给水水厂课程设计完整版.doc

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给水厂课程设计

计算说明书

学院：

环境学院

专业：

给水排水工程

班级：

1102班

学号：

201001133335

学生姓名：

xxxxx

指导老师：

xxxxx

设计时间：

2013.1.2～2013.1.9

目录

第一章设计任务及要求 2

1.1设计任务及工作要求 2

1.2设计原始资料 3

第二章总体设计 4

2.1资料分析与整理.................................4

2.2设计原则 5

2.3厂址选择 6

2.4水厂工艺流程选择 6

2.5水处理工艺的选择 7

第三章净水构筑物的计算 13

3.1设计水量 13

3.2设计配水井 13

3.3药剂投配设备设计 13

3.4混合设施的设计..................................................................14

3.5反应/絮凝设施的设计.........................................................15

3.6平流沉淀池..........................................................................26

3.7普快滤池的设计.................................................................27

3.8清水池的计算 30

3.9加氯间的设计计算 33

第四章.水厂的平面布置 33

第五章各构筑物的附属装置及其工艺构造 34

第六章．高程布置 34

参考文献 35

第一章设计任务及要求

1.1设计任务及工作要求

1.1.1设计题目

城市给水处理厂方案设计

1.1.2本次课程设计（论文）应达到的目的

1加深对《水质工程学Ⅰ》课程内容的理解与掌握；

2.培养学生综合运用和深化所学理论知识，培养学生的工程观念；提高独立分析问题和解决工程实际问题的能力；

3.通过本课程设计使学生初步具有阅读中外文献的能力，技术经济比较和方案分析选择能力，理论分析与设计运算能力；应用计算机的能力和工程制图及编写说明书的能力。

使学生受到专业工程师应具备的基本技能的初步训练，为今后的进一步学习和系统训练打下基础。

1.1.3设计任务

完成给水处理厂方案设计，即在给出设计任务的基础上，完成所给资料的分析、整理，进行水厂选址，工艺流程选择，方案比较，构筑物的选型，水厂的平面和高程布置以及处理构筑物的初步设计等工作。

主要任务：

完成城市给水处理厂方案设计。

设计规模为（10+M）×10m3/d（M为学生学号的个位数字）。

原水水质资料、地形地址、气象条件等参数见附《城市给水处理厂课程设计基础资料》

设计要求：

完成水源水质评价，设计包括工艺确定、主体处理构筑物初步设计计算、厂区平面、系统高程和主要管网布置等。

设计成果：

设计说明及计算书1份（总篇幅1万字以上），包括：

目录、原始资料、系统选择、处理工艺设计计算、平面及高程等内容。

完成给水处理厂平面图（1：

500）和处理系统高程图（1：

100）1张（1#）。

1.2设计原始资料

1.2.1设计水量

满足最高日供水量11×10m3/d。

1.2.2原水水质

原水水质的主要参数见表。

原水水质资料

序号

项目

单位

数值

序号

项目

单位

数值

1

浑浊度

度

54.2

13

锰

mg/L

0.07

2

细菌总数

个/mL

280

14

铜

mg/L

0.01

3

总大肠菌群

个/L

9200

15

锌

mg/L

<0.05

4

色度

20

16

BOD5

mg/L

1.96

5

嗅和味

-

17

阴离子合成剂

mg/L

-

6

肉眼可见物

微粒

18

溶解性总固体

mg/L

107

7

pH

7.37

19

氨氮

mg/L

3.14

8

总硬度（CaCO3）

mg/L

42

20

亚硝酸盐氮

mg/L

0.055

9

总碱度

mg/L

47.5

21

硝酸盐氮

mg/L

1.15

10

氯化物

mg/L

15.2

22

耗氧量

mg/L

2.49

11

硫酸盐

mg/L

13.3

23

溶解氧

mg/L

6.97

12

总铁

mg/L

0.17

1.2.3工程地质资料

根据岩土工程勘察报告，水厂厂区现场地表层分布较厚的素填土层，并夹杂大量的块石，平均厚度为5米左右，最大层厚达9.4米，该土层结构松散，工程地质性质差，未经处理不能作为构筑物的持力层，为提高地基承载力及减少构筑物的沉降变形，本工程采用振动沉管碎石桩对填土层进行加固处理.桩体填充物为碎石，碎石粒径为2~5CM，桩径为400毫米，桩孔距为1M，按梅花形布置。

1.2.4气象水文资料

项目所在地，属暖温带、半湿润大陆季风气候，四季分明。

春季干旱风沙多，夏季炎热雨集中，秋季凉爽温差大，冬季寒冷雨雪少。

盛行风向：

夏季南风，冬季东北风。

年平均气温14.0℃，最热月平均气温（7月份）27.1℃，最冷月平均气温（1月份）-0.5℃，平均日照时数2267.6小时，无霜期（年平均）214天，年平均降雨量627.5mm，年最大降雨量948.4mm，年最小降雨量248.2mm，年主导风向为NNE风和SSW风。

最大风速28m/秒，年平均风速3.0m/秒，最大冻土深度2l0mm。

1.2.5处理要求

出厂水水质指标满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）的相关要求。

第二章总体设计

2.1资料分析与整理

结合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），进行原水的水质特性分析。

给水水质的主要参数见表。

地表水环境质量标准

序号

项目

单位

数值

序号

项目

单位

数值

1

浑浊度

NTU度

≤3

13

锰

mg/L

0.1

2

细菌总数

个/mL

100

14

铜

mg/L

1.0

3

总大肠菌群

个/L

≤3

15

锌

mg/L

<1.0

4

色度

≤15

16

BOD5

mg/L

≤3

5

嗅和味

-

17

阴离子合成剂

mg/L

≤0.2

6

肉眼可见物

无

18

溶解性总固体

mg/L

1000

7

pH

6.5-8.5

19

氨氮

mg/L

≤0.15

8

总硬度（CaCO3）

mg/L

450

20

亚硝酸盐氮

mg/L

0.055

9

总碱度

mg/L

47.5

21

硝酸盐氮

mg/L

20

10

氯化物

mg/L

250

22

耗氧量

mg/L

3

11

硫酸盐

mg/L

13.3

23

溶解氧

mg/L

6.97

12

总铁

mg/L

0.3

2.2设计原则

（1）水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并按原水水质最不利情况进行校核。

水厂自用水量取决于所采用的处理方法、构筑物类型及原水水质等因素，城镇水厂自用水量一般采用供水量的5%—10%，必要时可通过计算确定。

（2）水厂应按近期设计，并考虑远期发展。

根据使用要求及技术经济合理性等因素，对近期工程亦可做分期建设的可能安排。

对于扩建、改建工程，应从实际出发，充分发挥原有设施的效能，并应考虑与原有构筑物的合理配合。

（3）水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时，仍能满足用水要求、主要设备应有备用量；处理构筑物一般不设备用量，但可通过适当的技术措施，在设计允许范围内提高运行负荷。

（4）水厂自动化程度，应本着提供水水质和供水可靠性，降低能耗、药耗，提高科学管理水平和增加经济效益的原则，根据实际生产要求，技术经济合理性和设备供应情况，妥善确定。

（5）设计中必须遵守设计规范的规定。

如果采用现行规范中尚未列入的新技术、新工艺、新设备和新材料，则必须通过科学论证，确证行之有效，方可付诸工程实际。

但对与确实行之有效、经济效益高、技术先进的新工艺、新设备和新材料，应积极采用，不必受现行设计规范的约束。

2.3厂址选择

水厂选址的原则：

1.厂址应选择在工程地质条件较好的地方；

2.水厂尽可能选择在不受洪水威胁的地方，否则应考虑防洪措施；

3.水厂应少占农田或不占农田，并留有适当的发展余地；

4.水厂应设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理，降低输电线路的造价；

5.当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物在一起。

2.4水厂工艺流程选择

给水处理方法和工艺流程的选择，应根据原水水质、环境、经济及设计生产能力等因素，通过调查研究、必要的实验并参考相似条件下处理构筑物的运行经验，设计出几种可行方案，经技术经济比较后确定。

结合给水水质的特点，水处理工艺流程见下表。

各净水工艺流程的特点

净水工艺流程

适用条件

Ⅰ

原水→简单处理（如用筛网过滤）

水质要求不高，如某些工业冷却用水，只要求去除粗大杂质。

Ⅱ

原水→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒

一般进水浊度不大于2000~3000NTU，短时间内可达5000~10000NTU

Ⅲ

原水→接触过滤→消毒

进水浊度一般不大于25NTU，水质较稳定且无藻内繁殖

Ⅳ

原水→混凝沉淀→过滤→消毒（洪水期）

原水→自然预沉→接触过滤→消毒（平时）

山溪河流。

水质经常清晰，洪水时含泥沙量较高

Ⅴ

原水→混凝→气浮→过滤→消毒

经常浊度较低，短时间不超过100NTU

Ⅵ

原水→（调蓄预沉或自然预沉或混凝预沉）→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒

高浊度水二级沉淀（澄清）工艺，适用于含沙量大、砂峰持续时间较长的原水处理

Ⅶ

原水→混凝→气浮（沉淀）→过滤→消毒

经常浊度较低，采用气浮澄清；洪水期浊度较高，则采用沉淀工艺

2.5水处理工艺的选择

2.5.1混凝剂

1）混凝剂的选择与投加

混凝剂的选择应遵循以下一般原则：

混凝效果好；无毒害作用；货源充足；成本低；新型药剂的卫生许可；借鉴已有经验。

（1）精制硫酸铝Al3（SO4）2·18H2O

制造工艺复杂，水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%—52%；适用于水温为20—40℃。

当PH=4-7时，主要去除有机物；PH=5.7—7.8时，主要去除悬浮物；PH=6.4—7.8时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。

（2）粗制硫酸铝Al3（SO4）2·18H2O

制造工艺简单，价格低；设计时，含无水硫酸铝一般可采用20%—25%；含有20%—30%不溶物，其他同精制硫酸铝

（3）硫酸亚铁FeSO4·7H2O

絮体形成较快，沉淀时间短；使用于碱度高、浊度高，PH=8.1-9.6，混凝

用好，但原水色度较高时不宜采用；当PH较低时，常用氯氧化物使铁氧化成三价，腐蚀性较高

（4）三氯化铁FeCl3·6H2O

不受水温影响，絮体大，沉淀速度快，效果好。

易溶解，易混合，残渣少。

对金属（尤其对铁）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料会因发热而引起变形。

原水PH=6.0—8.4之间为宜，当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著

（5）聚合氯化铝简称PAC

净化效率高，用药量少，出水浊度低，色度小，过滤性能好，原水浊度高时尤为显著。

温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=5—9），因而可调PH值。

操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低。

（6）聚丙烯酰胺又名三号絮凝剂，简写PAM

处理高浊度水池效果显著，既可保证水质，又可减少混凝剂用量和沉淀池容积，目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一，适当水解后，效果提高，常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂，其单体丙烯酰胺有毒，用于饮用水净化应控制用量。

2）混凝剂投加方式选择

（1）水泵投加

采用计量泵投加，不需另设计量设备。

（2）水射器投加

采用水射器投加，设备简单，使用方便，但水射器效率较低，且易磨损。

（3）重力投加

将溶液池架高，利用重力将药液投入水泵压水管或混合设施入口处，这种投加方式安全可靠，但溶液池位置较高。

2.5.2混合设备

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。

混合是取得良好絮凝效果的重要前提，影响混合效果的因素很多，如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质、大小等。

混凝药剂投入原水后，应快速、均匀的分散于水中。

混合方式有水泵混合、管道混合、静态混合器、机械搅拌混合、扩散混合器、跌水混合器等。

各混合方式的特点

方式

优缺点

适用条件

水泵混合

优点：

1、设备简单

2、混合充分，效果较好

3、不另消耗动能

缺点：

1、吸水管较多时，投药设备要增加，安装、管理较麻烦

2、配合加药自动控制较困难

3、G值相对较低

适用于一级泵房离处理构筑物120m以内的水厂

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

缺点：

1、运行水量变化影响效果

2、水头损失较大

3、混合器构造太复杂

适用于水量变化不大的各种规模的水厂

扩散混合器

优点：

1、不需外加动力设备

2、不需土建构筑物

3、不占地

缺点：

混合效果受水量变化有一定的影响

适用于中等规模的水厂

跌水混合

优点：

1、利用水头的跌落扩散药剂

2、受水量变化影响较小

3、不需外加动力设备

缺点：

1、药剂的扩散不易完全均匀

2、需建混合池

3、容易夹带气泡

适用于各种规模的水厂，特别当重力流进水水头有富余时

机械混合

优点：

1、混合效果较好2、水头损失较小

3、合效果基本上不受水量的变化影响

缺点：

1、需耗动能2、管理维护较复杂

3、需建混合池

适用于各种规模的水厂

2.5.3絮凝设备

絮凝池形式的选择和絮凝时间的采用，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。

（1）隔板式絮凝池

①往复式隔板絮凝池

优点：

絮凝效果好，构造简单，施工方便。

缺点：

容积较大，水头损失较大，转折处矾花易破碎。

适用条件：

水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小者。

②回转式隔板絮凝池

优点：

絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便。

缺点：

出水流量不易分配均匀，出口处易积泥。

适用条件：

水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小者，改建和扩建旧池时适用。

（2）旋流式絮凝池

优点：

容积小，水头损失较小。

缺点：

池子较深，地下水位高处施工较困难，絮凝效果较差。

适用条件：

一般用于中小型水厂。

（3）折板絮凝池

优点：

絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小。

缺点：

构造较隔板絮凝池复杂，造价较高。

适用条件：

流量变化较小的中小型水厂。

（4）涡流式絮凝池

优点：

絮凝时间短，容积小，造价较低。

缺点：

池子较深，锥底施工较困难，絮凝效果较差。

适用条件：

水量小于30000m3/d的水厂。

（5）网格、栅条絮凝池

优点：

絮凝池效果好，水头损失小，凝聚时间短。

缺点：

末端池底易积泥。

（6）机械絮凝池

优点：

絮凝效果好，水头损失小，可适应水质、水量变化。

缺点：

需机械设备和经常维修。

适用条件：

大小水量均适用，并能适应水量变动较大者。

（7）悬浮絮凝池加隔板絮凝池

优点：

絮凝效果好，水头损失较小，造价较低。

缺点：

斜挡板在结构上处理较困难，重颗粒泥砂易堵塞在斜挡板底部。

2.5.4沉淀池

选择沉淀池类型时，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。

经过混凝沉淀的水，在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10度，遇高浊度原水或低湿低浊度原水时，不宜超过15度。

设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水，沉淀池积泥区的容积，应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。

当沉淀池排泥次数较多时，宜采用机械化或自动化排泥装置，应设取样装置。

（1）平流式沉淀池

优点：

造价较低，操作管理方便，施工较简单；对原水浊度适应性强，处理效果稳定，采用机械排泥设施时，排泥效果好

缺点：

采用机械排泥设施时，需要维护机械排泥设备；占地面积大，水力排泥时，排泥困难

适用条件：

一般适用于大中型水厂

（2）斜管（板）沉淀池

优点：

沉淀效率高，池体小，占地小

缺点：

斜管（板）耗材多，对原水浊度适应性较平流池差；不设排泥装置时，排泥困难，设排泥装置时，维护管理麻烦

适用条件：

尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜

（3）竖流式沉淀池

优点：

排泥较方便，占地面积小

缺点：

上升流速受颗粒下沉速度所限，出水量小，一般沉淀效果较差，施工较平流式困难

适用条件：

一般用于小型净水厂，常用于地下水位较低时

（4）辐流式沉淀池

优点：

沉淀效果好

缺点：

基建投资大，费用高，刮泥机维护管理较复杂，金属耗量大，施工较困难

适用条件：

一般用于大中型净水厂，在高浊度水地区，作预沉淀池

2.5.5滤池

供生活饮用水的滤池出水水质经消毒后应符合现行《生活饮用水卫生标准》的要求；供生产用水的过滤池出水水质，应符合生产工艺要求；滤池形式的选择，应根据设计生产能力、原水水质和工艺流程的高程布置等因素，结合当地条件，通过技术经济比较确定。

（1）普通快滤池

①单层砂滤料

优点：

材料易得，价格低；大阻力配水系统，单池面积较大，可采用减速过滤，水质好；

缺点：

阀门多，价格高，易损坏，需设有全套冲洗设备；

适用条件：

一般用于大中水厂，单池面积不宜大于100m2。

②无烟煤石英砂双层滤料

优点：

含污能力大，可采用较大滤速；可采用减速过滤，水质好，冲洗用水少；

缺点：

滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球；

适用条件：

使用于大中型水厂，宜采用大阻力配水系统，单池面积不宜大于100m2，需要采用助冲设施。

③砂煤重质矿石三层滤料

优点：

含污能力大，可采用较大滤速；可采用减速过滤，水质好，冲洗用水少;

缺点：

滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球;

适用条件：

使用于中型水厂，宜采用中阻力配水系统，单池面积不宜大于50-60m2，需要采用助冲设施。

（2）V型滤池

优点：

采用气水反冲洗，有表面横向扫洗作用，冲洗效果好，节水；配水系统一般采用长柄滤头冲洗过程自动控制；

缺点：

采用均质滤料，滤层较厚，滤料较粗，过滤周期长；

适用条件：

适用于大中型水厂。

（3）虹吸滤池

优点：

不需大型阀门，易于自动化操作，管理方便；

缺点：

土建结构复杂，池深大单池面积小，冲洗水量大；等速过滤，水质不如变速过滤；

适用条件：

适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2

（4）双阀滤池（单层砂滤料）

优点：

材料易得，价格低，大阻力配水系统，单池面积可大，可采用减速过滤，水质好，减少两只阀门；

缺点：

必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备

适用条件：

适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2。

（5）移动罩滤池（单层砂滤料）

优点：

造价低，不需要大型阀门设备，池深浅，结构简单；自动连续运行，不需冲洗设备；占地少，节能；

2.5.6消毒

（1）液氯消毒

优点：

经济有效，使用方便，PH值越低消毒作用越强，在管网内有持续消毒杀菌作用；

缺点：

氯和有机物反映可生成对健康有害的物质。

（2）漂白粉消毒

优点：

持续消毒杀菌；

缺点：

漂白粉不稳定，有效氯的含量只有其20%—25%。

（3）二氧化氯消毒

优点：

对细菌、病毒等有很强的灭活能力，能有效地去除或降低水的色、嗅及铁、锰、酚等物质；

缺点：

ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害。

（4）臭氧消毒

优点：

杀菌能力很高，消毒速度快，效率高，不影响水的物理性质和化学成分，操作简单，管理方便；

缺点：

不能解决管网再污染的问题，成本高；

此次设计选择的工艺为：

原水

水力混合池

折板反应池

平流沉淀池

V型滤池

清水池

PAC

氯消毒

第三章净水构筑物的计算

3.1设计水量

本设计处理水量为Q=11×10×1.05m/d=115500m/d=4812.5m/h

3.2设计配水井

一般按照设计规模一次建成，停留时间取30s。

为使水位稳定和便于后期改造，配水井出水端设置调节堰板；为防止调压阀误操作和失控，配水井一端设置溢流井和调节堰板。

3.2.1设计计算

1）配水井体积为；

V=Qt=30=40.1m=40m

（2）设计配水井尺寸；

设计其高为H=2m，其中包括0.5m超高。

则配水井底面积为；

，取D=6m。

池子的有效容积为，满足要求。

3.3药剂投配设备设计

3.3.1溶液池容积

==11.54m12m

式中：

a——混凝剂的最大投加量，取20mg/L；

Q——设计处理的水量；

c——溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-15%，本设计取10%；

n——每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。

溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W=6m（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。

单池尺寸为L×B×H=2×2×2.2，高度中包括超高0.4m，沉渣高度0.3m，置于室内地面上。

溶液池实际有效容积：

W1=L×B×H=2×2×1.5=6m，满足要求。

池旁设工作台，宽1.0~1.5m，池底坡度为0.02。

池内壁用环氧树脂进行防腐处理。

3.3.2溶解池容积

W=（0.2～0.3）W=0.212=2.4m

式中：

——溶解池容积（m），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.2。

溶解池也设置为2池，单池尺寸：

L×B×H=1.5×1×1.5，高度中包括超高0.5m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.025。

溶解池实际有效容积：

=L×B×H=1.5×1×0.8=1.2m

溶解池的放水时间采用t＝5min，则放水流量：

查水力计算表得放水管管径＝80mm，相应流速v=0.72m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。

溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。

溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。

3.3.3投药管

投药管流量

q===0.278L/S

查水力计算表得投药管管径d＝20mm，相应流速为0.70m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。

3.3.4计量投加设备

本设计采用计量泵投加混凝剂。

计量泵每小时投加药量:

==1m/h

式中：

——溶液池容积，m3。

计量泵型号为J-D10