水厂工程毕业设计

设计总说明

水是人类社会赖以生存和发展的物质基础，是不可或缺、难以代替的重要资源。随着生活水平的提高，使人们对水质、水量的要求越来越高，这就要求给水排水工程专业人员予以城市给水系统合理的规划和设计。

近年来，随着社会经济的发展和繁荣，城市建设突飞猛进、城市面貌日新月异，城市居民生活水平大幅度提高。但是当地用水条件一直十分落后，饮水质量差，用水无保障，难以适应城市日益发展的需要。水的问题已成为严重制约华北地区B市持续、健康发展和对外开放的重要因素。因此，建设华北地区B市集中供水工程，实现集中统一供水已迫在眉睫。

给水系统是工矿企业的一项重要的基础设施，它在人们生活和工农业生产中占有重要地位,主要由取水工程、净水工程、输水管渠、城市管网、泵站以及其他调节构筑物构成。它的任务是从天然水源取水，按照用户对水质的要求进行处理，然后将水输送到给水区，并向用户配水。

本设计说明书主要内容包括：设计原始资料；取水、净水、主要构筑物的设计计算，并在已确定的工艺组成和各工序功能目标以及处理构筑物形式的基础上，确定水厂总体布置方案。

关键词：给水工程设计 给水系统 给水厂 净水工艺 平面布置

I

Genenral Design Introduction

Water is basical and indispensable resources of human society`s survival and development.It is really important,never repalced.With the improving of the people`s living standards,the demand to quality and quantity of water become higher.This requires that water supply and drainage engineering professionals to be reasonable urban water supply system plainning and design.

In recent years, with the social and economic development and prosperity, rapid urban construction, urban look with each passing day, urban living standards greatly improved. But local water conditions has been very backward, poor quality drinking water, water insecurity, difficult to adapt to the growing needs of the city. The problem of water has become a serious constraint B in North China City sustained, healthy development and opening up an important factor. Therefore, the construction of centralized water supply in North China Municipal Engineering B, to achieve centralized water supply is imminent.

Urban water supply system and the status of an inportant enterprise infrastructure,it play an important role in the industrial and agricultural production in people's lives, which work mainly by water,water purification projects,drainage pipes,Urban pipelines,pumping station and other structures constitute regulation.Its mission is to water from natural water sources, water quality in accordance with the requirements of the user for processing, and then water to water supply areas, water distribution to users.

The design of brochures main contents include:design originral information;Water,water purification and water main structures of the project design，And in the process identified target composition and function of each process and to deal with structures form the basis of determining the general layout scheme water.

Keywords:Water-supply; engineering design;Water supply system;Water Treatment Plant;water purification process; Layout

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目录

设计总说明 ................................................................................................................................. I GENENRAL DESIGN INTRODUCTION ............................................................................... II 1 概述 ........................................................................................................................................ 4 1.1城市概况 ......................................................................................................................... 4 1.2 工程设计 ........................................................................................................................ 5 2 设计水量 .............................................................................................................................. 6 2.1 用水量计算 .................................................................................................................... 6 2.2 消防用水量计算 ............................................................................................................ 8 2.3 设计水量 ........................................................................................................................ 8 3 给水处理厂工艺选择与设计计算 ........................................................................................ 9 3.1 工艺流程方案的确定 .................................................................................................... 9 3.2 混合方式 ...................................................................................................................... 10 3.3 混凝设施 ...................................................................................................................... 12 3.4 絮凝工艺 ...................................................................................................................... 15 3.5 沉淀工艺 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 3.6过滤 ............................................................................................................................... 24 3.7 消毒工艺 ...................................................................................................................... 29 3.8 清水池的设计计算 ...................................................................................................... 31 4 净水厂平面及高程布置 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 水厂平面布置 .............................................................................. 错误！未定义书签。 4.2 水厂的高程布置 .......................................................................... 错误！未定义书签。 谢辞 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。

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1 概述

1.1城市概况

1.1.1自然条件

(1)地理位置：位于中国东北地区 (2)气象资料

①风向：夏季主导风向为南风，冬季主导风向为东北风，年降水量为713.5mm。 ②气温：

最热月平均为：36.9℃ 最冷月平均为：－30.4℃ 多年平均温度：8.8℃ ③土壤冰冻深度：0.9m (3)工程地质资料： ①城市土壤种类为粘质土； ②地下水水位深度为15m。 (4)水文资料

① 水位：H河历史最高洪水水位为98.04m；97%保证率的枯水位为89.05m；常水位为92.30m。

②流量：最大流量为3500m3/s，97%保证率的枯水期流量为80m3/s，多年平均流量为340m3/s。 ③流速：流速为1.4～2.9m/s。 ④水源水质资料见表1-1

表1-1 水源水质资料 编号 1 2 3 名称 温度 细菌总数 大肠杆菌数 单位 摄氏度 个/毫升 个/升 分析结果 最高为25℃，最低为2℃ 3100 3500 表1-2 原水浊度

月份 浊度 1 30 2 20 3 45 4 60 5 6 7 8 9 10 11 12 130 320 710 940 1100 360 210 30 1.1.2城市建设规划

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(1)市总规划人口 46 万人 (2)市分区资料见表1-3

表1-3 市分区资料 分区名称 人口（万人） 楼房层数 一区 二区 (3)工业企业资料见表1-4

表1-4 A城市用水量情况

工厂名称（人数） 用水量/（m3/d） 针织厂（1000） 10500 药厂（500） 6000 食品厂（300）

①食品加工厂、制药厂、针织厂每班有1/2 员工需淋浴。淋浴时间分别集中在下班后一小时。

②城市绿化面积为30万m2 ,浇洒道路面积为20万m2。绿地及道路每天浇洒两次，分别在上午7—9时和下午3—5时。 ⑷城市综合生活用水

城市综合生活用水每小时用水量占最高日用水百分比情况见表3，用水日变化系数Kd=1.37。

表1-5 城市综合生活每小时用水量占最高日用水量百分比

小时用水量时间 小时用水量时间 占最高日用占最高日用水量百分比 水量百分比 0～1 1.82 8～9 5.92 16～17 1～2 1.62 9～10 5.47 17～18 2～3 1.65 10～11 5.40 181～9 3～4 2.45 11～12 5.66 19～20 4～5 2.87 12～13 5.08 20～21 5～6 3.95 13～14 4.81 21～22 6～7 4.11 14～15 4.92 22～23 7～8 4.81 15～16 5.24 232～4 ⑸未预见水量及管网漏失水量可按最高日用水量的15~25%计。 1.2 工程设计

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26 20 5 3 7500 用水时间 全天均匀使用 8～24h均匀使用 8～16h均匀使用 备 注 水质与生活饮用水相同，水压无特殊要求 时间 小时用水量占最高日用水量百分比 5.57 5.63 5.28 5.14 4.11 3.65 2.83 2.01

1.2.1 设计任务

(1)设计题目：东北A市水厂设计 (2)给水工程设计范围包括：净水工程

1.2.2 设计内容

⑴、基本资料的分析整理。

⑵、计算各种用水量，并确定城市水厂及取水构筑物的设计流量。 ⑶、选择水厂处理工艺流程及净水构筑物或设备类型和数量。 ⑷、净水构筑物及设备工艺设计计算。

⑸、水厂内各构筑物、建筑物以及各种管渠总体布置。 ⑹、绘制净水厂平面图及高程布置图。

2 设计水量

2.1 用水量计算

城市给水工程规划的主要内容应包括：预测城市用水量，并进行水资源与城市用水量之间的供需平衡分析；选择城市给予水水源并提出相应的给水系统布局框架；确定给水枢纽工程的位置和用地；提出水资源保护以及开源节流的要求和措施。

城市给水工程规划期限应与城市总体规划期限一致。

城市给水工程规划应重视近期建设规划，且应适应城市远景发展的需要。 城市给水系统的设计年限，应符合城市总体规划，近远期结合，以近期为主。 一般近期宜采用 5～10 年，远期规划年限宜采用 10～20 年。

设计用水量由下列各项组成： (1) 综合生活用水量Q1

包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。前者指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲厕、洗澡等日常生活用水；公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆浴室、商业、学校和机关办公楼等用水；

(2)工业企业生产用水量和工作人员生活用水量Q2 (3)浇洒道路和绿地用水量Q3 (4)未预见水量及管网漏失量Q4 (5)水厂自用水量Ｑ5 (6)消防用水量Q6

城市总用水量计算时，应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水，包

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括居住区综合生活用水；工业企业生产用水和职工生活用水；市政用水；未预见水量和管网漏失量，但不包括工业自备水源所需的水量。

2.1.1各项用水量计算 (1)综合生活用水量 Q1

Q1=qNf (m/d) （2.1）

式中：q——最高日生活用水定额，这里取210L/cap·d（查城市给水工程（中国建筑工业出版社）二区中小城市居住区生活用水标准）； N——设计年限内计划人口数，46 万 f——自来水普及率，100%

Q1＝0.210×460000×100％ ＝96600 m/d

(2)工业企业生产用水量和工作人员生活用水量，Q2

①针织厂、药厂和食品厂企业生产用水量为：

10500＋6000+7500=24000 m/d ②工作人员生活用水量：

针织厂职工人数为 1000 人，倒班次数为 3 次每班333 人，热车间人数为 333 人生活用水量取 35L/cap·班，淋浴用水量取 60 L/cap·班淋浴人数为 167人。

药厂职工人数为500 人, 倒班次数为 2 次每班 250 人,热车间人数为 250 人，生活用水量取 35(L/cap·班)，淋浴人数为 125 人。

食品厂职工人数为300人, 倒班次数为 1 次每班 300 人,热车间人数为300 人，生活用水量取 35(L/cap·班)，淋浴人数为 150 人。 因此三家工业企业生产用水量和工作人员生活用水量 Q2 为： Q2=0.350×（3×333+2×250+300）+（3×167+2×125+150）

×0.60+24000=630+540+24000=25170 m/d

(3) 浇洒道路和绿地用水量，Q3

该城市需要浇洒的道路面积为20万㎡，绿地面积为30万㎡。绿地及道路每天浇洒两次，分别在上午7—9时和下午3—5时。根据浇洒道路用水量一般为每平方米路面每次1.0-1.5 L.m2/次，这里取1.5 L.m2/次,大面积绿化用水可采用1-2 L.m2/d,这里去1.2 L.m2/d，则浇洒道路和绿地用水量Ｑ3：

Ｑ3=0.0015×200000+0.0012×300000=1320 m3/d

(4)未预见水量及管网漏失量 Q4

城市未预见水量和管网漏失量按城市最高日用水量的10%-20%计算，本次设计取20%。

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33

3

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Q4=（Q1+Q2+Q3）×20%=（96600+25170+1320）×20%=24618 m3/d (5)水厂自用水量 Q5

水厂自用水量按照综合生活用水量、工业企业生产用水量和工作人员生活用水量、市政用水和未预见水量及管网漏失量总和的百分数估算，一般可取5%-10%，这里取10%。

Q5=（Q1+Q2+Q3+Q4）×10%=（96600+25170+1320+24618）×10%=14770.8 m3/d

2.1.2最高日用水量 QR

最高日用水量，是指设计年限内用水最多一日的用水量，由综合生活用水量、工业企业生产用水量和工作人员生活用水量、市政用水和未预见水量及管网漏失量总和乘上未预见水量系数得到。

QR=K（Q1+Q2+Q3）=1.2×（96600+25170+1320）=147708 m3/d

由于消防用水是偶然发生的，其数量占总用水量比例较小，一般消防用水量不计入最高日用水量中，本设计中水量属于较大规模的给水工程，最高日用水量中不计入消防用水量。

本次设计的最高日用水量取为147800 m3/d 2.1.3 城市最高日平均时用水量 Qp Qp=QR/24=147000/24=6125 m3/h 2.2 消防用水量计算

由《城市给水工程》可知，城镇居住区人口数≥40 万人，同一时间内的火灾次数为 3 次，一次灭火用水量为 75 l/s，火灾持续时间按两小时计。则消防用水量为：

Q6=T×Q4 =0.075×3×2×3600=1620 m3/d

2.3 设计水量

2.3.1 取水泵站的设计水量

城市取水构筑物的取水量和水厂的设计水量，除最高日用水量外，还要加上自身用水量进行计算。水厂自身用水量的大小取决于给水处理方法、构筑物型式以及原水水质等因素，一般采取最高日用水量的5%—10%，这里取10%。因此取水泵站的设计水量为：

QP=1.10×QR/24=1.10×147800/24=6774.17 m3/h

2.3.2 净水厂的设计水量

取水泵站的设计流量和净水厂的设计水量应该按照最高日平均时设计，所以净水厂的设计水量为1.88 m3/s，即6774.17m3/h。

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3 给水处理厂工艺选择与设计计算 3.1 工艺流程方案的确定 可供选择的净水工艺流程 适用条件 水，只要求去除粗大杂质。 2、原水→混凝、沉淀或澄清 一般进水悬浮物含量应小于2000～3000mg/l,短时间允许到5000～10000mg/l，出水浊度约为10～20NTU，一般用于水质要求不高的工业用水。 3、原水→混凝、沉淀或澄清→过滤→消毒 1、一般地表水厂广泛采用的常规流程，进水悬浮物允许含量同上，出水浊度小于2NTU； 2、山溪河流浊度经常较低，洪水时含沙量较大，也可采用此流程，但在低浊度时可不加混凝剂或跨沉淀直接过滤； 3、含藻、低温低浊水处理时沉淀工艺可采用气浮池或浮沉池。 4、原水→接触过滤→消毒 1、一般可用于浊度和色度低的湖泊水或水库水处理； 2、进水悬浮物含量一般小于100mg/l,水质稳定、变化较小且无藻类繁殖； 3、可根据需要预留建造沉淀池（澄清池）的位置，以适应今后原水水质的变化。 5、原水→调蓄预沉、自然预沉或混凝预沉→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒 1、高浊度水二级沉淀（澄清），适用于含砂量大，砂峰持续时间长时，预沉后原水含砂量可降低到1000mg/l以下； 2、黄河中下游的中小型水厂和长江上游高浊度水处理时已较多采用两级混凝沉淀工艺。 由于本次设计的水厂以地表水为水源，按照以往水厂运营经验，本次设计采

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1、原水→简单处理（如用筛网隔滤） 水质要求不高，如某些工业冷却用用原水→混凝→沉淀→过滤→消毒的处理工艺,如下图所示。

处理工艺示意图

3.2 混合方式 3.2.1设计要点：

(1)混合速度要快，药剂应在水中流造句裂纹懂得条件下投入，一般混合时间（10～20s）

(2)本设计采用连续投药

(3)混合设备里后备处理构筑物越近越好，尽可能与构筑物相连接。 3.2.2混合方式

混合设备的比较

混合设备 水泵混合 优点 混合效果好，不需另建混合设施，节省动力，大、中、小型水厂均可采用。 缺点 长距离输送时肯过早形成絮凝；絮体一旦破碎很难重新凝聚，不利于后续絮凝；若管内流速过低会沉积于管内。 管中流速低时，混合不充分。 水头损失大，当流量过小时因水流紊乱程度不够使效果下降。 简单的管式混合 管式混合 管式静态混合器 扩散混合器 机械混合器 简单易行，水头损失小。 构造简单，安装方便，混合快速均匀。 在管式孔板混合器前加一锥形帽，水流和药剂对冲锥形帽而后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到快速混合。 混合效果好，不受水量变化影响。 需要额外建设混合池，并且增加机械设备并相应增加维修工作。 10

水力混合方式 在我国应用较少。 根据以往水厂运行经验，本设计采用管式静态混合器混合。其水头损失一般小于0.5米，设备简单，维护管理方便，不需土建筑物，混合效果好，不需外加动力设备。

(1)根据各水厂运行经验，本设计采用静态混合器。 (2)静态混合器的特点和适用条件：

①投资省，在管道上安装容易，维修工作量小； ②能快速混合，效果良好； ③产生一定的水头损失； ④适用于水量变化小的水厂； ⑤混合器内采用1-4个分流单元。 3.2.3 管式静态混合器的设计

(1)已知条件 设计供水水量为Q=147000m3/d，自用水量取总水量的10%，则总进水量为Q=161700m3/d。

(2)设计计算

h=0.1184nQ2／d4.4---- (查中国建筑工业出版社《水处理工程设计计算》) 式中，h-水头损失（m） Q-处理水量（m3/d） d-管道直径（m） n-混合单元（个）

本次设计中，采用两条铸铁输水管道有水源地向给水厂输水，其中原水流速不小于0.6m/s，每条输水管的输水流量为0.94m3/s则输水管径d=4Q?/v=4=1.09m。

设计中取d=1.0 m,Q=1.88 m3/s，当h=0.31m时，需3个混合单元，选DN1000内装3个混合单元的静态混合器。加药点设于靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布。

管式静态混合器示意图

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3.3 混凝设施

水的混凝是指向原水中投加化学药剂来破坏胶体和悬浮物在水中形成的稳定分散系，使其凝结成具有明显沉淀性能的絮凝体，然后通过重力沉降予以去除。其中包含凝聚和絮凝两个过程。 3.3.1 混凝剂的选择

混凝剂的比较 类型 名称 硫酸铝 优点 使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。 缺点 水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体比较松散，效果不及铁盐混凝剂。 制得的产品，因受原 料、工艺条件等限制、质量受到影响。 铝 盐 聚合氯化铝（PAC） 适应水质范围较宽； 相对于硫酸铝而言，混凝效果随温度变化较小； 形成絮体的速度较快，絮体颗粒和相对密度都较大，沉淀性较好，投加量较小； 加量投加一般不会出现胶体的再稳定现象； 药剂配制后投加对设备的腐蚀作用小，且对出水水质影响不大。 聚合硫酸铝中的SO2?4 聚合硫酸铝（PAS） 三氯化铁 离子具有类似羟桥的作用，可把简单铝盐水解产物桥联起来，促进了铝的水解聚合反应。目前生产上尚未广泛应用。 适宜的PH范围较宽； 形成的絮凝体比铝盐凝体密实，处理低温或低浊水的效果优于硫酸铝。 三氯化铁腐蚀性较强，且固体产品易吸水潮解，不易保管。 铁 实际使用时的PH值必须在8.5以上，且有足够的碱度和氧存在硫酸亚铁（FS） 的条件下才能完成氧化过程。 药剂量低； 适应的水质条件较宽； 基本上不用控制溶液的PH值； 絮凝速度快，矾花较大沉降迅速； 聚合硫酸铁具有脱色，除重金属离子，降低水中（PFS） COD，BOD浓度和提高加氯杀菌效果等，是一种优良的无机高分子絮凝剂，目前应用相当广泛。 聚丙烯酰胺（PAM） 对胶体表面具有强烈的吸附作用，在胶粒之间形成桥联。 盐 有机高分子混

水解度过高，负电性过强，对絮凝产生阻碍作用。 12

凝剂 带氨基、亚氨基等正电基团混凝剂 具有优良的混凝效果。 价格昂贵。 淀粉、动物胶、与铝盐、铁盐混合使用效果显著 树胶、甲壳素等 价格较高，不能预制久存，使用不便。

根据原水的水质情况，参考有关净水厂的运行经验，选用混凝剂为聚合硫酸铁（PFS），该混凝剂药剂量低；适应的水质条件较宽；基本上不用控制溶液的PH值；絮凝速度快，矾花较大沉降迅速；具有脱色，除重金属离子，降低水中COD，BOD浓度和提高加氯杀菌效果等，是一种优良的无机高分子絮凝剂，目前应用相当广泛。

投加浓度为15％，最大投加量为 6.45 mg/l，最低 2 mg/l，平均 4 mg/l。 混凝剂投量计算：

T=aQ/1000

式中：a-单位混凝剂最大投加量（mg/l）; T-日混凝剂投量（kg/d）; Q-日处理水量（m3/d）

① a=6.45时,T=6.45×162580/1000=1048.64kg/d ② a=4时，T=4×162580/1000=650.32kg/d ③ a=2时，T=2×162580/1000=325.16kg/d 3.3.2 药剂配制及投加方式的选择

混凝剂的投加方式的比较

分类 重力投 泵前投加 加 高位溶液池湿重力投加 法 水射器投加 压力 投加 泵投加 干法 特点 一般适用于取水泵房距水厂较近者。 安全可靠，但溶液池位置较高。 设备简单，使用方便，溶液池高度不受太大限制，但水射器效率较低，且易磨损。 可通过改变计量泵或变频调速改变药液投量，适合用混凝剂自动控制系统。 应用较少。 本设计采用湿投法中计量泵和水泵联合使用的方式。 3.3.3 药剂溶解与溶液配制

①溶液池容积 W1：

W1= aQ/417bn

式中，W1-溶液池容积（m3）;

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Q-设计处理水量（m3/h）; a-混凝剂最大投加量（mg/l）; b-混凝剂的浓度，一般采用5%-20%； n-每日调制次数，一般不超过3次。

设计流量为 Q=6774.17 m/h，最大投加量为a=6.45 mg/l, 溶液浓度为15％，每天调制次数为 n=2，溶液池调节容积为：

W1＝aQ/417bn=6.45×6774.17/(417×15×2)＝3.49 m

溶液池采用钢混结构，单池尺寸为L×B×H=2×1.8×1.6，高度中包括超高0.30m，沉渣高度0.3m。

3，

溶液池实际有效容积：W1=2×1.8×1=3.6 m满足要求。

池旁设工作台，宽1.0～1.5m，池底坡度为0.02。底部设置DN100mm放空管，

3

3

采用硬聚氯乙烯塑料管，池内壁采用环氧松脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释用给水管DN80mm一条，于两池分设防水阀门，按1h放满考虑。

②溶解池容积 W2：

3

W2＝（0.2～0.3）W1＝0.25×3.60＝0.90 m

溶解池尺寸为：B×L×H=1m×1m×1.5m，高度中含超高0.3m，底部沉渣高0.2m.为操作方便，池顶高出地面0.8m。

溶解池实际有效容积：W2，=1×1×1=1 m

3

溶液池采用钢混结构，内壁采用环氧松脂进行防腐处理，池底坡度为0.02，设置DN100mm排渣管，采用硬聚氯乙烯塑料管。给水管管径DN80mm，按10min放满溶解池考虑，管材采用硬聚氯乙烯塑料管。

③溶解池搅拌设备

溶解池搅拌设备采用机械搅拌，搅拌桨为平板桨。直径：R=750 ㎜，浆板深度：700 ㎜。 3.3.4 投药方式

采用转子流量计和耐酸泵结合的方式投加，选用二台 OH1-25DX-16 型水泵，一台工作，一台备用，其性能如下：流量：0.36～16.9m3/h；扬程 15～132 m。 3.3.5 加药间及药剂仓库 ①加药间

各种管线布置在管沟内，给水管采用镀锌钢管，加药管采用塑料管，排渣管采用塑料管。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药剂仓库

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仓库容积考虑存放 30d的混凝剂用量。 聚合硫酸铁所占体积：

T30=a×Q×30/1000

式中，T30-30天聚合硫酸铁用量（t）； a-聚合硫酸铁投加量（mg/l）; Q-处理水量（m3/d）

设计中a=6.45mg/l，T30=6.45×162580×30/1000=31459.23kg=31.46t 聚合硫酸铁相对密度为1.45，则所占体积为31.46/1.45=21.70m3 药剂堆积高度按1.5米计（采用吊装设备），则药库面积为14.46m2,考虑药剂的运输、搬运和磅秤所占面积等，这部分面积按药品面积俄30%计，则药库面积为14.46×1.3=18.80m2，取为20m2。

平面尺寸采用：5.0m×4.0 m

3.4 絮凝工艺

絮凝工艺就是在外力的作用下，是具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大的絮凝体，以适应沉降分离的要求。在净水构筑物中，完成絮凝过程的设备称为絮凝池。

3.4.1常用絮凝池及设计要点

(1)絮凝池流速按由大逐渐变小进行设计。

(2)反应时间10～30min，平均G值20～70s-1，GT值104～105，以保证絮凝过程的充分和完善。

(3)为使絮粒不致被破坏或产生沉淀，絮凝池内流速必须加以控制，控制值随絮凝池形式而异。

(4)絮凝池宜与沉淀池合建。 (5)池数一般不少于2个。 3.4.2 常见絮凝池工艺比较

絮凝设备类型 往复式隔 隔板絮板 凝池 絮 回转式凝 隔板絮池 凝池 絮凝设备的比较 优点 反应效果好； 构造简单，施工方便； 容积较大。 水头损失比往复式隔板絮凝池小40%；絮凝效果有所提高。 缺点 水头损失大；180度的急剧转弯会使絮凝体有破坏的可能，尤其在絮凝的后期。 出水流量不易分配均匀。 15

能不佳。 由于平流式沉淀池构造简单、管理方便；出水水质好；能够抗冲击负荷；一般适用于大中型水厂。所以，经过比较和选择，本次设计选择平流式沉淀池作为沉淀设备，该沉淀池有利于保证出水水质，便于运行管理。

本次设计中，采用折板絮凝池和平流沉淀池合建的方式，以配水花墙连接，所以每个平流沉淀池的宽度为24m,中建设导流墙。

1、设计水量

水厂设计水量为147800m3/d，水厂自用水量为10%。 Q=Q设×（1+k）/24n

式中，Q -单池设计水量（m3/d）； Q设-设计日产水量（m3/d）；

k-水厂自用水量占设计水量的百分比，取10%； n-沉淀池个数，一般不少于2个。 Q=147800（1+10%）/（24×2）=3387.08 m3/h=0.94 m3/s 2、平面尺寸计算

①沉淀池有效容积 V=QT

式中，V-沉淀池有效容积（m3）； T-停留时间（h），一般采用1～3h。 设计中取T=2h，V=3387.08×2=6774.16m3 ②沉淀池长度 L=3600vT

式中，-沉淀池长度（m）；

-水平流速（m/s），一般采用0.01～0.025m/s； 设计中，取v=0.02 m/s，L=3600×0.02×2=144m ③沉淀池宽度

设计中，取每个沉淀池的宽度为24m，中间设导流墙，则梅格的

宽度为12m.

深度h=v/Lb=6774.16/(144×24)=1.96 m

沉淀池长度L与宽度B之比为：L/B=144/12=12＞4，满足要求； 长度与深度之比L/h=144/1.96=73.74＞10，满足要求。 复核沉淀池中水流的稳定性，计算弗劳德数 Fr=v2/Rg 式中，Fr-弗劳德数； R-水力半径（m）； g-重力加速度（m/s2）。

R=ω/ρ=Bh/(B+2h)=12×1.96/（12+2×1.96）=1.48m 设计中， Fr=0.022/（1.48×9.8）=0.000028m

弗劳德数介于0.00001～0.0001之间，满足要求。 雷诺数校核 3、进出水系统

① 沉淀池进水部分设计

沉淀池的配水，采用穿孔花墙进水方式，则孔口总面积为： 简图

21

A=Q/v1

式中，A -孔口总面积（m2）；

v1-孔口流速（m/s），一般取值不大于0.15～0.20m/s。

设计中，v1=0.2m/s，A=0.94/0.2=4.70 m2 每个孔口尺寸为15cm×8cm,孔口数我392个。 进口水头损失为： h1=ξv12/2g

式中，h1-进口水头损失（m）； ξ-局部阻力系数。

设计中，取ξ=2，进口水头损失h1=2×0.22/（2×9.8）=0.004m 可见，计算得出的进水部分水头损失很小，为了安全，此处取为0.07m。

② 沉淀池的出水部分设计 简图

沉淀池的出水采用薄壁溢流堰，渠道断面采用矩形。溢流堰的总长为： l=Q/q

式中，l-溢流堰的总长（m）；

q-溢流堰的堰上负荷[m3/(m·d)],一般不大于500[m3/(m·d)] 设计中取溢流堰的堰上负荷q=250 m3/(m·d)，则

l=3387.08×24/250=325.16 m 如何布置 出水堰采用指形堰，共5条，双侧集水，汇入出水总渠。出水堰的

堰口标高能通过螺栓上下调节，以适应水位变化，如图所示。 出水渠起端水深为： h2=1.733Q/gb2

式中，h2-出水渠起端水深（m）；

b-渠道宽度（m）。

0.94 设计中，取b=1.0m,则h2=1.733=0.79m

9.8?1 出水渠道总深设为1m，跌水高度0.21m，渠道内水流速度为: V2=Q/bh2

式中，V2-渠道内水流速度（m/s）。 V2=0.94/（1.0×0.79）=1.19 m/s 沉淀池出水管径初定为DN1000mm，此时管内流速为： V3=4Q/πD2

式中，V3-管道内水流速度（m/s）； D-出水管的管径（m）。

V3=4×0.936/（3.14×1）=1.20 m/s

③ 沉淀池放空管 d=0.7Lh0.5/t

22

式中，d-放空管管径（m）；

t-放空时间（s），一般不大于6小时。 设计中取t=2h，则d=0.48m，取放空管管径为DN500mm。 ④ 排泥设备选择

排泥方式特点比较 方法 多斗底重力排泥 穿孔管排泥 1、机械设备较少； 2、耗水量少； 3、池底结构较简单； 4、孔眼易堵塞，排泥效果不稳定； 5、检修不便； 6、原水浊度较高时，排泥效果差 机械排泥 1、排泥效果好； 2、可连续排泥； 3、池底结构简单； 化； 5、耗用金属材料较多； 6、设备和维修工作量较大 本次设计采用多斗重力排泥的排泥方式，沉淀池底部设泥斗，每组沉淀池设8个污泥斗，污泥斗顶宽1.75m，底宽0.65m，污泥斗深0.4m。采用HX8-14型行车式虹吸泥机，驱动功率为0.37×2kW，行车速度为1.0m/min。

污泥量的计算

⑤沉淀池总高度 H=h3+h4+h

式中，H-沉淀池总高度（m）；

h3-沉淀池超高（m），一般采用0.3～0.5m； h4-沉淀池污泥斗高度（m）。

1、原水浊度较高； 2、排泥次数较多； 3、地下水位较高； 1、原水浊度适应范围较广； 2、穿孔管长度不能太长； 3、新建或扩建的水厂 特点 适用条件 1、可以分斗排泥，排泥均匀而无干扰； 1、原水浊度不高； 2、与穿孔管排泥比较，排泥管不易堵塞； 2、一般用于中小型水厂 3、排泥浓度较高； 4、劳动强度小，操作方便，可配合自动4、一般用于大、中型水厂 23

设计中取h3=0.5m, h4=0.4m,则H=0.5+0.4+1.96= 2.86m。

3.6过滤

在水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水质获得澄清的滤层过滤工艺过程。滤池通常置于沉淀池或澄清池之后，进一步去除水中的细小悬浮颗粒，降低出水浊度。残存在滤后水中的细菌和病毒等，由于失去悬浮物的保护或依附而呈裸露状态，较容易在后续消毒过程中被灭活。因此，过滤是给水的净化工艺中不可缺少的重要处理措施。另外，过滤还常用在对进水浊度要求较高的处理工艺前作预处理。

3.6.1 设计要点

(1)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。

(2)供生产用水的过滤池出水水质，应符合生产工艺要求。

(3)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等布置因素，结合当地条件，通过技术经济比较确定。

(4)滤池的工作周期，宜采用12-24h

(5)滤料应具有足够的机械强度和抗蚀性能，并不得含有有害成分。 (6)每个滤池应设取样装置。

3.6.2常用滤池特点及使用条件的比较

过滤设备的比较

池型 滤料 特点 1、 材料易得，价格低； 普通快滤池 无烟煤石英砂双层滤料 单层砂滤料 2、 大阻力配水系统，单池面积大； 3、 可采用减速过滤，水质好； 4、 阀门多，价格高，易损坏； 5、 需设有全套冲洗设备 1、 含污能力大，可采用较大滤速； 2、 可采用减速过滤，水质好； 3、 冲洗用水少；

24

适用条件 1、 一般用于大中水厂 2、 单池面积不宜大于100m； 21、 适用于大中型水厂； 2、 宜采用大阻力配水系统； 3、 单池面积不应大于4、 滤料价格高，易流失； 5、 冲洗困难，易积泥球； 1、 含污能力大，可采用较大滤速； 砂煤重质矿石三层滤料 2、 可采用减速过滤，水质好； 3、 冲洗用水少； 4、 滤料价格高，易流失； 5、 冲洗困难，易积泥球； 1、 采用气水反冲洗，有表面横向扫洗作用，冲洗效果好，节水； V型滤池 单层砂滤料 2、 配水系统一般采用长柄滤头； 3、 采用均质滤料，滤层较厚，滤料较粗，过滤周期较长； 4、 冲洗过程自动控制； 1、 不需大型阀门； 2、 易于自动化操作，管理方便； 虹吸滤池 单层砂滤料 3、 土建结构复杂； 4、 池深大单池面积小，冲洗水量大； 5、 等速过滤，水质不如变速过滤； 1、 材料易得，价格低； 2、 大阻力配水系统，单池面积双阀滤池 单层砂滤料 可大； 3、 可采用减速过滤，水质好； 4、 减少2只阀门； 5、 增加形成虹吸的抽气设备； 1、 造价低，不需大型阀门设备； 2、 池深浅，结构简单； 3、 自动连续运行，不需冲洗设 100m； 4、 需采用助冲设施； 1、 适用于中型水厂； 2、 宜采用中阻力配水系统； 3、 单池面积不宜大于50-60 m； 4、 需采用助冲设施； 适用于大中型水厂 221、 适用于中型水厂； 2、 单池面积不宜大于25-30 m ； 21、 适用于大中型水厂； 2、 单格面积宜小于10 25

移动罩滤池 单层砂滤料 备； 4、 占地少，节能，减速过滤； 5、 需移动冲洗设备； 6、 罩体与隔墙间密封技术要求高； 7、 起始滤速较高，因而平均设计滤速不宜过高； m； 2由于移动罩滤池无大型阀门，管件少；无需冲洗水塔；池身较浅，

造价低；滤池分格多，单池面积小，配水均匀性好；单格滤池冲洗水量相对较小，对整个滤池产水量无明显影响，能自动连续运行。根据原水水质和处理后水质要求，经综合比较，本次设计采用移动罩滤池。

3.6.3 设计计算

3.6.3．1 滤池面积和尺寸 F=Q/(nv)

式中，F-滤池面积（m2）；

Q-滤池设计流量(m3/h)； n-滤池分组数(组）； v-设计流速(m/h)。

设计中，取n=2，V=10m/h,则F=6774.16/（2×10）=338.71m2 设计中取每一滤格面积尺寸为f1=3.0×3.0m2，取每组滤池38格，分两排布置，每组滤池实际过滤面积F=9.0×38=342m2 。

实际滤速v'=Q/2F=6774.16/(2×342)=9.90 m/h

3.6.3．2 进水系统

d1= 4Q/?V1 Q1=Q/n

式中，d1-进水管管径（m);

Q1-一组滤池的设计流量（m3/s）； V1-进水管流速（m/s），一般为1.0～1.5m/s。

设计中，取V1=1.4m/s，Q1=6774.16/2=3387.08m3/h=0.94m3/s d1=4?0.94/3.14?1.4=0.925 m 设计中选用DN900的钢管为进水管。 3.6.3．3 出水虹吸管和水位恒定器 ?出水虹吸管 f2=Q1/v2

26

式中，f2-出水虹吸管横断面积（m2）；

v2-出水虹吸管流速（m/s），一般采用

0.9～1.3m/s。

设计中，出水虹吸管采用倒U形管的形式，取v2=1.3m/s。 f2=0.94/1.3=0.72m2

设虹吸管断面为矩形，取其长度为1.2m，宽度为0.6m，则虹吸管实际面积为1.2×0.6=0.72m2。

?水位恒定器

为了保持滤池水位恒定，需在出水虹吸管的管顶（上口）装设水

位恒定器，本次设计采用浮子式水位恒定器。

3.6.3．4 滤池高度

H=H1+H2+H3+H4+H5+H6

式中，H-滤池高度（m）； H1-承托层高度（m）；

H2-滤料层厚度（m)，一般采用0.7m；

H3-滤层上水深（m),一般采用1.0～1.5m； H4-超高（m），一般采用0.4～0.5m； H5-集水区高度（m)，一般采用0.3～0.7m； H6-滤板厚度（m），一般采用0.1～0.15m。

设计中，取H1=0.3m,H2=0.7m,H3=1.5m,H4=0.5m,H5=0,70m,H6=0.15m，则H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=3.85m。

为了保证正水头过滤，避免滤层发生气阻现象，设计中取出水堰顶水位高出滤层0.15m，即过滤水头为1.35m。 3.6.3．5 反冲洗系统

①缝隙滤板水头损失 h1=ξv32/2g 式中，h1-反冲洗时缝隙式滤板的局部水头损失（m）； ξ-滤板局部阻力系数；

v3 -缝隙式滤板中水的流速（m/s）。 设计中，取ξ=1.5，缝隙式滤板的开孔按3%计算，q=15L/(m2·s)，v3=0.5 m/s。

h1=1.5×0.52/（2×9.8）=0.019m

② 承托层水头损失

h2=0.022H1q--(查中国建筑工业出版社《水处理工程设计计算》)

27

式中，h2-承托层水头损失(m); H1-承托层厚度（m）。

设计中，取H1=0.3m，则=0.022×0.3×15=0.099m

③ 滤料层水头损失 h3=（ρ2/ρ1-1）×（1-m）H2 式中，h3 -滤料层水头损失（m）； ρ2 -滤料的密度（kg/m3）； ρ1 -水的密度（kg/m3）； m -滤料层的孔隙率； H2-滤料层厚度（m）。

设计中，取ρ2=2650，ρ1=1000，m =0.44，H2=0.70m，则 h3 =（2650/1000-1）×（1-0.44）×0.70=0.647m

④ 反冲洗虹吸管水头损失

反冲洗水量为 Q1=q×f1

式中，Q1-一个滤池反冲洗的水量（L/s）。 Q1=15×9=135 L/s

选用管径400mm的钢管，得流速v=1.04m/s，水力坡度i=3.85‰ 反冲洗虹吸管水头损失 h4=（ξ1+ξ2+ξ3+ξ4）v2/2g+li 式中，h4-反冲洗虹吸管水头损失（m）； ξ1-进口局部阻力系数； ξ2-出口局部阻力系数； ξ3-60弯头局部阻力系数； ξ4-120弯头局部阻力系数；

l-排水虹吸管长度（m）； i-水力坡度。

设计中，取ξ1=0.5，ξ2=1.0，ξ3=0.5，ξ4=1.2，l=6.0m,经计算可得h4=0.189m。

反冲洗总水头损失为：

Σh=h1+h1+h1+h1=0.019+0.099+0.647+0.189=0.95m

设计中取虹吸管反冲洗水头损失差为1.2m。 3.6.3．6冲洗罩

设计中选用虹吸式冲洗罩，短流活门孔口面积为 a=f1vmax/3600v0

式中,a -短流活门孔口面积（m2）； f1 -每个滤格的面积（m2）；

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vmax -冲洗后的最大初始滤速（m/h）， 为滤池设计滤速的2～3倍。当

采用普通石英砂滤料时，一般不 超过30m/h；

v0-短流活门孔口流速（m/s）,一般

采用0.3～0.5m/s。

设计中取vmax =25 m/h，v0=0.5 m/s，则

a=9×25/（3600×0.5）=0.125 m2 设置两个孔，每孔尺寸为0.25m×0.25m，活门的启闭采用牵引浮 筒。

3.7 消毒工艺

消毒主要是借助于物理法和化学法杀灭水中的治病微生物的过程。生活饮用水必须消毒，消毒后水的卫生学指标应满足《生活饮用水卫生标准》，或《生活饮用水卫生规范》。

3.7.1常用消毒方法的特点比较

常见消毒法比较 消毒方式 氯消毒 漂白粉消毒 优点 对微生物杀灭能力强； 能长时间保持一定数量的余氯，具有持续消毒作用； 使用方便，成本较低 具有广谱消毒作用； 价格低廉，使用方便。 不会与水中有机物生成有机氯化物； 受水体pH值影响小； 消毒能力比氯气强，投加量小； 衰减速度慢，能在管网中保持持续消毒能力。 操作简单，安全、方便。 缺点 产生有害副产物； 对病毒的灭活能力不如二氧化氯、臭氧等强； 具有一定的不安全性。 性能不稳定； 具有腐蚀性。 对操作技术要求高； 产品质量不稳定； 制备成本高。 二氧化氯消毒 次氯酸钠消毒 消毒效果不如氯强； 不宜贮存，需现场发生投加； 发生器设备整体故障率高，体积大； 劳动强度大，电耗，盐耗高； 臭氧消

不会产生三氯甲烷等副产物； 杀菌和氧化能力强； 29

在水中不稳定，易消失； 持续消毒能力差。 毒 紫外线消毒 受pH值及水温影响小。 不会产生三氯甲烷等副产物； 处理后的水无色无味。 微电解消毒 磁化消毒法 易于降解水中有机物； 运行管理监督、安全、可靠； 处理量大； 停留时间短且节能。 消毒能力受水中悬浮物含量限制； 不具有持续消毒能力； 照射穿透能力有限，不适合处理大流量的给水。 达到灭活效果时能耗较高。 氯除消毒外还起氧化作用，是目前国内外应用最广的消毒剂。另 外加氯消毒操作简单，价格便宜，且在管网中有持续消毒杀菌作用， 所以本次设计采用加氯消毒的方式。

3.7.2 液氯消毒原理

液氯加入水中即和水发生作用： Cl2+H2O→HCl+HOCl 其中有效成分为 HOCl，HOCl 为中性分子，可扩散到细菌细胞中，且 HOCl 有极强的氧化性，可在细菌细胞中破坏细菌的酶，导致细菌的死亡，从而达到消毒的作用。

3.7.3 加3.7.2 液氯消毒原理 液氯加入水中即和水发生作用： Cl2+H2O→HCl+HOCl

其中有效成分为 HOCl，HOCl 为中性分子，可扩散到细菌细胞中，且 HOCl 有极强的氧化性，可在细菌细胞中破坏细菌的酶，导致细菌的死亡，从而达到消毒的作用。

3.7.3 加氯量计算

q=Qb

式中，q-每天的投氯量（g/d）； Q-设计水量（m3/d）； b-加氯量（g/m3），一般采用0.5～1.0g/m3。 设计中，取Q=147800 m3/d，b=1.0 g/d，则q=6.16kg/h。 3.7.4 加氯设备选择

加氯设备包括自动加氯机、氯瓶和自动检测与控制装置等。

1、 自动加氯机选择

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。加氯机外形尺寸为：宽×高=330mm×370mm。加

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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离为0.8m。

2、氯瓶

采用容量为500kg的氯瓶，氯瓶外形尺寸为：外径600mm，瓶高 1800mm。氯瓶自重146kg，公称压力2Mpa。氯瓶采用两组，每组10个，每组使用周期约为30d。

2、 加氯控制

根据余氯值，采用计算机进行自动控制投氯量。 3.7.5 加氯间和氯库 1、加氯间的设计要点：

① 氯瓶中的氯气气化时，会吸收热量，一般采用自来水喷淋在 氯瓶上，以供给热量。设计中在库内设置DN25mm的自来水管，位于上方，帮助氯液气化。

② 在氯库和加氯间内安装排风扇，设在墙的下方。同时安装测定氯气浓度的仪表和报警设施。

③ 为了使氯与水婚和均匀，在加氯点后安装静态观点混合器。 2、加氯间和氯库尺寸

加氯间平面尺寸为：长3.0m，宽9.0m；氯库平面尺寸为：长 14.5m，宽9.0m。

3.8 清水池的设计计算

经过处理后的水进入清水池，清水池可以调节水量变化并贮存消防用水。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。

3.8.1 清水池有效容积

1、有效容积的计算 Wc=W1+W2+W3+W4

式中，Wc -清水池有效容积（m3）； W1-调节容积（m3）； W2-水厂自用水量（m3）；

W3-安全储量（m3），这里取最高日用水

量的0.5%；

W4-消防储量（m3）。

在本次设计中，由用水量变化曲线可得W1 =21874.4 m3；由于滤池反冲洗采用移动罩虹吸管反冲洗，所以W2=0；另外，W3=147800×0.5%=739 m3，W4=1620 m3。

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所以，Wc =21874.4+739+1620=24143.4 m3，取为25000 m3。 清水池共设4座，则每座清水池的游戏容积V1为：V1=V/4=6250 m3 3、 清水池的平面尺寸

每座清水池的面积 A= V1/h 取h=4.0m，A=6250/4.0=1562.5m2

取宽度为25m，则长度L=A/B=1562.5/25=62.5m 清水池取超高h1为0.5m，清水池总高H为： H=h+h1=4.0+0.5=4.5m

3.8.2 管道系统

1、清水池进水管 D1=Q（ /4?0.785v） 式中，D1-清水池进水管管径（吗）；

v-进水管管内流速（m/s），一般采用

0.7～1.0m/s。

设计中，取v=0.7m/s，Q为147800m3/d,即1.711m3/s,则

D1=1.711（=0.78m /4?0.785?0.7） 取进水管管径为DN800mm，此时进水管内的实际流速为0.85m/s。 2、清水池出水管

由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最大流量 计： Q1=KQ/24

式中，Q1-最大流量（）；

K-时变化系数，一般采用1.3～2.5； Q-设计水量（m3/d)。 设计中取时变化系数K=1.5，则

Q1=1.5×147800=2.566m3/s 出水管管径 D2=Q1/4?0.785v1

式中，D2-出水管管径（m）； v1-出水管管内流速（m/s),一般采用0.7 ～1.0m/s。

设计中取v1=0.7m/s,D2=2.566/(4?0.785?0.7)=1.08m

设计中取出水管径为1000mm，则流量最大时出水管内流速为 0.82m/s。

3、清水池溢流管

溢流管的直径取为DN800mm，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。

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4、清水池的排水管

清水池内的水在检修时需要防空，因此应设排水管。排水管的管 径按2h内放空计算。排水管内流速按1.2m/s估计，则排水管的管径 为： D3=V/3600?0.785tv2

式中，D3-排水管的管径（m）； t-放空时间（h）；

V2-排水管内水流速度（m/s）。 设计中取t=2h，则D3=6250/(2?3600?0.785?1.2)=0.960m 设计中取排水管管径为DN1000mm。 3.8.3 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。每座清水池内设导流墙4条，间距为5m，将清 水池隔成5格。在导流墙底部每隔1.0m设1.0×1.0m的过水方孔， 使清水池清洗时排水方便。 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

为了使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气 孔，共设20个，每格设4个，通气管管径为200mm|，通气管伸出 地面的高度高低错落，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。本次设 计取覆土厚度1.0m。

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