某市新区10万吨地表水水厂课程设计

1、第二章 设计资料1 设计目的及基本要求通过本次设计，应达到如下教学目的：（1）掌握给水处理厂工艺设计的基本步骤，复习和消化课程讲授的内容； （2）掌握给水处理厂各处理构筑物形式的选择方法与工艺设计计算方法，给水处理厂平面布置与高程设计的原则和方法，具备初步的独立设计能力；（3）掌握设计与制图的基本技能； （4）提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。（5）设计中，应做到设计合理、计算准确、图面清晰、语言通顺、说明简练、字体端正。2 设计内容2.1 设计题目某市新区地表水水厂设计。2.2 设计原始资料 图纸净水厂地形图见附图。 用水资料2.3 设计任务与步骤根据所给原始资料，进行城市

2、净水厂工艺设计及工程扩大初步设计。设计任务与步骤如下所示：（1）根据原始资料计算水厂设计水量；（2）根据水质、水量、地区条件、施工条件和相似条件水厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程；（3）水厂自用水量按设计净产水量的 9 计；（4）选择各构筑物的形式和数目，初步进行水厂的平面布置和高程布置，在此基础上确定构筑物的形状、有关尺寸和安装位置等；（5）进行各构筑物的设计和计算，定出各构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构件施工上的可能性；（6）根据各构筑物的确切尺寸，确定各种构筑物平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。确定各构筑物的连接管道的位置、管径、长度、材料及其附属设施，

3、并最后定出水厂的高程布置；（7）绘制厂区总平面图、高程图（比例自定）； （8）就设计中需要说明的主要问题和计算成果写出设计计算说明书。3 设计成果及要求设计成果包括设计说明书一份和图纸三张；3.1 设计说明书设计说明书内容包括下列各项：（1）目录；（2）概述设计任务和依据，简要分析设计资料的特点；（3）计算设计流量；（4）给水处理流程选择的各种因素分析和依据说明；（5）各处理构筑物及其辅助设备的工艺计算、工作特点的说明；（6）处理构筑物之间的水力计算及其高程设计；（7）处理构筑物总体布置的特点及依据说明。说明书应简明扼要，表格说明、要求文字通顺、段落分明、字迹工整。3.2 图纸绘制下列图纸：（

4、1）厂区总平面图，图中应表示出各工艺构筑物的确切位置，外形尺寸，相互距离、各构筑物连接沟管的位置、管径、管材、管长，其他辅助性构筑物的位置。厂区内各种管道：上水、下水、雨水、暖气管、电缆等的总平面布置。厂区道路、绿化及卫生防护区的布置等。该图中各种管道以单线条表示，图中应绘出各种线条表示的图例，注明构筑物名称。绘出地形等高线，填方挖方轮廓线等。（2）工艺流程高程图，图中应标出各构筑物顶、底、水面、主要构件及沟管的设计标高，室内外地坪标高。4 参考资料、给水工程（第四版）；、给水排水快速设计手册3、4册；、给水排水设计手册1、3、9、10等；、给水简明设计手册；、水资源及给水处理。附表：原水水质

5、资料编号项目单位分析结果附注1色度CU502浑浊度NTU1503003嗅和味度合格4PH值7.75总硬度mg/250以CaCO3计6铜mg/0.87锌mg/0.28锰mg/0.019砷mg/0.00210细菌总数个/28011大肠菌群个/73第三章 给水处理工艺流程（1）原水的水质分析原水的嗅和味，PH值，总硬度，铜，锰，砷等水质指标均符合饮用水水质标准，因而这些物质均不用去除，只需去除色度，浊度，细菌，大肠杆菌等物质。（2）确定给水处理工艺流程根据以上原水水质分析，确定该厂的水处理工艺流程如下：第四章 构筑物的工艺尺寸的计算1 设计水量的计算该水厂的日供水量为10万吨，水厂的自用水量为9%，

6、因此水厂的设计供水量为Q=10×104×(1+9%)t/d=10.9×104 t/d=1.26m3/s。2 混凝剂的配制投加及混合原水浊度为150300，参考国内水厂成功经验，混凝剂选用PAC（碱式氯化铝）作絮凝剂，投加量13.564mg/L，平均30mg/L，溶液浓度取15%，每天调制两次，采用计量泵（两台，一用一备，轮流使用）湿投，应用自动控制系统。下图为投药工艺流程。（1）溶液池容积W1=10.88m3，溶液池分2格，每格有效容积为5.5 m3，有效高度1.4m，超高0.6m，每格实际尺寸2×2×2 m3,半地下式，高出地面1m。（2）溶

7、解池容积W2=0.25W1=0.25×10.88 m3=2.72 m3，有效高度1.0 m，超高0.3m，设计尺寸：1.3×1.5×1.5m3，池底坡度采用2.5%，溶解池上沿与溶液池平齐。采用中心固定桨板式搅拌机。（3）采用管式静态混合器（两个，一用一备）混合药剂与原水。投药管流量 q=0.25L/s静态混合器的设计流量 Q=10×104×(1+9%)t/d=10.9×104 t/d=1.26m3/s静态混合器设计流速取为1.7m/s，则管径为 D=972mm，采用钢管DN1000，则实际流速为v=1.7m/s。混合单元数计算 按下

8、式计算N2.36v-0.5D-0.3=2.36×=1.8，取N=2 则混合器的长度 L=1.1×1×2=2.2m混合时间 T=1.3s水头损失 h=0.42m3 平流沉淀池的设计计算（1）设计参数的确定：采用平流沉淀池，和絮凝池一样分2组，沉淀时间为T=1.5h，水平流速为v=15mm/s，有效水深采用H0=3.2m，超高为0.3，故池总深为3.5m，池底坡度为i=3 ，下图即为平流沉淀池。（2）池体的计算每组池子的设计流量 Q=2271m3/h=0.63 m3/s 沉淀池的容积 W=Q·T=2271×1.5=3406.5 m3沉淀池的长度 L

9、=3.6vT=3.6×15×1.5=81m沉淀池的宽度B=13.14m 采用13.4m，沿纵向设置一道导流墙分成两格，导流墙宽0.2m，每格沉淀池净宽度为6.6m，导流墙中有多个穿孔，将两边流通。絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙连接。穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s，则孔口总面积为0.63/0.2=3.15m2。每个孔口的尺寸为15×10cm，则孔口的个数为3.15/0.015=210个。沉淀池放空时间按3h计，则放空管的管径为 d=0.36m 采用DN=400mm采用三角堰出水，出水渠断面宽度采用1.0m，出水渠起端高 H=1.73=0.59m为保证堰口自由出

10、水，出水堰保护高采用0.1m，则出水渠深度为0.69m，取0.7m。（3）水力条件校核水流截面积=6.6×3.2=21.12m水流湿周=6.6+2×3.2=13m水力半径R=1.62m弗劳德数Fr=1.42×10-5>10-5符合要求。雷诺数Re=24300(按20°C计算)（4）沉淀池排泥该水厂的原水平均浊度为250NTU，平流沉淀池出水的平均浊度为5NTU，水厂的进水浊度不是很高，为了方便水厂运行操作，节省水厂的生产费用采用多斗重力排泥。沉淀池下层已经过排泥的水回流到原水中重新处理。原水的的SS为 SS1=bT=1.5×250=375

11、mg/L平流沉淀池出水的SS为 SS2=1.5×5=7.5mg/L每日的干污泥量 V=40t每日泥浆体积 V0=444m3(干污密度=1.8t/m3,污泥的含水率取P2=95%)水厂共有两组平流沉淀池，每组池子分两格，每格池子的尺寸为6.6×81m，每格池子建3个集泥斗，总共建12个集泥斗。泥斗的上表面尺寸为6×4m，下表面的尺寸为4×1m，侧边与水平面成60°，则泥斗深2.25m。集泥斗的体积 V1=28.3 m3平均排泥周期 T=0.8d4 絮凝池的设计计算（1）设计参数的确定：本水厂设计的絮凝池为往复式隔板絮凝池，供水量较大，分2组池子进

12、行处理，絮凝时间采用T=20min，絮凝池的宽度根据平流沉淀池子要求设为13.4m，平均水深为2.7m，池子超高为0.3m。絮凝池内流速分四档，分别为v1=0.5m/s，v2=0.4m/s, v3=0.35m/s，v4=0.3m/s，v5=0.2m/s。（2）池体的计算每组絮凝池的设计流量Q=2271m3/h=0.63 m3/s絮凝池的净长度 =21.20m隔板间距按廊道内流速的不同分为5档 b1=0.47m0.5m则实际流速 v1=0.47m/s b2=0.58m0.6m则实际流速 v2=0.38m/s b3=0.7 v3=0.33m/s; b4=0.9m v4=0.29m/s; b5=1.

13、3m v5=0.2m/s 廊道分成五段,各段廊道宽度和流速见下表。廊道宽度和流速计算表廓道分段编号12345各段廊道的宽度(m)0.50.60.70.91.3各段廊道的实际流速(m/s)0.470.380.330.290.20各段廊道数55556各廊道总净宽(m)2.53.03.54.57.8 各段廊道的宽度之和 b=2.5+3.0+3.5+4.5+7.8=21.3m 取隔板厚度=0.1m，共25块隔板，则絮凝池的总长度L为： L=21.3+25×0.1=23.8m（取24m） （3）计算各段水头损失采用公式 hi=xmi水力半径: Ri=槽壁粗糙系数n=0.013，流速系数Ci=以

14、下各段水头损失计算表。各段水头损失计算表段数miliRivivitCihi15660.250.470.6161.050.3025660.290.380.4962.580.2035660.340.330.4364.260.1545660.440.290.3867.090.1155660.620.200.2671.030.05h=0.81m 平均速度梯度 G=80s-1 GT=80×20×60=96000（在104105范围内）池度坡度 i=3.4% 5 普通快滤池的设计计算（1）滤池设计参数的确定本水厂采用普通快滤池进行过滤，根据用水量的情况，采用8个构造相同的普通快滤池，布

15、置成对称双行排列，则每个滤池的设计流量 Q=568m3/h=158L/s。：滤速v=10m/h,冲洗强度为q=14L/(s·m2)，冲洗时间为t=6min，滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，采用石英砂单层滤料。下图为普通快滤池。（2）滤池池体的计算每个滤池的实际工作时间 T=24-0.1×2=23.8h滤池的总面积 F=458m2每个滤池的面积 f=458/8=57.3 m2,采用58 m2，正方形滤池，每个池的边长为7.6m。确定滤池的高度支承层高度H1，采用0.45m滤池层高度H2，采用0.7m砂面上水深H3，采用1.7m保护高度H4，采用0.30m每格滤池的总高

16、度为 H= 0.45+0.7+1.7+0.3=3.15m（3）配水系统的计算(单个滤池)1）干管干管流量 qg=fq=58×14=812L/s,采用钢管DN900,干管埋入池底，顶部开孔布置。干管始端流速为v0=1.40m/s。2）支管支管中心间距采用a=0.25m每池支管数 n=2=60.8，取61根。每根支管入口流量 q1=812/61=13.3L/s,采用钢管DN100，始端流速为2.0m/s。3）孔眼布置支管孔眼总面积与滤池面积之比采用K=0.25%孔眼总面积 F=Kf=0.25%×58=0.15m2采用孔眼直径 d=9mm=0.009m孔眼总数 N=2359个每根

17、支管孔眼个数为n=39,支管孔眼布置设两排,与垂线成45°。每根支管长度 l0=(7.6-1)=3.30m每排孔眼中心距 Ak=0.17m4)孔眼水头损失支管壁厚采用=5mm，流量系数=0.68水头损失 hk=3.5m5)复算配水系统支管长度与直径之比不大于60，则=33<60，符合条件。孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5，则=0.31<0.5，符合条件。干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.752.0，则1.82，符合条件。孔眼与中心距小于0.2，则Ak=0.17<0.2，符合条件。（4）洗砂排水槽洗砂排水槽中心间距，采用a0=1.9m排水槽根数 n0

18、=4根排水槽长度 l0=L=7.6m每槽排水量 q0=ql0a0=14×7.6×1.9=202.16L/s采用三角形标准断面。槽中流速采用v0=0.6m/s。横断面尺寸 x=0.29m,采用0.3m。排水槽底厚度，采用=0.05m。砂层最大膨胀率 e=45%砂层厚度 H2=0.7m洗砂排水槽顶距砂面高度 He=e H2+2.5x+0.075=0.45×0.7+2.5×0.3+0.05+0.075=1.07=1.19m洗砂排水槽总平面面积 F0=2xl0n0=2×0.3×7.6×4=18.24m2=复算，排水槽总平面面积与滤池

19、面积之比，一般小于25%，则 =30%25%（5）滤池的各种管渠计算 1）进水进水总流量 Q0=10.9×104t/d=1.26m3/s进水渠断面：渠宽B1=1.0m，水深为1.2m，渠中流速为v1=1.05m/s。各个滤池进水管流量 Q2=0.16m3/s进水管采用钢管DN400，流速v2=1.24m/s2)冲洗水冲洗水总流量 Q3=fq=14×58=812L/s=0.812 m3/s冲洗水管采用DN700，流速为v3=2.11m/s.3)清水清水总流量 Q4=Q0=1.26 m3/s清水渠断面与进水渠断面相同。每个滤池清水管流量 Q4= Q2=0.16m3/s采用钢管D

20、N350，流速为v4=1.60m/s。4）排水排水流量 Q5= Q3=0.812 m3/s排水渠断面：宽度为0.8m,深度为1.0m，渠中流速为1.025m/s。5)冲洗水箱冲洗时间 t=6main冲洗水箱容积 W=1.5qft=1.5×14×58×360=438480L=438.48m3水箱底至滤池配水管间的沿途局部水头损失之和h1=1.0m配水系统水头损失 h2=hk=3.5m承托层水头损失 h3=0.022H1q=0.022×0.45×14=0.14m滤料层的水头损失 h4=(-1)(1-m0)H2=()(1-0.41) ×0.

21、7=0.68m安全富余水头采用 h5=1.5m冲洗水箱底应高出洗砂排水槽面 H0=h1+h2+h3+h4+h5=1.0+3.5+0.14+0.68+1.5=6.8m6 Cl2消毒的设计计算（1）加氯量的确定水厂的处理规模为Q=10×104×(1+9%)t/d=10.9×104 t/d=4542 m3/h =1.26m3/s，采用滤后加氯消毒（清水池之前），最大投加量为a=3mg/L,仓库储量按15天计算。1）每日的加氯量 W=0.001aQ=0.001×3×4542=13.63kg/h2）储氯量 G=15×24·W=15&#

22、215;24×13.63=4907kg/month（2）加氯设备1）氯瓶的数量采用容量为500kg的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸600，H=1800，共11只，另设中间氯瓶一只，以沉淀氯气中的杂质，还可以防止水进入氯瓶。2）加氯机的数量采用05kg/h加氯机5台，三用两备，交替使用。加氯管线采用DN200的铜管。3）加氯间、氯库本厂所在地的主导风向为东北风，加氯间靠近滤池和清水池，与滤池和清水池一起设在水厂的西南部。加氯间，氯库低处各设一个排风扇，换气量为每小时812次，并安装漏气探测器，其位置在室内地面以上20cm，当检测的漏气量达到23mg/kg时即报警，切换有关阀门，切断氯源，同时

23、排风扇开启。为搬运方便，氯库内设CD11-6D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放在磅秤坑内，磅秤面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。磅秤输出20mADC信号到值班室，指示余氯量。并设置报警器，达余氯下限时报警。加氯间外布置防毒面具，抢救材料和工具箱等，照明和通风设备在室外设开关。在加氯间引入一根DN50的给水管，水压大于20mH2O，供给加氯机投药用，在氯库引入DN32给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用，水压大于5 mH2O。7 清水池的设计计算水厂的处理规模为Q=10×104×(1+9%)t/d=10.9×104 t/d=

24、4542m3/h =1.26m3/s,清水池的调节容积取设计水量的10%，则调节容积为 V1=109000×10%=10900 m3消防用水量按同时发生两次火灾计算，一次灭火用水量取25L/s，连续灭火时间为2h，则消防容积为 V2=25×2×3600/1000=180m3清水池的总容积为 V= V1+ V1=11080 m3清水池设两个，有效水深取H=4.5m，则单面积为 f=1231m2采用圆形清水池，半径R=20m，池子超高取为0.5m，则清水池净高为5.0m。清水池采用半地下式，埋地4m。清水池上层的水被水泵抽去市政管网，下层水回流到原水中，重新处理。8

25、二泵房的设计计算水厂的处理规模为Q=4542 m3/h=1262L/s，选用8台水泵，6用2备。选用的水泵型号为200S42型单级双吸式离心泵，电机选用Y250M-2。二泵房的尺寸为16×10m。第五章 水厂附属构筑物的设计1 辅助建筑物面积及人员设计水厂的辅助建筑物的面积应根据水厂规模、工艺流程、管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。根据现在中国的给水厂的经验以及本人去水厂参观实习时的观察，我觉得10万吨/d规模的水厂的员工总共需要大约119人即可。现确定水厂的辅助建筑物的面积及人员安排如下表所示。水厂辅助建筑物的面积及工作人数建筑物面积m2人数备注行政办公楼300304层，20&

26、#215;15m生产管理楼150253层,15×10m化验楼100202层,12×8m机修间200101层,20×10m电修间8081层,10×8m传达室4831层,6×8m食堂15061层,15×10m仓库20021层，分2间员工宿舍150共4层，18×8m,每层5间房员工活动中心200共2层，20×10m,一层娱乐活动，二层礼堂篮球场42028×15m车库15015×10m堆场400晒泥砂药剂等，20×20m2 水厂管线布置（1）给水管线给水管线分为原水管线，水厂构筑物间的连接管线

27、以及水厂生活自用水管线。原水管线是从一级泵房到絮凝池采用一根钢管管线，埋入地下。两座清水池之间也有一根钢管连接，埋入地下。厂区生活用水从二泵房接出。（2）排水管线排水管线分为水厂内雨水管线，厂内生产污水管线，生活污水管线等。这此污水接到厂外市政污水管线。3 水厂的道路及绿化布置（1）水厂的道路布置水厂所有道路路面应尽量保证平整，主干道均采用水泥硬化，主干道宽为5m，其它的道路宽度一般为35 m。每个构筑物前的道路保证能通行机动车辆。办公楼前的小型广场也采用水泥硬化。（2）水厂的绿化布置道路两旁种小型乔木，水厂围墙内侧沿墙种大型乔木，其余空地种花草果树等。水厂的远期规划预留空地全部种草。水厂的办

28、公楼前修建一座喷泉，生产管理楼前修建一座花坛。第六章 水厂总体布置1 水厂的平面布置水厂的平面布置应考虑以下几点要求：流程尽量简短，避免迂回重复，尽量减小水头损失，构筑物尽量靠近，便于操作管理；尽量适用地形，力求减少土石方量；注意构筑物、建筑物的朝向和间距，水厂建筑物以接近南北向布置较为理想，构筑物、建筑物之间的间距应满足施工和管线布置等的要求；连接管渠应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便；注意水厂内的功能分区，合理布置；考虑近远期的协调。根据以上原则，现初步确定水厂构筑物的平面草图如下：2 水厂的高程布置为了节省水厂的费用，经一级泵站提升后，水在各构筑物之间的流动均为重力流。

29、水厂的水头损失包括构筑物的水头损失，构筑物间的管线，结口，仪表及计量设备等的水头损失。水厂的标高采用相对标高，取清水池处的地面标高为0。（1）管渠的水力计算1）清水池 采用相对标高，取清水池处的地面标高为0，则清水池的上沿标高为1m，水面标高为0.5m，池底标高为-4m。2）二泵房 清水池到二泵房的管线长15m,采用DN1100，流量为1.26m3/s, 流速为1.33m/s, 水力坡度1.662。沿线设2个闸阀，1个进水口，1个出水口。则水头损失为h=1.662×15+(0.06×2+1.0×2)1.332/19.6=0.22m3）滤池 滤池到清水池的管线有两种

30、分别为DN1100和DN700，长度分别为90m,58m，流量分别为1.26m3/s,0.63 m3/s，查表得流速分别为1.33m/s,1.64m/s,水力坡度分别为1.662,4.559。沿线设4个闸阀，一个三通，两个进水口，一个出水口，阻力系数分别为0.06，1.05，1.0，1.0。则该段管线的水头损失为h=1.662×90+4.559×58+(0.06×2+1.05+1.0)1.332/19.6+(0.06×2+1.0×2)1.642/19.6=0.91m滤池的作用水头取2.2m，4）平流沉淀池 沉淀池到滤池的管线有两种分别为DN1100和DN700，长度分别为35m,6m。流量分别为1.26m3/s,0.63 m3/s，查表得流速分别为1.33m/s,1.64m/s,水力坡度分别为1.662,4.559。沿线设4个闸阀，一个三通，两个出水口，一个进水口，阻力系数分别为0.06，1.05，1.0，1.0。则该段管线的水头损失为