池的配水系统：干管：采用管径dg=750mm干管始端流速：支管：支管中心间距：a=0.25；每池支管数：nj=2根；每根支管入口流量：qj=；采用管径：dj=65mm；支管始端流速：vj=2.38m/s；孔眼布置：支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%孔眼总面积： 采用孔眼直径： 每个孔眼面积： 孔眼总数：每根支管孔眼数：支管孔眼布置设二排，与垂线成450夹角向下交错排列。每根支管长度： 每排孔眼中心距： 孔眼水头损失：支管壁厚采用：流量系数：水头损失： 复算配水系统：支管长度与直径之比不大于60，则孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5，则干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.75-2.0，则 符合孔眼中心距应小于0.2，则洗砂排水槽：洗砂排水槽中心距采用,排水槽个数。排水槽总长，每槽排水量为：采用三角形标准断面，槽中流速采用排水槽断面尺寸为：，排水槽底厚度用，砂层最大膨胀率，砂层厚度洗砂排水槽顶距砂面高度： 砂石排水槽总面积为： 滤池中各种管渠的计算;A:总进水管设一条，进水管的流量为进水渠断面采用宽，渠中水深，则渠中流速；各个滤池进水管流量,采用进水管直径，则管中流速B反冲洗水管 流量为，采用管径，管中流速为C清水管清水总流量为进水总流量即，清水渠断面：同进水渠断面；每个滤池清水管流量：采用管径D反冲洗水排水排水流量为，排水渠断面采用E反冲洗高位水箱冲洗时间冲洗水箱容积:水箱高度：水箱底到滤池配水间的沿途及局部损失之和为：h1=1.0m配水系统水头损失为承托层水头损失：滤料层水头损失：安全富余水头：h5=1.5m冲洗水箱底应高于洗砂排水槽面：（6）消毒计算 已知条件：水厂设计水量：采用滤后水加液氯消毒，加氯量取,仓库储量按30d计算，加氯点清水池前，设计计算：清水池加氯量储氯量为了保证氯消毒时的安全和计量正确，采用加氯机投氯，并设校核氯量的计量设备。选用2台ZJ-2转子加氯机，一用一备。加氯间靠近氯池和清水池。因与反应池距离较远，无法与加药间合建。器，其位置在室内地面以上20cm。设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到23mg/kg时报警，切换有关阀门，切断氯源，同时排风扇动作。为搬运氯瓶方便，氯库内设单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶正上方，轨道通到氯库大门以外。称量氯瓶质量的液压磅称在磅称坑内，磅称面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。并设置报警器，达余氯下限时报警。加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关。(7)清水池的计算清水池调节容积取设计水量的12%，则调节容积为消防用水量按同时发生两次火灾，一次灭火用水量取25L/s，连接灭火时间为2h,则消防容积排泥冲洗沉淀时用水量取设计水量的5%，则清水池总有效容积本设计中采用两座清水池，则单池容积清水池有效水深取，则每座清水池的面积为取，超高取0.3m，则清水池净高度为5.3m.2.4 水厂平面布置及附属构筑物确定 （1）布置紧凑，以减少水厂占地和连接管渠的长度，但是各构筑之间应留出必要的施工和检修空间和管道位置。（2）充分利用地形，力求挖填方平衡以减少施工量。（3）各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外应设置必要的超越管道。（4）沉淀池排泥或澄清池排泥及滤池冲洗废水排除方便，力求重力排污。（5）厂区内应有管、配件等露天堆场。（6）建筑物布置应注意朝向和风向。（7）有条件时最好把生产区和生活区分开。（8）应考虑水厂扩建可能。（9）根据水厂的平面形状，将生产流程布置成直线型，生产区和生活区之间用车道各开，水厂外围设置绿化带。水厂的附属建筑按功能分生产性和生活性两大类。生产性包括：化验室，机修间，车库，办公用房等；生活性包括：食堂，浴室，传达室，宿舍等。此外水厂内其他一些建筑物；如堆场，车棚，围墙厂内道路多数为8米，包括人行道1.5米。所有道路的转弯半径均为6米。绿地由草地、绿篱、花坛、树木配合构成，面积大的可以在中间设建筑小品和人行走道形成小型花园。在建筑物的前坪，道路交出口的附近都设绿地。在建筑物或构筑物与道路之间的带状空地进行绿化布置，形成绿带。在主要道路两侧栽种悬铃木；在构筑物附近栽种夹竹桃等小乔木；在需要围护的地方设绿篱，既起到隔离的作用，又可以达到美化的效果。水厂四周设置高2.50米的防护围墙，采用砖砌围墙。2.5 水厂高程计算构筑物名称水头损失水位标高（地面标高）构筑物连接管道构筑物连接管道总损失配水井配水井至静态混合管0.150.250.44.1絮凝池絮凝池至沉淀池0.3250.3750.73.7沉淀池沉淀池至快滤池0.250.350.63.0快滤池快滤池至清水池2.00.42.42.4清水池0.0 构筑物高程计算表构筑物水位标高（m）池底标高（m）池顶标高（m）絮凝池3.71.74.0沉淀池3.003.3过滤池2.4-0.52.7清水池0.0-5.00.3 三参考文献参考的手册及书籍1水质工程学（上）2给水排水设计手册第3册、第1册、第11册、第9册3给水排水快速设计手册，第1册4许保玖，给水处理理论5许保玖，给水处理理论与设计6严煦世，给水工程参考的主要标准和规范 水质地表水环境质量标准 GB3838-2002生活饮用水水源水质标准 CJ3020-1993生活饮用水卫生标准 GB5749-2006生活饮用水标准检验法 CJ/T-1999水源水中百菌清卫生标准 GB11729-1989污水综合排放