给水厂课程设计

给水排水工程《水质工程一》课程设计书给水水厂设计学生姓名：吴焘专业班级：级给排水科学与工程（1）班学号：100751指引教师：王香莲、高桂青南昌工程学院课程设计（论文）任务书I、课程设计(论文)题目：常德某开发区净水厂设计（单号）设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术规定：（一）工程概况都市概述该开发区是1992年经湖南省人民政府批准的省级重点开发区，位于湖南省常德市西北部，距离市中心约25公里。通过近十近年的艰苦创业，该开发区已经具有大规模开发建设的总体框架,形成了良性循环的软硬投资环境，吸引了近20个国家和地区的投资,目前该开发区已经成为湖南省及常德市对外开放的战略重心和新的经济增长点。由于该区内需水量较大，经有关部门与水利、环保等部门协商后，决定建一新水厂，从沅江取水。该区近期水厂设计规模3万m3/d，远期5万m3/d。2、气象水文地质资料（1）地理位置 东径108°北纬27°（2）地形地貌城区地形平坦，其吴淞标高为32.0米。（3）气象资料 气温：历年最高气温39oC历年最低气温-5oC常年平均气温18oC风向：常年主导风向为东南风冬季冰冻期：5天，土壤冰冻深度：0.1米（4）土壤地质资料土壤承载力2.3kg/cm2浅层地下水离地面1.5米3、水源状况：①河流概述：水源水量丰富，水质符合国家规定的饮用水源水质原则，因河道航运繁忙，取水构筑物不得影响航运。②河流特性：水位水面标高m流量m3/s流速m/s设计频率%保证率%最高水位30.038003.02常水位28.030002.3最低水位25.022001.595③水质资料编号项目单位分析结果备注最高最低月平均最高月平均最低1水温℃3032352臭和味少许3色度少许4浑浊度毫克/升70030300405PH7.26.37.06.86细菌总数个/毫升37大肠菌群个/升1508藻类个/升9其她指标合格（二）水解决用材料与药剂资料混凝剂：硫酸铝、三氯化铁、碱式氯化铝原水浊度<=1002003004006008001000混凝剂投加量(mg/L)硫酸铝13.518.230.737.654.572.386.6三氯化铁12.014.621.528.432.837.742.8碱式氯化铝10.012.817.422.026.828.532.12.混凝剂投加量参照值3.本地所产滤料：石英砂、无烟煤、铁矿石等均有供应。4.用于消毒的药剂：液氯、漂白粉、臭氧、二氧化氯等均有供应，其她材料可按设计规定采购。（二）设计规定（学生在规定的时间内，独立完毕下列成果）：1.完毕设计计算书一份，书写整洁并装订成册。涉及：计算根据的资料，各构筑物的计算，并附有草图。2.绘制工艺流程图、平面布置图、高程布置图，重要构筑物大样图各1张，图幅为2号。规定布局合理、比例协调、线条粗细分明、字体工整，文字书写一律采用仿宋字，严格按制图原则作图。设计(论文)工作内容及完毕时间：1.选择工艺流程，并进行方案比较2.选择构筑物的形式、并进行尺寸的计算3.绘制水厂的平面布置图和高程布置图完毕时间：6月13日―――6月24日要参照资料：《给水工程（第四版）》，中国建筑工业出版社《给水排水工程专业课程设计》，张志刚主编，化学工业出版社《给水排水工程专业工艺设计》，南国英张志刚主编，化学工业出版社给水排水设计手册（1）常用资料给水排水设计手册（3）都市给水给水排水设计手册（9）专用机械给水排水设计手册（11）常用设备给水排水设计手册（12）器材与装置都市给水工程项目建设原则城乡给水厂附属建筑和附属设备设计原则CJJ41—91CJJ41—91风机和水泵调速手册土建学院给水排水专业类13给排水1班学生：日期：指引教师：高桂青助理指引教师(并指出所负责的部分)：王香莲（指引学生平面图和高程图的绘制）教研室主任：给水厂设计阐明书1总论1.1设计任务及规定净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。课程设计的内容是根据所给资料，设计一座都市净水厂，规定对重要解决构筑物的工艺尺寸进行计算，拟定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图和某个单项解决构筑物（絮凝沉淀池、澄清池或滤池）的工艺设计图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算阐明书。1.2基本资料1.2.1水厂规模5万m3/d（按近期3万m3/d，远期5万m3/d进行分期建设）1.2.2原水水质资料①河流概述：水源水量丰富，水质符合国家规定的饮用水源水质原则，因河道航运繁忙，取水构筑物不得影响航运。②河流特性：水位水面标高m流量m3/s流速m/s设计频率%保证率%最高水位30.038003.02常水位28.030002.3最低水位25.022001.5951.2.3厂区地形地形比例1:500，按平坦地形和平整后的设计地面高程32.00m设计，水源取水口位于水厂东北方向150m，水厂位于都市南面1km。1.2.4工程地质资料土壤地质资料土壤承载力2.3kg/cm2浅层地下水离地面1.5米1.2.5水文及水文地质资料编号项目单位分析结果备注最高最低月平均最高月平均最低1水温℃3032352臭和味少许3色度少许4浑浊度毫克/升70030300405PH7.26.37.06.86细菌总数个/毫升37大肠菌群个/升1508藻类个/升9其她指标合格1.2.6气象资料（1）地理位置 东径108°北纬27°（2）地形地貌城区地形平坦，其吴淞标高为32.0米。（3）气象资料 气温：历年最高气温39oC历年最低气温-5oC常年平均气温18oC风向：常年主导风向为东南风冬季冰冻期：5天，土壤冰冻深度：0.1米2总体设计2.1净水工艺流程的拟定根据《地面水环境质量原则》（GB－3838－88），原水水质符合地面水Ⅲ类水质原则，除浊度，色度和菌落总数偏高外，其他参数均符合《生活饮用水卫生原则》（GB5749－85）的规定。水厂以地表水作为水源，工艺流程如图1所示。图1水解决工艺流程2.2解决构筑物及设备型式选择2.2.1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如下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。溶解池的底坡不不不小于0.02，池底应有直径不不不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，避免搅拌溶液时溢出。由于药液一般都具有腐蚀性，因此盛放药液的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，可用耐酸陶土缸作溶解池。投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵（柱塞泵或隔阂泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过变化计量泵行程或变频调速变化药液投量，最合用于混凝剂自动控制系统。2.2.2混合设备使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，管式混合具有占地极小、投资省、设备简朴、混合效果好和管理以便等长处而具有较大的优越性。2.2.3反映池反映作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。目前国内使用较多的是多种形式的水力絮凝及其多种组合形式，重要有栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。这三种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等长处，并且都能达到良好的絮凝条件，从工程造价来说，栅条造价为折板的1/2，为波纹板的1/3，因此采用栅条絮凝。2.2.4沉淀池原水经投药、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毕澄清的作用。设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、解决效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。并且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，解决效果比平流沉淀池要好。2.2.5滤池采用拥有成熟运转经验的一般快滤池。它的长处是采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大，冲洗强度受其他几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如一般快滤池稳定。故而以普快滤池作为过滤解决构筑物。2.2.6消毒措施水的消毒解决是生活饮用水解决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），避免水致传染病的危害。采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简朴，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。虽然二氧化氯，消毒能力较氯强并且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其重要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水解决方面应用尚不多。3混凝沉淀3.1混凝剂投配设备的设计水质的混凝解决，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而互相聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反映而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。国内多采用后者，采用湿投法时，混凝解决工艺流程如图2所示。图2湿投法混凝解决工艺流程本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝实验，并根据货源供应等条件，拟定合理的混凝剂品种及投药量。由于缺少必要的条件，因此参照相似水源有关水厂的药剂投加资料，如下表1所示。混凝剂：硫酸铝、三氯化铁、碱式氯化铝原水浊度<=1002003004006008001000混凝剂投加量(mg/L)硫酸铝13.518.230.737.654.572.386.6三氯化铁12.014.621.528.432.837.742.8碱式氯化铝10.012.817.422.026.828.532.1混凝剂投加量参照值本地所产滤料：石英砂、无烟煤、铁矿石等均有供应。用于消毒的药剂：液氯、漂白粉、臭氧、二氧化氯等均有供应，其她材料可按设计规定采购。聚合铝，涉及聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）等，具有混凝效果好、对人体健康无害、使用以便、货源充足和价格低廉等长处，因而使用聚合铝作为水解决的混凝剂。浊度为700mg/L，取混凝剂最大投加量为64mg/L。3.1.1溶液池溶液池一般以高架式设立，以便能依托重力投加药剂。池周边应有工作台，底部应设立放空管。必要时设溢流装置。溶液池容积按下式计算：式中－溶液池容积，；Q－解决水量，；a－混凝剂最大投加量，mg/L；c－溶液浓度，取10%；n－每日调制次数，取n＝3。代入数据得：=11.3（考虑水厂的自用水量6%）溶液池设立两个，每个容积为，以便交替使用，保证持续投药。取有效水深H1＝1.0m，总深H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.0+0.2+0.1＝1.3m。溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝6m×3m×1.3m。3.1.2溶解池溶解池容积=3.39溶解池一般取正方形，有效水深H1＝1.0m，则：面积F＝W1/H1→边长a＝F1/2＝1.85m；溶解池深度H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.85+0.2+0.1＝2.15m和溶液池同样，溶解池设立2个，一用一备。溶解池的放水时间采用t＝15min，则放水流量=3.77L/s查水力计算表得放水管管径＝mm，相应流速。溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根。溶解池搅拌装置采用机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。3.1.3投药管投药管流量=0.262L/s查水力计算表得投药管管径d＝20mm，相应流速为2.58L/s。3.2混合设备的设计在给排水解决过程中原水与混凝剂，助凝剂等药剂的充足混合是使反映完善，从而使得后解决流程获得良好效果的最基本条件，同步只有原水与药剂的充足混合，才干有效提高药剂使用率，从而节省用药量，减少运营成本。管式静态混合器是解决水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的抱负设备：具有高效混合、节省用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件构成，在不需外动力状况下，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2所示。图3管式静态混合器3.2.1设计流量Q==0.3683.2.2设计流速静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.0m/s，则管径为：=0.685m采用D=700mm，则实际流速v=0.96m/s3.2.3混合单元数按下式计算=2.68取N=3，则混合器的混合长度为：L=1.1ND=1.10.73=2.31m3.2.4混合时间T==2.41s3.2.5水头损失=0.233m3.2.6校核GT值=911.7=2197>水利条件符合3.3反映设备的设计在絮凝池内水平放置栅条形成栅条絮凝池，栅条絮凝池布置成多种竖井回流式，各竖井之间的隔墙上，上下交错开孔，当水流通过竖井内安装的若干层栅条或栅条时，产生缩放作用，形成漩涡，导致颗粒碰撞。栅条絮凝池的设计分为三段，流速及流速梯度G值逐段减少。相应各段采用的构件，前段为密网，中段为疏网，末段不安装栅条。3.3.1平面布置絮凝池设计流量平面布置形式：采用18格，洪湖模式，如下图4所示。图4栅条絮凝池平面示意图设计参数选用：絮凝时间：，有效水深（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.6m；絮凝池总高度为4.2+0.3+0.6=5.1m。絮凝池分为三段：前段放密栅条，过栅流速，竖井平均流速；中段放疏栅条，过栅流速，竖井平均流速；末段不放栅条，竖井平均流速。前段竖井的过孔流速为，中段，末段。3.3.2平面尺寸计算每组池子容积=264.96单个竖井的平面面积=3.5m竖井尺寸采用1.9m1.9m，内墙厚度取0.2m，外墙厚度取0.3m每组池子总长L=31.92+60.2+0.32=13.2m宽B=1.93+0.22+0.32=6.7m3.3.3栅条设计选用栅条材料为钢筋混凝土，断面为矩形，厚度为50mm，宽度为50mm。前段放置密栅条后竖井过水断面面积为：=1.472竖井中栅条面积为：=3.5-1.472=2.028m单栅过水断面面积为：=1.90.05=0.095m所需栅条数为=21.34取22根两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置20根，过水缝隙数为21个平均过水缝宽(1900-2250)/21=38.1mm实际过栅流速=0.242m/s中段放置疏栅条后竖井过水断面面积为：=1.672m竖井中栅条面积为：=3.5-1.672=1.828m单栅过水断面面积为：=1.90.05=0.095m所需栅条数为：=19.24（根），取20根两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置18根，过水缝隙数为19个平均过水缝宽(1900-2050)/19=47.368m实际过栅流速=0.215m/s3.3.4竖井隔墙孔洞尺寸竖井隔墙孔洞的过水面积＝如0-1竖井的孔4洞面积 =0.62m孔洞高度h===0.323m其他各竖井孔洞的计算尺寸见下表2。表2竖井隔墙孔洞尺寸孔洞号孔洞流速V(m/s)孔洞高度h(m)孔洞尺寸(宽×高)0-10.3h===0.3231.9×0.3231-20.28h===0.3461.9×0.3462-30.25h===0.3871.9×0.3873-40.22h===0.4401.9×0.4404-50.20h===0.4841.9×0.4845-60.18h===0.5381.9×0.5386-70.15h===0.6461.9×0.6467-80.12h===0.4041.9×0.4047-90.12h===0.4041.9×0.404出水孔洞0.10h===0.4841.9×0.4843.3.5各段水头损失式中h－各段总水头损失，m；h1－每层栅条的水头损失，m；h2－每个孔洞的水头损失，m；－栅条阻力系数，前段取1.0，中段取0.9；－孔洞阻力系数，取3.0；－竖井过栅流速，m/s；－各段孔洞流速，m/s。中段放置疏栅条后第一段计算数据如下：竖井数3个，单个竖井栅条层数3层，合计9层；过栅流速=0.242m/s；竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，，则==0.0269+0.0353=0.0622m第二段计算数据如下：竖井数3个，前面两个竖井每个设立栅条板2层，后一种设立栅条板1层，总共栅条板层数=2+2+1=5；过栅流速=0.215m/s；竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，，则=0.0106+0.0185=0.0291m第三段计算数据如下：水流通过的孔洞数为5，过孔流速为，，，，则3.3.6各段停留时间第一段=123.6s=2.06min第二段和第三段==2.06min3.6.7水力校核G=当T=20。C时，表4水力校核表段号停留时间(s)水头损失(m)G(S)11240.062270.121240.029147.931240.010929.33720.1022146.3GT=146.3372=54423.6在1之间，符合水力规定。3.4沉淀澄清设备的设计采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=25mm，长l=1000mm，斜管倾角θ=。如下图5所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件构成。斜管与水平面成角，放置于沉淀池中。原水通过絮凝池转入斜管沉淀池下部。水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。图6斜管沉淀池剖面图3.4.1设计水量涉及水厂自用水量6%斜管沉淀池设计流量表面负荷取3.4.2沉淀池面积1)清水区有效面积F’F==131.43m2)沉淀池初拟面积F斜管构造占用面积按5％计，则F=F1.05=131.431.05=138m初拟平面尺寸为3)沉淀池建筑面积F建斜管安装长度考虑到安装间隙，长加0.07m，宽加0.1m+0.07=16+0.5+0.07=16.57mF建=3.4.3池体高度保护高=0.5m；斜管高度==0.87m；配水区高度=1.5m；清水区高度=1.2m；池底穿孔排泥槽高=0.75m。则池体总高为3.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间管内流速斜管水力半径雷诺数管内沉淀时间t3.4.5配水槽配水槽宽b’=1m3.4.6集水系统1)集水槽个数n=92)集水槽中心距==1.84m3)槽中流量q0===0.0414)槽中水深H2槽宽=0.25m起点槽中水深0.75b=0.20m，终点槽中水深1.25b=0.33m为以便施工，槽中水深统一按H2=0.33m计。5)槽的高度H3集水措施采用沉没式自由跌落。沉没深度取5cm，跌落高度取5cm，槽的超高取0.15m，则集水槽总高度为H3=H2+0.05+0.05+0.15=0.58m6)孔眼计算a.所需孔眼总面积ω由得式中－集水槽流量，；－流量系数，取0.62；－孔口沉没水深，取0.05m；因此=0.067b.单孔面积孔眼直径采用d=30mm，则单孔面积c.孔眼个数nn==96(个)d.集水槽每边孔眼个数=n/2=96/2=48(个)e.孔眼中心距离S0S0=B/48=9/48=0.186m3.4.7排泥采用穿孔排泥管，沿池宽（B=9m）横向铺设6条V形槽，槽宽1.5m，槽壁倾角450，槽壁斜高1.5m，排泥管上装快开闸门。4过滤4.1滤池的布置采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。4.2滤池的设计计算4.2.1设计水量，滤速4.2.2冲洗强度冲洗强度q按经验公式计算式中－滤料平均粒径；e－滤层最大膨胀率，取e=50%；－水的运动黏滞度，。砂滤料的有效直径=0.5mm与相应的滤料不均匀系数u=1.5因此，=0.9u=0.9×1.5×0.5=0.675mm4.2.3滤池面积滤池总面积=165.5滤池个数采用N=4个，成双排对称布置单池面积f=F/N=165.5/6=41.4m2，取45m2每池平面尺寸采用L×B=8m×5.6m池的长宽比为8/5.6=1.434.2.4单池冲洗流量4512=540L/s4.2.5冲洗排水槽(1)断面尺寸两槽中心距采用a=2.0m排水槽个数n1=L/a=8/2.0=4（个）槽长L=B=5.6m槽内流速，采用0.6m/s排水槽采用原则半圆形槽底断面形式。(2)设立高度滤料层厚度采用Hn=0.7m排水槽底厚度采用δ=0.05m槽顶位于滤层面以上的高度为：He=eHn+2.5x+δ+0.075=1.05mX=0.234.2.6集水渠集水渠采用矩形断面，渠宽采用b=0.75m(1)渠始端水深Hq=0.65m(2)集水渠底低于排水槽底的高度Hm+0.2=0.85m4.2.7配水系统采用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠构造。(1)配水干渠干渠始端流速采用干渠始端流量/s干渠断面积，=0.36m干渠断面尺寸采用0.6m×0.6m(2)配水支管支管中心距采用s=0.25m支管总数n2=2L/s=2×8/0.25=64（根）支管流量0.0084支管直径采用，流速支管长度=2.3m核算=30.67<60(3)支管孔眼孔眼总面积Ω与滤池面积f的比值a，采用，则=0.108孔径采用单孔面积孔眼总数=958（个）每一支管孔眼数（分两排交错排列）为：=15（个）孔眼中心距=0.31m孔眼平均流速4.2.8冲洗水箱冲洗水箱与滤池合建，置于滤池操作室屋顶上。(1)容量V冲洗历时采用=6min=1.51245660/1000=291.6m水箱内水深，采用圆形水箱直径=10.3m(2)设立高度水箱底至冲洗排水箱的高差，由如下几部分构成。a.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失管道流量/s管径采用，管长查水力计算表得：，冲洗管道上的重要配件及其局部阻力系数合计mH2Ob.配水系统水头损失按经验公式计算=3.28mH2Oc.承托层水头损失承托层厚度采用H0=0.45mmH2Od.滤料层水头损失式中－滤料的密度，石英砂为；－水的密度，；－滤料层膨胀前的孔隙率（石英砂为0.41）；－滤料层厚度，m。因此mH2Oe.备用水头mH2O则mH2O5消毒5.1加药量的拟定水厂远期5万m3/d，设计水量为=2083.3最大投氯量为=3mg/L加氯量为：=0.00132083.3=6.25kg/h储氯量（按一种月考虑）为：3024Q=30246.25=4500kg/月5.1加氯间的布置水厂所在地主导风向为东南风，加氯间接近滤池和清水池，设在水厂的西北部。在加氯间、氯库低处各设排电扇一种，换气量每小时8～12次，并安装漏气探测器，其位置在室内地面以上20cm。设立漏气报警仪，当检测的漏气量达到2～3mg/kg时即