水质工程1课程设计说明书

1、武汉理工大学水质工程学课程设计说明书设计说明书第一章 设计任务与原始资料1.1原始资料某城位于湖北省某地长江沿岸，现拟建造近期7万吨/天，远期10万吨/天，厂址处于长江北岸沿江大道旁，地面平均高程39.00米的一座净水处理厂。该地区主导风向冬季为东北风，夏季为东南风。所取长江水，夏季高峰期浊度为30005000ntu，冬季浊度为400500 ntu，平均为8001000 ntu。平均水位为38.00米。已知清水池水面高程采用40.50米，清水池最低水位36.00米。二级泵房出水管中心线高程为37.40米。净水厂距市区8公里，根据计算二泵房水压要求54m左右，这样可以保证市区用户水压。1.2设计

2、任务(1) 方案比较并确定水处理、预处理、沉泥处理等工艺流程；(2) 选定各类构筑物形式和设备及其工艺设计计算；(3) 厂内各类管线的定线和水力计算；(4) 选定辅助构筑物和建筑物；(5) 给水处理厂工艺平面和高程布置。(6) 提交设计说明计算书、水厂平面布置图（1：500），净水构筑物高程布置图及主要设备、材料和必要的图纸说明一张。（计算机绘图或者手绘均可）第二章 设计方案的比较选择2.1工艺流程的比较选择给水处理工艺流程的选择与原水水质和处理后的水质要求有关。一般来讲，地下水只需要经消毒处理即可，对含有铁、锰、氟的地下水，则需采用除铁、除锰、除氟的处理工艺。地表水为水源时，生活饮用水通常采

3、用混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒的处理工艺。如果是微污染原水，则需要进行特殊处理。一般净水工艺流程选择：1. 原水混凝、沉淀或澄清适用条件：一般进水悬浮物含量应小于2000-3000mg/l，短时间内允许到5000-10000mg/l，出水浊度约为10-20度，一般用于水质要求不高的工业用水。2. 原水混凝沉淀或澄清过滤消毒一般地表水广泛采用的常规流程，进水悬浮物允许含量同上，出水浊度小于2ntu。3. 原水接触过滤消毒1) 一般可用于浊度和色度低的湖泊水或水库水处理。2) 进水悬浮物含量一般小于100mg/l，水质稳定、变化较小且无藻类繁殖。4. 原水调蓄预沉、自然预沉或混凝预沉混凝沉淀或澄清

4、过滤消毒高浊度水二级沉淀（澄清），适用于含砂量大，砂峰持续时间较长时，预沉后原水含砂量可降低到1000mg/l以下。本设计采用一般常规的净水处理工艺， 其净水工艺流程如下：原水混合沉淀池市政管网絮凝池滤池二级泵房清水池混凝剂消毒剂2.2处理构筑物的选择2.2.1 药剂投加设备2.2.1.1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

5、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。2.2.1.2 混凝剂药剂的选用与投加(1). 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. 碱式氯化铝在我国从七十年代初开始研制应用，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。本设计水厂混凝剂最大投药量为30mg/l。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

6、、成本较三氯化铁低。5）无机高分子化合物。(2). 混凝剂的投加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。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。耐酸泵型号25fys-20选用2台，一备一用。2.3 混合设备在给排水处理过程中原水与混凝剂，助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善，从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件。混合是取得良好絮凝效果的重要前提，影响混合效果的因素很多，如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质、大小等。混合设备的基本要求是药剂与水的

7、混合快速均匀。同时只有原水与药剂的充分混合，才能有效提高药剂使用率，从而节约用药量，降低运行成本。混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。由于水力混合难以适应水量和水温等条件变化，且占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦；机械混合耗能大，维护管理复杂；相比之下，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,管式混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。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%，本设计采用管式静态混合器

8、对药剂与水进行混合。2.4 反应设备絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大具有良好沉淀性能的大的絮凝体。目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、折板絮凝、栅条（网格）絮凝、和穿孔旋流絮凝。表2-1 絮凝池的类型及特点表类 型特点适用条件隔板式絮凝池往复式优点：絮凝效果好，构造简单，施工方便；缺点：容积较大，水头损失较大，转折处钒花易破碎水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者回转式优点：絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便；缺点：出水流量不宜分配均匀，出口处宜积泥水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者；改建和

9、扩建旧池时更适用旋流式絮凝池优点：容积小，水头损失较小；缺点：池子较深，地下水位高处施工较难，絮凝效果较差一般用于中小型水厂折板式絮凝池优点：絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小；缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价高流量变化较小的中小型水厂网格絮凝池优点：絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间短；缺点：末端池底易积泥根据以上各种絮凝池的特点以及实际情况并进行比较，本设计选用往复式隔板絮凝池。2.5 沉淀设备 常见各种形式沉淀池的性能特点及适用条件见如下的各种形式沉淀池性能特点和适用条件。表2-2 各种形式沉淀池性能特点和适用条件表型式性能特点适用条件平流式优点： 1、可就地取材，造价低；2、操作管理方便，

10、施工较简单；3、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、不采用机械排泥装置，排泥较困难2、机械排泥设备，维护复杂；3、占地面积较大1、 一般用于大中型净水厂；2、原水含砂量大时作预沉池竖流式优点： 1、排泥较方便2、一般与絮凝池合建，不需建絮凝池；3、占地面积较小缺点： 1、上升流速受颗粒下沉速度所限，出水流量小，一般沉淀效果较差；2、施工较平流式困难1、一般用于小型净水厂；2、常用于地下水位较低时辐流式优点： 1、沉淀效果好；2、有机械排泥装置时，排泥效果好；缺点： 1、基建投资及费用大；2、刮泥机维护管理复杂，金属耗量大；3、施工较平流式困难1、 一

11、般用于大中型净水厂；2、在高浊度水地区作预沉淀池斜管（板）式优点：1、沉淀效果高；2、池体小，占地少缺点：1、斜管（板）耗用材料多，且价格较高；2、排泥较困难1、 宜用于大中型厂 2、宜用于旧沉淀池的扩建、改建和挖槽原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。设计采用斜管沉淀池。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。2.6 过滤设备表2-3 各种形式滤池性能特点和适用条件表型式性能特点适用条件多层滤料滤池优点：

12、 1、含污能力大；2、可采用较大的流速；3、能节约反冲洗用水，降速过滤水质较好； 缺点： 1、滤料不易获得且昂贵管理麻烦2、滤料易流逝且冲洗困难易积泥球，需采用助冲设备；只有三层滤料、双层滤料适用大中型水厂普通快滤池优点： 1、有成熟的运行经验运行可靠2、采用的砂滤料，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，池深适中，采用降速过滤，水质较好向下流、砂滤料的回阀式滤池，适用大中型水厂，单池面积一般不宜大于100m2双阀滤池优点：下向流、砂滤料得双阀式滤池，优缺点与普通快滤池基本相同且减少了2只阀门，相应得降低了造价和检修工作量缺点：必须增加形成虹吸得抽气设备。v型滤池优点：

13、1、较好地消除了滤料表层、内层泥球，具有截污能力强，滤池过滤周期长，反冲洗水量小特点。可节省反冲洗水量4060%，降低水厂自用水量，降低生产运行成本。 2、不易产生滤料流失现象，滤层仅为微膨胀，提高了滤料使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用。 3、采用粗粒、均质单层石英砂滤料，保证滤池冲洗效果和充分利用滤料排污容量，使滤后水水质好。根据设计资料，综合比较选用目前较广泛使用的v型滤池。2.7 消毒设备2.7.1 消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。其方法分化学法与物理法两大类，前者系水中投家药剂，如氯

14、、臭氧、重金属、其他氧化剂等；后者在水中不加药剂，而进行加热消毒、紫外线消毒等。经比较，采用液氯消毒。氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还起氧化作用。加氯操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。原水水质较好时，一般为滤后消毒，虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。2.7.2 加氯间1、靠近加氯点，以缩短加氯管线的长度。水和氯应充分混合，接触时间不少于30min。为管理方便，和氯库合建。加氯间和氯库应布置在水厂的下风向。2、加氯间的氯水管线应敷设在地沟内，直通加氯点，地沟应有

15、排水设施以防积水。氯气管用紫铜管或无缝钢管，氯水管用橡胶管或塑料管，给水管用镀锌钢管，加氨管不能用铜管。3、加氯间和其他工作间隔开，加氯间应有直接通向外部、且向外开的门，加氯间和值班室之间应有观察窗，以便在加氯间外观察工作情况。4、加氯机的间距约0.7m，一般高于地面1.5m左右，以便于操作，加氯机（包括管道）不少于两套，以保证连续工作。称量氯瓶重量的地磅秤，放在磅秤坑内，磅秤面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。有每小时换气8-12次的通风设备。加氯间的给水管应保证不断水，并且保持水压稳定。加氯间外应有防毒面具、抢救材料和工具箱。防毒面具应防止失效，照明和通风设备应有室外开关。设计加氯间时，均按

16、以上要求进行设计。第三章 药剂投配设备已知计算水量q=73500m3/d=3063m3/h。根据原水水质及水温，参考有关净水厂的运行经验，选聚合氯化铝(pac)为混凝剂，混凝剂的最大投药量a=30mg/l，药容积的浓度b=15%，混凝剂每日配制次数n=2次。溶液池有效容积8 ，采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为w1（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为，高度中包括超高0.3m，置于室内地面上。溶解池实际有效容积3，采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理溶解池也设置为2池，单池尺寸：，高度中包括超高0.2m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。溶解池搅

17、拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加混凝剂，耐酸泵型号25fys-20选用2台，一备一用。药库平面尺寸为：106.0=60，层高设4.5m，顶部设置电动单梁悬挂起重机，药库与加药间之间采用单轨吊车运输药剂。 第四章 混合设备本设计采用管式静态混合器，混合器管径dn800，共三个单元，总长度2.64m。第五章 反应设备本设计采用往复式折板絮凝池，共设两座，与斜管沉淀池合建。每座有效容积520，平均水深2.0m，超高0.5m。有效长度18m，总长度23m。宽度15m。第六章 沉淀设备本设计沉淀池采用异向斜管沉淀池，共设两座，与混凝池合，池宽为15m，池长11m，

18、总高度4.67m。表面负荷q=10 m3/ m2h。斜管材料采用厚0.4mm，塑料板热压成成六角形蜂窝管，内切圆直径d=25mm，长1000mm，水平倾角=60。第七章 过滤设备本设计采用v型滤池，设计滤速=10m/h，过滤周期48h，冲洗前的滤层水头损失采用1.8m。采用气水反冲洗第一步 气冲冲洗强度=15l/(s. m)，=2min第二步 气、水同时反冲=15l/(s. m)，=4l/(s. m)，=4min第三步 水冲强度=5l/(s. m)，=4min冲洗时间t=10min；冲洗周期t=48h反冲横扫强度1.8l/(s. m) 滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，粒径0.96-1.35mm

19、，不均匀系数1.2-1.6。共设四座，每座分两个，单格宽3.5m，单格长12m，总面积336 m。滤池高度4.3m。根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风量要求选3台lg50风机。风量50m3/min，风压49kpa，电机功率60kw，两用一备。选用12sh-28型水泵，3台（2用一备），性能参数：流量612-900m3/h，扬程10-14.5m，轴功率30.3-33.0kw，电机功率40kw，允许吸上的真空高度为4.5m。第八章 消毒设备本设计采用液氯消毒，最大投加量2.5mg/l，加氯量7.66kg/l。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。

20、储氯量按20天计，储氯量3677kg，液氯的储备于4个1吨氯瓶（hd=2020mm800mm）加氯间尺寸第九章 清水池与泵房清水池调节容积7350 ，共设两座，每座长30m，宽30m，有效水深4.5m，超高0.5m。二泵房选用350s75a型泵六台，4备2用，流量q=1170，扬程h=65m。泵房尺寸40m20m，高度6.35m第十章 平面布置与高程布置因地制宜并考虑到远期发展，对水厂进行平面布置，流程力求简短，适当增加绿地，使水厂里面丰满。构筑物高程布置与厂区地形，地质条件及所采用的构筑物形成有关，而水厂应避免反应沉淀池在地面上架空太高设计计算书给水厂的设计水量应以最高日供水量加水厂自用水量

21、进行设计，并以水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗和澄清池排泥等方面。城镇水厂只用水量一般采用供水量的5%10%，本设计取5%，则设计处理量为：近期：q0=1.05qd=1.0570000=73500m3/d远期：q0=1.05qd=1.05100000=105000 m3/d本设计按近期水量进行计算。第一章 加药间的设计计算1.1 设计参数 已知计算水量q=73500m3/d=3063m3/h。根据原水水质及水温，参考有关净水厂的运行经验，选聚合氯化铝(pac)为混凝剂，混凝剂的最大投药量a=30mg/l，药容积的浓度b=15%，混凝剂每日配制次数n=2次。1.2 设计计算1

22、.2.1 溶液池容积 ，取8m3 式中：a混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/l），本设计取30mg/l; q设计处理的水量，3063m3/h; b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2次。溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为w1（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为，高度中包括超高0.3m，置于室内地面上.溶液池实际有效容积：满足要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，池底坡度为0.02。底部设置dn100mm放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释

23、采用给水管dn60mm，按1h放满考虑。 1.2.2 溶解池容积 式中： 溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.3 溶解池也设置为2池，单池尺寸：，高度中包括超高0.2m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。 溶解池实际有效容积： 溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：，查水力计算表得放水管管径75mm，相应流速，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理1.2.3 投药管投药管流量 查水力计算表得投药管管径d20mm，相应流速为0.6m/s。1.2.4

24、 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。1.2.5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。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。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:式中：溶液池容积（m3）耐酸泵型号25fys-20选用2台，一备一用.1.2.6加药间 根据溶解池、溶液池容积及药剂投加设备的选用情况，加药间尺寸定为：1.2.7 药剂仓库规范规定储量按15-30天，本次设计按30天来计。投加的混凝剂为pac，每袋体积为，质量为50kg。

25、投加混凝剂的袋数为：袋式中：水厂设计水量，；混凝剂最大投加量，；药剂的最大储存期，；每袋药剂的质量，；所以有效堆放面积a为：m3式中：药剂得堆放高度，；每袋药剂得体积，；堆放孔隙率，袋堆时房内留有2.0m宽的过道，考虑到远期发展，同时考虑到卸货，所以库房设计尺寸为：106.0=60。药库层高设4.5m，顶部设置电动单梁悬挂起重机。药库与加药间之间采用单轨吊车运输药剂。第二章 管式静态混合器的设计计算2.1设计参数设计总进水量为q=73500m3/d，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流速v=1.0m/s。

26、计算草图如图2-1。图4-1 管式静态混合器计算草图2.2设计计算2.2.1设计管径静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流量；则静态混合器管径为： ，本设计采用d=800mm； 2.2.2混合单元数按下式计算，本设计取n=3；则混合器的混合长度为：2.2.3混合时间 t=2.2.4水头损失1.1=87.3 m3/min。5.2反冲洗水泵选型选用12sh-28型泵，3台（2用一备），性能参数：流量612-900m3/h，扬程10-14.5m，轴功率30.3-33.0kw，电机功率40kw，允许吸上的真空高度为4.5m。第六章 加氯间的设计计算 6.1设计参数已知设计水量q=73500m3/d=30

27、63m3/h，本设计消毒采用液氯消毒，最大投加量2.5mg/l。6.2 设计计算加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，选用宽高为：330mm370mm，一用一备.储氯量（按20天考虑）为：液氯的储备于4个1吨氯瓶（hd=2020mm800mm）加氯间尺寸第七章 清水池的设计计算（1）清水池的调节容积=kq=0.173500=7350m 式中：k经验系数一般采用10%-20%；本设计k=10%；q设计供水量q=73500m/d；清水池共设2座，有效水深取h=4.5m，则每座清水池的面积为： =m2 取=3030=900 m2

28、，超高取0.5m，则清水池高度取5.0m。 （2）管道系统1）清水池的进水管：（设计中取进水管流速为=0.8m/s） 设计中取进水管管径为dn800mm，进水管内实际流速为：0.85/s2）清水池的出水管由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水量最大流量设计，设计中取 时变化系数=1.5，所以：m/h=1.22m/s出水管管径：m（设计中取出水管流速为=0.8m/s） 设计中取出水管管径为dn1000mm，则流量最大时出水管内流速为：0.77m/s3）清水池的溢流管溢流管的管径与进水管相同，取为dn800mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。4）清水池的排水管清水池内的水在检修时需要放空，需要设排水管。排水管径