水质工程学(一)课程设计计算说明书

.PAGE.....水质工程学〔一课程设计说明书学院：环境科学与工程学院系名：市政工程系专业：给水排水工程姓名：学号：班级：指导指导2016年12月09日..目录TOC\o"1-3"\h\z\u7321第一章设计基本资料和设计任务-5-7391.1设计基本资料-5-187271.2设计任务-6-16870第二章水厂设计规模的确定-8-41452.1近、远期规模-8-6292.2水厂设计规模-9-10476第三章水厂工艺方案的确定-9-4043.1净水工艺流程的确定-10-160833.2处理构筑物及设备型式选择-10-169933.2.1药剂溶解池-10-130203.2.2混合设备-13-90823.2.3絮凝处理构筑物的选择-14-43333.2.4沉淀池-16-130243.2.5滤池-17-219083.2.6消毒方法-19-6311第四章水厂各个构筑物的设计计算-20-14514.1一级泵站-21-239404.1.1一泵房吸水井-21-271314.1.2一泵房-21-303344.1.3泵与电机的选择-21-126534.2混凝剂的选择和投加-21-155264.2.1设计原则-21-37374.2.2已知条件-22-17534.2.3计算过程-22-251434.3配水井-24-138714.3.1设计参数-25-244424.3.2设计计算-25-307684.4管式静态混合器-25-157954.5往复式隔板絮凝池-26-24973设计原则-27-88664.5.2已知条件-27-89364.5.3设计计算-28-151574.6斜管沉淀池-30-153254.6.1设计原则-30-241714.6.2已知条件-31-117804.7过滤构筑物系统-32-150324.7.1设计参数-33-90224.7.2池体设计-33-238644.7.3反冲洗管渠系统:-36-139094.8滤池管渠的布置-38-124984.8.1反冲洗管渠-38-79564.8.2进水系统-39-116634.8.3V型槽的设计-41-243284.9消毒-43-25674.10清水池-45-115614.10.1已知条件-45-102774.10.2设计计算-45-273824.11二级泵站-46-93154.11.1设计流量和扬程-46-55104.11.2选泵-46-304644.11.3吸水井-47-232954.11.4泵房高度-47-84934.11.5通风与抽水设备-48-5585第五章水厂平面和高程布置-48-187655.1水厂的平面布置-49-14865.1.1水厂平面布置主要内容-49-271025.1.2水厂布置应考虑下述因素-49-21930生产管线设计-50-236195.2高程布置-51-29873结论-53-18474参考文献-55-..第一章设计基本资料和设计任务1.1设计基本资料<1>生活用水量该地区现有人口4.0万,人均用水量标准<最高日>为240L/capd<2>城市大用户集中用水量工厂A:0.5万m/d；工厂B:0.9万m/d工厂C:1.7万m/d；工厂D:0.8万m/d<3>一般工业用水量一般工业用水量占生活用水量的180%.<4>第三产业用水量第三产业用水量占生活用水量的85%.<5>最大日时变化系数为1.23.<6>原水水质及水文地质资料①原水水质情况表1.1原水水质情况表序号名称最高数平均数备注1色度25152PH值7.57.23DO溶解氧10.25.384BOD2.51.15COD4.22.46其余均符合国家地面水水源I级标准〔温度为平均20℃②水文地质及气象资料a.河流水文特征最高水位:8.35m,最低水位:-6.00m,常年水位7.35mb.气象资料历年平均气温:20°C,年最高平均气温:38°C,年最低平均气温:-3°C年平均降水量:1390mm,年最高降水量:5190mm,年最低降雨量:290mm常年风向:东南风,频率:14.5%历年最大冰冻深度20cmc.地质资料第一层:回填、松土层,承载力8kg/cm,深1～1.5m；第二层:粘土层,承载力10kg/cm,深3～4m；第三层:粉土层,承载力8kg/cm,深3～4m；地下水位平均在粘土层下0.5m。1.2设计任务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。<1>某水厂工艺设计,确定水厂建设规模、位置；<2>水厂工艺方案确定<进行二种方案比较>；<3>水厂构筑物设计计算,完成水厂平面布置图、高程图<完成设计图2张,其中手工图1张>；<4>设计计算说明书1份.第二章水厂设计规模的确定2.1近、远期规模已知:近期水厂用水：约为〔净水厂自用水量按产水量的5%计算远期水厂用水：该地区现有人口4.0万,人均用水量标准<最高日>为240L/capd工厂A:0.5万m/d；工厂B:0.9万m/d工厂C:1.7万m/d；工厂D:0.8万m/d一般工业用水量占生活用水量的180%第三产业用水量占生活用水量的85%最大日时变化系数为1.23可得:由于最大日时变化系数为1.23考虑管网漏失水量和未预计水量<系数1.15～1.25>考虑水厂自用水量<系数1.05～1.10>2.2水厂设计规模近期规模8.085万m3/d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计.水厂的主要构筑物分为2组,每组构筑物类型相同,每组处理规模为4.043万m3/d.近期建造2组.第三章水厂工艺方案的确定3.1净水工艺流程的确定水厂原水色度最高为20度,色度平均数为15度；其水质平均浊度为20NTU,原水水质毒理学和放射性指标全部达到《生活饮用水卫生标准》〔GB5749-2006的要求。总体来说,原水水质较好,为我国《地面水环境质量标准》〔GB3838-200I类水源。而水厂出水水质需满足《生活饮用水卫生标准》〔GB5749-2006的要求。综合以上考虑,设计初步采用常规水处理工艺,流程图如下：图3-1工艺流程图3.2处理构筑物及设备型式选择3.2.1药剂溶解池1．药剂的选择表3-1常用混凝剂及其特点名称分子式一般介绍精制硫酸铝.18制造工艺复杂,水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%—52%；适用于水温为20—40℃。当PH=4-7时,主要去除有机物；PH=5.7-7.8时,主要去除悬浮物；PH=6.4-7.8时,处理浊度高,色度低〔小于30度的水。粗制硫酸铝.18制造工艺简单,价格低；设计时,含无水硫酸铝一般可采用20%—25%；含有20%—30%不溶物,其他同精制硫酸铝。三氯化铁.6不受水温影响,絮体大,沉淀速度快,效果好。易溶解,易混合,残渣少。对金属〔尤其对铁腐蚀性大,对混凝土亦腐蚀,对塑料会因发热而引起变形。原水PH=6.0—8.4之间为宜,当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著聚合氯化铝,简称PAC净化效率高,用药量少,出水浊度低,色度小,过滤性能好,原水浊度高时尤为显著。温度适应性高,PH值使用范围宽〔PH=5-9,因而可调PH值。操作方便,腐蚀性小,劳动条件好,成本低聚丙烯酰胺又名三号絮凝剂,简写PAM处理高浊度水池效果显著,既可保证水质,又可减少混凝剂用量和沉淀池容积,目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一,适当水解后,效果提高,常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂,其单体丙烯酰胺有毒,用于饮用水净化应控制用量PAM等有机高分子混凝剂有毒性,不易控制用量,由于在投混凝剂前加液氯进行预处理,如用硫酸亚铁作混凝剂,易被氧化成三价铁。本次设计的原水水源为河水,其浊度在20NTU左右,PH值为7.2-7.5,结合这些特点,选用精致硫酸铝为混凝剂,该混凝剂腐蚀性较小,原料易得,价格便宜,被大多数水厂所采用,有一定的管理经验,并且劳动条件有保障。2．投加方式的确定本设计采用湿投法,其优点为：容易与原水充分混合；不易阻塞入口,管理方便；投量易于调节。投加系统示意图见下图所示：EMBED固体药剂溶解池溶液池搅拌计量投加设备固体药剂溶解池溶液池搅拌计量投加设备加水加水搅拌图3-2投加系统示意图结合上述优缺点,采用计量泵投加混凝剂,因为其使用方便,操作简单,工作可靠,广泛应用于加药系统。3．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,池内壁用环氧树脂进行防腐处理。3.2.2混合设备混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中,使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳,以便进一步去除,对混合的基本要求是快速与均匀,一般混合时间10-30s,混合方式基本分为两大类：水力混合和机械混合,水力混合简单,但不能适应流量的变化,机械混合可进行调节,能适应各种流量的变化,具体采用何种混合方式,应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。表3-2各种混合方式比较方式优缺点适用条件管道混合优点：混合简单,无需建混合设施。适用于中等规模的水厂。缺点：当混合效果不稳定,流速低时混合不充分。静态混合器优点：构造简单,无运动部件,安装方便,混合快速均匀。适用于水量变化不大的各种规模的水厂。缺点：当流量降低时,混合效果下降。水泵混合优点：混合效果好,不需增加混合设施,节省动力。适用于一级泵房离处理构筑物120米以内的水厂。缺点：使用腐蚀性药剂时对水泵有腐蚀作用。机械混合优点：混合效果好,且不受水量变化影响,适用于各种规格的水厂。适用于各种规模的水厂。缺点：需增加混合设备和维修工作。综上所述,因为水厂水量变化不大,并且考虑到尽可能的减少能量消耗,以整体经济效益而言是最具有优势的,本设计采用管式静态混合器,它较水泵混合和机械混合能耗低,并且混合效果比管道混合稳定,混合速度快。絮凝处理构筑物的选择不同形式的絮凝池的一般介绍如下所示：表3-3各种絮凝池的比较形式优缺点适用条件隔板絮凝池往复式优点：絮凝效果好,构造简单,施工方便。水量大于30000m3/d的水厂,水量变动小。缺点：容积较大,水头损失较大,转折处矾花易碎。回转式优点：絮凝效果好,水头损失小,构造简单,管理方便。水量大于30000m3/d的水厂,水量变动小者,改建和扩建旧池时适用。缺点：出水流量不易分配均匀,出口处易积泥。旋流式絮凝池优点：容积小,水头损失较小。一般用于中小型水厂。缺点：池子较深,地下水位高处施工较困难,絮凝效果较差。折板絮凝池优点：絮凝效果好,絮凝时间短,容积较小。流量变化较小的中小型水厂。缺点：构造较隔板絮凝池复杂,造价较高。涡流式絮凝池优点：絮凝时间短,容积小,造价较低。水量小于30000m3/d的水厂。缺点：池子较深,锥底施工较困难,絮凝效果较差。格板、栅条絮凝池优点：絮凝池效果好,水头损失小,凝聚时间短。水量变化不大的水厂,单池能力以1.0--2.5万m3/d为宜。缺点：末端池底易积泥。机械絮凝池优点：絮凝效果好,水头损失小,可适应水质、水量变化。小水量均适用,并能适应水量变动较大者。缺点：需机械设备和经常维修。综上所述,由于水厂水量变化不大,为了达到较好的处理效果,故采用往复式隔板絮凝池,可以在往复式隔板絮凝池的之间设置隔墙,在隔墙的不同位置开设过水方孔,这样不仅可以减少水流形成短流的可能,而且可以在检修时,利用水在隔墙内的曲线流动达到絮凝效果。3.2.4沉淀池选择沉淀池类型时,应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求,并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素,结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。经过混凝沉淀的水,在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10度,遇高浊度原水或低湿低浊度原水时,不宜超过15度。设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水,沉淀池积泥区的容积,应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。当沉淀池排泥次数较多时,宜采用机械化或自动化排泥装置,应设取样装置。表3-4各种沉淀池的比较方式优缺点适用条件平流式沉淀池优点：造价较低,操作管理方便,施工较简单；对原水浊度适应性强,处理效果稳定,采用机械排泥设施时,排泥效果好。一般适用于大中型水厂。缺点：采用机械排泥设施时,需要维护机械排泥设备；占地面积大,水力排泥时,排泥困难。斜管〔板沉淀池优点：沉淀效率高,池体小,占地小。尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。缺点：斜管〔板耗材多,对原水浊度适应性较平流池差；不设排泥装置时,排泥困难,设排泥装置时,维护管理麻烦。竖流式沉淀池优点：排泥较方便,占地面积小。一般用于小型净水厂,常用于地下水位较低时。缺点：上升流速受颗粒下沉速度所限,出水量小,一般沉淀效果较差,施工较平流式困难。辐流式沉淀池优点：沉淀效果好。一般用于大中型净水厂,在高浊度水地区,作预沉淀池。缺点：基建投资大,费用高,刮泥机维护管理较复杂,金属耗量大,施工较困难。因为斜管沉淀池沉淀效率高,池体小,占地小,所以本设计采用斜管沉淀池。3.2.5滤池供生活饮用水的滤池出水水质经消毒后应符合现行《生活饮用水卫生标准》的要求；供生产用水的过滤池出水水质,应符合生产工艺要求；滤池形式的选择,应根据设计生产能力、原水水质和工艺流程的高程布置等因素,结合当地条件,通过技术经济比较确定。表3-5各种滤池的比较形式优缺点适用条件普通快滤池单层砂滤料优点：材料易得,价格低；大阻力配水系统,单池面积较大,可采用减速过滤,水质好。一般用于大中水厂,单池面积不宜大于100m2。缺点：阀门多,价格高,易损坏,需设有全套冲洗设备。无烟煤石英砂双层滤料优点：含污能力大,可采用较大滤速；可采用减速过滤,水质好,冲洗用水少。适用于大中型水厂,宜采用大组理赔水系统,单池面积不宜大于100m2,需要采用助冲设备。缺点：滤料价格高,易流失；冲洗困难,易积泥球。砂煤重质矿石三层滤料优点：含污能力大,可采用较大滤速；可采用减速过滤,水质好,冲洗用水少。使用于中型水厂,宜采用中阻力配水系统,单池面积不宜大于50-60m2,需要采用助冲设施。缺点：滤料价格高,易流失；冲洗困难,易积泥球。虹吸滤池优点：不需大型阀门,易于自动化操作,管理方便。适用于中型水厂,单池面积不宜大于25-30m2。缺点：土建结构复杂,池深大单池面积小,冲洗水量大；等速过滤,水质不如变速过滤。双阀滤池优点：材料易得,价格低,大阻力配水系统,单池面积可大,可采用减速过滤,水质好,减少两只阀门。适用于中型水厂,单池面积不宜大于25-30m2。缺点：必须有全套冲洗设备,增加形成虹吸的抽气设备。移动罩滤池优点：造价低,不需要大型阀门设备,池深浅,结构简单；自动连续运行,不需冲洗设备；占地少,节能。适用于大中型水厂,单格面积小于10m2。缺点：减速过滤,需移动冲洗设备,罩体与隔墙间密封技术要求高；起始滤速较高,因而平均设计滤速不宜过高。V型滤池优点：采用气水反冲洗,有表面横向扫洗作用,冲洗效果好,节水；配水系统一般采用长柄滤头冲洗过程自动控制。适用于大中型水厂。缺点：采用均质滤料,滤层较厚,滤料较粗,过滤周期长。综上所述,V型滤池适用范围广且采用气水反冲洗,冲洗效果好,节水出水水质较好,虽然滤料较厚较粗,过滤周期长,但冲洗过程自动控制减少人工管理,操作方便。本设计采用V型滤池均质滤料。3.2.6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。常用消毒方法如下表所示：表3-6常用消毒方法消毒方法分子式优缺点适用条件液氯Cl2优点：1、具有余氯的持续消毒作用2、价值成本较低3、操作简单,投量准确4、不需要庞大的设备液氯供应方便的地方缺点：1、原水有机物高时会产生有机氯化物2、原水含酚时产生氯酚味3、氯气有毒,使用时需注意安全,防止漏氯二氧化氯ClO2优点：1、不会生成有机氯化物2、较自由氯的杀菌效果好3、具有强烈的氧化作用,可除臭、去色、氧化锰、铁等物质4、投加量少,接触时间短,余氯保持时间长适用于有机污染严重时缺点：1、成本较高2、一般需现场随时制取使用3、制取设备较复杂4、需控制氯酸盐和亚氯酸盐等副产物紫外线消毒优点：1、杀菌效率高,需要的接触时间短2、不改变水的物理、化学性质,不会生成有机氯化物和氯酚味适用于工矿企业,集中用户用水,不适用管路过长的供水缺点：1、没有持续的消毒作用,易受重复污染2、电耗较高、灯管寿命还有待提高常用的消毒方法有：氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒等。用氯消毒经济有效,且余氯持续作用时间长,可以保证长距离用水点的水质。在上面所述的各种消毒剂中,液氯是最早被用来作为饮用水消毒的消毒剂,它除了以上的优点之外,在水厂消毒过程中积累的大量的实践经验,可以借鉴,劳动量较小,消毒效果比较稳定。所以,本次设计采用液氯作为消毒剂。第四章水厂各个构筑物的设计计算4.1一级泵站由于水厂离水源还有一定距离,则将一级泵站设在水厂外靠近水源处。4.1.1一泵房吸水井水厂地面标高0.000m,河流洪水位标高为8.35m,枯水位标高为-6.000m,设计一泵站吸水井底标高为-8.000m,进水管标高为-7.000m,一泵站吸水井顶标高为0.500米,宽为6m,长度20m,分为两格。4.1．2一泵房一泵房底标高为-9.000m,一泵房顶标高为6.500m。4.1.3泵与电机的选择选用500S98型单级双吸离心泵4台,三用一备。选用Y500-64-6型电动机4台。4.2混凝剂的选择和投加4.2.1设计原则溶液池的底坡不小于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。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上或半地下为宜,池顶宜高出地面1.0m左右,以减轻劳动强度,改善操作条件。溶解池一般采用钢筋混凝土池体来防腐。4.2.2已知条件水厂单组构筑物设计流量Q=40430m3/d根据原水水质及水温,参考有关水厂的运行经验,选精致硫酸铝为混凝剂。最大投加量为30mg/L,精致硫酸铝投加浓度为10%。采用计量投药泵投加。4.2.3计算过程<1>溶液池容积W1式中：u—混凝剂〔精致硫酸铝的最大投加量,30mg/L;Q—处理的水量,1604.17m3/h;b—溶液浓度〔按商品固体重量计,10%；n—每日调制次数,2次。所以:〔考虑水厂的自用水量5%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。溶液池容积为8m3,有效容积为6.06m3,,溶液池的形状采用矩形,.置于室内地面上,池底坡度采用0.03.取有效水深1.6m,溶液池深度：。式中H2为保护高,取0.3m；H3为贮渣深度,取0.1m。单池尺寸为,溶液池实际有效容积：满足要求。溶液池旁有宽度为2.0m工作台,池底坡度为0.03,以便操作管理,底部设放空管。采用硬聚氯乙烯塑料管。<2>溶解池<搅拌池>容积W2其有效高度为1.5m,超高为0.5m,设计尺寸为1.5×1.0×2m,池底坡度为0.03。溶解池池壁设超高,以防止搅拌溶液时溢出。溶解池为地下式,池顶高出地面0.5m,以减轻劳动强度和改善工作条件。由于药液具有腐蚀性,所以盛放药液的池子和管道以及配件都采用防腐措施。溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土材料,内壁涂衬以聚乙烯板。为增加溶解速度及保持均匀的浓度,采用机械搅拌设备。使用中心固定式平桨板式搅拌机。桨直径750mm,桨板深度1400mm。<3>投药管投药管流量q；查水力计算表得投药管管径：d＝16mm,相应流速为1.04m/s。<4>投加泵计量泵每小时投加药量:式中：W1——溶液池容积〔m3计量泵型号JW-0.63/16选用2台,一备一用。<5>加药间和药库药剂仓库与加药间应连在一起,储存量一般按最大投药期间1－2个月用量计算。仓库内应设有磅秤,并留有1.5m的过道,尽可能考虑汽车运输的方便。混凝剂选用精致硫酸铝,每袋质量是40kg,每袋的体积为,药剂储存期为30d,药剂的堆放高度取2.0m。精致硫酸铝的袋数：；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,；将相关数据代入上式得,N=。有效堆放面积A：；式中:药剂得堆放高度,；每袋药剂得体积,；堆放孔隙率,袋堆时代入数据得:考虑目前使用及日后扩容,可按远期设计及,适当增加面积,取。4.3配水井4.3.1设计参数设计流量：水力停留时间:4.3.2设计计算配水井体积：配水井平面尺寸：有效水深:,超高取0.15m,则井深为6m。配水井出水处设溢流堰,采用渠道与絮凝池连接,渠道宽b=1.5m,流速取v=1.0m/s,则有效水深为,取1.0m。超高取0.3m,渠道深。配水井设DN=1200mm的溢流管,溢流水位8.0m,放空管直径DN=800mm。4.4管式静态混合器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、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。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,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。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4-1所示:图4.1管式静态混合器计算过程:设计流量；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：；采用D=800mm,则实际流速v=0.868m/s混合单元数:取N=3,则混合器的混合长度为：混合时间:；水头损失:；校核GT值水力条件符合要求。4.5往复式隔板絮凝池图4.2往复式隔板絮凝池4.5.1设计原则<1>池数为2个,絮凝时间20～30分钟,色度高,难于沉淀的细颗粒较多时宜采用高值.<2>进口流速一般为0.5～0.6m/s,出口流速一般为0.2～0.3m/s.<3>隔板间净距应大于0.5m,进水口设挡水措施,避免水流直冲隔板.<4>絮凝池超高一般采用0.3m.<5>隔板转弯处过水断面面积,应为廊道断面面积的1.2～1.5倍.<6>池底坡向排泥口的坡度,一般为2%～3%,排泥管直径不小于150mm.<7>絮凝效果可用速度梯度G和反应时间T值来控制.4.5.2已知条件设计水量<包括自耗水量>设计两组构筑物,每组构筑物的设计流量为廊道内流速采用6档:v1=0.6m/s,v2=0.5m/s,v3=0.4m/s,v4=0.3m/s,v5=0.2m/s,v6=0.15m/s。絮凝时间:T=25min池内平均水深:H1=0.8m超高:H2=0.3m池数:n=24.5.3设计计算计算总容积:分为两池,每池净平面面积:池子宽度B:按沉淀池宽采用23.05m池子长度〔隔板间净距之和:隔板间距按廊道内流速不同分成6档:取a1=0.5m,则实际流速v1’=0.585m/s取a2=0.6m,则实际流速v2’=0.478m/s取a3=0.8m,则实际流速v3’=0.366m/s取a4=1.0m,则实际流速v4’=0.292m/s取a5=1.5m,则实际流速v5’=0.195m/s取a6=2.0m,则实际流速v6’=0.146m/s每一种间隔采取3条,则廊道总数为18条,水流转弯次数为17次.则池子长度<隔板间净距之和>:隔板厚度按0.2m计,则絮凝池的总长L为:按廊道内的不同流速分成6段,分别计算水头损失:第一段:水力半径：槽壁粗糙系数,流速系数Cn故:第一段廊道长度:第一段水流转弯次数：取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.2倍,则第一段转弯处则絮凝池第一段的水头损失为:各段水头损失计算结果见下表：表4.1各段水头损失计算表段数SnlnRnv0Cnhn1369.150.1900.2930.58559.960.0742369.150.2180.3980.47861.210.0923369.150.2670.3050.36663.100.0514369.150.3080.2430.29264.540.0325369.150.3870.1630.19566.780.0146369.150.4440.1220.14668.210.008GT值计算〔t=20℃：<此GT值在104～105的范围内>池底坡度:4.6斜管沉淀池图4.3斜管沉淀池4.6.1设计原则<1>斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形<较少采用矩形或正方形>,其内径或边距d一般采用25～35mm.<2>斜管长度一般为800～1000mm左右,可根据水力计算结合斜管材料决定.<3>斜管的水平倾角常采用60°.<4>斜管上部清水区高度不宜小于1.0m.<5>斜管下部布水区高度不宜小于1.5m.4.6.2已知条件<1>单组构筑物进水量<2>斜管沉淀池分两组。<3>颗粒沉降速度:<4>清水区上升流速:<5>采用塑料片热压六边形蜂窝管,管壁,边距<6>斜管倾角θ=60°设计计算1．单组构筑物进水量:2．清水区面积：,其中斜管结构占用面积按3%计,则实际清水区需要面积：。为了配水均匀,采用斜管区平面尺寸为,使进水区沿23.05m长一边布置。3．斜管长度L

①管内流速:②斜管长。考虑管端紊流、积泥等因素,过渡区采用250mm斜管总长：,按1000mm计。4．池子高度：采用保护高度：0.3m清水区：1.2m布水区：1.2m穿孔排泥斗槽高：0.8m斜管高度：池子总高：5.沉淀池进口采用穿孔墙,排泥采用穿孔管,集水系统采用穿孔管,以上各项计算均同一般沉淀池或澄清池设计。6．复算管内雷诺数及沉淀.式中水力半径：管内流速：运动黏度：<当t=20℃时沉淀时间：<沉淀时间T一般在4～8min之间>综上：沉淀池总长L=8.37m,总宽B=23.05m,总高H=4.37m,管内流速为2.89mm/s,沉淀时间为5.77min。集水槽设置8个,间隔1.7m；集泥槽设置8个,间隔1.7m。4.7过滤构筑物系统4.7.1设计参数设计水量为：<包括自耗水量>设计滤速采用,强制滤速；滤池采用单层石英砂均质滤料,冲洗方式采用：先气冲洗,再气-水同时冲洗,最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间,参数具体如下：1．冲洗强度第一步气冲冲洗强度；第二步气-水同时反冲洗,空气强度,水冲洗强度；第三步水冲洗强度。反冲洗横扫强度为。2．冲洗时间第一步气冲洗时间,第二步气-水同时反冲洗时间,单独水冲时间；冲洗时间共计为:；冲洗周期。4.7.2池体设计1．滤池工作时间：<式中未考虑排放初滤水>；2.滤池总面积F:3.滤池分格选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽,长,面积45m2,共四座,每座面积,总面积360m2；4.校核强制滤速: 的要求；5.滤池的高度确定滤池超高,滤层上水深,滤层厚度。承托层厚取。滤板采用厚预制板。滤板下布水区高度取；滤池的总高度为:；图4-1滤池高度计算简图6.水封井的设计滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径,不均匀系数。均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:式中:20℃时为0.0101；m0-滤层空隙率,取0.5；l0-滤层厚度,cm,；v-虑速,cm/s,；所以：根据经验,滤速为9-10m/h时,清洁滤料层水头损失一般为30-40cm,计算值比经验值低,取经验值的底限30cm为清洁滤料层的过滤水头损失。正常过滤时,通过长柄滤头的水头损失,忽略其他水头损失,则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为:。为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井出水堰顶标高与滤料层相同,设计水封井平面尺寸,堰底板比滤池底板低0.3m。水封井出水堰总高为:；因为每座滤池的过滤水量:。所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式:计算得:；则反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高。4.7.3反冲洗管渠系统:1.反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大,为,则：；V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量：；；2.反冲洗配水系统的断面计算配水干管进口流量应为1.5m/s,配水干管<渠>的截面积:；反冲洗配水干管选用钢管DN700,流速为1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管输送到气水分配渠,由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部布水区。反冲洗水通过配水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。配水支管或孔口的流速为1-1.5m/s左右,取。则配水支管<渠>的截面积:；此即配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各布置20个配水方孔,共40个,孔中心间距0.6m。面积:,每个孔口尺寸取。3．反冲洗用气量Q气的计算反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算,这时气冲的强度为,；4．配气系统的断面计算配气干管<渠>进口流速应为5m/s左右,则配气干管<渠>的截面积：；反冲洗配气干管用钢管DN600,流速为4.75m/s,反冲洗用空气,由反冲洗配气干管输送至气水分配渠,由气水分配渠两侧的布气小孔到滤池底部布水区,布气小孔紧贴滤板下缘,间距与布水方孔相同,共计40个,反冲洗用空气通过配气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。反冲洗配气支管流速或孔口流速应为10m/s左右,则配气支管<渠>的截面积为:；每个布气小孔面积:；孔口直径:；每孔配气量:；5．气水分配渠的断面设计对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大,因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计,气水同时反冲洗时反冲洗水量为:；气水同时反冲洗时,反冲洗时用空气的流量:；气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值,则气水分配干渠的断面积:4.8滤池管渠的布置4.8.1反冲洗管渠1．气水分配渠气水分配渠起端宽取1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m,则起端截面积0.6m2,末端截面积0.4m2。两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水方孔,孔间距0.6m,共40个配气小孔和40个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面积=0.0125m2﹤末端截面积0.4m2,满足要求。2．排水集水槽排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,气水分配槽起端高度为1.5m,则排水集水槽起端槽高:；气水分配槽末端高度为1.0m,则排水槽末端高度为:；底坡:3．排水集水槽排水能力校核由矩形断面暗沟<非满流,n=0.013>计算公式校核集水槽排水能力。设集水槽超高为0.3m,则槽内水位高：,槽宽：,取；湿周：；水流断面：；水力半径：；水流速度：过流能力：实际过水量：,满足要求。4.8.2进水系统1．进水渠四座滤池进渠过水流量按强制过滤流量计,渠中流速为0.8－1.2m/s,取。强制过滤流量：〔滤池工作时间＝23.9h；进水支渠水流断面积:A支=；进水支渠宽：,取b=0.7m,则高：,取h=0.7m考虑超高0.3m。则进水渠高为1.0m,考虑到施工方便,进水渠高与配水渠高相同,故取1.0m。四座滤池公用一个进水总渠,总渠流量：Q总=7.7×104×1.05=80850m3/d=0.940m3/s〔滤池工作时间＝23.9h；进水总渠水流断面积:；进水总渠宽：,取B=1.0m,高：,取H=1.0m考虑超高0.3m。则进水总渠高为1.3m。2．每座滤池的进水孔每座滤池由进水侧壁开3个进水孔。两侧进水孔口在反冲洗时关闭.中间进水孔孔口设手动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按孔口淹没出流公式计算.其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口两侧水位差取0.1m,；中间孔面积及表面扫洗水量的计算:；孔口宽:,取,则高；两个侧孔口设闸门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积:；侧孔高：,则高。3．每座滤池内设的宽顶堰为保证进水的稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。设宽顶堰堰上水头：,宽顶堰与进水总渠平行设置,与进水总渠侧壁相距0.5m,堰上水头由矩形堰的流量公式得,取宽顶堰堰宽b=5m。4．每座滤池的配水渠进入每座滤池的浑水经过宽顶堰溢流至配水渠,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽.滤池配水渠宽,渠高为1.0m,渠总长等于滤池总宽.则渠长.当渠内水深时,流速<进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去,每侧流量为>：,基本满足滤池进水管渠流速在的要求。4.8.3V型槽的设计1．扫洗水布水孔V型槽底部开有水平布水孔,表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀布置,内径一般为20～30,过孔流速为左右,本设计采用,。每座滤池V型槽的水平布水孔总截面积为：m2每座滤池V型槽的水平布水孔总数为：每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为,布水孔间距为0.15m。2．V型槽垂直高度的确定滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50～100mm,本设计采用：。根据孔口出流公式,则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面的高度h2为：扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50～150mm,本设计采用：。取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为：；反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式求得,其中为集水槽长,；Q反单为单格滤池反冲洗水量：,则反冲洗时排水集水槽的堰上水头h5为：V型槽的垂直高度为：；V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为：；V型槽的倾角采用。3．校核过滤时V型槽流速V型槽在滤池过滤时处于淹没状态,槽内设计始端流速不大于。V型槽过滤时始端的截面积为：单格滤池过滤时V型槽的流量为：滤池过滤时V型槽始端流速为：,满足要求。4．校核反冲洗时V型槽流速V型槽内设计始端流速不大于。V型槽反冲洗时始端的截面积为：单格滤池反冲洗时V型槽的流量为：滤池反冲洗时V型槽始端流速为：,满足要求.4.9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。加氯消毒操作简单,价格便宜,且在管网中有持续消毒杀菌作用。加氯方式分为过滤前加氯和滤后加氯,本设计采用后者。液氯气化成氯气的过程中需要吸热,可采用淋水管喷淋。按现行国家标准,氯与水接触30min后,出厂水游离余氯应大于0.3mg/L,或与水接触120min后,出厂水总游离余氯大于0.6mg/L。设计加氯量应根据实验或相似条件下水厂经验,按最大用量确定,并使余氯符合要求。一般水源的滤后或地下水加氯为0.5～1.0mg/L的运行。本设计最大投氯量为1.0mg/L。设计计算:<1>加氯量已知条件:设计水量Q1=93290m3/d=3887.08m3/h,清水池最大投加量a为1mg/L预加氯量为0清水池加氯量Q=0.001aQ1=0.001×1×3887.08=3.887kg/h二泵站加氯量不做考虑<2>加氯间仓库储备量按30d最大用量计算：M=3.887×30×24=2798.64kg〔3氯瓶配置选用1t的氯瓶4个,氯瓶长L=2020mm,直径D=800mm,公称压力2.2Mpa.加氯间中将氯瓶和加氯机分隔布置.加氯间有直接通向外部的门,保持通风.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.〔4加氯机的选择选用三台ZJ-Z型的转子加氯机,加氯量为5kg/h,外型尺寸为b×h=330mm×370mm,两用一备。〔5加氯间的布置水厂所在地主导风向为东南风,加氯间靠近滤池和清水池,设在水厂的西北部。在加氯间、氯库低处各设排风扇一个,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。设置漏气报警仪,当检测的漏气量达到2～3mg/kg时即报警,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。量氯瓶质量的液压磅秤放在磅秤坑内,磅秤面和地面齐平,使氯瓶上下搬运方便。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,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5mH2O。4.10清水池4.10.1已知条件设计水量Q=93290m3/d4.10.2设计计算<1>清水池调节容积取设计流量即最高日用水量的10%,则调节容积为：W1=10%×Q=10%×93290=9329m3<2>消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s连续灭火为2h,则消防容积为:W2=25×2×3600/1000=180m3<3>水厂自用水<用于冲洗滤池,沉淀池排泥等>的贮备容积为:W3=5%×Q已在设计流量考虑范围内<4>安全储量:不做考虑W4=0<5>清水池总容积为:W=W1+W2+W3+W4=9329+180+0=9509m3<6>水厂内建2座矩形清水池,容量为W/2=4754.5m3清水池有效水深取4.5m,超高0.3m,则清水池的平面尺寸为33m×33m.<7>清水池进水管按最高日平均时流量计算,直径为800mm.清水池出水管按最高日最高时流量计算,直径为800mm.溢流管与进水管直径相同为800mm,管端为喇叭口,管上不得安装阀门.排水管直径为600mm。<8>清水池设2个检修孔,孔顶设有防雨盖板.检修孔直径为600mm.池顶设8个通气管,并设有网罩。通气管直径为200mm.<9>考虑清水池容积较大,为满足抗浮要求,清水池池顶覆土0.5m.<10>清水池设有水位连续测量装置,供水位自动控制和水位报警之用.4.11二级泵站4.11.1设计流量和扬程二泵房的设计流量应为最高日最高时的水量最大时水量:4.11.2选泵根据流量和扬程,选用型号24SA-10型单级双吸中开离心泵4台,3用1备。配备相应的Y450-4型电动机4台。24SA-10型单级双吸中开离心泵性能〔见下表水泵型号流量〔扬程〔m转速〔r/min轴功率〔kw效率〔%24SA-10342071900738.8Y5003-6%Y450-4型电动机性能电机型号电机功率〔kw长度〔mm宽度〔mm高度〔mmY450-49001475800900电机采用单行顺序布置,便于吸、压管路直进直出布置,减少水力损失,同时也可简化起吊设备。真空泵选用SZB-8型水环式真空泵,电机为Y100L2-4。4.11.3吸水井吸水井水力停留t=4min,则吸水井容积,v取1.5m/s.吸水井尺寸应满足安装水泵吸水管进口喇叭口的要求.吸水井最高水位标高=清水池最高水位标高=0.500m吸水井最低水位标高=清水池池底标高-连接管道中的水损=-4.500-0.15=-4.650m吸水井长度21m,吸水井宽度4.2m.吸水井高度为3.8m.4.11.4泵房高度二泵房室内低坪标高为-2.000m,泵房所在的室外地坪标高为0.000m,二泵房室内地面低于室外2m.泵房为半地下室.选用LH5t电动葫芦双梁桥式起重机,泵房地面上高度为:H1=a2+c2+d+e+h+n=7.500,其中:a2为行车梁高度,c2为行车梁底至其重钩中心的距离；d为其重钩的垂直长度,e为最大一台机组的高度,h为吊起物底部与泵房进口处平台的距离．泵房地下高度H2=2.000m,则泵房高度H=H1+H2=7.500+2.000=9.500m4.11.5通风与抽水设备由于机组工作会产生大量的热,所以应该注意加设通风设备,检修孔,同时还应考虑到排水。通风设备4台T30-6直径为600mm的轴流风机,流量为10000m^3/h,电动机为JQ2-21。排水设备选用IS80-65-125A型水泵,流量Q=58m^3/s,扬程h=12m,电动机选用Y112M-2。第五章水厂平面和高程布置5.1水厂的平面布置水厂的基本组成分为两部分：〔1生产构筑物和建筑物,包括处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等；〔2辅助构筑物。其中又分生产辅助建筑物和生活辅助建筑物两种。前者包括化验室、修理部门、仓库、车库及值班宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。生产构筑物及建筑屋平面尺寸由设计计算确定。生活辅助建筑物面积按照水厂管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。生产辅助建筑物面积根据水厂规模、工艺流程和当地具体情况确定。当各构筑物和建筑物的个数和面积确定以后,根据工艺流程和建筑物及建筑物的功能要求,结合地形和地质条件,进行平面布置。处理构筑物一般均分散露天布置。集中布置比较紧凑,占地少,便于管理和实现自动化操作,单结构复杂,管道立体交叉多,造价较高。5.1.1水厂平面布置主要内容1.各种构筑物和建筑物的平面定位；2.各种管道、阀门及管道配件的布置；3.排水管〔渠等布置；4.道路、围墙、绿化及供电线路的布置等。5.1.2水厂布置应考虑下述因素：1．布置紧凑,以减少净水厂占地面积和生产构筑物间连接管的长度,以便操作管理,但是各构筑物间要有必要的距离；2．要充分利用地形,尽量做到土方量平衡以减少添、挖土方量和施工费用。3．各构筑物之间连接管应该简单短捷,尽量避免立体交错并考虑施工检修方便,此外应设必要的超越管线；4．沉淀池的排泥和虑池的排水方便,尽量靠重力排除,避免用排泥泵；5．构筑物的布置要注意风向,加氯间和氯库应尽量布置在主导风向的下风头；6．有条件时尽量使生产区和生活区分开；7．应考虑水厂的扩建的可能,留有发展的余地；8．水厂绿化面积应占水厂总面积的30%；9．水厂应设必要的道路。水厂内应设置通向各构筑物和附属建筑物的道路。一般可按下列要求设计：①主要车行道的宽度：单车道为3.5米,双车道为6米,并应有回车道。人行道路的宽度为1.5～2.0米。大型水厂一般可设双车道,中、小型水厂一般可设单车道。②车行道转弯半径不宜小于6米。10．水厂要充分绿化,并设围墙,其高度一般不宜小于2.5米。根据以上要求及水厂的规模决定的辅助构筑物平面尺寸。表5.1构筑物平面尺寸表名称长<m>宽<m>单位数量往复式隔板絮凝池22.6023.05组2斜管沉淀池8.3723.05组2双格V型滤池15.003.00组4清水池33.0033.00座2加药间10.0010.00个1加氯间15.0010.00个1二泵房20.0010.00个1化验楼10.008.00个1机修间18.0010.00个1仓库9.007.00个1食堂10.0010.00个1办公楼20.008.00个1浴室6.006.00个1传达室4.004.00个1管件堆配场6.006.00个1生产管线设计水厂的工艺流程布置,使水厂布置的基本内容,