某市地表水水厂课程设计

第一章概述设计任务及依据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（1）生活用水该城市新区位于广东南部，珠江岸边。市区规划人口数30万人；给水普及率按88%考虑；房屋平均层数为6-7层。城市用水量较均匀，时变化系数为1.44。（2）工业用水该城市有工业企业4家，位置如城市总体规划布置图所示。用水量情况如表2所示：**市新区工业企业用水量情况统计表编号厂名企业用水量（m33/d）水压(kg/cm2)生产班制（时间）A化工厂60002.58，16B纺织厂40002.58，16C制药厂100002.57，15，23D食品厂100002.57，15，23注：上述各厂供水水质要求同生活用水。（3）其他绿化浇洒道路每日以500m3计。未预见水量及管网漏失水量占最高日用水量的20%。原水水质资料编号项目单位分析结果附注1色度度202浑浊度mg/Ｌ200-150003嗅和味度合格4PH值7.75总硬度mg/Ｌ250以CaCO3计6铜mg/Ｌ0.87锌mg/Ｌ0.28锰mg/Ｌ0.019砷mg/Ｌ0.00210细菌总数个/Ｌ28011大肠菌群个/Ｌ73地形地貌地形较平坦，平均海拔高度在223-233米之间。2.2.5工程地质及水文地质工程地质良好，适宜于工程建设，地质构造一般皆为四层：（1）表土或耕土厚0.5m左右；（2）粘土及砂质粘土，即第四纪土层，厚8m左右，耐压力2kg/cm2以上；2.3设计任务与步骤根据所给原始资料，进行城市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5％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，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二张；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）给水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：（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。第二章给水厂的设计步骤及工艺选择1.水厂设计流量的计算根据所提供的已知资料：市区规划人口数N=30万人；给水普及率f=88%；综合用水定额：q=240综合生活用水量：Q1=fqN=88%×240×300000=63360/d工业生产用水量：Q2=6000+4000+10000+10000=30000/d浇洒道路和绿地用水：Q3=500/d未预见水量和管网漏失水量：Q4=20%×（Q1+Q2+Q3）=20%×（63360+30000+500）=18772/d消防用水量：Qx=qxNx=55×2=110L/d最高日用水量：Qd=Q1+Q2+Q3+Q4=63360+30000+500+18772=112632/d所以，水厂最高日用水量：Q=αQd=1.05×112632=118263.6/d取水厂总设计供水能力120000/d。2.给水处理工艺流程的选择2.1原水水质与处理标准对照分析项目单位原水处理标准分析结果色度度20≤10需处理浑浊度mg/Ｌ200-15000≤1度需处理嗅和味度合格合格PH值7.7合格总硬度mg/Ｌ250≤450合格铜mg/Ｌ0.8≤1.0合格锌mg/Ｌ0.2≤1.0合格锰mg/Ｌ0.01≤0.1合格砷mg/Ｌ0.002≤0.05合格细菌总数个/mＬ280≤100需处理大肠菌群个/Ｌ73≤3需处理附注：总硬度以CaCO3计根据原水水质资料可知：原水中色度20度，浑浊度200—1500mg/L，细菌总数280个/L，大肠菌数73个/L，以上四项均超标。而其他项均符合水质要求。实际水质标准要求如上表所示，所以原水应属于高浊度水，对水的处理工艺选择应着重在与处理水的浊度。2.2水厂工艺流程选择给水处理工艺方法和工艺的选择，应根据原水水质及设计生产生产能力等选择，由于水源不同，水质各异，生活饮用水处理系统的组成和工艺流程也多种多样。当以地表水作为水源时，处理工艺流程通常包括混合、絮凝、沉淀及消毒。因此，根据实际情况可初步制定工艺流程。图示如下：附注：混凝剂选择聚合氯化铝（PAC）折板絮凝池与平流沉淀池合建滤池选用V型滤池2.3水厂设计规模水厂工艺设计，水厂自用水量按供水量的%计算，总设计供水能力120000/d。水厂构筑物及设施含配水井、加药间、药库、加氯间、氯库、絮凝池、沉淀池、滤池、清水池等。2.4水处理构筑物设计计算2.4.1配水井的设计已知：设计总进水量：Q=120000/d=5000/h，流量充满配水井的时间为T=6min=0.1h，则：配水井容量V=QT=5000×0.1=500设配水井水深H=8m，宽为B=6m，长为L=10.5m。则：配水井设计尺寸应为V=HBL=8×6×10.5=5042.4.2管式静态混合器的设计（1）已知条件：设计总进水量：Q=120000/d=5000/h设计进水管流速应在1.0—1.2m/s，所以进水管采用2条DN900。（2）设计计算：进水管流速v根据d=900mm，q=120000/(3600×24×2)=0.69/s=690L/s查水利计算表知v=1.08m/s,符合要求。混合器选择：选用管式静态混合器，规格DN900，静态混合器采用三节，静态混合器总长4600mm，混合器井占地面积采用7.2m×5m。2.4.3折板絮凝池的设计（1）已知条件：设计进水量：Q=120000/d=50000/h（2）设计计算：絮凝池设2组，取絮凝时间T=7min，水深H=3.2m则每组絮凝池的流量：Q=120000/2=60000/d=2500/h=0.69/s每组絮凝池的容积：W=Qt/60=2500×7/60=291.7每组池面积：f=W/H=291.7/3.2=92絮凝池长度取L=16m，则净宽b=f/L=92/16=5.75m，取6m。将其垂直水流方向分8格，每格净宽2m，平行水流方向分6格，每小格长1m，共分48格，单格面积2m×1m。絮凝过程分三段，第一絮凝段采用多通道同波折板，v=0.3m/s;第二絮凝段采用多通道同波折板，v=0.2m/s;第三絮凝段采用直板，v=0.1m/s。折板采用钢丝水泥板，折板宽0.5m，厚0.035m，折角90度，折板净长1.0m。采用钢筋混凝土墙，外墙厚采用300mm，内墙采用250mm，则絮凝池实长：16+0.3×2+0.25×7=18.35m实宽：6+0.3+0.25×6+1=8.8m2.4.4平流沉淀池的设计（1）已知条件：水厂设计总水量：Q=120000/d=5000/h，沉淀池采用n=2，沉淀时间1.5h，池内平均水平流速v=10mm/s。（2）设计计算：单池的处理水量为：Q=Q/2=120000/2=60000/d=2500m/h=0.69/s。池体尺寸：Ⅰ）单池容积W=Qt/n=5000×1.5/2=3750Ⅱ）平流沉淀池与絮凝池配合取池净宽B=（18.35－0.3×2）=17.75m，有效水深H=3.5m，则池长L=W/BH=3750/(17.75×3)=70.4m（取71m）Ⅲ）每池中间设一导流槽，导流槽采用砖砌，导流槽宽为240mm，则沉淀池每格宽度b=（17.75－0.24）/2=8.76mⅣ）校核池子尺寸比例长宽比L/b=70.4/8.76=8.0＞4符合要求；长深比L/H=70.4/3=23.5＞10符合要求；沉淀池水平流速v=L/t=70.4×1000/1.5×3600=13.0mm/s符合要求。Ⅴ）进水采用穿孔墙布水（3）排泥设施：采用虹吸式机械吸泥机排泥。Ⅰ）干泥量Q干=60000×（1000－10）/1000000=59.4/d。设含水率为98%。Ⅱ）污泥量Qs=Q干/（1－98%）=59.4/0.02=2970/d=123.75/h。Ⅲ）吸泥机往返一次所需时间t=2l/v=2×70.4/1=140.8min（栅车行进速度v=1m/min）Ⅳ）虹吸管计算设吸泥管排列数为10根，管内流速为1.5m/s，单侧排泥管最长虹吸管长l=22.5m。采用连续式排泥，管径：选用DN50水煤气管v=1.46。Ⅴ）吸口的断面确定吸口的断面与管口断面积相等。已知吸管的断面积A=设吸水口长为l=0.2m。则吸口的宽度b=A/l=0.002/0.2=0.01m。Ⅵ）吸泥管路水头损失计算则局部水头损失管道部分水头损失：含水率98%，一般为紊流状态。总水头损失：考虑管道使用年久等因素，实际H=1.3h=1.3×1.92=2.5m。排泥槽总长取68m，宽0.8m,深1.0m。引流泵选用YQX-5X型潜水泵。沉淀池放空管直径：管径采用300mm。沉淀池水力条件校核：水力半径：弗劳德数：该值在规定范围内。（4）集水系统采用两侧孔口自由出流式集水槽集水。Ⅰ）集水槽个数N=8Ⅱ）集水槽的中心距：Ⅲ）槽中流量：考虑到池子的超载系数为20%，故槽中流量：Ⅳ）槽的尺寸槽宽：槽长：取槽长L=10mm，则堰上负负荷为600000/（10×8××2）=375/((m*d)＜＜500,符合要求。起点槽中水深：HH=0.755b=0.775×0.44=0.3mm终点槽中水深：HH=1.255b=1.225×0.44=0.5mm为了便于施工，槽槽中水深统一一取H=0.55m计。Ⅴ）槽的高度H，集集水方法采用用孔口自由出出流，孔口深深取0.07m，跌落高度取0.05m，槽起高取0.15m，则集水槽高高度：V型滤池的设计（1）已知条件：水厂厂设计总水量量：Q=1200000/dd=50000/h，滤速v=8mm/h。（2）设计计算：Ⅰ）滤池工作时间：：Ⅱ）滤池总面积：FF=Q/vTT=1200000/（8×23.9）=627..6m2Ⅲ）滤池的分格：选选双格滤池，池池底版用混凝凝土，单格宽宽4m，长14m，面积56m2，分为并列列的两组，每每组3座，共6座，每座面面积112m2，总面积672m2Ⅳ）滤池高度的确定定滤池超高：H5==0.3m；；滤层上的水深：HH4=1.5mm；滤料厚度：H3==1.0m；滤板厚度：H2==0.13mm；滤板下布水区高度度：H1=0.9mm；则滤池总高：H==3.83mm。Ⅴ）V型槽设计槽底设表扫水出水水孔，直径：：dv孔=0.0225m，间隔0.15m。取V型槽底高度低于扫扫水出水孔0.15m。根据潜孔出流公式式表面扫洗时V型槽内水位位高出滤池反反冲洗液面反冲洗时的排水集集水槽的堰上上水头由矩形形堰的流量公公式：2.4.6清清水池的设计计（1）已知条件：水厂厂设计总水量量：Q=1200000/dd（2）设计计算：清水池的调节容积积取设计水量量的10%，则调节容容积：V=11200000×10%==120000消防用水量按同时时发生两次火火灾，一次灭灭火用水量取取55L，连续灭火火时间为2h，则消防容容积：VV=55×22×36000/10000=396根据本水厂选用的的构筑物特点点，水厂自用用水储备容积积V=0。清水池总总容积为：V=V+V++V=122000+3396+0==123966清水池设两个，有有效水深取H=4.55m，则单池面积积为：f=V/2H=112396//(2×4.5))=13777.3m2取B×L=46×330=13880m2。超高取0.5m，则清水池池净高度取5.0m。加药间、药剂仓库库、二级泵站站、配电房及办公公楼的设计加药间、药剂仓库库、二级泵站站、配电房及及办公楼不是是本设计的重重点，在此说说明中不做详详细计算。3.水厂各处处理构筑物平平面布置的依依据说明及特特点3.1平面布布置综述水厂平面布置是综综合性很强的的设计工作，它它不仅需要考考虑工艺的要要求，还需要要结合土建、电电气、建筑、环环境等因素进进行综合考虑虑。地形条件件、地质条件件、气象条件件、发展要求求、环境等的的影响都是平平面布置的影影响因素。设计规划过程中要要综合考虑水水厂工艺的水水力流程、场场地平整、净净水构筑物的的系列、厂区区管道、附属属建筑、道路路绿化等要素素。力求达到到净水厂布置置的基本原则则：流程合理理、管理方便便、节约用地地、环境优美美、并能与今今后发展合理理结合。3.2本设计计平面布置根据前面的设计计计算可以确定定各处理构筑筑物的几何尺尺寸。（1）配水井水深8mm，宽为6m，长为10.5m。（2）混合器井占地面积积采用7.2m××5m。（3）折板絮凝池长为88.8m，宽18.355m，深3.5mm。（4）平流沉淀池长为771m，宽18.355m，深3.3mm。（5）滤池采用双格滤池池，单格宽4m，长14m；共两组，每每组长为45m，宽20m，深4m。（6）清水池长46mm，宽30m，深5m。附注：其他构筑物物尺寸查阅给给排水设计手手册。本水厂的平面布置置如附图一所所示。根据草草图附图一绘绘制A1号水厂总平平面布置图。该平面布置为折角角式，较充分分的利用了所给给地形。整体体上布局合理理，工艺流畅畅，简洁大方方。4.水厂高程程布置4.1高程布布置综述在处理工艺流程中中，各构筑物物之间水流应应为重力流。两两构筑物之间间的水面高差差即为流程中中的允许流速速水头损失，包包括构筑物本本身、连接管管道、计量设设备等水头损损失在内。水水头损失通过过计算