某给水水厂毕业设计.doc

设计计算说明书一. 设计规模和工艺流程1. 设计规模某水厂总设计能力为15.3万m3/d，水厂自用水量按供水量的10%计算。一级泵站、配水井、加药间、药库、加氯间、氯库、二级泵站等土建工程同时兴建。2. 工艺流程根据设计资料，本水厂的水源水质达到国家类水质标准，故选择工艺流程如图1所示： 图1 工艺流程二. 水处理构筑物设计计算1. 管式静态混合器的设计（1）已知条件 设计供水水量为Q=15.3万m3/d，自用水量取总水量的10%，则总进水量为Q=16.83万m3/d。水厂进水管投药口至絮凝池的距离为60m，进水管采用两条铸铁管DN1000。时用水量Qh=aQd/T=7012.5m3/h（2）设计计算1） 进水管流速v 椐d1=1000mm, q=/(3600×24×2)=0.974 m3/s，查水利计算表知v=1.24m/s，i=1.646,则水头损失H=2iL=2×1.646×60/1000=0.2 m。2） 混合器选择 选用管式静态混合器，规格铸铁管DN1000，如图2。图2 静态混合器2. 折板絮凝池的设计（1）已知条件 设计水量Q=m3/d.(2) 设计计算 絮凝池设两组，取絮凝时间t=10min,水深H=3.4m。则每组絮凝池流量 Q=/2=84150（m3/d）=3506.25（m3/h）=0.974 m3/s 每组絮凝池容积 W=Qt/60=3506.25×10/60=584.38m3 每组池子面积 f=W/H=1168.75/3.4=171.875m2 每组池子净宽：絮凝池净长度取L=18m 则净宽 B=f/ L=171.875/18=9.55m 将絮凝池垂直水流方向分9格，每格净宽2.0m，平行水流方向分9格，每格长1.05m，共81格，单格面积2 m×1.05 m。絮凝过程分三段，第絮凝段采用多通道同波折板，V1=0.3 m/s, 第絮凝段采用多通道同波折板，V2=0.2 m/s, 第絮凝段采用直板，V3=0.1 m/s。 折板采用钢丝水泥板，折板宽0.5 m，厚0.035 m，折角90度，折板净长1.05 m，见图3。考虑到墙厚，外墙厚采用300 mm，内墙采用250 mm，则絮凝池实际长度为 18+0.3×2+0.25×8=20.6m实际宽为 9.55+0.3+0.25×8+1.05=12.9m各格折板的间距及实际流速第絮凝段折板间距取0.34m第絮凝段折板间距取0.34m第絮凝段折板间距取0.40m V1实=Q/A1=3506.25/3600/（2×1.050.035/sin45。×3×1.05）=0.50m/s V2实=Q/A2=0.5×3506.25/3600/（2×1.050.035/sin45。×3×1.05）=0.25 m /s V3实=Q/A3=0.25×3506.25/3600/（2×1.050.035×5×1.05）=0.0.124m /s水头损失h h=nh+hi=n1V2/2g+hi式中，h为总水头损失，m；h为折板间一个转弯的水头损失，m；hi为折板区上、下部转弯或过流孔洞的水头损失，m；n为折板间个数；V0为转弯或孔洞处流速，m /s；1为折板间一次转弯的阻力系数；2为折板区上、下部转弯的阻力系数；3为过流孔洞的阻力系数。 数据计算如下：第絮凝段为多通道同波折板，分9格，每格安装三块折板，折角90o，=0.6。折板区上、下部90o转弯处2=1.0，过流孔洞进出口3=1.08。90o转弯3×9=27次，进出口次数3×9=27次，取转弯高1m，孔洞高度1m。转弯流速 V0=3506.25÷（3600×3×1）=0.32m /s孔洞流速 v0=3506.25÷（3600×3×1）=0.32m /s转弯和进出口的水头损失 hi=27×（2+3）×v02/2g=27×(1+1.05) ×0.322÷（2×9.81）=0.30m h=nh+hi=n1V2/2g+hi=27×0.6×0.502÷（2×9.81）+0.30=0.51m第絮凝段为多通道同波折板，分9格，折板区上、下部90o转弯数3×9=27次，过流孔洞进出口次数为3×9=27个，折板角90o，=0.6，V=0.17 m /s。转弯流速 V0=3506.25÷2÷（3600×3×0.8）=0.20m /s （取转弯高0.8 m） hil=27×2 v02/2g=27×1.0×0.202÷（2×9.81）=0.056m孔洞流速 v0=3506.25÷（3600×3×0.6）=0.192m /s （取转弯高0.6 m） hi2=27×3 v02/2g=27×1.05×0.1922÷（2×9.81）+0.06=0.116m hi= hil+ hi2=0.056+0.116=0.172 m h=nh+hi=n1V2/2g+hi=27×0.6×0.252÷（2×9.81）+0.134=0.185m 第絮凝段为多通道直板，分格数为9，5块直板180o, 直板区上下部90o转弯数次数3×9=27，过流孔洞进出口次数为27次。转弯流速 V0=3506.25÷（4×3600×3×0.8）=0.10m /s孔洞流速 v0=0.56÷4=0.14 m /s转弯处的水头损失 hil=27×2 v02/2g=27×1.0×0.102÷（2×9.81）=0.0135m孔洞的水头损失 hi2=27×3 v02/2g=27×1.08×0.142÷（2×9.81）=0.0285m h= hil+ hi2=0.0135+0.0285=0.042m絮凝池各段的停留时间第絮凝段水流停留时间 t1=9×(v1-vb) /Q=9×(2×1.05×3.4-0.035×0.5×1.05×3×4) ÷0.974=63.94s第絮凝段水流停留时间 t2=9×(2×1.05×3.4-0.035×0.5×1×3×4) ÷(0.974÷2)=127.86s第絮凝段水流停留时间 t3=9×(2×1.05×3.4-0.035×0.5×1×3×4) ÷(0.974÷4)=255.75s 絮凝池总停留时间 T= t1 +t2 +t3=63.94+127.86+255.75=447.55s=7.46min絮凝池各段的G值 G=(rgh1/mt)1/2当水温在月平均最高T=28.1OC时，m=0.836×10-3Pa.s第段 G1=1000×9.81×0.51÷（0.836×10-3×63.94）1/2=305.94 s-1第段 G2=1000×9.81×0.185÷（0.836×10-3×127.86）1/2=130.30 s-1第段 G3=1000×9.81×0.042÷（0.836×10-3×255.75）1/2=43.90 s-1絮凝总水头损失 h=0.51+0.185+0.042=0.737m GT= t(rgh)/mt1/2 =447.55×1000×9.81×0.737÷(0.836×10-3×447.55) 1/2 =62213.68 > 2×104当水温在月平均最低T=6.9OC时，m=1.440×10-3Pa.s第段 G1=1000×9.81×0.51÷（1.440×10-3×63.94）1/2=233.11 s-1第段 G2=1000×9.81×0.185÷（1.440×10-3×127.86）1/2=99.28 s-1第段 G3=1000×9.81×0.042÷（1.440×10-3×255.75）1/2=33.45 s-1絮凝总水头损失 h=0.51+0.185+0.042=0.737m GT= t(rgh)/mt1/2 =447.55×1000×9.81×0.737÷(1×10-3×447.55) 1/2 =56883.86 > 2×104 折板絮凝池计算简图如图4所示：图4 折板絮凝池计算简图3.平流沉淀池的设计已知水厂设计流量Q=m3/d,沉淀池采用n=2,沉淀时间t=1.0h，池内平均水平流v=12mm/s.(1) 设计水量 Q=m3/d=7012.5 m3/h；单池处理水量 Q1=Q/2=84150 m3/d=3506.25 m3/h=0.974 m3/s(2) 池体尺寸 1） 单池容积 W=Qt/n=7012.5×1÷2=3506.25 m32） 与絮凝池配合取池净宽B=20.6m ，有效水深采用H=3m ，则池长 L=W/BH=3506.25÷(20.6×3)=58.44m3) 每组池中间设一导流槽，导流槽采用砖砌，导流槽宽为240mm，则沉淀池每格宽度b=(20-0.24) /2=9.88m4) 校核池子尺寸比例 长宽比L/b=58.44÷9.88=5.91 > 4 符合要求 长深比L/h2=58÷3=19.3 > 10 符合要求 沉淀池水平流速v=L/t=58.44×1000÷(1×3600)=16.23mm/s 符合要求进水穿孔墙5） 沉淀池进出口处用转砌穿孔墙布水，墙长20 m，墙高3.3 m，有效水深3 m，用虹吸式机械吸泥机排泥，其泥厚度0.1 m，超高0.2m。6） 穿孔墙孔眼形式采用矩形的半砖孔洞，其尺寸为0.125 m×0.126 m，开孔率为 0.125×0.126÷（0.125×0.126×3）=33.3% （3） 排泥设施 为取得较好的排泥效果，采用虹吸式机械吸泥机排泥。 1） 干泥量 Q干=84150×（1000-10）×10-6=75.735 m3/d。 设含水率为97%。 2） 则污泥量QS= Q干/（1-97%）=2524.5 m3/d=105.19 m3/h。 3） 吸泥机往返一次所需时间t=2L/v=2×58.44÷1=116.88min (栅车行进速度v=1m/min) 。 4） 虹吸管计算 设吸泥管排列数为12根，管内流速为1.6m/s，单侧排泥最长虹吸管长L=24 m。 采用连续式排泥，管径D=（4QS/pvz）1/2=4×105.19×109÷3600÷(3.14×1600×12) 1/2=44.03mm选用DN50 水煤气管 V=1.42m/s5）吸口的断面确定 吸口的断面与管口断面面积相等。已知吸管的断面积 A=p r2=3.14×(0.052÷4)=0.0019m2设吸水口长为L=0.19m，则吸口宽度b=A/L=0.0019÷0.19=0.01m 6) 吸泥管路水头损失计算 进口 1=0.1，出口2=1.0，90o弯头1=1.925×2，则局部水头损失 hi=(0.1+1+1.925×2) ×1.62÷(2×9.81)=0.646m 管道部分损失：含水率97%。 一般为紊流状态。 h管=ëLv2/(Do2g)=0.026×24÷0.045×1.62÷(2×9.81)=1.81m 总水头损失 h= hi + h管=0.646+1.81=2.46m 考虑管道使用年久等因素，实际H=1.25h=1.25×2.46=3.08m 排泥槽总长取70 m，槽宽取1 m，深取1 m。 引流泵选用YQX-5型潜水泵。 沉淀池放空管直径 d=(0.7BLHo0.5)/t1/2=0.7×(20-0.24) ×60×3.10.5÷(3×3600) 1/2 =0.368m 其中，Ho为平均水深m，此处3+0.1=3.1m；为放空时间，按3h计。 管径采用350mm。 沉淀池水力条件校核 水力半径 R=/=BH /（2H+B）=(20-0.24) ÷2×3÷2×3+(20-0.24) =1.151m 弗劳得数 Fr=v2/(Rg)=0.÷(1.151×9.81)=2.33×10-5 该Fr值在规定范围1×10-51×10-4内 （4） 集水系统 采用两侧孔口自由出流式集水槽集水。 1） 集水槽个数 N=10 2） 集水槽的中心距 a=B/N=9.88÷5=1.98m3) 槽中流量 q0=Q/N=0.974÷10=0.0974m3/s 考虑到池子的超载系数为20%，故槽中流量qo=1.2 q0=1.2×0.0974=0.117 m3/s4) 槽的尺寸槽宽 b=0.9 q0 0.4 =0.9×0.1170.4 =0.382m，为了施工方便取b=0.4m。槽长 L=84150÷（500×10×2）=8.42m 堰上负荷小于500m3/(m2d) 取槽长 L=10m ，则堰上负荷为 84150÷（10×10×2）=420.75 m3/(m2d) ，符合要求。起点槽中水深 H1=0.75b=0.75×0.4=0.3m终点槽中水深 H2=1.25b=1.25×0.4=0.5m为了便于施工，槽中水深统一取H2=0.5m计。 5） 槽的高度H3 集水方法采用孔口自由出流，孔口深度取0.08 m，跌落高度取0.05 m，槽起高度取0.2 m，则集水槽总高度 H3= H2+0.08+0.05+0.2=0.83 m6） 孔眼计算a. 所需孔眼总面积由q0=（2gh）1/2得 = q0/（2gh）1/2=0.117÷0.62÷（2×9.81×0.08）1/2=0.151m2b. 单孔面积 o 孔眼直径采用 d=10mm，则单孔面积 o = d2/4=3.14÷4×0.012=7.85×10-5m2c. 孔眼个数n n=/o =0.151÷(7.85×10-5) =1923.6，取1924个d. 集水槽每边孔眼个数n0=1924÷（10×2）=96个e. 孔眼中心距离So=10×1000÷(96+1)=103mm(5) 配水槽计算1） 配水槽宽 b=0.9Q0.4= 0.9×0.9740.4=0.891m，为了施工方便取0.9m。起点槽中水深 H1=0.75×b= 0.75×0.9=0.675 m中点槽中水深 H2=1.25×b= 1.25×0.9=1.125 m为了便于施工，槽中水深统一取1.15 m计。自由跌水高度取0.08 m，则排水总高度为 0.83+0.08+1.15=2.06 m 出水斗底板取低于排水槽底0.5 m，自由跌落高度为0.08 m，出水斗平面尺寸1.6 m×1.6 m，折板絮凝平流沉淀池计算简图5所示： 图5 板絮凝平流沉淀池计算简图4.普通快滤池的计算已知：设计供水量Q= m3/d，水厂自用水按10%计算，计算水量： Q=1.1Q= m3/d。拟用大阻力配水系统，单独水反冲洗。 （1） 滤池面积及尺寸 滤池工作时间为24 h，冲洗周期为12 h。滤池实际工作时间为： T=24-0.1×24/12=23.8 h 滤速V1=8m/h。滤池面积为F=Q/V1T=÷（8×23.8）=883.93 m2 每组滤池单格数为N=16，布置成对称双行排列。每个滤池面积为： f=F/N=883.93/16=55.26 m2 采用滤池长宽比为1.5/1，滤池设计尺寸为9 m×6 m，实际滤速为8.12 m/h。 校核强制滤速 V V=NV/（N-1）=4×10÷（4-1）=13.33 m/h 满足强制滤速V不大于14 m/h的要求。单格滤池计算简图6如下：图6 单格滤池计算简图 （2） 滤池高度的确定 承托层高：450mm。滤料层厚：采用双层滤料，厚=800 mm，其中无烟煤厚350 mm，石英砂厚450 mm，滤层上最大水深1800 mm。超高300 mm。滤池高度H为 H=450+800+350+450+1800+300=3350 mm (3) 每个滤池的配水系统 1）大阻力配水系统的干管 水冲强度q=15L/(m2·s)，冲洗时间为5min 。干管流量为： qg= fq = 63×15=945L/s 干管的起端流速为1.2m/s，采用管径DN1000。 2）支管 支管的中心距离采用aj=0.2m。每池的支管数为： nj=2L/ aj=2×6/0.2=60 每根支管的进口流量为： qj= qg/ nj=945/60=15.75(L/s) 支管的起端流速为2.05 m/s，支管直径为DN100。 3）孔眼布置 支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%。孔眼总面积为： FK=Kf=0.25%×54=（mm2） 采用孔眼直径为10 mm，每个孔眼面积为78.5 mm2 ，孔眼总数为： NK= FK/fk=/78.5=1720个 每根支管孔眼数为： nk=Nk/nj=1720/60=29个 每根支管孔眼布置成两排，与垂线成450夹角向下交错排列。 每根支管长度为： lj=0.5×（9-1）=4m 每排孔眼中心距： ak=4/(0.5×29)=0.28 m 4） 配水系统校核 支管长度与直径之比为40<60。干管横截面积与支管总横截面积之比为： （0.785×12）/（60×0.785×0.12）=1.667 （符合要求） 5） 孔眼水头损失 支管壁厚采用5 mm，孔眼直径与壁厚之比为2，流量系数=0.67。孔眼的水头损失为： 1/（2×9.8）×q/(10k) 2=（1/19.6）×15/(10×0.67×0.25) 2=4.09m （4） 洗砂排水槽 洗砂排水槽中心距采用a=9/5=1.8m,排水槽设5根，排水槽总长5 m。每槽排水量为： qo=qloa=15×5×1.8=135L/s 采用三角形标准断面，如图7所示。槽中流速采用VO=0.6m/s，排水槽断面尺寸为： =0.5（qo /1000vo）0.5=0.5×(135/1000×0.6)0.5=0.237m 排水槽底厚采用=0.05m，砂层最大膨胀率e=40%。洗砂排水槽顶距砂面高度He为 He =eh+2.5+0. 075=40%×0.8+2.5×0.237+0.05+0.075=1.04m 洗砂排水总面积为： F0=2×5×5=15.6 m2 F0/f=11.8/54=21.94%<25% （符合要求） （5） 滤池的各种管渠计算 进水管的流量为1.95 m3/s，渠中流速为1.2 m/s。 1） 进水支管 采用进水渠宽1400mm，水深1160 mm；各个滤池进水管流量为0.1508m3 /s，管中流速为0.95 m/s，则各进水管的管径为： D1=（4×0.1508/0.95）0.5=450 mm 2） 反冲洗水管 流量为fq=945 L/s,管中流速为2.4 m/s。则管径为： D2=（4×0.945/2.4）0.5=700 mm 反冲洗水进水渠宽750mm，水深600 mm；渠内流速为2.1m/s。 3） 清水管 清水总渠流量为1.95 m3/s，渠中流速为1.2 m/s，渠宽1400mm，水深1160 mm，渠内为压力流。每个滤池清水管的流量为0.1508 m3 /s，流速为0.95 m/s，则清水支管的管径为： D3=（4×0.1508/0.95）0.5=450 mm 4） 反冲洗水排水 排水流量为0.945m3 /s，管中流速为1.2 m /s D4=（4×0.945/1.2）0.5=900mm 反冲洗排水管渠宽900 mm，高900 mm。 （6） 反冲洗高位水箱 反冲洗高位水箱的容积为： V=1.5fqt=1.5×54×15×5×60=L=364.5 m3 水深为2.3 m，直径为13 m，超高0.3 m。 水箱底至滤池配水管间的沿程及局部损失之和为1.0 m。配水系统水头损失为由经验公式计算： h=8V干2/（2g）+10V支2/（2g）=8×1.22/19.62+10×2.42/19.62=3.52m。 承托层水头损失为： 0.022×0.4×15=0.132m 滤料层水头损失为： （2.65/1-1）×（1-0.41）×0.8=0.78 m 安全富余水头取1.5 m，冲洗水箱底高出洗砂排水槽为： H0=1.0+3.52+0.132+0.78+1.5=6.932 m 为方便施工，H0取7 m。5.清水池的计算已知设计用水量Q=m3/d=6375m3/h。设计计算过程如下：清水池调节容积取设计水量的10%，则调节溶积 V1=×10%=15300 m3 消防用水量按同时发生两次火灾，一次灭火用水量取45L/s，连续灭火时间 为2h,则消防容积V2=45×2×3600÷1000=324 m3为 根据本水厂选用的构筑物特点,水厂自用水储备容积为V3=0.则清水池总容积为V= V1+ V2+ V3 =15300+324+0=15624 m3为 清水池设两个,有效水深取H=5m,则单池面积为 A=V/2H=15624÷2÷5=1526.4 m2 取B×L=30×52=1560 m2。超高取0.5m，则清水池高度取5.5m。6.加药间的设计计算 已知计算水量Q=m3/d=7012.5m3/h。混凝剂选择聚合氯化铝（PAC），混凝剂最大投药量u=35mg/L,药溶液的浓度b=10%，混凝剂每日配制次数n=3次。设计计算过程如下：（1）溶液池 溶液池体积 W1=uQ/(417bn)=35×7012.5÷（417×10×3）=19.62 m3 。 取20 m3 溶液池设两个，每个容积为 W1 =10 m3。形状采用矩形，尺寸为 B×L×H=2.5 m×2.5 m×（1.5+0.3）m =11.25 m3。 超高0.3 m。（2） 溶解池溶解池体积 W2=0.3 W1=0.3×10=3 m3。溶解池池体尺寸为 B×L×H=2 m×1 m×（1.2+0.3）m 溶解池的放水时间采用 t=15min ，则放水流量 qo=W2/60t=3000÷(60×15) =3.33L/s 放水管采用水煤气管，查水力计算表得管径do=50mm,相应流速vo=1.57m/s 溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。（3） 投药管 投药管流量 q=(W1×3×1000)÷(24×60×60)= (20×3×1000)÷(24×60×60)=0.694 L/s 查水力计算表得投药管管径d=32mm,相应流速v=0.73m/s 溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。（4） 投药计量设备 采用本溪水泵厂生产的计量加药泵，泵型号JZ1000/16，选用三台，二用一备，参考价格为13000元/台。 加药间的平面尺寸为B×L=15m×20m7. 药剂仓库的计算 （1）已知条件 混凝剂为聚合氯化铝（PAC），每袋质量是50Kg,每袋规格为 0.5m×0.5m×0.2m。投药量为40 mg /L，水厂设计水量为7012.5m3/h。药剂堆放高度1.5 m，药剂储存期为20天。 （2）设计计算 聚合氯化铝（PAC）的袋数 N=(Q×24)ut/(1000w)=(7012.5×24×40×20)÷(1000×50)=2692.8（袋） 取2695袋。 堆放面积 A=NV/H（1-e）=（2695×0.5×0.5×0.2）÷1.5×（1-0.2）=112.34m2 仓库平面尺寸B×L=12 m×15 m=180 m28. 加氯间的设计计算 （1）已知条件 计算水量Q=7012.5m3/h。查表取预氯化最大投加量为1.5mg/L，清水池最大投加量1.0mg/L。 （2）设计计算 预加氯量为 QL=0.001Q=0.001×1.5×7012.5=10.519Kg/ h 清水池加氯量 QL=0.001Q=0.001×1×6375=6.375Kg/ h 二泵站加氯量自行调节，在这里不做计算。 为保证氯消毒时的安全和计量正确，采用加氯机投氯，并设校核氯量的计量设备。选用ZJ-1型转子加氯机3台，2用1备。9. 液氯仓库 （1）已知条件 计算水量Q=7012.5m3/h。查表取预氯化最大投加量为1.5mg/L，清水池最大投加量1.0mg/L。 （2）设计计算 仓库储备量按15天最大用量计算，则储