给水处理厂设计_secret.doc
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给水处理厂设计
计算说明书
学院：
土木工程学院
专业：
给水排水工程
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
目录
第一章总论…………………………………………………1
第二章设计任务……………………………………………1
第三章设计原始资料………………………………………1
第四章给水处理厂用水量计算……………………………1
第五章取水泵站……………………………………………1
第六章混凝以及沉淀………………………………………1
第七章过滤…………………………………………………1
第八章消毒…………………………………………………1
第九章清水池………………………………………………1
第十章给水处理厂总平面图……………………………1
第一章总论
本次课程设计主要是城市给水处理厂的常规处理工艺设计，主要涉及混凝沉淀、过滤、消毒等工艺的参数设计。
第二章设计任务
根据任务书所给定的资料，综合运用所学的基础、专业基础和专业知识，设计一个中小型给水处理厂。
该水厂所在地区为广东地区。
城市自来水厂规模为12.6万m3/d。
第三章设计原始资料
1、源水水质资料
编 号
名 称
单 位
分 析 结 果
１
水的嗅和味
级
Ⅱ类水体
２
浑浊度
<3度
３
色度
<15度
４
总硬度
450毫克／升
５
PH值
6.5~8.5
６
碱度
度
７
溶解性固体
毫克／升
８
水的温度：
最高温度
43度
最低温度
0度
９
细菌总数
100个／毫升
１０
大肠菌群
3个／升
2.石英砂筛分曲线：
筛孔直径（毫米）
0.3
0.4
0.5
0.6
0.75
1.0
1.2
1.5
通过砂量所占的百分比（%）
34
41
58
64
75
81
91
97
3、厂区地形图（1：
500）
4、水厂所在地区为广东地区，厂区地下水位深度3.7米，主导风向南风。
5、厂区地形示意图：
第四章给水处理厂水量计算
城市自来水厂规模为12.6万m3/d，即5250.00m3/h,1.45833m3/s。
当原水浊度不超过1000～2000mg/L时，设计流量为：
Q=Qd×（1+α）=5250.00m3/h×（1+0.06）=5565m3/h=1545.83L/s
式中α为水厂自用水量系数，取值0.06。
第五章处理流程的设计
水源→泵站→管式静态混合器→往复式隔板絮凝池+平流沉淀池→普通快滤池→清水池→吸水井→二泵站→用户
混凝剂采用：
FeCl3，管式静态混合器
消毒剂采用：
液氯消毒，滤后加氯，加氯机加氯
第六章取水泵站
城市给水处理系统，通过泵站取水，其中流量为1545.83L/s，流速为1.2~1.6m/s,为使水量得到保证，采用2根输水管同时向给水处理厂输水，即每根输水管的流量为772.92L/s，查水力计算表可得：
每根输水管的管径为DN900，管内流速为1.21m/s,坡度为1.811%。
。
第七章混凝以及沉淀
一、混凝
（1）、混凝剂选择：
根据原水的水质水温和PH值的情况，选用混凝剂为聚合氯化铁（PFC），投加浓度为15％，最大投加量为40（mg/l）。
优点：
净化效率高、用药量少、出水浊度低、色度小，过滤性能好，温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=5~9）。
操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本较低。
采用计量泵湿式投加，不需要加助凝剂。
（2）、药剂配制及投加方式的选择：
混凝剂的投加分干投与湿投法两种。
本设计采用后者。
采用计量泵投加。
（3）、混合设备的设计
本设计中采用管式静态混合器，故不单独设构筑物。
（4）、混凝剂的溶解与调配
药剂调配一般有水力、机械、压气、水泵等方法。
本设计采用空气调制方法。
（5）、溶解池容积W1
因用的是聚合氯化铁，需设溶解池，溶解池容积按溶液池容积的30%计：
W1=0.3W2=0.3×28=9m3
溶解池尺寸为L×B×H=2.5m×2.5m×1.7m,其中H为实际高度，已包括超高0.2m。
溶解池的放水时间采用t=10min,则放水流量：
q0=W1÷60t=9×1000÷（60×10）=15L/s
选择放水管管径DN=100mm,相应流速v0=1.95m/s。
溶解池底部设管径D=100mm的排渣管一根。
溶解池采用压缩空气搅拌，其中，空气供给强度设为10L/（S·m2），空气管流速设为13m/s,孔眼直径设为3mm，流速为26m/s,支管间距设为500mm。
溶解池置于地下，池顶高出地面0.2m。
溶解池和溶液池材料都采用钢筋混凝土，内壁衬以聚乙烯板。
（6）、溶液池容积W2
根据设计流量Q=5565m3/h，最大药剂投加量为α=50mg/L，溶液浓度c=12%，每天调制次数n=2，则溶液池容积为：
W2=αQ/417cn=50×5565/（417×12×2）=28m3
采用两个溶液池。
每个池子的有效容积为W2，。
溶液池的基本尺寸L×B×H=3.5m×3.5m×2.5m,其中H为实际高度，已包括超高0.2m。
（7）、投加设备
1）药液提升设备
2）投药管
每池设一根投药管，投药管流量：
q=W2×2×1000/86400=0.65L/s
选择投药管管径DN=50mm,相应流速为0.34m/s。
（8）、计量设备
拟采用LZB-40型转子流量计。
LZB型玻璃转子流量计由一个垂直安装的锥形玻璃管与转子组成，可以从锥形管外壁的刻度上直接读出介质的流量值。
锥体管长度430mm，工作环境-20～120℃，压力≦6kg/cm2。
（9）、药剂仓库的计算
1）已知条件
混凝剂为聚合氯化铁（PFC），每袋质量是50Kg,每袋规格为0.5m×0.5m×0.2m。
投药量为50mg/L，水厂设计水量为5565m3/h。
药剂堆放高度1.5m，药剂储存期为28天。
2）设计计算
聚合氯化铁（PFC）的袋数
N=（Q×24）ut/（1000w）=（5565×24×50×28）÷（1000×50）=3740（袋）
堆放面积
A=NV/［H（1-e）］=（3740×0.5×0.5×0.2）÷［1.5×（1-0.2）］=155.83m2
仓库平面尺寸
B×L=10m×20m=200m2
（10）、加药间的设计计算
采用佛山水泵厂生产的计量加药泵，泵型号JZ1000/16，选用三台，二用一备，加药间的平面尺寸为B×L=15m×20m
二、混合
本设计采用管式静态混合器。
三、絮凝反应池
本设计采用往复式隔板絮凝反应池。
1、设计参数：
根据设计流量Q=5565m3/h，设2池。
廊道内流速采用4段：
V1=0.57m/s，
V2=0.46m/s，V3=0.36m/s，V4=0.25m/s，絮凝时间T=20min,池内平均水深h1=2.8m，超高h2=0.3m。
2、设计计算：
（1）总容积的计算:
W=Q×T/60=5565×20/60=1855m3
（2）每池面积:
分设2池，由于平均水深h1=2.8m则每池净平面面积：
F=W/（n×h1）=1855/（2×2.8）=331.25m2
池子宽度B，按沉淀池宽采用16.8m,
池子长度（隔板间净距之和）：
L’=331.25m2/16.8m=19.72m
（3）廊道长度
隔板间距按廊道内流速不同分成4档：
α1=Q/（3600×n×V1×h1）=5565/（3600×2×0.57×2.8）=0.484m，
取α1=0.49m，则实际流速V1=0.563m/s；
α2=Q/（3600×n×V2×h1）=5565/（3600×2×0.46×2.8）=0.600m，
取α2=0.60m，则实际流速V1=0.460m/s；
按上法计算得：
α3=0.77m，V3=0.358m/s
α4=1.10m，V4=0.251m/s
每一种间隔采取6条，则廊道总数为4×6=24条，水流转弯次数为23次。
则池子长度（隔板间净距之和）：
L’=6×（0.49+0.60+0.77+1.10）=17.76m
隔板厚按0.1m计，则池子总长：
L=17.76+0.1×（23-1）=19.96m
（4）水头损失的计算
按廊道内的不同流速分成4段分别计算水头损失。
第一段：
水力半径：
R1=α1×h1/（α1+2h1）=0.23m
槽壁粗糙度系数n=0.013,流速系数Cn=1/n×Rny，
=2.5×0.114-0.13-0.75×0.480×（0.114-0.1）=0.15
故C1=R1y/n=0.230.15/0.013=61.7
第一段廊道长度l1=6×B=6×16.8=100.8m
第一段水流转弯次数S1=6
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
段数
1
6
100.8
0.23
0.414
0.563
61.7
0.045
2
6
100.8
0.29
0.334
0.460
63.89
0.036
3
6
100.8
0.36
0.292
0.358
65.99
0.026
4
6
100.8
0.48
0.197
0.251
68.90
0.011
h=∑hn=0.118m
（5）GT值计算
（20℃时），1000×0.118/（60×1.029×10-4×26）=27.1
GT=27.1×20×60=32535（在104~105范围内）
（6）池底坡度：
i=h/L=0.118/19.96=0.59%
四、沉淀
由于沉淀池占地面积比较大，而且与隔板絮凝池相连，所以本设计采用平流沉淀池。
共有2座沉淀池。
1．每组设计流量
每个沉淀池的处理流量Q0=5565m3/h/2=2782.5m3/h=0.7729m3/s
2．设计数据的选用
表面负荷Q/A=50m3/（m2·d）=2.083m3/（m2·h），设计停留时间为1.5h,沉淀池的水平流速v=15mm/s
3．计算
沉淀池表面积A=1335.81m2。
沉淀池长L=3.6vT=3.6×15×1.5=81m
沉淀池宽B=A/L=1335.81/81=16.49m采用16.8m。
由于宽度较大，沿纵向设置一道隔墙，分成两格，每格宽8.4m。
沉淀池有效水深H=QT/BL=2782.5×1.5/（16.8×81）=3.07mm.采用3.4m（包括保护高）。
絮凝池与沉淀池之间采用穿孔布水墙。
穿孔墙上的孔口流速采用0.2m/s,则孔口总面积为2782.5/（3600×0.2）=3.86m2。
每个孔口尺寸定为15cm×8cm，则孔口数为3.86/（0.15×0.08）=322个。
沉淀池放空时间按3h计。
则放空管直径为：
d=0.412m,采用DN=450mm
出水渠断面宽度采用1.0m,出水渠起端水深为:
H=0.68m,为保证堰口自由落水,出水堰保护高采用0.1m,则出水深度为0.78m。
4．水力条件校核
水流截面积ω=8.4×3.07=25.79m
水流湿周χ=8.4+2×3.07=14.54m
水力半径R=25.79/14.54=1.77m
弗劳德数Fr=v2/Rg=1.52/（177×981）=1.30×10-5
雷诺数Re=vR/ν=1.5×177/0.01=26550（按水稳20度计算）
第七章过滤
九、滤池设计计算
本设计采用普通快滤池。
由于双层滤料过滤效果好,滤速高,因此采用双层滤料.如建成后选不到滤料可先装普通石英砂,按一般快滤池使用,无烟煤厚度为0.4m,石英砂厚度为0.7m,承托层厚度0.6m,设有水头损失计算计及流量自动控制器,全部闸阀采用水力启动.每一滤池设控制台一座.
1.设计参数
设计2个滤池，每个滤池设计水量为：
Q=63000（m3/d）,2625m3/h,0.729m3/s
滤速：
v1=9m/h
滤池总面积:
F=Q/V=2625/9=291.67（m2）
采用6个滤池,则每个滤池面积为:
291.67/6=48.61（m2）,采用7m×7m的池子,面积为49m2（忽略池壁厚度）,总面积294m2.
冲洗强度及澎胀率:
冲洗强度为q=14L/（s·m2）,冲洗时间为7min,所以最大冲洗水量为:
Q冲洗=14×48.61=680.54（L/s）,膨胀率选用e=42%.
过滤周期:
24h
2.配水系统:
采用大阻力配水系统
干管直径选用DN=800mm,流速V=1.35m/s,1000i=2.621,干管截面积:
f干=3.14×0.82/4=0.50（m2）
干管始端流速取
支管中心间距0.25m,干管每侧支管数=7/0.25=28（根）,共计56根.
支管流量=680.54/56=12.15（L/S）
选用支管管径DN=75mm,流速V=2.83m/s,1000i=252,支管总横截面积为:
f支总=56×3.14×0.0752/4=0.25（m2）
支管长度L支=（7-0.75）/2=3.13（m）
支管长度与支管管径之比L/d=3.13/0.075=41.67<60,满足要求.
管式大阻力配水系统水头损失按孔口平均水头损失计算公式:
h=[q/（10uk）]2/（2g）
孔眼总面积与滤池总面积之比:
k=q/[10u（8v2滤干+10v2滤支）1/2]=14/[10×0.62（8×1.352+10×2.832）1/2]=0.23%
孔眼总面积:
f孔总=0.0023×48.61=0.11180（m2）
孔眼直径采用10mm,每个孔眼面积为:
F单孔=3.14×0.012/4=0.0000785（m2）
孔眼总数为:
n总=0.11180/0.0000785=1425（个）
支管、干管总长L总=7×28+7=203（m）
则孔眼中心距为:
S=l/n总=203/1425=0.1424（m）
通过孔眼的流速为:
V=Q/1000f孔总=680.54/1000×0.11180=6.09（m/s）
孔眼总面积与支管总横截面积之比为:
f孔总/f支总=0.11180/0.25=0.4472
校核干管截面积与支管截面积之比:
（f孔总/f干）2+（f孔总/f支总）2=（0.11180/0.5）2+（0.4472）2
=0.250<0.28
所以满足要求.
3.滤池的各种管渠计算:
浑水进水渠:
进水流量:
Q=63000（m3/d）=2625m3/h=0.729（m3/s）
设置一条进水管渠,渠中流速1.1m/s,进水渠断面宽0.75m,水深0.7m.
进滤池支管流量为:
Q=729/6=121.5（L/s）,采用DN350mm的钢管,流速为1.21m/s,1000i=6.015
清水出水渠:
设置一条出水管渠,渠中流速1.3m/s,进水渠断面宽0.75m,水深0.7m.清水支管流量为:
Q=729/6=121.5（L/s）,采用DN350mm的钢管,流速为1.21m/s,1000i=6.015.
冲洗进水管:
反冲洗流量为680.54（L/s）,采用DN600钢管,流速为2.33m/s,1000i=11.032.
废水排水渠:
冲洗流量:
Q=0.681（m3/s）
起点水深为:
h集起=h集终（2r+1）1/2;h集终取0.5m,集水渠宽取B集=0.8m,渠内流速V集=Q滤冲/（h集终B集）=0.681/（0.5×0.8）=1.70（m/s）
r=V集2/（gh）=1.702/（9.8×0.5）=0.59
h集起=h集终（2r+1）1/2=0.5×（2×0.59+1）1/2=0.74
冲洗排水槽:
两冲洗排水槽中心间距取1.8m,则排水槽个数为7/2=3.5，取4.
排水槽末端流量680.54/4=170.14（L/s）,采用流速V=0.6m/s,则末端面积为0.17014/0.6=0.28357（m3）,采用三角形标准断面,
4a2=0.28357,a=0.266,采用0.27m,槽底厚0.01m.
槽缘高出石英砂滤料面的高度为:
h槽缘=eH滤料+2.5a+l槽底+0.07
=0.42×1.1+2.5×0.27+0.01+0.07
=1.217（m）
滤池高度
承托层厚度H1=0.6（m）
滤料层厚度H2=1.1（m）
滤层上水深H3=1.8（m）（1.5~2.0）
保护高度H4=0.30（m）
H=H1+H2+H3+H4=0.6+1.1+1.8+0.30=3.8（m）
反冲洗高位水箱:
冲洗水箱容积：
V=1.5Q冲洗t=1.5×0.681×7×60=429.03m3
水箱内水深采用3.5m,则圆形水箱直径为:
（4×429.03/（3.14×3.5））1/2=13m.
设置高度:
水箱底至冲洗水箱的的高差△H由下列几部分组成.
1.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失h1,
管道冲洗流量为680.54（L/s）,采用DN600钢管,流速为2.33m/s,1000i=11.032.
管长取70m.
管道上主要配件及其局部阻力系数为:
水箱出口1个,阻力系数为0.5.
90度弯头2个,阻力系数为2×0.6=1.2
DN600闸阀3个,阻力系数为3×0.06=0.18
流量计1个,阻力系数为1
等径转弯三通3个,阻力系数为3×1.5=4.5
总计0.5+1.2+0.18+1+4.5=7.38
则h1=0.01103×70+7.38×2.332/（2×9.8）
=2.82（mH2o）
配水系统水头损失h2:
h2=8V2滤干/（2g）+10V2滤支/（2g）
=8×1.352/（2×9.8）+10×2.832/（2×9.8）
=4.83（mH2o）
承托层的水头损失h3:
h3=0.022×H滤承q冲洗=0.022×0.6×14=0.198（mH2o）
石英砂密度取2.65t/m3,滤料层膨胀前的孔隙率为0.4.无烟煤密度取1.8t/m3,滤料层膨胀前的孔隙率为0.45,滤料的水头损失h4:
h4=（p煤/p水-1）（1-m煤）H煤+（p砂/p水-1）（1-m砂）H砂
=（1.8/1-1）×（1-0.45）0.4+（2.65/1-1）×（1-0.4）0.7
=0.85（mH2o）
备用水头h5:
取h5=1.5（mH2o）
△H=h1+h2+h3+h4+h5=2.82+4.83+0.198+0.85+1.5=10.198（mH2o）
十、消毒设计计算:
已知条件
水厂设计水量：
Q=133560m3/d=5565m3/h
采用滤后水加液氯消毒
加氯量取2mg/L
仓库储量按20d计算
加氯点在清水池前
设计计算
加氯量Q:
Q=0.001×2.0×5565=11.13kg/h
储氯量G:
G=20×24×11.13=5342.4kg/20天
氯瓶数量:
采用容量为600kg的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸：
直径600mm，H=1800mm，共9瓶,另采用中间氯瓶一只,以沉淀氯气中的杂质,还可防止水流进氯瓶.
加氯机数量:
采用加氯机2台，交替使用
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。
设置在水厂的北部.
十一、清水池设计计算:
水厂内建两座清水池，每座有效容积为：
W=W1+W2+W3+W4
清水池调节容积取设计水量的15%，则调节容积为W1:
W1=126000×0.15=18900（m3）
消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s,灭火时间为2h,则消防容积W2为:
W2=25×2×3600/1000=180（m3）
生产自用水量取设计水量的6%,W3为:
W3=104000×0.06=6240（m3）
根据本水厂选用的构筑物特点，水厂自用水贮备容积W4为0.
W=18900+180+6240+0=25320（m3）
池深采用h=5m，采用矩形清水池，则每座清水池平面面积为A=25320/2×5=2532（m3），采用边长60m×45m的正方形。
超高0.3m，则清水池净高度为5.3m。
进水管（钢管）DN=9000mm,出水管DN=900mm,流速=1.21m/s，益流管与进水管直径相同DN=900mm，排水管直径DN=600mm，清水池设2个检修孔DN=1000mm，池顶设6个通气管DN=200mm，池顶的覆土厚度为0.7m。
十二、水厂平面布置与工艺
在平面布置时，考虑到该地区的主导风向是南风，故把加药间设置在水厂的西北角。
还有考虑到远期发展的需要，在水厂北部留有空地，现做为绿地处理。
其他设施布置详见平面图。
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