给水厂课程设计说明书41890.pdf
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1、设计总说明 该课程设计针对某城市给水处理厂处理工艺进行设计,通过了解基本资料,确定处理工艺和处理构筑物,然后对给水处理构筑物的工艺尺寸进行了计算,最后综合各方面因素确定了给水厂的平面布置和高程布置,并绘制平面布置图、高程布置图、混凝沉淀池单体图。关键词:给水处理厂;给水处理构筑物;隔板絮凝池;平流沉淀池;V 型滤池 目 录 一、设计概要.5 设计题目.5 设计任务.5 原始资料.6 工程设计背景.6 设计规模.6 基础资料及处理要求.6 二、总体设计.8 设计原则.8 厂址选择.9 水厂工艺流程选择.10 水处理工艺的选择.11 混凝.12 沉淀.17 过滤.18 消毒.20 三、净水构筑物的
2、设计计算.22 设计规模.22 配水井设计计算.22 配水井设置.22 配水井有效体积.22 配水井尺寸确定.22 加药间设计计算.23 混凝剂剂量.23 混凝剂的投加.23 加药间及药库的设计.25 混合设备设计.27 反应池设计.31 设计水量.31 反应池形式及设计参数的确定.31 池体的设计.32 水头损失的计算.34 GT 值的确定.36 沉淀池设计.36 设计参数的选择.36 池体尺寸计算.37 进水穿孔墙.38 沉淀池出口布置.39 沉淀池放空管.41 排泥系统设计.41 滤池设计.43 设计参数.43 池体设计.44 反冲洗管渠系统.47 滤池管渠设计.49 消毒设施的设计与计
3、算.58 加氯量与储氯量.58 加氯设备选取与设计.59 加氯间尺寸计算与确定.59 清水池的设计与计算.60 清水池的有效容积.60 平面尺寸的确定.61 清水池的管道系统.61 清水池其余设施计算.62 四、高程布置.63 管渠水力计算.64 清水池.64 清水池至出水泵站.64 滤池至清水池.64 平流沉淀池至滤池.65 配水井至混合池.65 给水处理构筑物高程计算.65 五、心得体会.66 六、参考文献.67 一、设计概要 设计题目 城市给水处理厂方案设计(工艺)设计任务 1)主要任务:完成城市给水处理厂方案设计。设计规模为190000m3/d。原水水质资料、地形地址、气象条件等参数见
4、附 城市给水处理厂课程设计基础资料 2)设计要求:完成水源水质评价,设计包括工艺确定、主体处理构筑物初 步设计计算、厂区平面、系统高程和主要管网布置等。3)设计成果:设计说明及计算书 1 份,包括:目录、原始资料、系统选择、处理工艺设计计算、平面及高程等内容。4)图纸要求:给水处理厂平面图(1:500);处理系统高程图(1:100);重要构筑物(混凝沉淀池/滤池)工艺设计的三视图 12 张;原始资料 工程设计背景 某市位于广东省中南部,北接广州,南连深圳,是近年来珠江三角洲经济发展和城市化进程较快的地区。近年来,由于经济的发展、城市化进程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
5、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,决定在东江南支流南岸、鳌峙塘新建一座给水处理厂。设计规模 该净水厂总设计规模为 190000m3/d。征地面积约 40000m2,地形图见附图。基础资料及处理要求(1)原水水质 表 1-1 东江原水水质资料 序号 项目 单位 数值 序号 项目 单位 数值 1 浑浊度 度 13 锰 mg/L 2 细菌总数 个/mL 280 14 铜 mg/L 3 总大肠菌群 个/L 9200 15 锌 mg/L 4 色度 色度单位 20 16 BOD5 mg/L 5 嗅和味 -17 阴
6、离子合成剂 mg/L-6 肉眼可见物 微粒 18 溶解性总固体 mg/L 107 7 pH 19 氨氮 mg/L 8 总硬度(CaCO3)mg/L 42 20 亚硝酸盐氮 mg/L 9 总碱度 mg/L 21 硝酸盐氮 mg/L 10 氯化物 mg/L 22 耗氧量 mg/L 11 硫酸盐 mg/L 23 溶解氧 mg/L 12 总铁 mg/L (2)地址条件 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,最大层厚达米,该土层结构松散,工程地质性质差,未经处理不能作为构筑物的持力层,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
7、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。(3)气象条件 项目所在地属于亚热带海洋性气候,阳光充足,雨量充沛,多年平均气温 22,绝对最高温度,绝对最低温度,年平均霜冻日天,最多 10天。年平均日照时数 1932 小时,年平均降雨量,日最大降雨量,年平均相对湿度 79。主导风向东北。(4)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。二、总体设计 设计原则(1)水处理构筑物的生产能力,应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计,并按原水水质最不利情况进行校核。水厂自用水量取决于所采用
8、的处理方法、构筑物类型及原水水质等因素,城镇水厂自用水量一般采用供水量的5%10%,必要时可通过计算确定。(2)水厂应按近期设计,并考虑远期发展。根据使用要求及技术经济合理性等因素,对近期工程亦可做分期建设的可能安排。对于扩建、改建工程,应从实际出发,充分发挥原有设施的效能,并应考虑与原有构筑物的合理配合。(3)水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时,仍能满足用水要求、主要设备应有备用量;处理构筑物一般不设备用量,但可通过适当的技术措施,在设计允许范围内提高运行负荷。(4)水厂自动化程度,应本着提供水水质和供水可靠性,降低能耗、药耗,提高科学管理水平和增加经济效益的原则,
9、根据实际生产要求,技术经济合理性和设备供应情况,妥善确定。(5)设计中必须遵守设计规范的规定。如果采用现行规范中尚未列入的新技术、新工艺、新设备和新材料,则必须通过科学论证,确证行之有效,方可付诸工程实际。但对与确实行之有效、经济效益高、技术先进的新工艺、新设备和新材料,应积极采用,不必受现行设计规范的约束。厂址选择 在选择厂址时,一般应考虑以下几个问题:(1)厂址应选择在工程地质条件较好的地方,一般选在地下水位低,承载力较大,湿陷性等级不高,岩石较少的地层,以降低工程造价和便于施工。(2)水厂尽可能选择在不受洪水威胁的地方,否则应考虑防洪措施。(3)水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方,
10、以利于施工管理和降低输电线路的造价,并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。(4)当取水地点距离用水区较远时,水厂一般设置在取水构筑物附近,通常与取水构筑物建在一起,当取水地点距离用水区较近时,厂址选择有两种方案,一是将水厂设置在取水构筑物附近;另一是将水厂设置在离用水区较近的 地方。前一种方案主要优点是:水厂和取水构筑物可集中管理,节省水厂自用水(如滤池冲洗和沉淀池排泥)的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除,特别对浊度较高的水源而言。但从水厂至主要用水区的输水管道口径要增大,管道承压较高,从而增加了输水管道的造价,特别是当城市用水量逐时变化系数较大及输水管道较长时;或者需在主要用水区增设
11、配水厂(消毒、调节和加压),净化后的水由水厂送至配水厂,再由配水厂送入管网,这样也增加了给水系统的设施和管理工作。后一种方案优缺点与前者正相反。对于高浊度水源,也可将预沉构筑物与取水构筑物建在一起,水厂其余部分设置在主要用水区附近。以上不同方案应综合考虑各种因素并结合其他具体情况,通过技术经济比较确定。本设计按照上述原则并结合该市具体情况,水厂设于靠近水源地的地方,具体位置见平面图。水厂工艺流程选择 给水处理方法和工艺流程的选择,应根据原水水质及设计生产能力等因素,通过调查研究、必要的实验并参考相似条件下处理构筑物的运行经验,经技术经济比较后确定。结合各水质特点,对部分水处理工艺流程进行对比选
12、择。部分水处理工艺流程的对比见下表。表 2-1 部分水工艺流程对比 根据本市水质特点,选择流程:原水混凝沉淀过滤消毒。水处理工艺的选择 由水源水质分析结果可知,该市水源地水质较好,满足地表水环境质量标准(GB38382002)中集中式生活饮用水地表水源地水质标准。净水工艺流程 适用条件 原水简单处理(如用筛网过滤)水质要求不高,如某些工业冷却用水,原水混凝沉淀或澄清过滤消毒 一般进水浊度不大于20003000NTU,短时间内可达 500010000NTU 原水接触过滤消毒 进水浊度一般不大于 25NTU,水质较稳定且无藻内繁殖 原水混凝沉淀过滤消毒(洪水期)山溪河流。水质经常清晰,洪水时含泥沙
13、量较高 原水混凝气浮过滤消毒 经常浊度较低,短时间不超过100NTU 原水(调蓄预沉或自然预沉或混凝预沉)混凝沉淀或澄清过滤消毒 高浊度水二级沉淀(澄清)工艺,适用于含沙量大、砂峰持续时间较长的原水处理 原水混凝气浮(沉淀)过滤消毒 经常浊度较低,采用气浮澄清;洪水期浊度较高,则采用沉淀工艺 净水流程中各主要工艺方案设计如下;混凝 混凝剂的选择与投加 1)混凝剂的选择 混凝剂 优缺点 精制硫酸铝 Al3(SO4)218H2O 制造工艺复杂,水解作用缓慢;含无水硫酸铝 50%52%;适用于水温为 20 到 40。当 PH=4-7 时,主要去除有机物;PH=时,主要去除悬浮物;PH=时,处理浊度高
14、,色度低(小于 30 度)的水。粗制硫酸铝 Al3(SO4)218H2O 制造工艺简单,价格低;设计时,含无水硫酸铝一般可采用 20%25%;含有 20%30%不溶物,其他同精制硫酸铝 硫酸亚铁 FeSO47H2O 絮体形成较快,沉淀时间短;使用于碱度高、浊度高,PH=,混凝作用好,但原水色度较高时不宜采用;当 PH 较低时,常用氯氧化物使铁氧化成三价,腐蚀性较高。三氯化铁 FeCl36H2O 不受水温影响,絮体大,沉淀速度快,效果好。易溶解,易混合,残渣少。对金属(尤其对铁)腐蚀性大,对混凝土亦腐蚀,对塑料会因发热而引起变形。原水 PH=之间为宜,当原水碱度不足时应加适量石灰;处理低浊水时效
15、果不显著 聚合氯化铝 PAC 净化效率高,用药量少,出水浊度低,色度小,过滤性能好,原水浊度高时尤为显著。温度适应性高,PH 值使用范围宽(PH=59),因而可调 PH 值。操作方便,腐蚀性小,劳动条件好,成本低。聚丙烯酰胺 PAM 处理高浊度水池效果显著,既可保证水质,又可减少混凝剂用量和沉淀池容积,目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一,适当水解后,效果提高,常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂,其单体丙烯酰胺有毒,用于饮用水净化应控制用量。表 2-2 各混凝剂的对比 综上所述,选择投加混凝剂聚合氯化铝。2)混凝剂投加方式选择 表 2-3 投加方式的对比 混凝剂投加方式 优缺点 水泵投加 采
16、用计量泵投加,不需另设计量设备。水射器投加 设备简单,使用方便,但水射器效率较低,且易磨损。重力投加 将溶液池架高,利用重力将药液投入水泵压水管或混合设施入口处,这种投加方式安全可靠,但溶液池位置较高。综上所述,本设计采用计量泵投加混凝剂。混合设备 在给排水处理过程中原水与混凝剂,助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善,从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件。混合是取得良好絮凝效果的重要前提,影响混合效果的因素很多,如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质、大小等。混凝药剂投入原水后,应快速、均匀的分散于水中。混合方式有水泵混合、管道混合、静态混合器、机械搅拌混合、扩散混合器、跌水混合器等
17、。表 2-4 各混合方式的特点 方式 优缺点 适用条件 水泵混合 优点:设备简单混合充分,效果较好。不另消耗动能。缺点:吸水管较多时,投药设备要增加,安装、管理较 麻烦。配合加药自动控制较困难。G 值相对较低。适用于一级泵房离 处 理 构 筑 物120m以内的水厂。静态混合器 优点:设备简单,维护管理方便。不需土建构筑物。在设计流量范围,混合效果较好。缺点:运行水量变化影响效果。水头损失较大。混 合器构造太复杂。适用于水量变化不大的各种规模的水厂。扩散混合器 优点:不需外加动力设备.不需土建构筑物。不占地。缺点:混合效果受水量变化有一定的影响。适用于中等规模的水厂。方式 优缺点 适用条件 跌水
18、混合 优点:利用水头的跌落扩散药剂。受水量变化影响 较小不需外加动力设备。缺点:药剂的扩散不易完全均匀。需建混合池。容 易夹带气泡。适用于各种规模的水厂,特别当重力流进水水头有富余时。机械混合 优点:混合效果较好。水头损失较小。混合效果基 本上不受水量的变化影响。缺点:需耗动能。管理维护较复杂。需建混合池。适用于各种规模的水厂。综上所述,为使运行简单且取得较好的混合效果本设计采用机械混合器。絮凝设备 絮凝池形式的选择和絮凝时间的采用,应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。(1)隔板式絮凝池 往复式隔板絮凝池 优点:絮凝效果好,构造简单,施工方便。缺点:容积较大,水头损失较大,
19、转折处矾花易破碎。适用条件:水量大于 30000m3/d 的水厂,水量变动小者。回转式隔板絮凝池 优点:絮凝效果好,水头损失小,构造简单,管理方便。缺点:出水流量不易分配均匀,出口处易积泥。适用条件:水量大于 30000m3/d 的水厂,水量变动小者,改建和扩建旧 池时适用。(2)旋流式絮凝池 优点:容积小,水头损失较小。缺点:池子较深,地下水位高处施工较困难,絮凝效果较差。适用条件:一般用于中小型水厂。(3)折板絮凝池 优点:絮凝效果好,絮凝时间短,容积较小。缺点:构造较隔板絮凝池复杂,造价较高。适用条件:流量变化较小的中小型水厂。(4)涡流式絮凝池 优点:絮凝时间短,容积小,造价较低。缺点
20、:池子较深,锥底施工较困难,絮凝效果较差。适用条件:水量小于 30000m3/d 的水厂。(5)网格、栅条絮凝池 优点:絮凝池效果好,水头损失小,凝聚时间短。缺点:末端池底易积泥。(6)机械絮凝池 优点:絮凝效果好,水头损失小,可适应水质、水量变化。缺点:需机械设备和经常维修。适用条件:大小水量均适用,并能适应水量变动较大者。(7)悬浮絮凝池加隔板絮凝池 优点:絮凝效果好,水头损失较小,造价较低。缺点:斜挡板在结构上处理较困难,重颗粒泥砂易堵塞在斜挡板底部。综上所述,由于水厂水量变化不大,故采用隔板式絮凝池。沉淀 选择沉淀池类型时,应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求,并考虑原水水湿变
21、化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素,结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于 2个。经过混凝沉淀的水,在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10 度,遇高浊度原水或低湿低浊度原水时,不宜超过 15 度。设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水,沉淀池积泥区的容积,应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。当沉淀池排泥次数较多时,宜采用机械化或自动化排泥装置,应设取样装置。(1)平流式沉淀池 优点:造价较低,操作管理方便,施工较简单;对原水浊度适应性强,处 理效果稳定,采用机械排泥设施时,排泥效果好。缺点:采用机械排泥设施时,需要维护
22、机械排泥设备;占地面积大,水力 排泥时,排泥困难。适用条件:一般适用于大中型水厂。(2)斜管(板)沉淀池 优点:沉淀效率高,池体小,占地小。缺点:斜管(板)耗材多,对原水浊度适应性较平流池差;不设排泥装置 时,排泥困难,设排泥装置时,维护管理麻烦。适用条件:尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。(3)竖流式沉淀池 优点:排泥较方便,占地面积小。缺点:上升流速受颗粒下沉速度所限,出水量小,一般沉淀效果较差,施 工较平流式困难。适用条件:一般用于小型净水厂,常用于地下水位较低时。(4)辐流式沉淀池 优点:沉淀效果好。缺点:基建投资大,费用高,刮泥机维护管理较复杂,金属耗量大,施工 较困难 适用条件:一般
23、用于大中型净水厂,在高浊度水地区,作预沉淀池。综上所述,结合以上优缺点,本设计采用平流式沉淀池。平流式沉淀池是沉淀池的一种类型。池体平面为矩形,进口和出口分设在池长的两端。池的长宽比不小于 4,有效水深一般不超过 3m,池子的前部的污泥设计。平流式沉淀池沉淀效果好,使用较广泛,但占地面积大。常用于处理水量大于 15000 立方米/天的污水处理厂。过滤 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;供生产用水的过滤池出水水质,应符合生产工艺要求;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布置等因素,结合当地条件,通过技术经济比较确定。(1)普通快滤池
24、单层砂滤料 优点:材料易得,价格低;大阻力配水系统,单池面积较大,可采用减 速过滤,水质好;缺点:阀门多,价格高,易损坏,需设有全套冲洗设备;适用条件:一般用于大中水厂,单池面积不宜大于 100m2。无烟煤石英砂双层滤料 优点:含污能力大,可采用较大滤速;可采用减速过滤,水质好,冲洗 用水少;缺点:滤料价格高,易流失;冲洗困难,易积泥球;适用条件:使用于大中型水厂,宜采用大阻力配水系统,单池面积不宜 大于 100m2,需要采用助冲设施。砂煤重质矿石三层滤料 优点:含污能力大,可采用较大滤速;可采用减速过滤,水质好,冲洗 用水少;缺点:滤料价格高,易流失;冲洗困难,易积泥球;适用条件:使用于中型
25、水厂,宜采用中阻力配水系统,单池面积不宜大 于 50-60m2,需要采用助冲设施。(2)V 型滤池 优点:采用气水反冲洗,有表面横向扫洗作用,冲洗效果好,节水;配水 系统一般采用长柄滤头冲洗过程自动控制;缺点:采用均质滤料,滤层较厚,滤料较粗,过滤周期长;适用条件:适用于大中型水厂。(3)虹吸滤池 优点:不需大型阀门,易于自动化操作,管理方便;缺点:土建结构复杂,池深大单池面积小,冲洗水量大;等速过滤,水质 不如变速过滤;适用条件:适用于中型水厂,单池面积不宜大于 25-30m2 (4)双阀滤池(单层砂滤料)优点:材料易得,价格低,大阻力配水系统,单池面积可大,可采用减速 过滤,水质好,减少两
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