水质工程1剖析

《水质工程学》课程设计说明书姓名班级：水10-2学号：100070235时间：2013年5月第一部分设计任务和要求设计题目某净水厂设计设计任务水厂平面布置及高程布置设计时间2013年5月27-2013年6月7日详细要求书写说明书一份包括以下内容：设计任务及要求；工艺流程及论证；构筑物计算；凝合剂、助凝剂和消毒剂的选择。2.①水厂平面布置图。要求：绘出工艺管线，绘排出、超越管线，标出消毒剂投加点；要有和厂区分开的生活区、综合楼；要有预留地、堆场、围墙大门，要考虑厂区规划和厂区道路。②高程图要求：标出水面标高、池底标高，要表示清晰，可不按比例（相对标高）。③任选一构筑物的平、剖面图要求：要表示清晰规划，要有尺寸；全部图纸都要有图标、比例及必要的说明。④主要构筑物及设备一览表（最终写在平面图上）⑤原始资料：设计用水量：85000m³/d水厂所在地区:长春地区以河水为水源，河水受到污染，水质分析报告如下：指标单位数值浊度NTU最大800，平均100色度度13水温℃1-22PH-总硬度CaCO3380总大肠菌群个/L650耗氧量7BOD55氨氮0.9COD20氯仿0.09其次部分工艺流程设计及评价设计流量（产水量）Q=85000x1.08=91800m³/d=3825m³/h=1.0625m³/s流程设计预氯Cl2原水→静态混合器→机械絮凝池→斜管沉淀池→一般快滤池→出水硫酸铝(+活化硅酸助凝)流程论证由于原水受到污染，须要预处理(流程采纳预处理+常规处理)，预氯投加，即在长距离输水管的起始点加氯。仓库储量按30天计，加氯点在清水池前混合采纳管式静态混合器。优点：构造简洁，无活动部件，安装维护管理便利，混合快速而匀称，混合效果好。缺点：运行水量改变影响效果，水头损失较大。絮凝采纳机械絮凝池优点：絮凝效果好，水头损失小，可适应水质水量的改变。缺点：需机械设备和常常修理。沉淀采纳斜管沉淀池优点：沉淀效率高，池体小，占地少。缺点：须要维护机械排泥设备，水力排泥时排泥困难，维护管理麻烦。过滤采纳一般快滤池双层滤料优点：滤速比单层的高，含污实力较大(约为单层滤料的1.5~2.0倍)，工作周期较长，无烟煤做滤料易取得，成本低。缺点：滤料径粒选择较严格，冲洗时要求高，常因煤粒不符合规格发生跑煤现象，煤砂之间易积泥。消毒氯消毒优点：经济有效，运用便利，运用广泛阅历丰富。缺点：受污染的水经过氯处理后产生有害身体健康的副产物。设计计算及单体构筑物计算混合设备考虑设絮凝池2座,混合采纳管式混合。进水管采纳两条,每个混合器设计流量为Q=1.06m³/s÷2=0.53m³/s进水管采纳钢管,直径为DN700,查设计手册1册,设计流速为0.99m/s，1000i=1.8m，混合管段的水头损失。小于管式混合水头损失要求为0.3-0.4m。这说明仅靠进水管内流速不能达到充分混合的要求。故需在进水管内装设管道混合器,本设计举荐采纳管式静态混合器，管式静态混合器示意图见图。管式静态混合器采纳静态管式静态混合器2个。每组混合器处理水量为0.53m³/s，水厂进水管投药口至絮凝池的距离为30m，进水管采纳两条DN700钢管。水平轴式机械絮凝池计算2.1机械絮凝池设计水量机械絮凝池设成两座。总设计规模为91800/d，分成两组，每组流量为45900/d。则设计水量为Q=45900/d÷24=1912.5/h2.2机械絮凝有效容积设絮凝时间为20分钟，则有效容积为：絮凝池分为3格，每格尺寸为4.2×4.2m，水深取3.6m，每根水平轴上安装3个搅拌器，絮凝池实际容积为571.5m³池超高0.3m，总高度为3.9m.2.3搅拌设备(1)搅拌器尺寸水池长度L≥αZHL=1.3×3×3.6=14m池子宽度：搅拌器长度：L=(12.6-4×0.2)/3=3.9m满意距池壁距离≤0.2m要求）×2=3.3m搅拌器外缘距水面和池底距离要求为0.15m。每个搅拌器上装有4块叶片，叶片宽度采纳0.2m，每根轴上桨板总面积为3.9×0.2×4×3=9.36㎡，占水流截流面积12.6×3.6=45.36㎡的20.6％。（2）每个搅拌器旋转时克服水阻力所消耗的功率：各排叶轮桨板中心点线速度采纳：V1=0.5m/s;V2=0.35m/s;V3=0.2m/s。叶轮桨板中心点旋转直径：D。=3.3-0.2=3.1m。叶轮转数及角速度分别为：第一排：n2===3.08r/min,1=0.308rad/s其次排：n2===2.16r/min,2=0.216rad/s第三排：n3===1.24r/min,3=0.124rad/s桨板长宽比b/l=0.2/3.9=0.05＜1，查表得ψ=1.10K=式中k-系数ψ-阻力系数-水的密度（一般采纳1000㎏/m³）g-重力加速度（m/s2）k=1.10×1000/2×9.81=56第一排每个叶轮所耗功率：N1===0.187kw同理，可求得其次，三排每个叶轮所消耗功率分别为0.064、0.012kw。（3）电动机功率：第一排所需功率为N01=0.187×3=0.561kw其次排所需功率为N02=0.064×3=0.192kw第三排所需功率为N03=0.012×3=0.036kw设三排搅拌器何用一台电动机带动，则絮凝池所耗总功率∑N0为∑N0=0.561+1.192+1.036=0.789kw电动机功率（取η1=0.75，η2=0.7）N==1.50kw(4)核算平均速度梯度G值及GT值（按水温20℃计，μ=102×10-6kg·s/㎡）：第一排：G1==×103=51S-1其次排：G2=30S-1第三排：G3=13S-1

絮凝池平均梯度：G==6=35S-1GT=35×20×60=4.2×104经核算，G值和GT值均较合适。斜管沉淀池的计算絮凝池设独立的两组，故沉淀池与之相对应，设2组。采纳斜管沉淀池,每组设计流量为1912.5m³/h=0.531m³/s。3.1平面尺寸计算（1）沉淀池清水区面积A=Q/q=1912.5/9=212.5㎡（2）沉淀池长度及宽度：设计中取沉淀池长度L=24m则长度B=A/L=212.5/24=8.8取9m为了配水匀称，进水区布置在24m长度方向一侧。（3）沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.2+0.87+1.0+0.83=4.2m3.2进出水系统（1）沉淀池的进水部分设计沉淀池的配水，采纳穿孔花墙进水方式，则孔口总面积为：A=式中：A-孔口总面积（㎡）V-孔口流速（m/s）；一般取值不大于0.15-0.20m/s。设计中取0.2m/sA==2.66㎡每个孔口的尺寸定为15cm×8cm,则孔口数为222个。进水孔位置应在斜管以下，沉泥区以上部位。（2）沉淀池出水部分设计沉淀池的出水采纳穿孔集水槽，出水口流速v1=0.6m/s,则穿孔总面积：A3=式中A3-出水孔口总面积（m2）；A3==0.89㎡设每个孔口的直径为4cm，即每个孔口的面积F=π/4*0.042=0.001256m2则孔口的个数N=A3/F=0.89/0.001256=708个设每条集水槽的宽度为0.4m，间距1.5m，共设10条集水槽，每条集水槽一侧开孔数为40个，孔间距为20cm。10条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度0.8m，深度1.0m。设计进口阻力系数δ取2孔口水头损失：∑h1=（δv12）/2g=（2*0.62）/（2*9.8）=0.037m集水槽内水深取0.4m，槽内水流速度取0.38m/s，设计槽内水力坡度i取0.01，设计集水槽长度l取10m，则槽内水头损失∑h2=il=0.1m则出水总水头损失之和为：∑h=∑h1+∑h2=0.037+0.1=0.137m，设计时取0.15m（3）沉淀池斜管选择：设计中，斜管长度取1.0m，采纳塑料片热压六边形蜂窝管，管厚0.4mm，管径30mm，水平倾角60°（4）沉淀池排泥系统采纳穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管径200mm，管上开孔孔径5mm，孔间距15mm。沉淀池底部为排泥槽，共12条。排泥槽顶宽2.0m，底宽0.5m，斜面与水平夹角约为45°，排泥槽斗高0.83m。(5)校核1)雷诺数Re，设计斜管安装倾角为60°，则斜管内水流速度v2=Q/A1sinθ=0.531/(191.6*sin60°)=0.0032m/s=0.32cm/s设计中当水温20℃，水的运动粘度为0.01cm2/s，水力半径R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm，则雷诺数Re=(0.75*0.32)/0.01=24<500，即满意要求2）弗劳德数FrFr=v22/Rg=(0.32*0.32)/(0.75*981)=1.39*10-4（在10-3～10-4之间），满意要求3)斜管中的沉淀时间设计斜管长度取1.0m，T=l1/v2=1.0/0.0032=312.5s=5.2min，（一般T在2～5min）基本满意要求.一般快滤池的计算采纳2座双层滤料（石英砂+无烟煤）一般快滤池。4.1平面尺寸计算（1）滤池总面积每座滤池的设计水量Q=91800÷2=45900m³/d设计数据：滤速v=10m/h冲洗强度q=14L/(s·㎡)冲洗时间为6min滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间T=24-0.1×24/12=23.8hF===193㎡（2）单池面积采纳滤池数N=6，单行排列，每个滤池面积为f===32㎡采纳滤池长宽比：L/B=1.5左右设计中取：L=6.8m，B=4.6m,滤池实际面积f=6.8×4.6=31.3㎡。实际滤速v=45900/(6×6.8×4.6×23.8)=10.3m/h当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速为：v丿===12.36m/h4.2滤池高度支撑层高度：H1采纳0.40m滤料层高度：H2采纳0.70m滤层上水深：H3采纳1.80m超高（爱护高度）：H4采纳0.30m滤池总高H=H1+H2+H3+H4=0.40+0.70+1.80+0.30=3.20m4.3配水系统（每只滤池）（1）干管干管流量：qg=fq=14×31.3=438L/s采纳管径：dg=700mm（干管应埋入池底，顶部设滤头或开孔布置）干管始端流速：vg=-3==1.14m/s（在1.0-1.5m/s范围内）（2）支管支管中心间距:采纳α=0.25m每池支管数：nj=×2=6.8/0.25×2≈54根每根支管入口流量:qj===8.1L/s采纳管径：dj=75mm支管始端流速：vj===1.83m/s（在1.5-2.0m/s范围内）(4)孔眼布置支管孔眼总面积与滤池面积之比K采纳0.25％孔眼总面积：Fk=Kf=0.25％×31.3=0.078㎡=78000mm2采纳孔眼直径：dk=9mm每个孔眼面积：fk==0.785×92=63.5mm2孔眼总数：Nk=Fk/fk=78000÷63.5≈1228个每根支管上孔眼数：nk=Nk/nj=1228÷54=23个支管孔眼布置成2排，与垂线成45°夹角向下交织排列。每根支管长度：lj=(B-dg)=0.5(4.6-0.7)=1.95m孔眼中心距：ak==1.95×2/23=0.17m(5)孔眼水头损失支管壁厚采纳：σ=5mm流量系数：μ=0.68水头损失：hk=()2=()2=3.5m(6)复算配水系统支管长度与直径之比不大于60，则lj/dj=1.95/0.075=26＜60孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5，则Fk/njfj=0.078/54×0.785×0.0752=0.33＜0.5干管横截面积与支管总横截面积之比，一般为1.75-2.0，则fg/njfj=0.785×0.72/54×0.785×0.0752=1.61≈1.75孔眼中心距应小于0.2，则ak=0.17＜0.2m4.4洗砂排水槽洗砂排水槽中心距，采纳a0=2.3m排水槽根数：n0=4.6/2.3=2根排水槽长度l0=L=6.8m每槽排水量：q0=ql0a0=14×6.8×2.3=219L/s采纳三角形标准断面。槽中流速，采纳v0=0.6m/s槽断面尺寸：x===0.30m排水槽底厚度，采纳σ=0.05m砂层最大膨胀率：е=40％砂层厚度：H2=0.7m洗砂排水槽顶距砂面高度：He=eH2+2.5x+σ+0.075=0.4×0.7+2.5×0.30+0.05+0.075=1.16m洗砂排水槽总平面面积：F0=2xl0n0=2×0.30×6.8×2=8.16㎡复算：排水槽总平面面积与滤池面积自闭，一般小于0.25，则F0/f=8.16/31.3=0.26≈0.25基本满意要求。4.5滤池各种管渠计算（1）进水：进水总流量：Q1=45900m³/d=0.531m³/s采纳进水渠断面：渠宽B1=0.75m,水深为0.6m渠中流速：v1=1.18m/s各个滤池进水管流量：Q2=0.531/6=0.089m³/s采纳进水管直径：D2=300mm管中流速：v2=1.26m/s（2）冲洗水冲洗水总流量：Q3=qf=14×31.3=0.438m³/s采纳管径：D3=500mm管中流速：v3=2.23m/s（3）清水：清水总流量：Q4=Q1=0.531m³/s清水渠断面：同进水渠断面，便于布置。每个滤池清水管流量：Q5=Q2=0.089m³/s采纳管径：D5=300mm管中流速：v5=1.26m/s(4)排水：排水流量：Q6=Q3=0.438m³/s排水渠断面：宽度B6=0.8m,渠中水深0.5m渠中流速：v6=1.1m/s(5)冲洗水箱（或水泵）：冲洗时间：t=6min冲洗水箱容积：W=1.5qft=1.5×14×31.3×6×60=237m³水箱底至滤池配水管间的沿途及局部损失之和h1=1.0m配水系统水头损失：h2=hk=3.5m承托层水头损失：h3=0.022H1q=0.022×0.40×14=0.12m滤料层水头损失：h4=2=(2.65/1-1)(1-0.41)×0.7=0.68m平安富余水头，采纳h5=1.5m冲洗水箱底应高出洗砂排水槽面：H0=h1+h2+h3+h4+h5=1.0+3.5+0.12+0.68+1.5=6.8m混凝剂的配制和投加设计中采纳湿投投加，采纳机械方法调制混凝剂。5.1混凝剂投量计算：T=设计中Q=91800m³/d,采纳精制硫酸铝，依据原水水质，参考某地水厂，最大投量取a=61.3mg/l,a=38.0mg/l当a取61.3mg/l时：T=61.3/1000×91800=5627.3kg/d当a取38.0mg/l时：T=38/1000×91800=3488.4kg/d(1)溶液池容积W1=设计中取b=15％,n=2次，a=61.3mg/L,Q=3825m³/hW1=61.3×3825/(417×2×15)=18.74m³溶液池采纳钢混结构，单池尺寸为L×B×H=5.0×3.0×1.9（m），高度中包括超高0.30m，沉渣高度0.3m。溶液池实际有效容积：W1丿=5.0×3.0×1.3=19.5m³满意要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，池底坡度为0.22.底部设置DN100mm放空管，采纳硬聚氯乙烯塑料管，池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释用水给水管DN80mm一条，于两池分设放水阀门，按1h放满考虑。(2)溶解池容积W2=（0.2～0.3）W1设计中取W2=0.28W1=0.28×18.74=5.2m³溶解池尺寸：L×B×H=2.0×2.0×2.0（m），高度中含超高0.3m，底部沉渣高0.2m，为操作便利，池顶高出地面0.8m。溶解池实际有效容积：W2丿=2×2×1.5=6.0m³溶解池采纳钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理，池底设0.02坡度，设DN100mm排渣管，采纳硬聚氯乙烯管。给水管管径DN80mm，按10min放满溶解池考虑，管材采纳硬聚氯乙烯管。(3)溶解池搅拌设备：溶解池采纳机械搅拌，搅拌桨为平桨板，中心固定式。搅拌设备应进行防腐处理。(4)投加方式：混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加2种，重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加。压力投加方式有水射器和计量泵投加。设计中采纳高位溶液池重力投加。5.2活化硅酸的制备和投加(1)活化硅酸的配制北方地区低温低浊期，常采纳活化硅酸作为助凝剂，以提高混凝效果。制备方法：将选定的的水玻璃2#，其波美度为41的硅酸钠稀释28～30倍，使SiO2的含量为1.5％，加入硫酸，使碱度为1100～1250mg/L（以碳酸钙计）。将溶液静置活化使之成熟，活化时间不超过2h，之后进一步稀释，使SiO2含量仅为0.5％,。制备好的活化硅酸溶液应在4～12h内用光。(2)活化硅酸的投加硫酸铝：活化硅酸=30～40mg/L:1.5～2.4mg/L(3)活化硅酸的投量T=×Q=3/1000×3825=11.475kg/h一日按2次配制，则一次需配制活化硅酸为：11.475×12=137.7kg5.3加药间及药库（1）加药间各种管线布置在管沟内：给水管采纳镀锌钢管、加药管采纳塑料管、排渣管为塑料管。加药间内设二处冲洗地坪用水龙头DN25mm。为便于冲洗水集流，地坪坡度≥0.005，并坡向集水坑。（2）药库药剂按最大投加量的30d用水量储存。硫酸铝所占体积

T30=×Q×30设计中a=61.3mg/LT30=×91800×30=168820.2kg=168.8t硫酸铝相对密度为1.62，则硫酸铝所占体积为：168.8÷1.62=104.2m³活化硅酸所占体积8.2m³药品堆高按2.0m计（采纳吊装设备），则所需面积为82.5㎡。药库平面尺寸：11.0×10.0m。库内设电动单梁悬挂起重机一台，型号为DX0.5-10-20。氯消毒及其投加设备氯是目前国内外应用最广泛的消毒剂，除消毒外还起氧化作用。氯消毒经济适用，阅历丰富，操作便利，且在管网中有持续消毒杀菌作用。6.1加氯量计算q=Qb设计中Q=91800m³/d,b=1.0g/m³则每天投氯量：q=91800×1.0=91800g/d=91.8kg/d6.2加氯设备的选择选用ZJ-II型转子真空加氯机2台，一用一备，每台加氯机加氯量为0.5～9kg/h。加氯机的外形尺寸为：宽×高=330mm×370mm。加氯机安装在墙上，安装高度在地面以上1.5m,两台加氯机之间的净距为0.8m。依据余氯值，采纳计算机自动限制投氯量。6.3加氯间和氯库采纳加氯间与氯库合建的方式，中间用墙分隔开，但应留有供人通行的小门。加氯间平面尺寸为：长3.0m，宽9.0m；氯库平面尺寸为：长12.0m,宽9.0m。清水池计算经过处理后的水进入清水池，清水池用来调整水量的改变并储存消防用水。此外，在清水池内有利于消毒剂与水充分接触反应，提高消毒效果。7.1平面尺寸计算（1）清水池的有效容积V=kQ设计中取k=10％,Q=91800m³/dV=0.1×91800=9180m³清水池共设3座，则每座清水池的有效容积为V1=9180/3=3060m³（2）清水池的平面尺寸每座清水池的面积A=V1/h=3060/4.0=765㎡取清水池的宽度B=16m，则长度L为：L=A/B=765/16=47.8m，取48m则清水池的实际有效容积为：48×16×4=3072m³清水池超高h1取为0.5m,清水池总高H：H=h1+h=4.0+0.5=4.5m7.2管道系统（1）清水池的进水管D1=设计取v=0.7m/sD1==0.70m设计中取进水管管径为DN700mm，进水管内实际流速为0.9m/s(2)清水池的出水管由于用户的用水量时时改变，清水池的出水管应按出水最大流量计：Q1=取时改变系数K=1.5Q1==5737.5m³/h=1.594m³/s出水管管径D2=设计中取v1=0.7m/sD2==0.85m设计中取DN900mm，则流量最大时出水管内的流速为0.84m/s。（3）清水池的溢流管取DN700mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。（4）清水池的排水管清水池内的水在检修时须要放空，因此应设排水管。排水管的管径按2h内将池水放空计算。排水管内流速按1.2m/s估计，则排水管的管径为D3=设计取t=2hD3==0.673m设计中取排水管管径为DN650mm。7.3清水池布置（1）导流墙在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间不小于30min。每座清水池内导流墙设置2条，间距5.0m，将清水池分成3格。在导流墙底部每隔1.0m设0.1×0.1m的过水方孔，使清水池清洗时排水便利。（2）检修孔在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为1200mm。(3)通气管为使清水池内空气流通，保证水质簇新，在清水池顶部设通气孔，共设12个，每格设4个，通气管的管径为200mm，通气管伸出地面的高度凹凸错落，便于空气流通。（4）覆土厚度清水池顶部应有0.5～1.0m的覆土厚度，并加以绿化，美化环境。此处取覆土厚度为0.7m。第三部分协助建筑及水厂布置协助建筑给水处理工程设施包括生产性构筑物、协助建筑物、各类管道和其他设施。其中协助设施分为生产和生活协助设施。生产协助设施包括综合办公楼（含化验室、中心限制室）、仓库、车库、检修间、堆砂场、配管件场等。生活协助设施包括食堂、浴室、锅炉房、值班宿舍、门卫室等。上述协助设施，一般化验间与办公楼合建，检修间、水表修理