水质工程学课程设计

给水处理课程设计

给水处理课程设计

院系 城市建设学院

计算说明书

专业 给水排水工程专业 班级 给排水11001班 姓名 杨待良 学号 2010002043

2013年9月

给水处理课程设计

目 录

第一章 设计基本资料和设计任务 ……………………………………3 1.1 设计任务及要求…………………………………………………3 1.2 基本资料…………………………………………………………4 第二章 水厂设计规模 …………………………………………………5 第三章 水厂工艺流程的确定 …………………………………………5 第四章 水厂构筑物的设计计算 ………………………………………7 4.1 配水井……………………………………………………………7 4.2 药剂溶解池 ……………………………………………………9 4.3 反应池 …………………………………………………………10 4.4 混凝………………………………………………………………11 4.5加药间和药库……………………………………………………14 4.6 往复式隔板絮凝池………………………………………………15 4.7 斜管沉淀池………………………………………………………18 4.8 普通快滤池………………………………………………………23 4.9 消毒………………………………………………………………27 4.10 清水池 …………………………………………………………28 4.11 送水泵站 ………………………………………………………28 4.12 附属构筑物 ……………………………………………………29 第五章 水厂平面和高程布置…………………………………………29 5.1 平面布置…………………………………………………………29 5.2 高程布置…………………………………………………………29 第六章 参考文献………………………………………………………30 第七章 致谢……………………………………………………………31

2

给水处理课程设计

第1章 设计基本资料和设计任务

1.1 设计任务及要求

1.1.1 主要任务

（1）净水系统的工艺选择和系统的工艺计算,两个单体水处理构筑物的设计计算工作(混合池,反应池,沉淀池,滤池) （2）水厂平面布置图。

（3）水厂高程（流程）布置图。 （4）设计说明书。

1.1.2 具体要求

（1）说明与计算部分：

1）说明水厂净水工艺过程以及构筑物型式选择的理由，对水厂的总平面布置及高程设计作深入的阐述。要求主体生产构筑物按近期、远期相同两组并联设计，远期预留；生产附属构筑物及生活建筑物一次建设。

2）需计（估）算药剂投配设备、混合池、反应池、沉淀(澄清)池、滤池及清水池的主要尺寸，其中选择两个单体水处理构筑物进行工艺构造设计计算工作(混合池,反应池,沉淀池,滤池)；应简要说明消毒设备的选用理由及主要参数。

3）在计算书中，应列出所采用的全部计算公式和采用的计算数据并注明资料来源和选用理由。应附相应的计算草图。说明书说明设计计算方法及计算草图, 内容应完整，简明扼要，文句通顺，字迹端正。 （2） 图纸部分

1）水厂总平面图应按初步设计要求完成，图上应绘出主要净水构筑物、水泵站、清水池及附属房屋建筑、道路、绿化地带及厂区界限等，并表示其外形尺寸和相互距离。构筑物管道均以单线条表示。

2）水厂工艺平面布置图应绘出各种连络管渠、阀门等。

3）水厂给排水平面布置图应绘出厂区内生产、生活及消防用水管网，厂区雨水、污水管网等。

4）水厂高程流程图上，应标出各净水构筑物之顶、底及水面的标高；重要构件及管渠的标高等。

5）图中应注明图名及比例，并有必要的说明。图中文字一律用仿宋体书写。图例的表示

3

给水处理课程设计

方法应符合一般规定和标准。图纸应清洁美观。线条粗细应主次分明。

1.2 基本资料

1.2.1 工程概况

本设计为一座10万m/d自来水厂，分两期建设，近远期各5万m/d。拟定水厂区域内,地形较平坦,南高北低，标高在49～53.5m。 地质条件：水厂地表层为2.7m的亚粘土,下部4.7m的细纱,以下是基岩。气象条件:该地区主导风向为东北风，冬季最低气温-15度,冰冻深度320mm。水源：取水泵站水源输水管道为两根DN600的管道，位于水厂西北面。

3

3

1.2.2 源水水质资料

原水主要水质指标：

PH 7.4～6.9 浊度 200～20度 耗氧量（KMnO4法）（mg/L）7 氟化物（mg/L） 0.04 色度 20～11 Fe（mg/L） 0.04～0.05 总硬度（mgCaCO3/L） 250 溶解性总固体（mg/L）300 ～130 氨氮（mg/L） 2.8～1.0 大肠菌群（个/L） 7500～3500 夏季:最高水温30度，冬季:最低水温3度，平均19度。

4

给水处理课程设计

第

2章 水厂设计规模

2.1 水厂规模

根据资料，水厂净水产量10万m3/d，其中近、远期各5万m3/d。水处理构筑物按照近、远期处理规模进行设计，水厂的主要构筑物分为2组，每组构筑物类型相同,每组处理规模为5万m/d。 考虑到水厂自用水和水量的损失，乘以安全系数K=1.05。总处理水量Q=1.05×5=5.25万m3/d=2187.5 m3/h。

3

第3章 水厂工艺流程

水处理构筑物类型的选择，应根据原水水质，处理后水质要求、水厂规模、水厂用地面积和地形条件等，通过技术经济比较确定.

初步选定两套方案如下: 方案一:

取水→一级泵站→管式静态混合器→往复隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房→用户 ↑消毒剂 方案二:

取水 → 一级泵站→管式扩散混合器→折板絮凝池→平流式沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户 ↑消毒剂 类别 优点 方案一 管式静态混合器 方案二 管式扩散混合器 构造简单，安装方便 。混合快速均匀 管式孔板混合器前加装一个锥形帽，水流合药剂对冲锥形帽后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到迅速混合。不需外加动力设备，不需土建构筑物，不占用地 缺点 混合效果受水量变化有一定影响 1.水头损失稍大 5

给水处理课程设计

4.4混凝

（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。

本设计根据原水水质分析资料，确定合理的混凝剂品种及投药量。 参考分析相似水源有关水厂的经验数据

（2）混凝剂选用

根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和《给水排水工程快速设计手册—给水工程》（严煦世主编，中国建筑工业出版社）中表7-1、表7-2，综合各种凝聚剂性质和使用条件，选用精制硫酸铝作为混凝剂为宜。

（3）助凝剂选用

根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和《给水排水工程快速设计手册—给水工程》（严煦世主编，中国建筑工业出版社）中表7-3—常用凝聚剂性质，综合各种凝聚剂性质和使用条件，选用活化硅酸。

11

给水处理课程设计

（4）药剂投加

如下表1所示。

表1 水厂投加药剂参考数值 取水水源 原水悬浮物含量NTU(mg/L) 河水 10～50 最高 聚合氯化铝 32 最低 10 混凝剂种类 混凝剂投加量(mg/L) 助凝剂投加(mg/L) 活化硅酸 2 精制硫酸铝，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，因而使用硫酸铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂最大投加量为32mg/L。

（5）溶液池设计及计算

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。 确定溶液池容积：

根据《给水排水设计手册第3册第二版城镇给水》P455页 溶液池容积按下式计算：

W2?aQ

417bn式中 W2－溶液池容积，m3；

Q－处理水量，m3/h；本设计Q=2187.5m3/h

a－混凝剂最大投加量，32mg/L； b－溶液浓度（5%-20%），取10%； n－每日调制次数，取n＝3。 代入数据得：W2=5.596m3，取5.60m3

溶液池设置两个，每个容积为W2，以便交替使用，保证连续投药。

取有效水深H1＝1.0m，总深H＝H1+H2+H3（式中H2为保护高，取0.4m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.0+0.4+0.1＝1.5m。

溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝2.0m×2.0m×1.5m。置于室内地面上，池底坡度采用0.03.

溶液池旁有宽度为2.0m工作台，以便操作管理，底部设放空管。

12

给水处理课程设计

（6）溶解池容积计算：

溶解池容积W1=(0.2~0.3)W2，取0.25 故W1=0.25W2=0.25×5.60=1.4m3 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＝F＝1.183m；取边长为1.2m。

溶解池深度H＝H1+H2+H3 （式中H2为保护高，取0.4m；H3为贮渣深度，取0.1m）＝1.0+0.4+0.1＝1.5m

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＝10min，则放水流量

1/2

q0?w12800??4.67 L/s 60t60?10查水力计算表得放水管管径d0＝100mm，溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根。（钢管或铸铁管）

溶解池为地下式，池顶高出地面0.5m，以减轻劳动强度和改善工作条件。

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防腐措施。溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土材料，内壁涂衬以聚乙烯板。

为增加溶解速度及保持均匀的浓度，采用机械搅拌设备。使用中心固定式平桨板式搅拌机。桨直径750mm,桨板深度1000mm。

（7）管式静态混合器

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

13

给水处理课程设计

造如图所示。

计算过程：

1.设计流量

每组混合器处理水量为:52500 m3/d=2187.5m3/h=0.61m3/s 2.水流速度和管径

由流量为2187.5 m3/h，查《给水排水设计手册》第1册水力计算表得:v=1.21m/s,管径800 mm, 1000i= 2.11。

根据《水处理工程设计计算》（韩洪军、杜茂安主编，中国建筑工业出版社）中P62页混合设施静态混合器计算：

设计中h=0.5m，d=0.8m,Q=0.61 m3/s,则n=4.25，取n=5个，即设5个混合单元，长度L=1.1dn=1.1×0.8×5=4.4m，实际流速v=1.214m/s,选DN800内装5个混合单元的静态混合器。

4.5加药间和药库

加药间和药库合并布置，布置原则为:药剂输送投加流程顺畅,方便操作与管理,力求车间清洁卫生,符合劳动安全要求,高程布置符合投加工艺及设备条件.储存量一般按最大投药量的期间的15-30天的用量计算。

混凝剂为精制硫酸铝，每袋的质量为40kg，每袋的体积为0.5×0.4×0.2 m，投药量为30g/ m，水厂设计水量为2187.5m/h，药剂堆放高度为1.5m，药剂贮存期为30d。

14

3

3

3

给水处理课程设计

硫酸铝袋数N = 24Qut/1000W

= 24×2187.5×30×30/(1000×40)≈1182袋 有效堆放面积A = NV/1.5（1-e）

=1182×0.5×0.4×0.2/（1.5×0.8）=39.4㎡

4.6 往复式隔板絮凝池

设计原则:

1. 池数为2 个,絮凝时间20～30分钟,色度高,难于沉淀的细颗粒较多时宜采用高值. 2. 进口流速一般为0.5～0.6m/s,出口流速一般为0.2～0.3m/s. 3. 隔板间净距应大于0.5m,进水口设挡水措施,避免水流直冲隔板. 4. 絮凝池超高一般采用0.3m.

5. 隔板转弯处过水断面面积,应为廊道断面面积的1.2～1.5倍. 6. 池底坡向排泥口的坡度,一般为2%～3%,排泥管直径不小于150mm. 7. 絮凝效果可用速度梯度G和反应时间T值来控制.

设计计算:

(1)已知条件:

设计水量(包括自耗水量)Q = 105000 m3/d = 4375 m3/h (2)采用数据:

廊道内流速采用5档: v1=0.5m/s，v2=0.4m/s，v3=0.30m/s，

v4=0.25m/s，v5=0.20m/s。

絮凝时间:T=20 min

15

给水处理课程设计

池内平均水深:H1=2.5 m 超高:H2=0.3 m 池数:n=2 (3)数据计算 计算总容积:

W = QT/60 = 4375×20/60 = 1458.33 m

分为两池，每池净平面面积:

F’= W/(nH1) = 1458.33/(2×2.5) = 292m

池子宽度B:按沉淀池宽采用14 m 池子长度（隔板间净距之和）:

L’= 292/14= 21 m

隔板间距按廊道内流速不同分成5档:

a1=Q/(3600nv1H1)= 4375/(3600×2×0.50×2.5)= 0.486m

取a1=0.50 m，则实际流速v1’= 0.486 m/s

a2=Q/(3600nv2H2)= 4375/(3600×2×0.40×2.5)= 0.608m

取a2=0.60 m，则实际流速v2’= 0.405m/s

a3=Q/(3600nv3H3)= 4375/(3600×2×0.30×2.5)= 0.810m

取a3=0.80 m，则实际流速v3’= 0.304m/s

a4=Q/(3600nv4H4)= 4375/(3600×2×0.25×2.5)= 0.972m

取a4=0.95 m，则实际流速v4’= 0.256 m/s

a5=Q/(3600nv5H5)= 3333.3/(3600×2×0.20×2.5)=1.215m

取a5=1.2 m，则实际流速v5’= 0.203 m/s 廊道条数： m?23

l21??5.18 ?ai0.5?0.6?0.8?0.95?1.2 每种间隔采取5条,则廊道总数为25条,水流转弯次数为24次.则池子长度(隔板间净距之和):

L’=5(a1+a2+a3+a4+a5)=3(0.5+0.6+0.8+0.95+1.2)= 20.25m 隔板厚度按0.15m计，则絮凝池的总长L为:

L = 20.25 + 0.15×(15-1) =23.85 m

16

给水处理课程设计

各档流速廊道总长度L=5×14=70m。其中，廊道宽1.20m，最后一道廊道紧挨穿孔过水墙，不计入该档流速廊道的长度，则最后一档廊道总长为70－14=56m。

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=a1H1/(a1+2H1)=0.5×2.5/(0.5+2×2.5)= 0.227 m 槽壁粗糙系数n=0.013，流速系数Cn

1 Ci?Ri6

n1故: C1??0.2276?60.08

0.013第一段廊道长度: L1= 5B = 5×14 = 70 m 第一段水流转弯次数：S1=5

取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.25倍，则第一段转弯处v01= v1/1.25= 0.486/1.25= 0.389 m/s 则絮凝池第一段的水头损失为:

2vi2vnhi?2Li??mi)=3×5×0.389×0.389/(2×9.81)+0.486×0.486×70/(60.08 ×

ciRi2g1160.08×0.227)= 0.136 m 各段水头损失计算结果见下表：

各段水头损失计算

段数 1 2 3 4 5

∑h = 0.136 + 0.092 + 0.050 + 0.035 + 0.021 = 0.333 m

Mn 5 5 5 5 4 Ln(m) 70 70 70 70 56 Rn 0.2273 0.2679 0.3448 0.3992 0.4839 v0(m/s) 0.389 0.324 0.243 0.205 0.162 Vn(m/s) 0.486 0.405 0.304 0.256 0.203 Cn 60.09 61.76 64.42 66.01 68.16 Hn/(m) 0.136 0.092 0.050 0.035 0.021 17

给水处理课程设计

GT值计算（t=20℃）：

水温t在20℃时GT值校核：

故 G = 54.515 s

GT = 54.515×20×60 = 65418 (此GT值在10～10的范围内) 池底坡度: i = h/L = 0.333/23.85= 1.39％

4

5

-1

4.7 斜管沉淀池

设计要点:

1.斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形(较少采用矩形或正方形),其内径或边距d一般采用25～35mm.

2.斜管长度一般为800～1000mm左右,可根据水力计算结合斜管材料决定. 3.斜管的水平倾角常采用60°. 4.斜管上部清水区高度不宜小于1.0m. 5.斜管下部布水区高度不宜小于1.5m.

斜管沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用，按照斜管中的水流方向，分为异向流、同向流、和侧向流三种形式。斜管沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。本设计沉淀池采用异向斜管沉淀池，设计2组。

18

给水处理课程设计

4.7.1设计参数

设计流量为Q=2187.5m/h，斜管沉淀池与絮凝池合建，池宽为14m，表面负荷q=10 m/ m·h，斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成成六角形蜂窝管，内切圆直径d=25mm，长1000mm，水平倾角θ=60°，斜管沉淀池计算草图见图4-3。

图4.3 斜管沉淀池计算草图

排泥集水管2

3

3

清水区斜管区配水区穿孔排泥管积泥区

4.7.2 设计计算 4.7.2.1平面尺寸计算 1.沉淀池清水区面积

A?Q2187.5??218.75m2 q1032式中 q——表面负荷?一般采用9.0-11.0m3/(m2?h)，本设计取10 m3/(m2?h) ?m/(m?h)??，

2. 沉淀池的长度及宽度

L?A218.75??15.625m,取16m。 B142

则沉淀尺寸为L?B?16×14=224 m ，进水区布置在一个14m的一侧。在16m的长度中扣除无效长度0.5m，因此进出口面积(考虑斜管结构系数1.03)

A1??L?0.5??B??16?0.5??14?210.68m2

k11.03式中： k1——斜管结构系数，取1.03 3 沉淀池总高度

H?h1?h2?h3?h4?h5?0.3?1.2?0.87?1.5?0.80?4.67m

式中 h1——保护高度（m），一般采用0.3-0.5m，本设计取0.3m；

19

给水处理课程设计

h2——清水区高度（m），一般采用1.0-1.5m，本设计取1.2m；

h3——斜管区高度（m），斜管长度为1.0m，安装倾角60，则h3?sin600?0.87m； h4——配水区高度（m），一般不小于1.0-1.5m，本设计取1.5m； h5——排泥槽高度（m），本设计取0.8m。

0

4.7.2.2.进出水系统

1. 沉淀池进水设计

沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积：

A2?Q0.61??3.05m2 v0.2A230500??254.167，取255个。进15?815?8式中 v——孔口速度（m/s），一般取值不大于0.15-0.20m/s。本设计取0.2m/s。 每个孔口的尺寸定为15cm×8cm，则孔口数N?水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。 2.沉淀池出水设计

沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，则穿孔总面积： A3?Q0.61??1.017m2 v10.6设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数 N?A31.017??809.447，取810个。 F0.0012562

式中 F——每个孔口的面积(m),F??4?0.042?0.001256m2.

设沿池长方向布置8条穿孔集水槽，中间为1条集水渠，为施工方便槽底平坡，集水槽中心距为：L'=1.3m（集水槽间距等于1~1.2倍清水区高度，本设计取1.3m），每条集水槽长L=L??16?1??2?7.5m， 每条集水量为：

q?0.61?0.038m3/s，考虑池子的超载系数为20%，故槽中流量为： 2?8q??1.2q?1.2?0.038?0.04575m3/s

取槽内起端水深等于槽宽，则槽宽b=0.9q?0.4=0.9×0.0380.4=0.243m。

起点槽中水深 H1=0.75b=0.75×0.243=0.20m，终点槽中水深H2=1.25b=1.25×0.243=0.30m 为了便于施工，槽中水深统一按H2=0.25m计。集水方法采用淹没式自由跌落，淹没深度取0.02m，跌落高度取0.03m，槽的超高取0.15m。则集水槽总高度:

20

给水处理课程设计

3.给水排水工程快速设计手册(第1册) 给水工程分册 严煦世 主编，中国建筑工业出版社

第7章 致谢

课程设计是大学学习生活的一项任务，是巩固所学专业知识的最佳途径。同时，它还是我们大学生理论联系实际的一个重要途径。

通过学习，我们掌握了给排水工程专业的理论知识，在这次课程设计中，我们又灵活地运用所学知识，遇到并解决了许多实际问题。经此设计，我们认识到我们知识的单一性和理论联系实际的重要性，只有更全面的了解给排水系统的知识和不断的在实际中深化，才能更好的发挥我们的才能。

通过这次课程设计，我们对水厂的设计有了更深地了解，为今后的工作打下了坚实的基础。在此次设计中，我们得到了老师在很多方面的帮助，胜利完成此次设计，在此表示感谢。

31

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/72od.html