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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

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