水质工程学I设计说明书

市 政 与 环 境 工 程 系

MUNICIPAL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING DEPARTMENT

姓名： 班级： 学号：

吉林建筑大学城建学院

2013年5月

水质工程学I 课程设计说明书 市 政 与 环 境 工 程 系

MUNICIPAL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING DEPARTMENT

题目：某市净水厂设计

第1部分 设计要求

一．给水处理课程设计任务及要求

1.设计题目

某市净水厂设计 2.设计任务

水厂平面设置及高程设置

3.设计时间

2013年5月27日到6月7日 4.设计内容及要求

①．设计计算说明书1份。

包括：设计任务及要求；工艺流程设计及论证；构筑物的计算；凝聚剂、混凝剂、消毒剂的选择。

②．绘制图纸3张

水厂平面布置图：绘出工艺管线、排水管线、超越管线，标出消毒剂

投

加

点

；

要有和厂区分开的生活区、综合楼；要有预留地、混堆场、围墙、大门；要考虑厂区规 划和厂区道路。

高程图（流程图）：要求标出水面标高，池底标高，要表示清楚，可不按比例（可按相对标高）。任选一构筑物的平、立、剖面图。

各构筑物要表示清楚、规范有尺寸。

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所有图纸要有图标、图例及必要的说明。 平面图上标出主要构筑物及设备一览表 5.基本资料

①.设计供水量：50000+1000×34=84000m3/d 水厂所在地：长春地区

②.水源为河水，原水水质如下：

项 目 浑浊度 色度 水温 PH值 数 量 100~800NTU 13度 1-22℃ 7.0-8.0 项 目 总硬度 氯仿 耗氧量 BOD5 氨氮 COD 碱度 数 量 380mg/lCaco3 0.09mg/l 7mg/l 5mg/l 0.9mg/l 20mg/l 4度 总大肠杆菌群 650个/l 臭和味 耗氧量

③.当地气象资料： 风向：西南风

略有 7mg/l 第2章 总体设计

1.给水处理工艺流程的选择

给水处理工艺流程的选择与原水水质和处理后的水质要求有关。一般来讲，地下水只需要经过消毒处理即可，对含有铁、锰、氟的地下水，则需采用

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除铁、除锰、除氟的处理工艺。地表水为水源时，生活饮用水通常采用混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒的处理工艺。如果是微污染原水，则需要进行特殊处理。

2 .给水处理构筑物选择

给水处理构筑物形式多样，在选择时，应根据其适应条件和所在城市应用情况选择。选用混凝药剂为聚合氯化铝，采用计量加药泵投药，管式静态混合器混合，往复式隔板絮凝池絮凝，斜板沉淀池沉淀，V型快滤池过滤，氯消毒。

3.设计水质水量的计算 ①.设计水质

给水处理工程设计水质应满足《生活饮用水水质卫生规范》中检测项目要求，生活饮用水水质应符合下列基本要求：水中不应含有病原微生物，水中所含化学物质及放射物质不应危害人体健康，水的感官形状良好。 ②.设计用水量

设计产水量Q=30000m3/d，水厂自用水量取总用水量的10%，则总水量Q=84000×（1+8%）=90720m3/d

工艺流程设计

水厂以河水作为水源，工艺流程如图所示：

↓凝聚剂，助凝剂 ↓消毒（Cl2）原水→预沉→混合→往复式隔板絮凝池→斜板沉淀池→V型滤池→清水池→

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↑加药（二氧化氯） 出水 工艺流程的论证：

由于原水浊度很高，故需要在混合之前加预沉池进行处理，以降低浊度。又由水质状况数据分析可知原水受到污染，所以要在混合之前加入强氧化剂二氧化氯进行预处理，此外使用有机高分子凝聚剂硫酸铝及助凝剂活化硅酸，促 进混凝，从而保证出 水合格

第3部分 各构筑物的选择与计算

一、预沉构筑物

1、选择：平流式沉砂池

2、原因：由于沉砂池具有结构简单，体积小占地小；水头损失小；适用于含砂量高，颗粒粒径较粗的原水故设置沉砂池以降低进水浊度。 3、沉砂池结构设计参数

（1）处理规模为50000m3/d 的平流式沉砂池，设置两个 （2）沉淀时间15～｜30min （3）水平流速20mm/s

（4）尺寸：长24.62m，宽8.5m，高4.7m

（5）排水管DN300，i=0.03，与水平管道成18o角向下排出

二、混合设备

1、选择：管式静态混合器

2、原因：设备简单，维护管理方便；不需要土建构筑物；在设计流量范围内混合效果好；不需要外加动力设备；适用于水量变化不大的各种规模水厂。

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3、结构设计参数

（1）管道直径D=1.0m

（2）处理水量Q=1.22m3/d （3）水头损失h=0.1184×（Q2/d^4.4）×n，通常设计h≤0.5m当h=0.5时混合单元n取2.8因此选用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。 三、絮凝池

1.选择：往复式隔板絮凝池

2.原因：絮凝效果较好，构造简单，施工方便；适用于水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小。 3.结构设计参数

絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为 Q1=-Q90720==1890m3/h=0.525m3/s 絮凝时间 T=20min 24n24?2设计计算

絮凝池有效容积 V=Q1T=630m3

考虑与斜管沉淀池合建，絮凝池平均水深取2.0m，池宽取B=15.0m。 絮凝池有效长度

V=

V=630=21m HB2?15式中： H——平均水深(m);本设计取超高0.5m，H=2.5m； 隔板间距

絮凝池起端流速取v?0.5m/s，末端流速取v?0.2m/s。首先根据起，末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。 起端廊道宽度：a?Q10.525??0.525m vH0.5?2

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MUNICIPAL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING DEPARTMENT 末端廊道宽度：a?Q10.525??1.31m Hv2?0.2廊道宽度分成4段。各段廊道宽度和流速见表。应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真实流速的近似值，因为，廊道水深是递表4-1 廊道宽度和流速计算表廊道分段号各段廊道宽度（m）各段廊道流速（m/s）各段廊道数各段廊道总净宽（m）10.500.584.0020.600.4274.2030.800.3175.6041.250.2056.25减的。

四段廊道宽度之和?b?4.2?4.2?5.6?6.55?20.55

取隔板厚度?=0.20m，共27块隔板，则絮凝池总长度L为：

L'?L?27?0.2?20.55?27?0.2?25.95

水头损失计算

2vitvi2hi??mi?2li

2gCiRi式中： vi——第i段廊道内水流速度（m/s）； vit——第i段廊道内转弯处水流速度（m/s）； mi——第i段廊道内水流转弯次数；

?——隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（1800转弯）?=3；

li——第i段廊道总长度(m)；

Ri----第i段廊道过水断面水力半径（m）；

Ci——流速系数，随水力半径Ri和池底及池壁粗糙系数n而定，

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11通常按曼宁公式Ci?Ri6计算。

nR1?0.525?2a1H==`0.23m

a1?2H0.525?2?211116C1?R1??0.226?59.77，C12?3572.45

n0.013絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，粗糙系数为n=0.013。其他段计算结果得：

R2?0.26R4?0.48C2?61.45C4?68.062C2?3776.10R3?0.33 C3?63.95 C32?4089.60

2C4?4632.16廊道转弯处的过水断面面积为廊道断面积的1.2-1.5倍，本设计取1.4倍，则第一段转弯处流速：

vit?Q11800??0.357m/s

1.4aiH36001.4?0.5?2?3600式中：vit——第i段转弯处的流速（m/s）；

Q1——单池处理水量（m3/h）；

ai——第i段转弯处断面间距，一般采用廊道的1.2-1.5倍； H——池内水深（m）。

v2t?0.29m8s/3s其他3段转弯处的流速为： v3t?0.22m /v4t?0.14m3s/各廊道长度为：

各段转弯处的宽度分别为0.7m；0.84m；1.12m；1.75m；

l1?n?(B?0.7)?8?(15?0.7)?114.4ml2?n?(B?0.84)?7?(15?0.84)?99.12ml3?n?(B?1.12)?7?(15?1.12)?97.16ml4?n?(B?1.75)?5?(15?1.75)?66.25m

第1段水头损失为：

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v12tv120.35720.52h1??m1?2l1?3?8???114.4?0.192m 22gC1R12?9.859.77?0.22表4-2 各段水头损失表段数1234合计mi8775li114.499.1297.1666.25Ri0.220.260.330.48vitviCi59.7761.4563.9568.06Ci2hi0.1920.1130.0600.0170.3570.500.2980.420.2230.310.1430.203572.453776.104089.604632.16h=∑hi=0.382m

1. GT值计算(t=200C时)

G???h1000?0.382??55.62s?1<60s?1,符合设计要求； ?460?T60?1.029?10?204

5

GT?55.62?20?60?66240（在10-10范围之内）

絮凝池与沉淀池合建，中间过渡段宽度为1.5m。

四、沉淀池

1、选择：斜板沉淀池

2、原因：沉淀效率高；体积小，占地小；适用于需要保温的低温地区，单池处理水量不宜过大，宜用于老沉淀池的改建与扩建及各种规模的水厂。 3、结构设计参数 （1）设计流量

Q?(1?k)Q?设

24n 式中 Q：单池设计水量 Q设：设计供水量（m3/d） K：水厂用水量占日用水量的百分比，一般采用5%～10% N：沉淀池个数，一般采用不少于2个

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本设计中取Q设=84000m3/d，k=8％，n=2 故Q=(84000×1.08)/(24×2)=1890m3/h=0.525m3/s （2）平面尺寸

1）沉淀池清水区面积

QA?

q 式中 A：斜管沉淀池的表面积（㎡）

Q：单池设计水量

q：表面负荷[m3/（㎡·h）]，一般采用9.0 ～ 11.0 m3/（㎡·h）。

设计中q=9 m3/（㎡·h）， 故A=1890/9=210㎡ 2）沉淀池长度及宽度

设计中取沉淀池的长度取24m，则沉淀池的宽度

A L 式中 B：沉淀池的宽度(m)。

B?A=8.75m设计中取9m L 为了配水均匀，进水区布置在24m长度方向一侧，在10m 的宽度中扣除无效的长度约0.5m，则净出水口面积，

(B?0.5)?LA1?

k1 故 B? 式中A1——净出口面积（㎡）

k1——斜管结构系数。设计中取k1=1.03

(B?0.5)?L 故A1?=198.06㎡

k1 3）沉淀池总高度

H?h1?h2?h3?h4?h5

式中 H：沉淀池总高度（m）

h1：保护高度（m），一般采用0.3～0.5m h2：清水区高度（m）一般采用1.0～1.5m

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h3：斜管去高度（m），斜管长度为1.0m，安 装倾角为60°，则h3=sin60°=0.87m

h4：配水区高度（m），一般不小于1.0～1.5m h5：排泥槽高度（m）。

设计中取h1=0.3m，h2=1.2m，h4=1.5m，h5=0.83m 故H=0.3+1.2+0.87+1.5+0.83=4.7m （3）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?Q v 式中 A2：孔口总面积（㎡）

V：孔口流速（m/s），一般取值不大于0.15～0.2 设计中取v=0.2m/s 故A2?Q=2.625m/s v 每个孔口的尺寸定位15cm×8cm，则孔口数为219个。 进水口位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。 2）沉淀池出水设计

出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速为 V1=0.6m/s 则穿孔总面积

QA3?

v1 式中A3:出水孔口总面积（㎡） 故A3?Q=0.875㎡ v1A3 F 设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数

N?

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式中N：孔口个数

F：每个孔口的面积（㎡），F??4?0.042?0.001256

故N=0.875/0.001256=697个

设每条集水槽的宽度为0.4m，间距1.5m，共设10条集 水槽，每条集水槽一侧开孔数为40个，孔间距为20cm；

10条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度为0.8m， 深度1.0m。

出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失，

v12 孔口损失： ?h1??

2g 式中 ?h1：孔口水头损失（m）

ζ ：进口阻力系数。设计中ζ=2

故?h1?2?=0.037m 2?9.8 又因为集水槽内深度取为0.4m，槽内水流速为 0.38m/s，槽内水力坡度按0.01计，

槽内水头损失： ?h2?il

式中 ?h2：集水槽内水头损失（m）

I : 水力坡度，设计中i=0.01 L ：集水槽长度（m），设计中l=10m 故?h2?0.01?10?0.1m

所以总水头损失：

0.62?h??h??h12=0.037+0.1=0.137m

3）沉淀池斜管选择

斜管长度一般为0.8～1.0m，设计用取1.0m，斜管管径一般为25～35mm，设计中取为30mm，斜管为聚丙烯材 料厚度为0.4～0.5mm。 4）沉淀池排泥系统设计

采用穿孔管进行重力排泥，每天排泥一次穿孔管管径为200mm,管上

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开孔孔径为5mm，孔间距为15mm。沉淀池底部为排泥槽，共5条。排泥槽顶宽2.1m，底宽0.5m，斜面与水平夹角约为45°，排泥槽斗高为0.83m。 （4）核算

1）雷诺数Re

Q 因为斜管内的水流速度为：v2?

A1sin? 式中 v2：斜管内的水流速度（m/s）

Θ：斜管安装倾角，一般采用60°～75° 设计中θ=60°

Q 故v2?=0.0031m/s=0.31cm/s

A1sin? 所以雷诺数:Re?Rv2 vd30??7.5mm=0.75cm 44 式中 R：水力半径（cm）, R? V：水的运动黏度（C㎡/s）。

设计中当水温t=20℃时，水的运动黏度v=0.01 cm2/s

Rv2=23.25<500满足设计要求。 v 2）弗劳德数Fr： Fr=V22/Rg=1.31×10^-4

故Re? Fr介于0.0010.0001之间，满足设计要求。

l 3）斜管中的沉淀时间:T?1

v2 式中l1:斜管长度,设计中取l1=1.0m

l 故T?1=322.6s=5.4min满足要求（一般在2～8min）

v24、斜管沉淀池草图

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MUNICIPAL AND ENVIRONMENTAL ENGINEERING DEPARTMENT 排泥集水管清水区斜管区配水区穿孔排泥管积泥区 五、滤池

1、选择：V型滤池

2、原因：运行稳妥可靠；采用砂滤料，材料易得；虑床含污量大，周期长，虑速高，水质好；具有气水反洗和水表面扫洗，冲洗效果好；适用于大中型水厂。 3.设计参数

设计2组滤池，每组滤池设计水量Q=1890m3/d,设计滤速ν=10m/h，

过滤周期48h

滤层水头损失：冲洗前的滤层水头损失采用1.8m

第一步 气冲冲洗强度q气1=15L/(s. m2)，气冲时间t气=2min

第二步 气、水同时反冲q气2=15L/(s. m2)，q水1=4L/(s. m2)，t气,水=4min 第三步 水冲强度q水2=5L/(s. m2)，t水=4min 冲洗时间t=10min；冲洗周期T=48h

反冲横扫强度1.8L/(s. m2) ，滤池采用单层加厚均质石英砂滤料，粒径0.96-1.35mm，不均匀系数1.2-1.6。 4. 设计计算 平面尺寸计算

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滤池工作时间 T/=24—t

2424=24— 0.167×=23.9h T48

滤池总面积

QF==10?23.9=379.58m2 vT?90720滤池的分格

为了节省占地，选双格V型滤池，池底板用混凝土，单格宽B=3.5m,单格长L=14m,（一般规定V型滤池的长宽比为2 ：1—4 ：1，滤池长度一般不宜小于11m；滤池中央气，水分配槽将滤池宽度分成两半，每一半的宽度不宜超过4m）面积49m2，共4座，每座面积98 m2，总面积392m2。 校核强制滤速v/

v/=

NV4?10==13.3m/h, 满足v≤17m/h的要求。 N?14?1滤池高度的确定

H=H1＋H2＋H3＋H4＋H5＋H6＋H7=0.8＋0.1＋1.2＋1.4＋0.4＋0.3

＋0.1=4.3m

式中：H1——气水室高度，0.7～0.9m，取0.8m

H2——滤板厚度m，取0.1m

H3——滤料层厚度m，取1.2m H4——滤层上水深m，取1.4m

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H5——进水系统跌差m，取0.4m H6——进水总渠超高m，取0.3m H7——滤板承托层厚度m，取0.1m

水封井设计

滤层采用单层均质滤料，粒径0.96～1.35mm，不均匀系数K80为1.2～1.6，均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算

?H清=180

?（1-m0)2gm03(12)l0v ?d010.0101?（1-0.5)22()?120?0.28=19.43=180× ×30.8?0.1981?0.5㎝ 式中： ?H清——水流通过滤料层的水头损失,㎝；

?——水的运动黏度, ㎝2/s,20℃时为0.0101㎝2/s；

g——重力加速度，981㎝2/s； m0——滤料孔隙率，取0.5；

d0——与滤料体积相同的球体直径，㎝，根据厂家提供数据，

取为0.1㎝

l0——滤层厚度，120㎝

v——滤速，v=10m/h=0.28m/s

?——滤料颗粒球度系数，天然沙粒0.75～0.80，取0.8

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根据经验，滤速为8～12 m/s时，清洁滤料层的水头损失一般为30～50㎝，计算值比经验值低，取经验值的底限30㎝位清洁滤料层的过滤水头损失。正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失?h≤0.22m，忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为

?H开始=0.3+0.22=0.52m,为保证正常过滤时池内液面高出滤料层，水封井出水堰顶高与滤料层相同，设水封井平面尺寸2×2m2。堰底板比滤池底板低0.3m，水封井出水堰总高为：

H水封=0.3+H1+H2+H3+H7=0.3+0.8+0.1+1.2+0.1=2.5m

因为每座滤池过滤水量：

Q单=vf=10×98=980m3/h=0.27 m3/s

所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh计算得：

0.272h水封=()=()3=0.176m

1.84b1.84?2.0Q单2323则反冲洗完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高0.176+0.52=0.696m 反冲洗管渠系统

本设计采用长柄滤头配水配气系统,冲洗水采用冲洗水泵供应,为适应不同冲洗阶段对冲洗水量的要求,冲洗水泵采用两用一备的组合,水泵宜于滤池合建,且冲洗水泵的安装应符合泵房的有关设计规定。 反冲洗用水流量Q反的计算

反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算，单独水洗时反洗强度最大为

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5L/( m2.s)

Q反水=q水f=5×98=490 L/s=0.49m3/s=1764 m3/h

参考相似资料水泵采用14sh-28型水泵,其性能参数为:H=12.3～19.3m,Q=270～400l/s。

V型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量：

Q表水=q表水f=0.0018×98=0.18 m3/s

反冲洗配水系统的断面计算

配水干管进口流速应为1.5m/s左右，配水干管的截面积

A水干=Q反水/V水干=0.49/1.5=0.33m2反冲洗配水干管采用钢管，DN700，流速1.27m/s，反冲洗水由反冲洗配水干管输送至气水分配渠，由气水分配渠底两侧的布水方孔配水到滤池底部布水区，反冲洗水通过布水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值，配水支管流速为1.0～1.5m/s,取V水支=1.0m/s,则配水支管的截面积A方孔=Q反水/V水支=0.49/1.0=0.49m2，此为配水方孔总面积，沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔，共计40个，孔中心间距0.6m，每个孔口面积：

A小=0.49/40=0.0123 m2

每个孔口尺寸取0.1×0.1m2。反冲洗水过孔流速

v=0.49/2×20×0.1×0.1=1.225m/s满足要求。

反冲洗用气量计算Q反气

采用鼓风机直接充气，采用两组,一用一备。反冲洗用气流量按气冲强

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度最大时的空气流量计算，这是气冲强度为15L/( m2.s)

Q反气=q气f=15×98=1470L/s=1.47m3/s

配气系统的断面计算

配气干管进口流速应为5m/s左右，则配气干管的截面积

A气干=

Q反气V气干=

1.47=0.294 m2 5反冲洗配气干管采用钢管，DN250,流速9.87m/s，反冲洗用空气由反冲洗配气干管输送至气水分配渠，尤其水分配渠两侧的布气小孔配气到滤池底部布水区。

布气小孔紧贴滤板下缘，间距与布水方孔相同共计40个，反冲洗用空气通过布气小孔的流速按反冲洗配气支管的流速取值。

反冲洗配气支管流速为10m/s左右，配气支管的截面积A气支=Q反气/V气支=1.47/10=0.147m2?0.15m2 每个布气小孔面积:

A气孔=A气支/40=0.15/40=0.00375 m2，孔口直径

4?0.003751 d气孔=()2?0.07m，取70mm。

3.14每孔配气量:

Q气孔=Q反气/40=1.47/40=0.0368m3/s=132.48m3/h 气水分配渠的断面设计

对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时，亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大。因此气水分配渠的断面

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设计按气水同时反冲洗的情况设计。

气水同时反冲洗时反冲洗水的流量

Q反气水=q水f=4×98=392 L/s?0.39m3/s 气水同时反冲洗时反冲洗空气的流量

Q反气=q气f=15×98=1470 L/s=1.47m3/s 气水分配渠的气水流速均按相应的配水配气干管流速取值，则气水分配干渠的断面积：

A气水=Q反气水/V水干+Q反气/V气干=0.39/1.5+1.47/5=0.26+0.294?0.554m2 滤池管渠的布置 反冲洗管渠 （1）气水分配渠

气水分配渠起端宽取1.2m,高取1.5m，末端宽取1.2m，高取1.0m，则起端截面积为1.8m2，末端截面积1.2m2，两侧沿程各布置20个配水小孔和20个配气小孔，孔间距0.6m，共40个配水小孔和 40个配气小孔，气水分配渠末端所需最小截面积为0.554/40=0.014m2﹤末端截面积1.2 m2，满足要求。 （2）排水集水槽

排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽起端槽高

H起=H1+H2+H3+H7+0.5-1.5=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.5=1.2m,

式中，H1，H2，H3同前， 1.5为气水分配渠起端高度。 排水集水槽末端槽高

H末=H1+H2+H3+H7+0.5-1.0=0.8+0.1+1.2+0.1+0.5-1.0=1.7m,

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其中1.0为气水分配渠末端高度 坡底i=

H末?H起L?1.7?1.2?0.0357﹥0.02,符合设计要求。 14（3）排水集水槽排水能力校核

由矩形断面暗沟（非满流，n=0.013）计算公式校核集水槽排水能力。设集水槽超高0.3m，则槽内水位高h排集=1.2-0.3=0.9m，槽宽

b排集=1.0m，湿周X=b+2h=1.0 +2×0.9=2.8m

水流断面A排集=b排集h排集=1.0×0.9=0.9m2

水力半径R=A排集/X=0.9/2.8=0.32m

Ri0.320.0357==6.80m/s

0.013n21322312水流速度v=

过流能力Q排集=A排集v=0.90×6.80=6.12 m3/s 实际过水量Q反=Q反水+Q表水=0.49+0.18=0.67m3/s﹤6.12 m3/s，符合设

计要求。

排水渠和进水管渠 排水渠内水深H=1.73?3Q6.1231.73?==1.48m 229.81?1.0gB取跌落高差为0.3m,则排水渠高为1.48+0.3+(4.3-1.0-0.2)=4.88m,取4.9m. 进水管渠：

4座滤池分成独立的两组，每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计，流速要求0.8～1.2m/s,采用1.0m/s则过滤流量

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Q=90720/24=1890m3/h=0.525 m3/s 过水断面 F?Q0.525??0.525m2，进水总渠宽1.0m，水面高0.525m。 v1（3）单池进水孔：

每座滤池在进水侧壁开三个进水孔，进水总渠的浑水通过这三个进水孔进入滤池，两侧进水孔孔口在反冲洗时关闭，中间进水孔孔口设手动调节闸板，在反冲洗时不关闭，供给反洗表扫用水。调节闸板的开启度，使其在反冲洗时的进水量等于表面扫洗用水量，孔口面积按孔口淹没出流公式Q=0.64A2gh计算，其总面积按滤池强制过滤水量计，强制过滤水量 Q强=0.525/（2-1）=0.525m2

孔口两侧水位差取0.1m，则孔口总面积

A孔?Q强0.642gh=0.5251×=0.586m2 ?0.59m2 0.642?9.8?0.1中间孔面积按表面扫洗水量设计： A中孔=A孔×Q表水Q强=0.59×

0.18=0.2m2 0.525孔口宽B中孔=1.0 m,孔口高H中孔=0.2m

两个侧孔口设阀门，采用橡胶囊充气阀，每个侧孔面积

A侧?A孔?A中孔0.56-0.2?=0.18m2 22孔口宽B侧孔=0.6m，孔口高H侧孔=0.3m （4）宽顶堰：

为保证进水稳定性，进水总渠引来的待滤水经过宽顶堰进入每座滤池

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内的配水渠，在经配水渠分配到两侧的V型槽。宽顶堰堰宽取b宽顶=4.5m，宽顶堰与进水总渠平行布置，与进水总渠侧壁相距0.5m。堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh2/3

20.5计算得 ： h宽顶=()=()3=0.15m

1.84?4.51.84b宽顶Q强23（5）滤池配水渠：

进入每座滤池的待滤水经过宽顶堰溢流至配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽，滤池配水渠宽取b

配水

=0.5m，渠高为1.0m，渠

总长等于滤池总宽，则渠长L配渠=7.0m，当渠内水深h配渠=0.5m时，末端流速（进来的待滤水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去，每侧流量Q强/2）

v配渠?Q强2b配渠h配渠=

0.525=1.05m/s， 2?0.5?0.5满足滤池进水管渠流速在0.8～1.2m/s的范围内的要求。 （6）配水渠过水能力校核：

配水渠水力半径R配渠?b配渠h配渠2h配渠?b配渠=

0.5?0.5=0.167m?0.17m

2?0.5?0.52/32配水渠水力坡降i配渠?(nv配渠/R配渠)=(0.013?1.0/0.172/3)2<0.002

渠内水面降落?h配渠?i配渠L配渠/2=0.002×7/2=0.007m 因为配水渠最高水位h=h配渠+?h配渠=0.5+0.007=0.507m﹤渠高1.0m,所以配水渠的过水能力满足要求。 V型槽的设计

V型槽槽底射表扫水出水孔，直径取0.025m，间隔0.15m，每槽共计

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93个，则单侧V型槽表扫水出水孔总面积为:

3.14?0.0252×93=0.045 m2 A表孔=

4表扫水出水孔低于排水集水槽堰顶0.15m，即V型槽槽底的高度低于集水槽堰顶0.15m。

据潜孔出流公式Q=0.64A2gh，其中Q应为单个滤池的表扫水流量，则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面

(hv液=

Q表水)22?0.64?A表孔2g0.18)2=2?0.64?0.045=0.50m

2?9.8(反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh2/3求得，其中b为集水槽长14m，Q为单格反冲洗流量Q反单=Q反/2=0.67/2=0.335m3/s 所以 h排槽=(Q反单)2/31.84b?0.335?????1.84?14?2/3?0.06m=0.06m

V型槽倾角45°，垂直高度1.0m，壁厚0.05m。反冲洗时V型槽顶高出滤池内液面高度为：

H=1.0－0.15－h排槽－hv液=1.0—0.15—0.06—0.5=0.29m

冲洗水塔容积按一座滤池冲洗水量的1.5倍计算：

V?1.5(Q反水t水?Q反气水t气水）?1.5?（0.49?4?60?0.36?4?60）?306m3

冲洗水箱底到滤池配水间的沿途及局部损失之和为：h1?0.79m，配水

系统水头损失为h2?0.47m，滤料层水头损失：

?r?h4??1?1???1?m0??H3??2.65?1???1?0.41??1.2?1.16m ?r?式中：r1——滤料石英砂的密度，r1=2.65t/m3；

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r——水的密度，r=1 t/m；

3

m0——滤料膨胀前的空隙率，m0=0.41； H3——滤料层膨胀前的厚度，H3=1.2m。

安全富余水头：h4=1.5m，冲洗水箱底应高于洗砂排水槽面：

H0?h1?h2?h3?h4?0.79?0.47?1.16?1.5?3.92m

设备选型 风机选型

根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力，风量要求选3台LG50风机。风量50m3/min，风压49kpa，电机功率60kw，两用一备，正常工作鼓风量共计100m3/min>1.1Q反气=97 m3/min。 反冲洗水泵选型

选用12Sh-28型泵，3台（2用一备），性能参数：流量612-900m3/h，

扬程10-14.5m，轴功率30.3-33.0KW，电机功率40KW，允许吸上的真空高度为4.5m。

六、消毒及其投加设备 1、选择：采用液氯消毒

2、原因：作用时间快，有后续消毒能力，消毒效果好；有成熟 的使用经验，投加使用方便； 3、投加设备

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—9 kg/h。加氯机的外形尺寸为：宽×高=330mm ×370mm。加氯机安装在墙上，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 2组，每组

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10个，一组使用，一组备用，每组使用周期约 24d。 3）加氯控制

根据余氯值，采用计算机进行自动控制投氯量。 4、加氯间和氯库

加氯间是安置加氯设备的操作件，氯库是贮备氯瓶的仓库。 采用加氯见与氯库合建的方式，中间用墙隔开，但应留有供 人通行的小门。平面布置如图所示

1.1 七、清水池 1、平面尺寸计算

（1）清水池的有效容积

清水池的有效容积，包括调节容积、消防贮水量和水厂 自用水的调节量。清水池的有效容积：V?kQ

式中 V：清水池的总有效容积（m3） K：经验系数，一般采用10%—20% Q：设计供水量（m3/d） 设计用取k=10%，Q=90720 m3/d 故V=0.1×90720=9072m3

清水池共设4座，则每座清水池的有效容积V1为

V1? （2）清水池的平面尺寸

每座清水池的面积：A?V=2268m3 4V1 h 式中 A：每座清水池的面积（㎡）

h：清水池的有效水深（m）,设计中取h=4m

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故A=567㎡

取清水池的宽度B=15m，则清水池的长度L为：

L=37.8m设计取38m。则清水池实际有效容积为15×38×4=2280m3。

清水池超高h1取为0.5m，清水池总高H： H=h1+h=4.0+0.5=4.5m 2、管道系统

（1）清水池的进水管

D1? 式中 D1:清水池进水管管径

Q

4?0.785?v 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

由于Q=90720 m3/d=1.05m3/s

故D1=0.69m/s

设计中取管径为DN800m，进水管内实际流速为0.6m/s （2）清水池的出水管

由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水 量最大流量计：Q1?KQ 24 式中 Q1:最大流量（m3/h）

K:时变化系数，一般采用1.3～2.5设计中取K=1.5 Q:设计水量（m3/d） 故 Q1=5670m3/h=1.575m3/s

出水管管径: D2?Q1

4?0.785?v1 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

故D2=0.85m

设计中取出水管管径为DN900mm，则流量最大时出水管 内的流速为0.72m/s （3）清水池的溢流管

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溢流管的直径与进水管管径相同，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。

（4）清水池的排水管

清水池内的水在检修时需要放空，因此应设排水管。排水 管的管径按2h内将池水放空计算。排水管内流速按 1.2m/s估计，则排水管的管径D3：

D3?V

t?3600?0.785?v2 式中 D3:排水管的管径（m） t:放空时间（h）,设计中t=2h v2:排水管内水流速度（m/s）

V:即V1,2268m3 故 D3=0.578m

设计中取排水管管径为DN600mm。

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 与水的接触时间按不小于30min。每座清水池内导流墙设置2条，间距为4.0m，将清水池分成3格，在导流墙底部每隔1.0m设0.1×0.1m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，在清水池部设通气孔，通气孔共设12个，每格4个，通气管的管径为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，并加以绿化美化环境。此处取覆土厚度为1.0m。 第四部分 药剂的选择

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一、凝聚剂的选择

1、选择：硫酸铝，采用水射器投加 2、凝聚剂硫酸铝的投量 用量计算：T=

a?Q 1000 式中 T：硫酸铝投加量（kg/d） A：硫酸铝最大投量（mg/l）

Q：水厂处理量（m3/d）

设计中取Q=90720m3/d，根据表中参考资料得，最大投加量 a=61.3 mg/l，平均投加量a=38 mg/l 最大投加量：T=5561.1㎏/d

平均投加量： T=3347.4㎏/d 3、溶液池

aQ 417bn 式中 W1：溶液池容积（m3） W1=

Q：处理水量（m3/h）

a：碱式氯化铝最大投加量（mg/l）取50 b：溶液浓度（%），本设计采用10% n：每日调制次数，本设计采用2次 故W1=22.66m3

溶液池采用钢混结构，单池尺寸为L?B?H=3?3?3 (m)，高度中包括超高0.3m，沉渣高度0.3m。共设3个单池，二用一备。 4、溶解池

W2 =0.25 W1

式中 W1：溶液池容积 W2：溶解池容积 故W2 =0.25×22.66=5.665m3

溶解池采用钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理，池底设0.02坡度，设DN100mm排渣管，采用硬聚氯乙烯管。给水管管径DN80mm，按10min放慢考虑，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池的尺寸：L?B?H=2.0?2.0?1.8 (m)高度中含超高0.2m，沉渣高度0.3m。为操作方便，池顶高出地面0.8m。溶解池的实际尺寸：L?B?H=2.0?2.0?1.45 =5.8(m3)。共设2个溶解池，一用一备。

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5）搅拌设备：

溶解池采用机械搅拌，搅拌桨为平桨板，中心固定式，搅拌桨板。 一、助凝剂的选择 1、选择：活化硅酸 2、用量计算：T=

a?Q 1000 式中 T：每小时活化硅酸需要量量（kg/d）

a：活化硅酸投加量（mg/l） Q：水厂处理量（m3/d）

设计中取Q=3780m3/h，参照各地经验投量，取a=3mg/l 故T=11.34kg/h

一日按二次配制，则一次需配制活化硅酸为： 11.34×12=136.08kg 二、强氧化剂的选择 1、选择：二氧化氯

2、原因：由于当河水受污染后，水中会含有前体物如富里酸，腐殖酸，则采用氯消毒会产生具有很强三致作用的毒副产物而采用二氧化氯则可以避免，故采用二氧化氯进行预处理。

2、投加：投加量与原水水质 有关一般在0.1～2.0mg/l。而当用作预处理时投加量一般在0.5～3.0mg/l，且要保证管网末端0.02mg/l的剩余二氧化氯。 一般在混凝剂投加前5min前左右投加。

用于消毒时与水接触时间15min，而当用于预处理时 与水接触时间延长，一般为20～30min。

当在管道中投加时采用水射器，而当在水池中投加时 可采用扩散器或扩散管。 二、消毒剂的选择 1、选择：液态氯 2、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—1.0 ，设计中取1.0

因此q=1.0×90720=90720g/d=90.72kg/d

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第五部分辅助建筑物 一、综合楼 二、食堂 三、存药库 四、警卫室 五、宿舍 六、停车场 七、篮球场

第六部分 给水处理工程平面布置与高程布置 一、给水处理工程平面布置 1、组成：

生产性建筑物，辅助建筑物，管道，道路，绿化，照明，围 墙，大门等。

2、水厂平面布置时应考虑以下几点要求：

1） 布置紧凑以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操 作管理，但各构筑物之间应留出必要的施工和检修间距和管道 的位置；

2）充分利用地形，力求挖填土方平衡，以施 工费用；

3）格构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考 虑施工、检修方便，此外，应设置必要的超越管段；

4）沉淀池或澄清池排泥及滤池冲洗废水应排除方便，力求重力。 5）场内应设有管、配件等的露天堆厂； 6）建筑物布置应注意朝向和风向； 7）把生产区和生活区分开； 8）应考虑水厂扩建的可能。 3、布置

按照使用功能不同，将厂区分为生产，生活和维修三个区。

生产区主要由各种水处理设备构成，一般呈线型布置；生活区主要包括综合楼，办公楼，食堂，宿舍，浴室及锅炉房等相对集中布置方便使用；维修区主要包括各种设备的维修间，仓库，车库等同时具有兼顾今后扩建发展的作用。

将生产区与维修区用道路隔开，并设置一个前门；而将以上两区与生活区用围墙隔开，并设置一个后门；两区之间的围墙上另设置一到两个小门，方便进出。

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二、给水处理工程高程布置 1、管渠的水力计算 1）清水池

设清水池最高水位标高为0.00m，池面超高0.5m，则池顶标高为0.50m（包括顶盖厚200mm），有效水深4.0m，则池底部标高为-4.0m。 2）滤池

滤池到清水池之间的管线为15m，设2根管，每根流量为525L/s，管径按允许流速选择DN800mm，查水力计算表，v=1.05m/s，i=1.62‰，沿线有2个闸阀，进口和出口局部阻力系数分别为0.06,1.0,1.0，则水头损失

v2 h?il???2g式中 h：滤池至清水池间管线的水头损失（m）

i：管线水力坡度（‰），设计中取i=1.62‰ L：管线长度（m）

??管：线上局部阻力系数之和

v：流速（m/s），设计中取v=1.05m/s g：重力加速度（m/s2）

故h≈0.14m

滤池的最大作用水头为2.0～2.5m，设计中取2.3m 3）反应沉淀池

沉淀池到滤池管长为15m，，v=1.21m/s，DN800，i=2.11‰，局部阻力有2个闸阀，进口、吃口阻力系数分别为0.06,1.0,1.0。

v2h?il???

2g式中 h：池至清水池间管线的水头损失（m）

i：管线水力坡度（‰），设计中取i=1.62‰ L：管线长度（m）

??管：线上局部阻力系数之和

v：流速（m/s），设计中取v=1.05m/s g：重力加速度（m/s2）

1.212 故h?2.11‰?30?(0.06?0.06?1.0?1.0)=0.19m设计中取0.20m

2?9.81

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1.2 2、给水处理构筑物高程计算

（1）清水池最高水位=清水池所在地面标高=0.00m

（2）滤池水面标高=清水池最高水位+清水池到滤池出水连接管渠的水头损失+滤池的最大作用水头=0.00+0.20+2.30=2.50m。

（3）沉淀池水面标高=滤池水面标高+滤池进水管到沉淀池出水管之间的水头损失+沉淀池出水渠的水头损失=2.5+0.20+0.15=2.67m。

（4）反应池水面标高=沉淀池与反应池连接渠水面标高+反应池的水头损失=2.67+0.05=2.72m。

第2章 第七部分 参考资料

1、?水处理工程设计计算?，韩洪军，中国建筑工业出版社.2005 2、?给水排水专业课程设计?，张志刚，化学工业出版设.2004

3、给水排水设计手册（第1、3、册）.北京:中国建筑工业出版社.1986

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r29g.html