水质设计计算说明书.doc

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1、西安工业大学课程设计说明书（论文）课程名称： 水质工程学 设计题目：佛山市三水区北江水厂工程设计 院 系： 建筑工程学院 班 级： 设 计 者： 李江 学 号： 指导教师： 逯延军 设计时间： 2014年1月1日 目录第一章 课程设计指导书和任务书11.1给水处理课程设计指导书11.2给水处理厂课程设计任务书11第二章 设计说明书32.1、供水水质要求32.2、水厂厂址选择42.3、设计规模42.4、净水工艺流程的确定4第三章 设计计算与水厂设备的选择63.1、混凝63.1.1混凝剂的选择63.1.2、投加方式73.1.3、加药量的计算和加药间的布置73.2、絮凝池选用113.2.1 絮凝池形

2、式的选择113.2.2、折板絮凝池设计参数123.3、平流沉淀池173.3.1、平流沉淀池设计计算183.4、普通快滤池213.4.1、普通快滤池设计计算233.5、清水池271、清水池总容积的计算273.6、消毒工艺283.7、吸水井303.8、二级泵房31第四章、水厂平面和高程布置314.1、平面布置314.2、高程布置33参考文献35第一章 课程设计指导书和任务书1.1给水处理课程设计指导书一、课程设计的目的通过城市给水处理厂的课程设计，巩固与运用课堂所学的基本理论和知识，加深对给水处理课程内容的学习和理解，掌握设计所需资料及其应用方法，熟悉设计步骤与相关设计内容，学会计算方法，能准确运

3、用工程语言表达工程思想，能正确运用设计规范，设计手册和参考资料，掌握给水处理厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。在教师指导下，基本能独立完成一个给水处理厂的工艺设计，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。二、课程设计的要求 基本要求：完成设计计算说明书一份，工艺扩初设计图纸两张（3#），其中给水处理厂平面布置图一张，水处理工艺高程布置图一张。三、课程设计的内容1、根据水质、水量、地区条件、施工条件和一些给水处理厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程。2、拟定各种构筑物的设计流量及工艺参数。3、选择各种构筑物的类型和数目，初步进行给水处理厂的平面布置和高程布置。在此基础上确定的构筑

4、物的形式、有关尺寸安装位置等。4、进行各种构筑物的设计和计算，定出各种构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构造、施工上的可能性。5、根据各构筑物的确切尺寸，确定个构筑物在平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。6、给水处理厂厂区主体构筑物（生产工艺）和附属构筑物的布置，厂区道路、绿化等总体布置。7、绘制本设计任务书中指定的水厂平面，工艺高程图纸两张（3#图）。8、写出设计说明书及计算说明书。四、参考资料1、给水工程（第四版）教材2、给水排水设计手册。3、相关的给水工程设计资料。五、进度要求课程设计要求在两周内完成1.2给水处理厂课程设计任务书1一、设计原始资料（一）设计题目：某水

5、厂水处理工程设计（二）设计水量： Q=7104m3/d（三）水源水质表1 水源水质（平均值）项目pH值色度（度）浊度（NTU）CODMn（mg/L）氨氮（mg/L）平均值6.929515.80.85项目细菌（个/L）大肠菌群数（个/L）平均值613最大10000，最小1500（四）处理要求执行生活饮用水卫生标准GB5749-2006.（五）相关设计资料(1) 用来建水厂的空地地势平坦，厂区平均海拔高程13m。(2) 风向：全年主导风向东南偏东（夏季）；西北（冬季）；频率10%。(3) 气温：月平均最高温度28.8，月平均最冷温度4.2，年平均气温16.2。(4) 最大冻土深度5cm。二、设计要

6、求：A根据以上资料，进行城市给水处理厂的初步设计。B编写设计说明计算书，包括确定合理的给水处理工艺流程，相应构筑物的设计计算，计算正确并附有必要简图。进行给水处理厂的平面布置设计和高程布置，合理安排处理构筑物、站内管道系统及辅助建筑物的平面位置及标高。C画出两张图：3号图纸：给水处理厂平面布置图（1：500）。3号图纸：给水处理工艺高程布置图（横比1:300；纵比1：500）第二章 设计说明书2.1、供水水质要求根据生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）对城市供水水质的要求，水源水的水质应符合下列要求：（1）水中不得含有致病微生物；（2）水中所含化学物质和放射性物质不得危害人体健康；（3

7、）水的感官性状良好；（4）城市供水水质检验项目；（5）常规检验项目见下表。序号项 目单 位标准限值1PH值/6.58.52色度度153浊度NTU34肉眼可见物/不得含有5总硬度mg/L，CaCO34506氯化物mg/L2507氟化物mg/L2508硝酸盐mg/L109总溶固物mg/L100010CODMnmg/L511氨氮mg/L0.512铁mg/L0.313锰mg/L0.114铜mg/L115砷mg/L0.0116锌mg/L1.017铅mg/L0.0118细菌总数CFU/mL10019大肠杆菌CFU/mL不得检出由所给资料可知，所取水源不符合生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）要求，

8、经过一定的处理，适宜做生活饮用水水源。2.2、水厂厂址选择水厂厂址选择，应结合城市建设，在整个给水系统设计方案中进行全面规划，综合考虑通过技术经济确定，在选择厂址时，一般应考虑一下几个问题。1）厂址应选择在工程地址条件较好的地方。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）水厂应少占农田或不占农田，并留有发展余地。4）水厂应设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管路，降低输电线路的造价。还应考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。5）当取水地点距离用水较近时，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。该市全年平均气温较高，夏季刮东南导偏东风，冬季西北风。根据以

9、上综合考虑，厂址应设置在西南方，处于河流的上游方位。2.3、设计规模设计用水量定额是确定设计用水量的主要依据，它可影响给水系统相应设施的规模、工程投资、工程扩建的期限、今后水量的保证等方面，所以必须慎重考虑，应结合现状和规划资料并参照类似地区或企业的用水情况，确定用水定额。最高日设计用水量内容包括：城市最高日综合生活用水量（包括公共设施生活用水量）、工业企业生产用水量、工业企业职工的生活用水和淋浴用水量、浇洒道路和大面积绿化用水量、未预见水量和管网漏失水量、消防用水量。设计任务书已给出最高日用水量为：70000 ，水厂自用水系数按5计，则设计水量为：= .05 = 73500。2.4、净水工艺

10、流程的确定给水处理厂工艺流程的确定，应根据水源水质和生活饮用水卫生标准GB574985及生活饮用水卫生规范、水厂所在地区的气候情况、设计水量、设计规模等因素，通过调查研究，参考相似水厂的设计运行经验，经过技术经济比较后确定。 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。由于水源不同，水质各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程有多种多样。方案1 以地表水作为水源时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤及消毒。工艺流程如图：源水混凝剂投入混合絮凝沉淀过滤消毒清水池二泵站用户 （澄清

11、） 方案2 当原水浊度较低（一般在50度以下），不受工业废水污染且水质变化不大者，可省略混凝沉淀（或澄清）构筑物，原水采用双层滤料或多层滤料池直接过滤，也可在过滤前设一微絮凝池，称微絮凝过滤。工艺流程如图：源水混凝剂投入混合直接过滤消毒清水池二泵站用户 高分子助凝剂方案3 当原水浊度较高、含沙量大时，为了达到预期的混凝沉淀（或澄清）效果，减少混凝剂用量，应增设预沉池或沉砂池。工艺流程如图：源水预沉池或沉砂池混凝剂投入混合絮凝沉淀过滤消毒清水池二泵站用户 （澄清）根据水质资料知其地表水水源水位变化不大。色度较稳定，浊度硬度能稳定在一个固定的范围内，并不存在Fe、Mn、Cu过量等问题，所以采用工艺

12、流程如图：源水混凝剂投入混合直接过滤消毒清水池二泵站用户 高分子混凝剂 高分子混凝剂源水 （一泵）折板絮凝池 平流式沉淀池 加氯消毒 加氯消毒普通快虑池 清水池 吸水井 二泵 城市管网第三章 设计计算与水厂设备的选择3.1、混凝3.1.1混凝剂的选择 精制硫酸铝 .18 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2040 当PH=4-7时，主要去除有机物；PH=5.7-7.8时，主要去除悬浮物；PH=6.4-7.8时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。 粗制硫酸铝 .18 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

13、同精制硫酸铝 硫酸亚铁 .7 絮体形成较快，沉淀时间短；使用于碱度高、浊度高，PH=8.1-9.6，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 .6 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=6.08.4之间为宜，当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著 聚合氯化铝 ，简称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=5-9），因而可调PH值。操作方便

14、，腐蚀性小，劳动条件好，成本低 聚丙烯酰胺 又名三号絮凝剂，简写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。3.1.2、投加方式 水泵投加采用计量泵投加，不需另设计量设备 水射器投加采用水射器投加，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，PAM等有机高分子混凝剂有毒性，不易控制用量，由于在投混凝剂前

15、加液氯进行预处理，如用硫酸亚铁作混凝剂，易被氧化成三价铁。本设计采用聚合氯化铝混凝剂，无机高分子混凝剂操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低，净化效率高，用药量少，温度适用性高，采用计量泵投加，因为其使用方便，操作简单，工作可靠，广泛应用于加药系统，即混凝剂采用聚合氯化铝PAC计量泵投加。3.1.3、加药量的计算和加药间的布置最高日用水量= .05 = 73500=3062.5=0.85溶液池容积= =11 m 式中：混凝剂（PAC）的最大投加量（mg/L），本设计取30mg/L； 溶液浓度，一般取5%-20%，本设计取10%； 处理水量，本设计为3062.5 每日调制次数，一般不超过3次，本

16、设计取2次。溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2座，一备一用，保证连续投药。单池尺寸为LBH=3.23.21.8，高度中包括超高0.3m，沉渣高度0.3m，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：= LBH=3.23.21.2=12.3m，满足要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，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。沿池面接入药剂稀释采用给水管DN60mm，按1h放满考虑。溶解池容积式中： 溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.3溶解池也设置为2池，单池尺寸：LBH=1.81.81.6，高度中包括超高0.3

17、m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。则溶解池实际有效容积：= LBH=1.81.81.1=3.6 m ，满足要求。溶解池的放水时间采用t10min，则放水流量：q=5.5L/S,查水力计算表得放水管管径70mm，相应流速v=1.04m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。混合设施 投药管投药管流量：q=0.25L/S计量投加设备计量泵每小时投加药量:q=0.92m/h 式中：溶液池容积（m3）药库设计参数混凝剂聚合氯化铝（PAC）所占体积： T=Q15=7350015=

18、33075=33.075t 式中：T药剂按最大投药量的15d用量储存 aPAC投加量（mg/l），本设计取30mg/l Q处理水量（m/d）。 聚合氯化铝的相对密度为1.19，则算占体积V= 药品放置高度按1.5m计，则所需面积为18.5m 考虑到药品的运输、搬运和磅秤算占体积，不同药品间留有间隔等，这部分面积按药品占有面积的30计，则药库所需面积：，则药库平面尺寸取LBH=6.9m3.5m3m 。混合设施应根据混凝剂的品种进行设计，使药剂与水进行恰当、急剧充分的混合。一般混合时间1030s，混合方式基本分为四类：水力混合、械混合、水泵混合、管式混合。力混合简单，但不能适应流量的变化；机械混合

19、可进行调节，能适应各种流量的变化。具体采用何种混合方式，应根据水厂工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及维修条件等因素确定。表5-6 常用混合方式的主要特点及使用方 式特 点 及 使 用 条 件管式混合管道混合混合简单，无需另建混合设施，混合效果不稳定，流速低时，混合不充分静态混合器构造简单，无运动设备，安装方便，混合快速均匀；当流量降低时，混合效果下降水泵混合混合效果好，不许增加混合设施，节省动力，但使用腐蚀性药剂时，对水泵有腐蚀作用。适用于取水泵房与水厂间距小于150m的情况机械混合混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂，但需增加混合设备和维修工作 本设计的混合设施采用“管式静

20、态混合器”，管式静态混合器有其独特的优点，构造简单、安装方便、维修费用低。又由于水厂运行稳定，并不存在“流量降低，混合效果下降”的情况，所以选用管式静态混合器(DN700)。图 管式静态混合器 管静态混合器工作原理：混合器内安装若干混合单元，每一混合单元有若干固定叶片按一定角度交叉组成。水流和药剂通过混合器时，将被单元体多次分割，改向并形成涡流，达到混合目的。静态混合器的计算本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合。设计总进水量为Q=73500m3/d，水厂进水管投药口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。静态混合器的水头损失一般小于0.

21、5m，根据水头损失的计算公式:h=0.1184n 式中：h水头损失（m）； Q处理水量（m/d）; d管道直径（m）； n混合单元（个）。 设计中取d=0.7m，Q=0.85 m/S,当n=1时，h=0.4m 4，符合要求； 长深比L / H =89.3/3.5 = 25.5 10，符合要求。（3）校核 水流截面积为W = Q/v = 0.425/0.011=38.6m2 水流湿周为X = 10 + 2*3.5 =17m 水力半径为，R = W / X =38.6 / 17 =2.27m弗劳德数为 ，Fr = V2 / ( R * g ) = (0.011)2 / ( 2.27* 9.8 )

22、= 0.雷诺数为Re = V*R / u = 1000*0.011*2.27/ /10.02/10000 =24920，均符合要求。（4）指形集水槽 采用两侧三角锯齿堰指形集水槽集水。集水槽个数为，集水槽的中心距为a = B / N = 7 / 5 = 1.4 m，槽中流量为q1 = Q / N = 0.8507 / 8 = 0.1063m3/s，考虑到池子的超载系数为20%，故槽中流量为q = 1.2 q1= 0.1063*1.2 = 0.1276m3/s。 槽宽b = 0.9 q0.4 = 0.9 * 0.12760.4 = 0.395，为便于施工取0.4 m 。集水槽长度按堰口溢流率计算

23、，堰口溢流率取，则集水槽总长度为：L = Q / 450 = 0.8507 * 24 * 3600 / 450 = 153m ，8个集水槽，双侧进水，每个集水槽长度取10 m ，则集水槽实际总长度为：L = 8 * 2 * 10 = 160 153，符合要求。起点槽中水深为，终点槽中水深为，为便于施工，槽中水深统一取。集水方法采用三角锯齿堰，跌落高度取0.05 m ，槽起高取0.15 m ，则集水槽总高度为。采用出水三角堰，堰上水头采取，每个三角堰的流量为，每条集水槽的设计流量为q = 1.2 q1= 0.0760 *1.2 = 0.0912 m3/s。，每条集水槽的三角堰个数为n=q/q1=

24、0.0912/0.0019=47.4，取48个，堰口下缘与出水槽水面之距为0.05 m ，三角堰中距为16/48=0.3。三角堰布置图（5）集水渠计算 集水渠宽b = 0.9 * Q0.4 = 0.9 * 0.40290.4 = 0.6256，为了便于施工取0.6m 。 起点渠中水深H1 = 0.75 * b = 0.75 * 0.6 = 0.45 m， 终点渠中水深H2 = 1.25 * b = 1.25 * 0.6 = 0.75 m，为了便于施工，渠中水深统一取0.75m ，自由跌水高度取0.07 m ，集水渠总高度为： 0.75 + 0.45 +0.07 = 1.27 m 在每条集水渠的

25、末端设一个出水管，根据平均经济流速要求，管径为DN600。（6）放空管 沉淀池放空时间按3 h计，则放空管直径为： d = 0.7*7.0*86.4*3.60.5 / 3 /36001/2 = 0.27 ，采用DN300mm的钢管（7）吸泥 根据沉淀池宽，采用轨距为8m的型虹吸式机械吸泥机。3.4、普通快滤池 过滤形式的选择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。普通快滤池单层砂滤料 优点：材料易得，价格低；大

26、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100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100，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：使用于中型水厂，宜采用中阻力配水系统，单池面积不宜大于50-60，需要采用助冲设施

27、 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 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25-30 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，减少两只阀门缺点：必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备适用条件：适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30 移动罩滤池 单层砂

28、滤料 优点：造价低，不需要大型阀门设备，池深浅，结构简单；自动连续运行，不需冲洗设备；占地少，节能 缺点：减速过滤，需移动冲洗设备，罩体与隔墙间密封技术要求高；起始滤速较高，因而平均设计滤速不宜过高 适用条件：适用于大中型水厂，单格面积小于10综上所述，普通快滤池（单层砂滤料），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，因此，采用普通快滤池。3.4.1、普通快滤池设计计算普通快滤池近期设计一组。设计中选用单层石英砂滤池，滤池分为6格采用双排排列，每格滤池的实际面积为，滤池的高度为3.2m，超高0.3m。滤池配水干管的管径为，配水支管的管径为，单根支管的长度为，单格

29、中支管的根数为56根，每根支管上的孔口数为17个，孔间距0.6 m，支管上的孔口数布置成两排，与垂线成45度夹角向下交错排列。洗砂排水槽采用三角形标准断面，每格洗砂排水槽数为两个，洗砂排水槽顶距砂面高度为。滤池采用高位水箱进行反冲洗，取冲洗强度，冲洗时间6min,水箱的容积为，冲洗水箱的高度为。平面尺寸计算 滤池总面积 ； 式中 滤池总面积 设计水量，近期设计组，每组滤池设计水量 Q = 73500 ， 设计滤速，石英砂单层滤料一般采用，双层滤料一般采用 滤池每日的实际工作时间 滤池每日的工作时间 滤池每日冲洗后停用和排放初滤水时间 滤池每日冲洗时间 滤池每日的冲洗次数 设计中取，不考虑排放初滤水时间， 设计中选用单层滤料石英砂滤池，取 F = 73500 / ( 9 * 23.8 ) =343.14 m2 单格面积 式中 单池面积 滤池总面积 滤池个数，一般，设计中取，采用双排排列 f = F / N = 343.14 / 6 = 57.19 设计中取，滤池的实际面积，滤池高度承托层高为0.4m，滤料层采用双层滤料，厚0.7m,其中无烟煤厚0.3m，石英砂厚0.4m，滤层上最大水深1.8m，超高为0.3m。 式中 滤池高度 承托层高度 滤料层高度 滤料层上水深 超高 设计中取 每个滤池的配水系统 （1）大阻力配水系统的干管 取水冲洗强度q为，冲洗时间为6min。干管流量为：