自来水厂设计说明

水质工程课程设计PAGEPAGE4水质工程课程设计第一章：总论一、设计原始资料（一）设计题目：佛山市三水区北江水厂工程设计（二）设计水量：Q=27×104m3/d（三）水源水质北江水厂水源为北江，北江全长为468米，总流域面积为46710km2，流域内植被条件良好，降雨量充沛。北江水厂水源取自北江干流水道河口饮用渔业用水区，北江水质目前保持良好，除总大肠菌群数为《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅲ类水标准外，其余水质指标均符合Ⅱ类水标准，可见取水河段水质良好。（四）处理要求执行《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006.第二章：总体设计一、设计计算内容水厂规模及水量确定：总水量：Q=270000×1.05=283500m/d二、水厂工艺方案确定及技术比较:1、给水处理厂工艺流程方案的选择及确定方案一：原水→一级泵房→静态混合器→往复式隔板絮凝池→平流沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房→用户方案二：原水→一级泵房→扩散混合器→折板絮凝池→斜板沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户2、方案技术比较：方案一方案二项目优缺点项目优缺点一泵站岸边直接取水优点：布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，应用广泛，适用在岸边地质条件较好时，取水可靠，维护管理较简单缺点：投资较大，水下工程量较大，施工期限长，合建式土建结构复杂，施工较困难。静态混合器优点：1.设备简单，维护管理方便2.不需土建构筑物3.在设计流量范围，混合效果较好4．不需外加动力设备缺点：1.水头损失较大2.运行水量变化影响效果扩散混合器优点：1.不需土建构筑物2.不需外加动力设备3.不占地缺点：混合效果受水量变化有一定影响往复式隔板絮凝池优点：1.絮凝效果较好2.结构简单，施工方便缺点：1.絮凝时间较长2.水头损失较大3.转折处絮粒易破碎折板絮凝池优点：1.絮凝效果好2.絮凝时间短缺点：1.构造复杂，水量影响絮凝效果平流沉淀池优点：1.造价较低2.操作方便，施工简单3.对原水浊度适应性强，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.占地面积较大2.不采用机械排泥装置时，排泥较困难3.需维护机械排泥设备斜板沉淀池优点：1.沉积效率高2.池体小，占地少缺点：1.斜管耗用较多材料，老化后尚需要更换，费用较高2.对原水浊度适应性较平流沉淀池差3.不设机械排泥装置时，排泥较困难，设机械排泥装置时，维护管理较平流沉淀池麻烦普通快滤池优点：1.有成熟的运转经验，运行稳妥可靠2.采用砂滤料，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，池深较浅4.可采用降速过滤，水质较好缺点：1.阀门多V型滤池优点：1.运行稳妥可靠2.采用砂滤料，材料易得3.滤床含污量大、周期长、滤速高、水质好4．具有气水反洗和水表面扫洗，冲洗效果好缺点：1.配套设备多，如鼓风机等2.土建较复杂，池深比普通快滤池深综上所述：方案一较合理。三、给水单体构筑物设计计算：（一）混凝剂配制和投加1.设计参数根据原水水质，参考有关净水厂的运行经验，选碱式氯化铝为混凝剂。最大投加量为20mg/L，最低为7.0mg/L，平均为12mg/L。碱式氯化铝投加浓度为10%。2.设计计算溶液池容积W1：W1=aQ/（417cn）式中：a—混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量，20mg/L;Q—处理的水量，283500m/d=11812.5m/h;c—溶液浓度（按商品固体重量计），10%；n—每日调制次数，3次。故W1=2011812.5/（417103）=18.9（m）溶液池设置两个，单池容积W’1W’1=W1/2=9.4（m）溶液池的形状采用矩形，长×宽×高=2.2m×2.0m×2.2m，其中包括超高0.2m。池底坡度采用3‰。溶液池旁有宽度为1.0m的工作台，以便操作与管理，底部设有放空管。溶解池容积W2：W2=0.3W1=0.3×18.9=5.67（m）取5.8m溶解池设置两个，单池容积W’2W’2=W2/2=2.9（m）溶解池的放水时间采用t=10min，则放水流量q0=W’2/（60t）=2.9×1000/（60×10）=4.83（L/s）溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。溶解池的形状采用矩形，长×宽×高=0.8m×0.7m×1.3m溶解池为地下式，池顶高出地面0.2m，以减轻劳动强度和改善工作条件，溶解池池壁设超高，以防止搅拌溶液时溢出。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了防腐措施。溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土，内壁衬以聚乙烯板。2.3药剂仓库考虑到远期发展，面积为150m2，仓库与混凝剂室之间采用人力手推车投药,药剂仓库平面设计尺寸为10.02.4用耐酸泵加转子流量计投加药剂。（二）静态混合器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%，构造如图所示。1．设计流量Q=45400m3/d=0.53m32．设计流速静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.12m3.混合单元数N=3混合器的混合长度L=2.5混合时间T=L/V=2.8S4.水头损失h=0.55.校核GT值G=1465.91/sGT=1465.9×2.8=4104.8均符合要求(三)往复式隔板絮凝池1．设计水量（包括自耗水量）Q=45400m3/d=1891.672．采用数据：廊道内流速采用5档：v1=0.5m/s，v2=0.4m/s，v3=0.35m/s，v4=0.25m/s，v5=絮凝时间：T=20min池内平均水深：H1=1.超高：H2=0.3m池数：n=23．计算计算总容积：W=QT/60=1891.67×20/60=630分为两池，每池净平面面积：F’=W/(nH1)=630.56/(2×1.8)=17池子宽度B：按沉淀池宽采用20池子长度（隔板间净距之和）：L’=176/20=8.8隔板间距按廊道内流速不同分成5档：α1=Q/(3600nv1H1)=1891.67/(3600×2×0.5×1.8)=0.29取α1=0.3m，则实际流速v1’α2=Q/(3600nv2H2)=1891.67/(3600×2×0.4×1.8)=0.37取α2=0.4m，则实际流速v2’α3=Q/(3600nv3H3)=1891.67/(3600×2×0.35×1.8)=0.42取α3=0.5m，则实际流速v3’α4=Q/(3600nv4H4)=1891.67/(3600×2×0.25×1.8)=0.取α4=0.6m，则实际流速v4’α5=Q/(3600nv5H5)=1891.67/(3600×2×0.2×1.8)=0.取α5=0.8m，则实际流速v5’每一种间距采取3条，则廊道总数为15条，水流转弯次数为14次。则池子长度（隔板间净距之和）：L’=3×(α1+α2+α3+α4+α5+α6)=3×(0.3+0.4+0.5+0.6+0.8)=7.8隔板厚按0.2m计，则池子总长：L=7.8+0.2×(15-1)=10.6按廊道内的不同流速分成5段，分别计算水头损失。第一段：水力半径：R1=α1H1/(α1+2H1)=0.3×1.8/(0.3+2×1.8)=0.1槽壁粗糙系数n=0.013，流速系数Cny1=2.5-0.13-0.75(-0.10)=0.1511故：第一段廊道长度：l1=3B=3×20=60第一段水流转弯次数：S1=3取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.3倍，则第一段转弯处v01=v1/1.3=0.375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：各段水头损失计算SnlnRnyv0vnCnhn13600.1850.15110.3750.48757.170.09623600.1800.15060.2850.3759.420.0533600.2200.15010.2230.2961.260.02943600.2570.14970.1850.2462.770.01953600.3270.14900.1310.1765.130.009H=∑hn=0.203GT值计算（t=20℃）G==41.45sGT=41.45×20×60=49740此GT值在104～105的范围内池底坡度：i=h/L=0.203/10.6=1.92％（四）平流沉淀池1.已知设计水量（包括自耗水量）：Q=45400m3/d=1891.67沉淀池个数：n=2沉淀池沉淀时间：T=1.5h池内平均水平流速：v=16有效水深：H=3.0m，超高：原水平均浑浊度为300mg/l2.设计计算(1)池体尺寸①单池容积WW=②池长LL=3.6vT=3.6×16×1.5=86.4③池宽B池的有效水深采用H=3.0m，超高采用0.3m，则池深为3.3m。则池宽B=采用20m（为配合絮凝池的宽度）每池中间设一导流墙，导流槽采用砖砌，导流槽宽为240mm,(2)校核池子尺寸比例长宽比：L/B=86.4/20=4.32>4符合要求长深比：L/H=86.4/3.0=28.6>10符合要求(3)进水穿孔墙沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长6m，墙高3.5m，有效水深3.0m穿孔墙孔眼形式采用矩形的半砖孔洞，其尺寸为15cm×8cm。孔洞处流速采用v0=0.2m/s,则穿孔墙孔洞总面积：Ω=孔洞个数：N=(4)出水渠①采用薄壁堰出水，堰口保证水平②出水渠宽度采用1m，则渠内水深为保证堰口自由溢水，出水渠的超高为0.1m，则渠道深度为0.5m。(5)排泥设施为了取得较好的排泥效果，可采用机械排泥。即在池末端设集水坑，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前端1/3左右沉淀池池长范围，因此沉淀池后端2/3池长范围排出的泥水往往含固率很低，导致水厂平流沉淀池的排泥水量消耗较多，实施水厂排泥水处理时就会相应增加排泥水处理成本。为了减少不必要的排泥水量消耗，必须通过合理排泥来提高沉淀池排泥水的整体含固率。池内存泥区高度为0.1m，池底有1.5‰的坡度，坡向末端积泥坑（每池一个），坑的尺寸为50cm×50cm×50cm排泥管兼沉淀池放空管，其管径d应按下式计算：d=采用250mm式中：H0—池内平均水深，m，此处为3.3+0.1=3.4m；t—放空时间，s，此处按3h计。(6)沉淀池水力条件复核1、水流截面积w=BH=5.5×3.3=16.52、水流湿周χ=2H+B=2×3.3+5.5=12.13、水力半径R4、雷诺数ReRe=vR/γ=1.6×136/0.01=21760符合要求5、弗劳德数FrFr=v2/（Rg）=1.62/（136×981）=1.9×10（在规定范围1×10-5～10-4内）（五）普通快滤池设计参数设计2组滤池，每组滤池设计水量为：Q=22700m3冲洗强度q=10L/(s·m2)，滤速：v1=10m/h设计计算2.1滤池面积及尺寸滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间为：T=24-0.1×24/12=23.8h滤池面积为：F=Q/(v1T)=22700/10×23.8=95.每组滤池单格数为N=6，布置成对称双行排列。每个滤池面积为：f=F/N=95.38/6=1采用滤池长宽比为：2左右，滤池设计尺寸为5.5m×3.0校核强制滤速v2为：v2=Nv1/(N-1)=6×10/(6-1)=12m2.2滤池高度承托层厚度，采用0.45m滤料层厚度，采用0.7m砂面上水深，采用1.7m保护高度，采用0.30m滤池高度H为：H=0.45+0.7+1.7+0.30=3.152.3每个滤池的配水系统1，干管干管流量：采用管径：干管始端流速：2，支管支管中心间距：每池支管数：每根支管入口流量：采用管径：采用始端流速：3，孔眼布置：支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%孔眼总面积：采用孔眼直径：每个孔眼面积：孔眼总数：，取756个每根支管孔眼数：，取18个支管孔眼布置设二排，与垂线成450夹角向下交错排列。每根支管长度：每排孔眼中心距：4，孔眼水头损失：支管壁厚采用：流量系数：水头损失：5，复算配水系统：支管长度与直径之比不大于60，则孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5，则干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.75-2.0，则符合孔眼中心距应小于0.2，则2.4洗砂排水槽洗砂排水槽中心距采用a=1.8m水槽设2根。排水槽总长l0=5q0=ql0a=10×5.5×1.8=99L采用三角形标准断面，槽中流速采用v0=0.9m排水槽断面尺寸为：x=0.5(q0/1000v0)0.5=0.166排水槽底厚度用0.05m，砂层最大膨胀率45％，砂层厚度0.7m洗砂排水槽顶距砂面高度：砂石排水槽总面积为：F0/f=3.74/15.89=23.3％<25％符合要求2.5滤池的各种管渠计算A．总进水管设一条，进水管的流量为0.263m3渠中流速为1.02m/s，进水渠断面采用宽0.65m，渠中水深0.4m，各个滤池进水管流量B．反冲洗水管流量为qf=10×15.89=158.9L/S，采用管径350mm，管中流速为C．清水管清水总流量为进水总流量即0.263，每个滤池清水管的流量为0.132m3/s,采用管径350mmD．反冲洗水排水排水流量为0.284m3/s，管中流速为1.45m/s采用排水管的管径为500mm。E．反冲洗高位水箱冲洗水箱容积：V=1.5fqt=1.5×0.01589×10×6×60=85.81水箱高度：水箱底到滤池配水间的沿途及局部损失之和为：h1=1.0m配水系统水头损失为承托层水头损失：滤料层水头损失：安全富余水头：h5=1.5m冲洗水箱底应高于洗砂排水槽面：2.6配气系统设置供气方式采用空压机通过中间储气罐向滤池送气。（六）消毒1.已知条件水厂设计水量：Q=45400m3/d=1891.67采用滤后水加液氯消毒加氯量取1.0mg/L仓库储量按30d计算加氯点在清水池前2.设计计算2.1加氯量QQ=0.001×1.0×1891.671.892kg/h2.2储氯量GG=30×24×1.892=1362.3kg2.3氯瓶数量采用容量为500kg的焊接液氯钢瓶，共32.4加氯机数量采用加氯机2台，交替使用2.5加氯间、氯库加氯间靠近氯池和清水池。因与反应池距离较远，无法与加药间合建。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。称量氯瓶质量的液压磅称在磅称坑内，磅称面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。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。（七）清水池水厂内建两座清水池，每座有效容积为：清水池调节容积取设计水量的12%，则调节容积为5448消防用水量按同时发生两次火灾，一次灭火用水量取25L/s，连接灭火时间为2h,则消防容积180m3安全贮水量：0排泥冲洗沉淀时用水量取设计水量的5%为2270总容积：7898m3池深采用h=5m则清水池平面面积为A=V/h=7898/5=1580，采用边长33m的正方形。超高0.3m，则清水池净高度为5（四），泵站的设计计算1．一泵房采用三台水泵，四根吸管,其中一条备用,则每条吸水管设计流量为44100/3=15133m3/d=631m3/h.输水管D=600mm,1000i=2.4m,管长L=1.6km.水头损失为H1=1.6*2.4=3.84m，管式静态混合器的水头损失H2=0.5m,絮凝池与取水口最低水位之差为H3=3.5-(-3)=选用300S12型水泵，其扬程为12m，流量为790m3/h.一泵房的埋深：5m，泵房地面上高度为:4m，则泵房高度为:H=5+4=9m一泵房的平面尺寸为：10*8*92，由于资料缺省，无法知道二泵站的最高送水压力，可按6层楼计算，其服务水头为28m,考虑管网的水头损失，取二泵站的扬程为45米。二泵站采用分级供水，流量为45400/24=1891.67m³/h，选水泵型号为300S58,2用1备，电机型号为JS2-355-M2-4水泵主要参数流量（m³/h）扬程/m转速（r/min）效率η（%）气蚀余量（m）进口直径(mm)出口直径(mm)576-97250-65145074-884.44003503，水泵吸水管水头损失吸水管长8米，直径DN1=700mm,v1=1.37m/s,1000i=3.2m;压水管长5.5m,直径DN2=600mm,v2=1.9m/s,1000i=7m.计算见下表：吸水管局部水头损失计算表名称喇叭口90°弯头闸阀渐缩管水泵进口DN/mm1000700700-400700-400400数量11111局部阻力系数0.30.680.060.21.0流速(m/s)1.371.371.372.692.69水泵吸水管水头损失为：h1=(0.3+0.668+0.06)×1.37²+1.2×2.69²/19.6+3.2×8/1000=0.57m水泵轴心标高为：Z=Z1+Zs=-0.5+6+（10.3-10.3）-0.81=4.69m,其中Z1二泵房室内低坪标高为：4.6-0.1-0.9=3.6m,其中，0.1为水泵基础高处是内地坪高度，0.9为水泵底座至轴心的高度。泵房所在的室外地坪标高为6.0m4，泵房高度：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=1400+1120×1.2+1270+100+200=4.3式中，a2为行车梁高度，c2为行车梁底至其重钩中心的距离，a2+c2=1400mm；d为其重钩的垂直长度，电机宽1120mm,e为最大一台机组的高度，1270mm;h为吊起物底部与泵房进口处平台的距离，２00mm；n为100mm．泵房地下高度H2=2.4m,则泵房高度H=H1+H2=4.3+2.4=(五），水厂平面布置及附属构筑物确定（1）布置紧凑，以减少水厂占地和连接管渠的长度，但是各构筑之间应留出必要的施工和检修空间和管道位置。（2）充分利用地形，力求挖填方平衡以减少施工量。（3）各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外应设置必要的超越管道。（4）沉淀池排泥或澄清池排泥及滤池冲洗废水排除方便，力求重力排污。（5）厂区内应有管、配件等露天堆场。（6）建筑物布置应注意朝向和风向。（7）有条件时最好把生产区和生活区分开。（8）应考虑水厂扩建可能。（9）根据水厂的平面形状，将生产流程布置成直线型，生产区和生活区之间用车道各开，水厂外围设置绿化带。水厂的附属建筑按功能分生产性和生活性两大类。生产性包括：化验室，机修间，车库，办公用房等；生活性包括：食堂，浴室，传达室，宿舍等。此外水厂内其他一些建筑物；如堆场，车棚，围墙。水厂的基本组成分为两部分：（1）生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物和清水池、二级泵房、药剂间等；生产构筑物和建筑物尺寸（长*宽*高）(m)吸水井20*2*5一泵房10*8*9往复式隔板絮凝池8.2*2