某南方给水厂毕业设计_secret.doc
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给
水
厂
设
计
说
明
书
设计项目：
长江沿岸某新兴工业城市水厂（远期规划20万吨/天）
设计人员：
05503129王立超
设计时间：
2006.09.11.——2006.09.24
1总论 4
1.1设计任务及要求 4
1.2基本资料 4
1.2.1水厂规模 4
1.2.3厂区地形 4
1.2.4工程地质资料 4
1.2.5水文及水文地质资料 4
1.2.6气象资料 4
2总体设计 5
2.1净水工艺流程的确定 5
2.2处理构筑物及设备型式选择 5
2.2.1药剂溶解池 5
2.2.2混合设备 5
2.2.3反应池 5
2.2.4沉淀池 5
2.2.5滤池 6
2.2.6消毒方法 6
3混凝沉淀 6
3.1混凝剂投配设备的设计 6
3.1.1溶液池 7
3.1.2溶解池 7
3.1.3投药管 8
3.2混合设备的设计 8
3.2.1设计流量 8
3.2.2设计流速 8
3.2.3混合槽尺寸计算 8
3.2.4混合时间 10
3.2.5校核GT值 10
3.3反应设备的设计 10
3.3.1平面布置 10
3.3.2平面尺寸计算 11
3.3.3栅条设计 11
3.3.4竖井隔墙孔洞尺寸 12
3.3.5各段水头损失 13
3.3.6各段停留时间 14
3.3.7水力校核 14
3.4沉淀澄清设备的设计 15
3.4.1设计水量 15
3.4.2沉淀池面积 16
3.4.3池体高度 16
3.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间 16
3.4.5配水槽 17
3.4.6集水系统 17
3.4.7排泥 18
4过滤 18
4.1滤池的布置 18
4.2滤池的设计计算 18
4.2.1设计水量 18
4.2.2冲洗强度 18
4.2.3池体设计 19
4.2.4反冲洗管渠系统 20
4.2.5滤池管渠的布置 22
4.2.6反洗空气的供给 26
4.2.7水头损失 28
5污泥处理 28
5.1排泥水处理系统的计算（污泥浓缩池及脱水机房） 28
5.2设计参数 29
6消毒 29
6.1加药量的确定 29
6.2加氯间的布置 30
7其他设计 30
7.1清水池的设计 30
7.2吸水井的设计 30
7.3二泵房的设计 30
7.4辅助建筑物面积及人员设计 31
8水厂管线 31
8.1给水管线 31
8.2排水管线 31
8.3电缆沟 31
8.4加药管线 31
8.5自来水管线 32
9道路及其它 32
9.1道路宽度设计 32
9.2绿化布置 32
9.3照明 32
9.4围墙 32
10水厂总体布置 32
10.1水厂的平面布置 32
10.2水厂的高程布置 32
11技术经济分析 33
12设计体会 35
参考文献 35
1总论
1.1设计任务及要求
净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。
课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城市净水厂的第一期工程，要求对初步方案进行设计，对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图、管线布置图、绿化施工图和某个单项处理构筑物（澄清池或过滤池）的单体图（包括平面图、剖面图，达到施工图深度）及设备选型，并简要写出一份设计计算说明书。
1.2基本资料
1.2.1水厂规模
20万m3/d
（按近期10万m3/d，远期20万m3/d进行分期建设）
1.2.2原水水质资料
水源为河流地面水（长江水），原水水质分析资料如下：
序号
项目
单位
数量
备注
1
PH值
/
～7.5
正常
2
色度
度
～20
<15
3
浊度
NTU
80～2000
<3
4
肉眼可见物
/
较浑
不得含有
5
总硬度
mg/L，CaCO3
120
正常
6
氯化物
mg/L
4.4
正常
7
氟化物
mg/L
<1.0
正常
8
硝酸盐
mg/L
<1.0
正常
9
总溶固物
mg/L
150
正常
10
铁
mg/L
0.23
正常
11
锰
mg/L
<0.1
正常
12
铜
mg/L
<0.5
正常
13
砷
mg/L
<0.05
正常
14
锌
mg/L
<0.5
正常
15
铅
mg/L
<0.05
正常
18
菌落总数
个/mL
1.3×104
<100
1.2.3厂区地形
按平坦地形和平整后的设计地面高程0.00m设计，水源取水口位于水厂西北方向。
1.2.4工程地质资料（无）
1.2.5水文及水文地质资料（无）
1.2.6气象资料
该城市位于亚热带，气候温和，年平均气温16.20C，七月极端最高温度达380C，一月极端最低温度－14.40C，
2总体设计
2.1净水工艺流程的确定
根据《地面水环境质量标准》（GB－3838－88），原水水质符合地面水Ⅲ类水质标准，除浊度，色度和菌落总数偏高外，其余参数均符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85）的规定。
水厂水 以地表水作为水源，工艺流程如下图所示：
混凝剂消毒剂
原水混合栅条絮凝凝池V型滤池清水池二级泵房
用户
污泥浓缩池脱水机房污泥处理
图1水处理工艺流程
2.2处理构筑物及设备型式选择
2.2.1药剂溶解池
设计药剂溶解池时，为便于投置药剂，溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.20m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。
溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。
由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。
溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。
投药设备采用计量泵投加的方式。
采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。
2.2.2混合设备
使用管式混合器对药剂与水进行混合。
在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，分流隔板式混合槽混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。
2.2.3反应池
反应作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。
目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。
这三种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，从工程造价来说，栅条造价为折板的1/2，为波纹板的1/3，因此采用栅条絮凝。
2.2.4沉淀池
原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。
设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。
相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。
而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。
2.2.5滤池
采用目前较广泛使用的V型滤池。
它是快滤池的一种形式，因其进水槽呈字形而得名。
2.2.6消毒方法
水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。
采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。
虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。
3混凝沉淀
3.1混凝剂投配设备的设计
水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。
混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。
我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图2所示。
图2湿投法混凝处理工艺流程
本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。
由于缺少必要的条件，所以参考相似水源有关水厂的药剂投加资料，如下表1所示。
表1长江沿岸某水厂投加药剂参考数值
取水
水源
原水悬浮物含量（mg/L）
混凝剂种类
混凝剂投加量（mg/L）
助凝剂种类
助凝剂投加量（mg/L）
最高
最低
最高
最低
某地
长江水
55～2500
聚合氯化铝
60
14.0
氯
2
1
聚合铝，包括聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）等，具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。
取混凝剂最大投加量为60mg/L。
3.1.1溶液池
溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。
池周围应有工作台，底部应设置放空管。
必要时设溢流装置。
溶液池容积按下式计算：
式中－溶液池容积，；
Q－处理水量，；
a－混凝剂最大投加量，mg/L；
c－溶液浓度，取10%；
n－每日调制次数，取n＝3。
代入数据得：
（考虑水厂的自用水量6%）
溶液池设置两个，每个容积为，以便交替使用，保证连续投药。
取有效水深H1＝1.2m，总深H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.2+0.2+0.1＝1.5m。
溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝6m×3m×1.5m。
3.1.2溶解池
溶解池容积
溶解池一般取正方形，有效水深H1＝1.0m，则：
面积F＝W1/H1→边长a＝F1/2＝2.5m；
溶解池深度H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.2m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.0+0.2+0.1＝1.3m
溶解池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝2.5m×2.5m×1.3m。
和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。
溶解池的放水时间采用t＝15min，则放水流量
查水力计算表得放水管管径＝100mm，相应流速。
溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根。
溶解池搅拌装置采用机械搅拌：
以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。
3.1.3投药管
投药管流量
查水力计算表得投药管管径d＝25mm，相应流速为。
3.1.3加药间
加药间取25m2。
3.2混合设备的设计
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。
本例采用分流隔板式混合槽。
3.2.1设计流量
Q=
3.2.2设计流速
（1）槽中流速采用
=0.6m/s
（2）通道孔洞流速采用
=1.0m/s，
3.2.3混合槽尺寸计算（采用两个）
（1）槽的横断面积f
（2）末端隔后水深H
采用H=0.5m
（3）槽宽B
（4）隔板通道的水头损失
三道隔板的总水头损失为:
（5）中部隔板
①通道孔洞断面
中部隔板通道分两侧开设，每侧通道孔洞断面
②中部隔板的水深
③中部隔板通道孔洞的净高度
通道孔洞的淹没水深取0.13m
④中部隔板通道的宽度（单侧）
（6）末端隔板
①末端隔板通道孔洞的断面
②末端隔板后水深
③通道孔洞的淹没水深深取0.13m
④末端隔板通道的宽度
（7）首端隔板
①首端隔板通道孔洞的断面
②首端隔板后水深
③首端隔板通道孔洞的净高度
通道孔洞的淹没水深深取0.16m
④首端隔板通道孔洞的宽度
⑤首端隔板前水深
（8）隔板间距
3.2.4混合时间
T=
3.2.5校核GT值
（2000，水力条件符合要求）
3.3反应设备的设计
在絮凝池内水平放置栅条形成栅条絮凝池，栅条絮凝池布置成多个竖井回流式，各竖井之间的隔墙上，上下交错开孔，当水流通过竖井内安装的若干层栅条或栅条时，产生缩放作用，形成漩涡，造成颗粒碰撞。
栅条絮凝池的设计分为三段，流速及流速梯度G值逐段降低。
相应各段采用的构件，前段为密网，中段为疏网，末段不安装栅条。
3.3.1平面布置
絮凝池分为两组
每组设计流量
平面布置形式：
采用18格，洪湖模式，如下图4所示。
图4栅条絮凝池平面示意图
设计参数选取：
絮凝时间：
，有效水深（与后续沉淀池水深相配合），超高0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高0.6m；
絮凝池总高度为。
絮凝池分为三段：
前段放密栅条，过栅流速，竖井平均流速；
中段放疏栅条，过栅流速，竖井平均流速；
末段不放栅条，竖井平均流速。
前段竖井的过孔流速为，中段，末段。
3.3.2平面尺寸计算
每组池子容积
单个竖井的平面面积
竖井尺寸采用，内墙厚度取0.2m，外墙厚度取0.3m
每组池子总长
宽
3.3.3栅条设计
选用栅条材料为钢筋混凝土，断面为矩形，厚度为50mm，宽度为50mm。
前段放置密栅条后
竖井过水断面面积为：
竖井中栅条面积为：
单栅过水断面面积为：
所需栅条数为：
，取
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置24根，过水缝隙数为25个
平均过水缝宽
实际过栅流速
中段放置疏栅条后
竖井过水断面面积为：
竖井中栅条面积为：
单栅过水断面面积为：
所需栅条数为：
（根），取根
两边靠池壁各放置栅条1根，中间排列放置19根，过水缝隙数为20个
平均过水缝宽
实际过栅流速
3.3.4竖井隔墙孔洞尺寸
竖井隔墙孔洞的过水面积＝
如0-1竖井的孔洞面积
孔洞高度h==
其余各竖井孔洞的计算尺寸见下表2。
表2竖井隔墙孔洞尺寸
孔洞号
孔洞流速V（m/s）
孔洞高度h（m）
孔洞尺寸（宽×高）
0-1
0.3
h===0.44
2.35×0.44
1-2
0.28
h===0.47
2.35×0.47
2-3
0.25
h===0.52
2.35×0.52
3-4
0.22
h===0.60
2.35×0.60
4-5
0.20
h===0.66
2.35×0.66
5-6
0.18
h===0.73
2.35×0.73
6-7
0.15
h===0.88
2.35×0.88
7-8
0.12
h===0.55
2.35×0.55
7-9
0.12
h===0.55
2.35×0.55
出水孔洞
0.10
h===0.66
2.35×0.66
3.3.5各段水头损失
式中h－各段总水头损失，m；
h1－每层栅条的水头损失，m；
h2－每个孔洞的水头损失，m；
－栅条阻力系数，前段取1.0，中段取0.9；
－孔洞阻力系数，取3.0；
－竖井过栅流速，m/s；
－各段孔洞流速，m/s。
中段放置疏栅条后
（1）第一段计算数据如下：
竖井数3个，单个竖井栅条层数3层，共计9层；
过栅流速；
竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，，
则
H2o
（2）第二段计算数据如下：
竖井数3个，前面两个竖井每个设置栅条板2层，后一个设置栅条板1层，总共栅条板层数=2+2+1=5；
过栅流速；
竖井隔墙3个孔洞，过孔流速分别为，，
则
H2o
（3）第二段计算数据如下：
水流通过的孔洞数为5，过孔流速为，，，，
则
mH2O
（4）总水头损失
H2o
3.3.6各段停留时间
第一段
第二段和第三段
3.6.7水力校核
G=
当T=20。
C时，
表4水力校核表
段号
停留时间（s）
水头损失（m）
G（S）
1
120
0.0642
72.4
2
120
0.0279
47.7
3
120
0.0109
29.8
360
0.1030
，在10000-100000之间，符合水力要求。
3.4沉淀澄清设备的设计
采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底部滑出。
斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径d=25mm，长l=1000mm，斜管倾角θ=。
如下图5所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。
斜管与水平面成角，放置于沉淀池中。
原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。
水流自下向上流动，清水在池顶用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。
图6斜管沉淀池剖面图
3.4.1设计水量
包括水厂自用水量6%。
和絮凝池一样，斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量
表面负荷取
3.4.2沉淀池面积
（1）清水区有效面积F’
F’=
（2）沉淀池初拟面积F
斜管结构占用面积按5％计，则
F=
初拟平面尺寸为
（3）沉淀池建筑面积F建
斜管安装长度
考虑到安装间隙，长加0.07m，宽加0.1m
F建=
3.4.3池体高度
保护高=0.5m；
斜管高度==0.87m；
配水区高度=1.5m；
清水区高度=1.2m；
池底穿孔排泥槽高=0.75m。
则池体总高为
3.4.4复核管内雷诺数及沉淀时间
（1）管内流速
（2）斜管水力半径
（3）雷诺数
（4）管内沉淀时间t
3.4.5配水槽
配水槽宽=1m
3.4.6集水系统
（1）集水槽个数n=11
（2）集水槽中心距
（3）槽中流量q0
（4）槽中水深H2
槽宽b=
起点槽中水深0.75b=0.21m，终点槽中水深1.25b=0.35m
为方便施工，槽中水深统一按H2=0.35m计。
（5）槽的高度H3
集水方法采用淹没式自由跌落。
淹没深度取5cm，跌落高度取5cm，槽的超高取0.15m，则集水槽总高度为
H3=H2+0.05+0.05+0.15=0.60m
（6）孔眼计算
①.所需孔眼总面积ω
由得
式中－集水槽流量，；
－流量系数，取0.62；
－孔口淹没水深，取0.05m；
所以
②单孔面积
孔眼直径采用d=30mm，则单孔面积
③孔眼个数n
（个）
④集水槽每边孔眼个数
=n/2=130/2=65（个）
⑤孔眼中心距离S0
S0=13/65=0.20m
3.4.7水头损失
取0.3米（沉淀池水头损失，经验值为0.2—0.3米）
3.4.8排泥
采用穿孔排泥管，沿池宽（B=18m）横向铺设6条V形槽，槽宽3.00m，槽壁倾角26.6o，槽壁斜高0.75m，排泥管上装快开闸门。
4过滤
采用V型滤池。
V型滤池是一种快滤池，因其进槽形状水呈V字形而得名。
它是我国于20世纪80年代从法国Degremont公司引进的技术。
它的工作过程是：
待滤水由进水总渠经进水阀和方孔后，溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹沿的V型槽，分别经槽底均布的配水V型槽堰顶进入滤池。
被均粒滤料滤层滤过的滤后水经长柄滤头流入底部空间，由方孔汇入气水分配渠管，再经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。
反冲洗过程：
关闭进水阀，但有一部分进水仍从两侧常开的方孔流入滤池，由V型槽一侧流向排水渠一侧，形成表面扫洗。
而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V型槽顶相平。
反冲洗过程常用“气冲—气水同时反冲—水冲”三步。
（1）气冲
打开进气阀，开启供气设备，空气经气水分配渠的上部小均匀进入滤底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮水中，被表面扫洗水冲入排水槽。
（2）气水同时反冲
在气冲的同时启动洗水泵，打开冲洗水阀，反冲洗水也进入气水分配渠，气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区，经长柄滤头均匀进入滤池，滤料得到进一步冲洗，表面继续扫洗。
（3）停止气水反冲，单独水冲，表面继续扫洗最后将水中杂质全部排入排水槽。
4.1滤池的布置
采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。
4.2滤池的设计计算
4.2.1设计水量
，
滤速
4.2.2冲洗强度
（1）第一部气水同时反冲冲洗强度
冲洗时间3min
（2）第二部气冲冲洗强度
气强度
水强度
冲洗时间4min
（3）第三部单独水冲冲洗强度
冲洗时间5min
（4）其它参数
总冲洗时间12min
冲洗周期T=48h
反冲横扫强度1.8L/（s·㎡）（一般为1.4～2.0L/（s
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