水质工程学课程设计计算说明书.doc
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1、如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流水质工程学课程设计计算说明书【精品文档】第 23 页2013至2014学年第1学期水质工程学(上)课程设计设计题目:某城市净水厂工艺设计专 业:给水排水工程姓 名:吴新楷学 号:1110520055完成日期:2013年12月指导教师:宋亚丽浙 江 科 技 学 院目录1工程概况41.1设计规模41.2水源水质42混合42.1加药系统42.2溶液池设计及计算 42.3溶解池设计及计算42.4混合设备53絮凝 63.1絮凝形式选用63.2折板絮凝池的设计 63.3第一段絮凝区73.4第二段絮凝区103.5第三段絮凝区123.6絮凝的总GT值124沉淀 124.
2、1参数确定124.2设计池体尺寸 134.3进水穿孔墙134.4指形槽134.5出水渠144.6排泥设施144.6沉淀池水力条件复核145过滤 145.1滤池选择145.2滤池设计参数确定 145.3滤池池体设计146消毒 236.1消毒剂选择236.2加氯计算 237清水池 237.1清水池的布置237.2清水池容积计算247.3清水池平面尺寸247.4清水池各管管径的确定248设计说明书 251.工程概况工程位于浙江省某市,该市有一蓄水量较大的水库可作为水源,水库水质为一类地表水,符合生活饮用水水源要求。出厂水质为一类水司标准。主要任务为净水厂工艺及总平设计。1.1设计规模设计日产水量为1
3、7万m3 ,水厂自用水量为8%,Qd=1700001.08=183600m3/d1.2水源水质浊度:10-50度 PH值:6.9-7.3色度:10度(铂钴标准计) 氨氮(以N计):0.5mg/L总硬度(以CaCO3计):100-120mg/L 细菌总数:400个/mL总大肠菌群数:2000个/L 该厂采用混合絮凝 沉淀过滤的常规处理流程,具体的工艺流程如下所示。2.混合 2.1加药系统(1) 根据水厂进水水质特点和PH情况,选用聚合氯化铝(PAC)为混凝剂,效率高,耗药量少,絮体大而重,沉淀快。混凝剂的最大投加量为a=60mg/l,药溶液的浓度b=10%,混凝剂每日配置次数n=2次。 日投加量
4、:(2) 采用计量泵投加方式,不必另配计量设备。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。(3) 加药间与药剂仓毗邻设于絮凝池附近,加药间内保证良好通风,必要时设置通风装置,药剂仓做好防潮防腐措施,固定储存20天的用药量。2.2溶液池设计及计算 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,60mg/L; b溶液浓度(5%-20%),取10%; n每日调制次数,取n2带入数据,算得W1=50.96m3溶液池设置两个,每个容积W1,保证清洗溶液池时有备用池。每个池子的规格为长宽高=5m4m2.6m=52m3,其中包括超高0.2m。2.
5、3溶解池设计及计算溶解池容积按下式计算:式中: 溶解池容积(m3),一般采用(0.2-0.3)。这里采用0.25W1=W2=12.74m3。每个池子的尺寸为长宽高=3m2.2m2m,高度中包括超高0.2m。溶解池实际容积w=3m2.2m2m=13.2m3溶解池的放水时间采用t=10min,则放水流量查水力计算表得放水管管径d=100mm,相应流速v=2.86m/s。溶解池底部设管径100mm的排渣管一根。2.4混合设备 投药管流量查水力计算表得投药管管径d=50mm,相应流速为0.64m/s。混合设备采用桨板式机械混合槽,机械混合池的优点是混合效果好,且不受水量变化的影响,适用于各种规模的水厂
6、。(1) 混合池容积 设计水量Q=183600m3/d=7650m3/h,池数n=8个,混合时间t=30s。式中:W为有效容积T混合时间n池数 (2) 混合池高度 混合池平面采用正方形2.2m2.2m,则有效水深H 超高取H=0.3m,则池总高度(3) 桨板外缘直径 ,设计采用1.5m 桨板宽度 ,设计采用0.5m 桨板长度 L=0.5m 搅拌器层数 ,采用1层 搅拌器距池底高度 0.5D0=1.1m 搅拌器外缘速度 V=3m/s(4) 垂直轴转速 式中:n0搅拌器转速(r/min); V搅拌器外缘速度(m/s); D0搅拌器直径(m)。 设计中取 v=3.0m/s,D0=1.5m(5) 桨板
7、旋转角速度(6)桨板转动时消耗功率 式中: (7)转动桨板所需电动机功率 桨板转动时的机械总功率1=0.75 传动效率2=0.60.95,采用2=0.7,则3.絮凝 3.1絮凝形式选用选用平折板絮凝池,优点为水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩放、流流动且连续不断,以至形成众多的小涡旋,提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比,水流条件大大改善,即在总的水流能量消耗中,有效能量消耗比例提高,故所需絮凝时间可以缩短,池子面积减小。折板絮凝池因板距小,安装维修较困难,折板费用较高。 3.2折板絮凝池的设计(1)单池设计流量45900m3/d=1912.5m3/h=0.53125m3/s,共
8、设4个池,每个池分为并联的三组,每组设计流量q为0.177m3/s。(2)总絮凝时间为15min,分三段絮凝。折板布置采用单通道。速度梯度由90s-1渐减至20s-1左右,絮凝池总GT值大于2104。絮凝池有效水深H,采用3.5m。(3)每组絮凝池流量 每组絮凝池容积 每组池子面积 每组池子的净长度L=9m,则池子净宽度B=5.06m (4)絮凝池的布置 絮凝池的絮凝过程分为三段:第一段v1=0.3m/s 第二段v2=0.2m/s 第三段v3=0.1m/s 将絮凝池分成6格,每格的净宽度为L0=1.5m,每两格为一絮凝段。第一、二格采用单通道异波折板;第三、四格采用单通道同波折板;第五、六格采
9、用直板。(6) 折板尺寸及布置 折板采用钢丝水泥板,折板宽度0.5m,厚度0.06m,夹角900 3.3第一段絮凝区(1)絮凝池长度L和宽度B 考虑折板所占宽度为,絮凝池的实际宽度。 考虑隔板所占长度为0.2m,絮凝池实际长度取L=10m,超高0.3m。(2)第一絮凝区折板的间距及实际流速 峰距 谷距 b2=1.097m 侧边峰距 b3=0.45m 侧边谷距 b4=0.803m 中间峰速 中间谷速 侧边峰速 侧边谷速 (3)水头损失式中 水头损失计算: 中间部分: 中间共有15个缩放组合,故:h=15(0.00199+0.00447)=0.0969m侧边部分: 侧边有6个缩放组合,故:h=6(
10、0.00117+0.0027)=0.02322m进口及转弯损失:共一个进口、3个上转弯和3个下转弯。上转弯处水深0.879m,下转弯处水深0.854m。 进口流速:v3取0.3m/s 上转弯流速: 下转弯流速: 每格进口及转弯损失总损失: 每格总损失: 第一絮凝区总损失: 第一絮凝区停留时间: 第一絮凝区平均G1值:3.4第二絮凝区(1)第二絮凝区采用同波折板布置:折板距离采用b1=0.79m侧边峰距b2=0.771m侧边谷距b3=1.125m实际流速侧边峰速侧边谷速(2)水头损失 中间部分:每次转弯的,共有n=20次转弯 侧边部分:,F1=0.7711.5=1.1565,F2=1.1251.
11、5=1.6875 侧边有6个缩放组合,故h=6(0.0003+0.0007)=0.006m进口及转弯损失:共一个进口、3个上转弯和2个下转弯。上转弯处水深0.879m,下转弯处水深0.5m。进口速度V3取0.16m/s上转弯流速:下转弯流速:每格进口及转弯损失每格总损失: 第二絮凝区总损失: 第二絮凝区停留时间: 第二絮凝区平均G2值:3.5第三絮凝区 (1)第三絮凝区采用平行直板布置: 直板间距为1.048m 实际流速为 (2)水头损失:共一个进口及4个转弯,则单格水头损失为 总水头损失H2=2h=0.0196m 停留时间 速度梯度3.6絮凝的总GT值絮凝的总水头损失,絮凝时间t=15.68
12、m,4. 沉淀4.1参数确定选用平流式沉淀池,造价低,操作管理方便,施工简单,处理效果稳定。4个沉淀池,沉淀时间t=1h,池内平均水平流速v=14mm/s,单池设计流量45900m3/d=1912.5m3/h,沉淀池和絮凝池合建,中间用穿孔墙隔开。4.2设计池体尺寸单池容积W池长池宽 池的有效水深采用H=3m,则池宽 采用13m(为配合絮凝池的宽度) 每池中间设一导流墙,则每格宽度为b=6.5m4.3进水穿孔墙 沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水,墙长13m,墙高3.3m(有效水深3m,用机械刮泥机排泥,其积泥厚度0.1m,超高0.2m) 穿孔墙孔洞总面积孔洞处流速采用v0= 0.25m/s,则 孔
13、洞个数孔洞形状采用矩形,尺寸为15cm18cm,则4.4指形槽指形槽的个数 : N=8指形槽的中心距 : =1.575m指形槽中的流量:=0.066 m3/s,考虑到池子的超载系数为20,故槽中流量为: m3/s指形槽的尺寸:槽宽m,为便于施工 取0.4m取堰上负荷为440,则指形槽长度:L=8个集水槽,双侧进水。每根槽长:13m则集水槽总长度L=8213=208104 符合条件起点槽中水深:=0.75b=0.75*0.326=0.2445m终点槽中水深:=1.25b=1.25*0.326=0.4075m 为便于施工,槽中水深统一取。槽的高度:集水方法采用锯齿形三角堰自由出流方式,跌落高度取0
14、.05m,槽的超高取0.15m。则指形槽的总高度。4.5出水渠采用薄壁堰出水,堰口应保证水平。出水渠宽度采用1m。在出水渠前增设指形槽,降低出水渠负荷。 4.5排泥设施采用机械排泥,排泥效果好。在池末端设集水坑,通过排泥管定时开启阀门,靠重力排泥。池内存泥区高度为0.1m,池底有1.5坡度,坡向末端积泥坑(每池一个),坑的尺寸为50cm50cm50cm。排泥管兼沉淀池放空管,其直径为 ,采用300mm式中H0-池内平均水深,m,此处为3.1mt-放空时间,s,此处取2.5h4.6沉淀池水力条件复核水力半径R佛罗德数Fr(在规定范围内)5. 过滤5.1滤池选择考虑到本水厂的设计规模,采用v型滤池
15、。采用均粒石英砂滤料,滤层厚度比普通快滤池厚,截污量比普通快滤池大,故滤速较高,过滤周期长,出水效果好。5.2滤池设计参数确定滤速v=12m/h第一步气冲冲洗强度;第二步气水同时反冲洗,空气强度,水强度;第三步水冲洗强度。第一步气冲时间,第二步气水同时反冲洗时间,第三步水冲洗时间,冲洗时间共计冲洗周期T=48h。表面扫洗强度1.8)5.3滤池池体设计滤池工作时间(式中未考虑排放初滤水)滤池总面积滤池的分格单池面积较大,采用双格滤池,池底板用混凝土,单格宽共7座,每座面积,总面积658m2校核强制滤速滤池高度的确定式中:H1气水室高度,取0.8m;H2滤板厚度m,取0.1m;H3承托层厚度,取0
16、.08m;H4滤料层厚度,取1.2m;H5滤层上面水深,取1.4m;H6进水系统跌差(包括进水槽孔洞水头损失及过水堰跌差),取0.5m;H7进水总渠超高m,取0.3m 。水封井的设计滤池采用单层加厚均质滤料,粒径0.951.35mm,不均匀系数K80为1.21.6,均质滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算 式中:水流通过滤料层的水头损,cm;水的运动黏度,cm/s,20时为0.0101 cm/s;g重力加速度,981 cm/s;滤料孔隙率,取0.5;与滤料体积相同的球体直径,cm,取为0.1 cm;滤层厚度,120 cm;v滤速,v=12m/h=0.33m/s;滤料颗粒球度系数,天然沙粒0.75
17、0.80,取0.8。根据经验,滤速为812 m/s时,清洁滤料层的水头损失一般为3040cm,计算值比经验值低,取经验值的底限30cm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=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22m。堰底板比滤池底板低0.3m,水封井出水堰总高为:因为每座滤池过滤水量:Q单=vf=1294=1128m/h=0.31 m/s式中 v设计滤速; f每座滤池的面积;所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式计算得: 则
18、反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时,滤池液面比滤料层高0.19+0.52=0.71m2)反冲洗管渠系统本设计采用长柄滤头配水配气系统。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5L/( ms)Q反水=q水f=594=470L/s=1692 m3/h=0.47 m3/sV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=0.001894=0.1692 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=0.47/1.5=0.31m反冲洗配水干管采用钢管,DN600,流速1.22m/s,反冲洗水
19、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1.01.5m/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=0.47/1.0=0.47m,此为配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各均匀布置15个配水方孔,共计30个,孔中心间距0.6m,每个孔口面积:A小=0.47/30=0.016 m每个孔口尺寸取0.120.12m,反冲洗水过孔流速:v=0.47/(2150.120.12)=1.09m/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
20、用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算,这是气冲强度为15L/( ms)Q反气=q气f=1594=1410L/s=1.410m3/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:反冲洗配气干管采用钢管,DN350,流速10.76m/s(在1015m/s之间),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30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:=0.141每个布气小孔面积:=0.0047孔口直径:
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