给水处理厂课程设计说明书：杨名.doc

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1、课程设计说明书课程名称： 水质工程学1 设计题目： 给水厂设计说明书 院 系： 土木建筑工程学院 班 级： 12级6班 设 计 者： 杨名 学 号： 指导教师： 曹邦卿 徐俊 马霄航 设计时间： 2014年12月18日 南阳师范学院土木建筑工程学院南阳师范学院课程设计任务书 姓 名： 杨名 院 （系）：土木建筑工程学院 专 业：给排水科学与工程 班 级：12级六班 任务起至日期： 2014年12 月 18 日至 2014年 12 月 31 日 课程设计题目： 给水处理厂课程设计 1、教学目的城市给水处理厂课程设计的目的在于学习工程设计方法、培养工程观念。通过本次课程设计，应达到以下教学目的：（

2、1）掌握给水处理厂工艺设计的基本步骤，复习和消化课程讲授的内容；（2）掌握给水处理厂各处理构筑物形式的选择方法与工艺设计计算方法，给水处理厂平面布置与高程设计的原则和方法，具备初步设计的独立设计能力；（3）掌握设计和制图的基本技能，提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；（4）掌握设计说明书结构和撰写技能，做到设计合理、计算准确、图面清晰、语言通顺、说明简练、字体规范；（5）熟悉主要工程节点的基本设计方法，受到专业工程师应具备的基本技能的初步训练，为今后的进一步学习和系统训练打下基础。2、设计要求2.1 成果质量要求方案论证严紧，表达流畅；公式运用准确，各构筑物要有计算简图和计算表

3、；成果不少于3张2号图，且图纸上应标注有主要设计参数，线条清晰、线型图例规范，能够用图纸正确表达设计思想，基本达到初步设计图设计深度。2.2 成果数量要求（1）设计说明书（电子档纸质档）。内容主要包括：目录；概述设计任务和依据，简要分析设计资料特点；计算设计流量； 给水处理流程选择的各种因素分析和依据说明；选定各类构筑物形式和设备及其工艺设计计算，各处理构筑物及其辅助设备的工艺计算、说明工作特点；厂内各类管线的定线和水力计算；选定辅助构筑物和建筑物；给水处理厂工艺平面和高程布置；处理构筑物之间的水力计算及其高程设计；处理构筑物总体布置的特点及依据说明。（2）图纸（1张手绘2张CAD纸质及电子档

4、）：厂区总平面布置图（1：500）；工艺流程高程图；一座主要构筑物（混凝、沉淀、过滤）的平、剖面图。3、基础资料该城市新区位于市区东部，南水北调中线工程干渠穿城而过。拟建以南水北调中线工程供水为水源、5万（8万、10万）m3/d的净水厂，水厂占地3.5（4.8、5.0）万m2，其取水口门距水厂2.5千米。（1）净水厂出水水压为4550m。（2）地形地貌：地形地势平坦，平均海拔高度在128132米之间。4、设计任务与步骤：根据所给资料，进行城市净水厂工艺设计及工程扩大初步设计。设计任务与步骤如下：（1）根据原始资料计算水厂设计水量；（2）根据水质、水量、地区条件、施工条件和相似条件水厂运转情况选

5、定处理方案和确定处理工艺流程；（3）水厂自用水量按设计净产水量的5%计；（4）选择各构筑物的形式和数目，初步进行水厂的平面布置和高程布置，在此基础上确定构筑物的形状、有关尺寸和安装位置等；（5）进行各构筑物的设计计算，定出各构筑物和主要构件的尺寸，并考虑构筑物及其构件施工上的可能性；（6）依据各构筑物的确切尺寸，确定其平面位置，并最后厂区平面布置。确定各构筑物连接管道的位置、管径、长度、材料及其附属设施，并定出水厂的高程布置；（7）绘制厂区总平面图、高程布置图（比例自定，达到初步设计的深度）；（8）就设计中需要说明的主要问题和计算成果写出设计计算说明书。5、参考资料（1）水质工程学（第二版，上

6、），建工版；（2）给水工程（第四版，上），建工版；（3）水处理构筑物设计计算，建工版；（4）给水排水设计手册1、3、9、10等；（5）室外给水设计规范（GB500132006）；（6）给水排水制图标准（GBT501062001）；（7）生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。 工作计划安排： 时间具体工作地点12.2212.23计算设计流量 、根据水质情况，地形等，确定给水处理流程及处理构筑物S40112.2412.25对各处理构筑物进行工艺计算，确定其形式、数目与尺寸S40112.2612.27进行各处理构筑物的总体布置和给水处理流程的高程设计S40112.2812.31厂区总平面布置

7、图（1：500）、工艺流程高程图、一座主要构筑物（混凝、沉淀、过滤）的平、剖面图S401 同组设计者及分工： 任务下达日期 2014 年 12 月 18 日 完成日期 2014 年 12 月 31 日指导教师 （签名） 学生 （签名） 目录目录11 总论31.1设计任务及要求31.2基本资料31.2.1设计规模31.2.2原水水质分析31.2.3地质条件41.2.4气象条件41.2.5处理要求41.2.6厂区地形52总体设计52.1给水工艺流程的确定52.2构筑物形式的选择53混凝沉淀53.1混凝剂投配设计53.1.1混凝剂投量计算53.1.2混凝剂投加方法与调制方法63.1.3溶液池容积63

8、.1.4溶解池容积63.1.5计量设备73.1.6加药间和加药库83.2机械混合池设计83.2.1有效容积83.2.2搅拌器转速93.2.3搅拌器角速度93.2.4轴功率93.2.5所需轴功率103.2.6电动机功率103.3 网格絮凝池计算113.3.1设计水量113.3.2平面尺寸计算113.4 斜管沉淀池的设计133.4.1 设计水量133.4.2平面尺寸计算133.4.3 进出水系统143.4.4斜管沉淀池计算草图153.4.5复核管内雷诺数及沉淀时间154型滤池164.1滤池的选择164.2 V型滤池的布置164.3V型滤池的设计计算164.3.1 V型滤池平面尺寸计算164.3.2

9、 进水系统184.3.3反冲洗系统204.3.4过滤系统224.3.5排水系统224.3.6滤池总高度235消毒处理245.1消毒方法的选择液氯消毒245. 2加氯量计算245.3加氯设备的选择245.3.1自动加氯机选择245.3.2氯瓶245.3.3加氯控制245.3.4加氯间和氯库246.其他设备256.1清水池256.1.1平面尺寸计算256.1.2管道系统266.1.3清水池布置277给水厂处理布置277.1平面布置277.1.1工艺流程布置工艺流程布置277.1.2平面布置277.1.3厂区道路布置287.1.4厂区绿化布置287.1.5厂区管线布置287.2高程布置297.2.1

10、管渠水力计算297.2.2给水处理构筑物高程计算308.参考资料311 总论1.1设计任务及要求城市给水处理厂课程设计的目的在于学习工程设计方法、培养工程观念。通过课程设计，学会主要工程节点的基本设计方法，受到专业工程师应具备的基本技能的初步训练，为今后的进一步学习和系统训练打下基础课程设计的内容是根据所给资料，完成给水处理厂方案设计，即在给出设计任务的基础上，完成所给资料的分析、整理，进行水厂选址，工艺流程选择，方案比较，构筑物的选型，水厂的平面和高程布置以及处理构筑物的初步设计等工作。1.2基本资料南阳市，古称宛，位于河南省西南部，与湖北省、陕西省接壤 。近年来，由于经济的发展、城市化进程

11、的加快和城市人民生活水平的提高，用水的需求不断增长，原有水处理厂的生产能力已不能满足要求，对经济发展和人民生活造成了严重影响，为缓解这一矛盾，经市政府部门研究并上报请上级主管部门批准，决定以城市附件某河流为水源地，新建给水处理厂一座。1.2.1设计规模该给水厂总设计规模为8104m3/d。净水厂出水水压为4550m。1.2.2原水水质分析原水水质分析如下表 表1序号项目单位数值备注1浑浊度度0.7932细菌总数个/mL280正常3总大肠菌群个/L10019正常4色度色度单位7.5155嗅和味-无臭无味6肉眼可见物微粒不得含有7pH8.20正常8总硬度(CaCO3)mg/L138.3正常9总碱度

12、mg/L11010氯化物mg/L4.8正常11硫酸盐mg/L34.81012总铁mg/L0.17正常13锰mg/L0.07正常14铜mg/L0.008正常15锌mg/L0.05正常16BOD5mg/L1.617阴离子合成剂mg/L-18溶解性总固体mg/L107正常19氨氮mg/L0.060.520亚硝酸盐氮mg/L0.055正常21硝酸盐氮mg/L1.0正常22耗氧量mg/L2.49正常23溶解氧mg/L8.771.2.3地质条件根据岩土工程勘察报告，水厂厂区现场地表层分布较厚的素填土层，并夹杂大量的块石，平均厚度为5米左右，最大层厚达9.4米，该土层结构松散，工程地质性质差，未经处理不能作

13、为构筑物的持力层，为提高地基承载力及减少构筑物的沉降变形，本工程采用振动沉管碎石桩对填土层进行加固处理。桩体填充物为碎石，碎石粒径为25CM，桩径为400毫米，桩孔距为1M，按梅花形布置。1.2.4气象条件项目所在地属于亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，多年平均气温15，历史最高温度41，历史最低温度-21，年平均霜冻日3.6天，最多10天。年平均日照时数1932小时，年平均降雨量798mm，日最大降雨量97.9mm(81.7.1)，年平均相对湿度75。主导风向为东北（冬季）和西南（夏季）。1.2.5处理要求出厂水水质指标满足生活饮用水卫生标准（GB57492006）的相关要求。1.2.6厂

14、区地形该给水处理厂处于平原地区，占地面积4.8万，但应遵循构筑物布置紧凑、节约用地的原则；厂内地面标高为128.0132.0m。2总体设计2.1给水工艺流程的确定根据地表水环境质量标准（GB3838-2002），氨氮含量属于地面水类水质标准，其他参数绝大部分属于地面水类水质标准。参数均符合生活饮用水卫生标准（GB57492006）的规定。水厂水以地表水作为水源，工艺流程如图1所示。图1. 水处理工艺流程2.2构筑物形式的选择根据已选工艺流程，在设计中混合设施选用机械混合池，反应池选用网格絮凝池，沉淀池选用斜管沉淀池，滤池选用V型滤池，采用加氯消毒。3混凝沉淀 3.1混凝剂投配设计3.1.1混凝

15、剂投量计算设计中取日处理水量；采用精制硫酸铝，根据原水水质，单位混凝剂最大投量最大取，平均取。当a取40 mg/L时： 日混凝剂投量 当a取38 mg/L时： 3.1.2混凝剂投加方法与调制方法混凝剂投加方法有湿投和干投，干投应用较少，本设计采用湿投方法。采用湿投时，其调制方法有水力、机械搅拌方法，水力方法一般用于中、小型水厂，机械方法可用于大、中型水厂，本设计采用机械方法调制混凝剂。3.1.3溶液池容积设计中取混凝剂的浓度，每日调制次数次，混凝剂最大投加量a=40mg/L，设计处理水量Q=3500m/h,则 溶液池容积 溶液池采用钢筋混凝土结构，单池尺寸为LBH=4.83.01.80,高度中

16、包括超高0.30 m，沉渣高度0.3 m。 溶液池实际有效容积 池旁设工作台，宽1.01.5m，池底坡度为0.02。底部设置DN100mm放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管，池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿地面接入药剂稀释用给水管DN80mm一条，于两池分设放水阀门，按1h放满考虑。3.1.4溶解池容积溶解池尺寸为LBH=1.91.91.85,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 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放满溶解池考

17、虑，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池采用机械搅拌，搅拌桨为平桨板，中心固定式，搅拌桨板安装见图1。图2.溶解池搅拌机示意图搅拌设备查给水排水快速设计手册第一册表7-6，适宜本设计的参数列于表1中。搅拌设备应进行防腐处理。搅拌设备参数表 表2溶解池尺寸BB(m)池深H(m)桨叶直径D(mm)桨板深度L(mm)H1(mm)H(mm)E(mm)搅拌机重量（kg）1.91.91.357501200100330/2003.1.5计量设备 计量设备有孔口计量、浮杯计量、定量投药箱和转子流量计。设计采用耐酸泵与转子流量计配合投加。 计量泵每小时投加药量 耐酸泵型号25F-25选用二台，一用一备。 25F-25型

18、耐碱泵参数：流量为1.983.96 m3/h、扬程为26.824.4m、转数为2960转/分、配套电机功率1.5kW。3.1.6加药间和加药库(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、排渣管为塑料管。加药间内设两处冲洗地坪用水龙头DN25。为便于冲洗水集流，地坪坡度0.005，并坡向集水坑。(2)药库 药剂按最大投加量的30d用量储存。 碱性氯化铝所占体积碱性氯化铝相对密度为1.2，则硫酸铝所占体积为：100.8/1.62=84.0 m3设计中无需投加石灰。药剂所占体积为：84.0m3药品堆放高度按2.0m计（采用吊装设备），则所需面积为42.0 m2考虑药剂的

19、运输、搬运和磅秤所占面积，不同药品留有间隔等，这部分面积按药品占有面积的30%计，则药库所需面积为42.01.3=54.6 m2，设计中取55m2。药库平面尺寸取：5.510.0 m。库内设电动单梁悬挂起重机一台，型号为DX0.5-10-20。3.2机械混合池设计3.2.1有效容积取混合时间，池数n=2个，则 机械混合池尺寸及有关参数选定： 直径： 水深： 池总高： 搅拌器外缘速度： 搅拌器直径：，设计中取1.7 m 搅拌器宽度：，设计中取0.3 m 搅拌器层数：因，设计中取一层 搅拌器叶数： 搅拌器距池底高度：3.2.2搅拌器转速 搅拌器外缘速度取v=3.0m/s，D0=1.7m 3.2.3

20、搅拌器角速度 3.2.4轴功率取阻力系数，搅拌器叶数Z=4，搅拌器层数层，搅拌器半径，则3.2.5所需轴功率水的动力黏度为，取速度梯度，则 ，满足要求。3.2.6电动机功率取传动机械效率，则 机械混合池计算各部分尺寸示意如图2所示。图3.机械混合池示意图3.3 网格絮凝池计算 网格絮凝池对水质适应性强，停留时间短，絮凝效果好，又能节约絮凝剂而广泛采用。3.3.1设计水量 水厂总设计规模为80000 m3/d，自用水量取5%。折板絮凝池分为两个系列，每个系列分为两组，一组絮凝池设计水量为： 3.3.2平面尺寸计算（1）絮凝池有效容积 取絮凝时间，则 （2）絮凝池面积 （3）单格面积 设每格为矩形

21、，长边取1.45，短边取1.4，每格实际面积为2.54m，由此得分格数为: 每行分6格，每组布置4行，絮凝池布置图见图4。实际絮凝时间为： 池的平均有效水深为3.0m,超高0.45m，泥斗深度0.65m，得池的总高度为: （4）过水孔洞和网格设置过水孔洞流速从前向后分4档递减，每行取一个流速，进口为0.3m/s，出口为0.1m/s，则从前至后各行隔墙孔洞尺寸分别为：0.72m1.4m,0.92m1.4m,1.35m1.4m和2.17m1.4m。前三行每格均安装网格，第一行每格安装3层，网格尺寸为50mm50mm;第二行每格安装2层，网格尺寸为80mm80mm,第三格每格安装1层，网格尺寸为10

22、0mm100mm。（5）水头损失计算网格水头损失：第一行每层网格水头损失得;第一行内通过网格总水头损失：同理得第二行、第三行每层和过网总水头损失为：0.002m、0.0245m、0.00115、0.0069。孔洞水头损失：第一行一格孔洞水头损失：第一行各格孔洞总水头损失：第二、三四行各格孔洞总水头损失分别为：0.049m、0.004m和0.0002m。通过絮凝池各孔洞的总水头损失为0.14m。通过絮凝池的总水头损失 (6)GT值校核 G值和GT值均满足要求。采用穿孔排泥管排泥，DN150mm,安装快开排泥阀。图4.网格絮凝布置3.4 斜管沉淀池的设计 设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相

23、比之下，平流式沉淀池虽然具有适应性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。3.4.1 设计水量 水厂总设计规模为80000 m3/d，自用水量取5%。沉淀池个数采用两个。 则单池设计水量为 3.4.2平面尺寸计算（1）沉淀池清水区面积式中 q表面负荷，一般采用9.0-11.0，本设计取9 （2）沉淀池的长度及宽度 设计中取沉淀池长度L=20m 则沉淀池宽度，设计中取10m 为配水均匀，进水区布置在20长的一侧。在10m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) 式中：

24、k1斜管结构系数，取1.03（3）沉淀池总高度 式中 h1保护高度（m），一般采用0.3-0.5m，本设计取0.3m； 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600，则； 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0.83m。3.4.3 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：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15cm8cm，则孔口数204个。进水孔位置应

25、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： 设每个孔口的直径为4cm，则孔口的个数 式中 F每个孔口的面积(m2),. 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36个，孔间距为20cm。10条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度0.8m，深度1.0m。 出水的水头损失包括孔口损失和集水槽速度内损失。孔口损失： 式中：进口阻力系数，本设计取=2.集水槽内水深为0.4m，槽内水力坡度按i=0.01计，槽内水头损失为： 出水总水头损失 ，设计中取0.15m(3) 沉淀池斜管选择

26、斜管长度设计中取1.0m，管径30mm；斜管为聚丙烯材料，厚度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，管上开孔孔径为5mm，孔间距15mm。沉淀池底部为排泥槽，共12条。排泥槽顶宽2.0m，底宽0.5m，斜面与水平夹角约为45，排泥槽斗高为0.83m3.4.4斜管沉淀池计算草图根据上面计算结果，绘制斜管沉淀池示意图，如图3-1所示。图5.斜管沉淀池示意图3.4.5复核管内雷诺数及沉淀时间（1）雷诺数Re 水力半径： 当水温=20时，水的运动粘度=0.01cm2/s， 斜管内水流速速为 = =1.0m/s4.3.3反冲洗系统 1

27、.气水分配渠(按反冲洗水流量计算)=H2B2=式中反冲洗水流量(m3/s); q反冲洗强度【L/(sm2)】,一般采用46L/(sm2); v5 气水分配渠中水的流速(m/s), 一般采用1.01.5m/s; H2 气水分配渠内水深(m); B2 气水分配渠宽度(m)。设计中取q1=6 L/(sm2),v5=1.0m/s,B2=0.4m Q5=0.288m3/s H2=0.72m 2.配水方孔面积和间距 F1= n3=式中F1配水方孔总面积(m2); V6配水方孔流速(m/s),一般采用V6=0.5m/s; F1单个方孔的面积(m2); n3方孔个数（个）；设计中取v60.5m/s,f1=0.

28、100.10m2 F1=0.58m2 n3=58个在气水分配渠两侧分别布置29个配水方孔，孔口间距0.4m。3.布气圆孔的间距和面积布气圆孔的数目及间距和配水方孔相同，采用直径为60mm的圆孔，其单孔面积为0.0028m2,所有圆孔的面积之和为580.0028=0.162m2。4.空气反冲洗时所需空气流量Q气式中Q气空气反冲洗时所需空气流量(m3/s); q气空气冲洗强度【L/(sm2)】，一般采用1317 L/(sm2)。设计中取q气15 L/(sm2) Q气=0.72m3/s空气通过圆孔的流速为=4.44m/s5.底部配水系统底部配水系统采用型长柄滤头，材质为ABS工程塑料，数量为55只/

29、m2，滤头安装在混凝土滤板上，滤板搁置在梁上。滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条;滤柄上部有mm气孔，下部有长65mm,宽1mm条缝。滤板，滤梁均为钢筋混凝土预制件。滤板制成矩形或正方形，但边长最好不要超过1.2m。滤梁的宽度为10cm,高度和长度根据实际情况决定。为了确保反冲洗时滤板下面任何一点的压力均等，并使滤板下压入的空气可以尽快形成一个气垫层，滤板与池底之间应有一个高度适当的空间。一般来讲，滤板下面清水区的高度为0.85 0.95m,该高度足以使空气通过滤头的孔和缝得到充分的混合并均匀分布在整个滤池面积之上，从而保证了滤池的正常过滤和反冲洗效果。设计中取滤板下清水区的高度H5为0.

30、9m。4.3.4过滤系统 滤池选用石英砂，粒径0.951.35mm,不均匀系数k80=1.01.3,滤层厚度一般采用1.21.5m,设计中取滤层厚度H6为1.2m。滤层上水深一般采用1.21.3m,设计中取滤层上水深H7为1.2m。4.3.5排水系统 1.排水渠终点水深H3=式中H3 排水渠起端水深(m) v排水渠流速(m/s),一般采用v1.5m/s设计中取排水渠和气水分配渠等宽，即B=0.4m,v=1.5m/s H3=0.62m 2.排水渠起端水深H4=hk=式中H4排水渠起端水深(m); hk排水渠临界水深(m); i排水渠底坡; l排水渠长度(m);设计中取排水渠长度等于滤池长度，即l

31、=11m,排水渠底坡i=8.2 hk=0.45m H4=0.18m 按照要求，排水槽堰顶应高出石英砂滤料0.5m,则中间渠总高为滤板下清水区的高度滤板厚滤料层厚0.5,即0.9+0.10+1.2+0.5=2.7m。4.3.6滤池总高度H=H5+H6+H7+H8+H9式中滤池总高度(m);H5滤板下清水区的高度(m); H6滤层厚度(m); H7滤层上水深(m); H8滤板厚度(m); H9超高(m);设计中取H8=0.12m,H9=0.3m H=0.9+1.2+1.2+0.12+0.3=3.72m图6. V型滤池剖面示意图5消毒处理5.1消毒方法的选择液氯消毒 液氯消毒是目前国内外应用最广泛的

32、消毒方法，其具有余氯的持续消毒作用；价格成本较低；操作简单，投加准确；不需要庞大设备等优点5. 2加氯量计算 取加氯量b=1.0g/m3，设计流量Q=84000m3/dQ=Q b=1.084000=84000g/d=84kg/d5.3加氯设备的选择 加氯设备包括自动加氯机、氯瓶和自动检测与控制装置等。5.3.1自动加氯机选择 选用ZJ-型转子真空加氯机2台，1用1备，每台加氯机加氯量为0.59kg/h。加氯机的外形尺寸为：宽高=330mm370mm。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。5.3.2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8个，1组使用，1组备用，每组使用周期约为48d。5.3.3加氯控制 根据余氯值，采用计算机进行自动控制加氯量。