给水厂课程设计说明书--大学毕业设计论文.doc

四川大学

污水处理厂课程设计说明书

学院： 建筑与环境学院
专业： 给水与排水工程
姓名： 郑 启 佳
学号： 2012141474013
联系电话： [phone]
指导老师： 付 垚

目录

一、设计原始资料
（一）原水水质资料
（二） 规划用地地质、地形资料
（三）水文、气象资料
（四）其他资料
二、给水厂设计用水量和处理标准的确定
（一）设计用水量的确定
（二）处理后水质标准的确定
三、给水厂处理方案的确定
（一）给水处理工艺流程的确定
（二）给水处理设施的选择
（三）混凝剂、助凝剂、滤料和消毒剂的选择
四、各给水处理设施具体设计计算
（一）混合池
（二）絮凝池
（三）沉淀池
（四）滤池
（五）消毒设备
（六）清水池
（七）原水泵站
（八）二级泵站
五、给水厂平面布置
六、给水厂高程布置

设计原始资料

（一） 污水水质资料
原水取于城镇北侧的桃河河流。取水口在城镇上游，水质较好，含砂量较低（平均含砂量），上游无工业污染和集中生活污水污染。原水具体水质指标如下表所示：
项目
含量
项目
含量
浑浊度
120～400 NTU
耗氧量
2.0mg/l
色 度
10度
总硬度
3度(德国度)
水 温
10～20℃
暂时硬度
3度(德国度)
PH值
7.5～8.0
氯化物
21mg/l
细菌总数
12000个/ml
总固体
298mg/l
大肠菌数
33000个/l
碱 度
8度
臭和味
微 量

（二） 规划用地地质、地形资料
1. 规划用地地质资料
（1）拟建水厂区域工程地质钻探资料
通过工程地质钻探，地层构造为：表层为0.5～0.7m厚的耕土，以下均为密实压粘土，地下12m处才有基岩露头。地下水位在地表8m以下，地下水无浸蚀性。地基耐压力为。
（2）该城镇地震资料
据记载，该地区未发生过破坏性地震，据地震监测总的记录，该地区最大震级为6级，地震裂度为6度。
由四川地震局推荐，该地区建筑设计按地震裂度7度设防。

2. 规划用地地形资料
规划用地地形资料如下图所示

（三） 水文、气象资料
1. 水文资料
桃河由西向东穿城而过，拐向镇东南流出城。河上设有两座通行汽车的大桥。河流常年流量较大，上游设有一大型水库调节，因此河流枯水位及流量变化不大。该河流为通航河流，船舶最大吨位700吨，并有木排放下，取水构筑物设计时应考虑放排和通航的影响。
最高洪水位：188.00m
最大流量：
常水位：185.40m
年平均流量：
枯水位：183.00m
最小流量：
取水口水深最小达：4.0m
2. 气象资料
（1）风向：见下方风玫瑰图

（2）气温：
最冷月平均：4.0
最热月平均：34.1
极端最高气温：40
极端最低气温：-2
（3）降水量：
年平均降雨量：1185.4m
一日最大降雨：197.1mm
（4） 土壤冰冻深度：
常年无冰冻现象

（四） 其他资料
该城镇为县政治、经济中心，交通便利，铁路、公路、水运均与省城及埠外相连接。该县地方材料丰富。

给水厂设计用水量和处理标准的确定

（一） 给水厂设计用水量的确定
根据原始资料，该水厂供给的城镇用水量为，水厂自用水量为城镇用水量的5%，则总用水量为：。

（二） 给水厂给水处理标准的确定
本次给水厂供水是满足附近城镇生活和饮用使用，故出厂水质应符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）的规定。其部分要求规定如下：
色度（铂钴色度单位）
1
浑浊度（散射浑浊度单位）
3
pH
不小于6.5，不大于8.5
溶解性总固体（mg/L）
1000
总硬度（以碳酸钙计）（mg/L）
450
耗氧量（mg/L）
3
菌落总数（CFU/ml）
100
总大肠杆菌数（CFU/ml）
不得检出

给水厂处理方案的确定

（一） 给水处理工艺流程的选择
根据原水水质资料所示，原水含沙量较低，故可不设沉砂池；原水浊度常年在120—400NTU之间，因此不能省去混凝、沉淀等工艺；原水非常规污染指标正常，所受污染程度低，因此无需采取深度处理。综上，原则上一般的常规给水处理即可达到出水水质要求，故处理工艺如下：

（二） 给水处理设施的选择
1. 混凝剂投加构筑物
本给水厂水处理中，混凝剂配置方法采用湿式配置法，投加方法为高位药剂池重力投加。故需建造溶液池。
2. 混合构筑物
混合构筑物采用桨板式混合池
3. 絮凝反应构筑物
絮凝反应构筑物采用桨板式絮凝反应池
4. 沉淀池构筑物
沉淀池采用平流式沉淀池，与桨板式絮凝反应池合建
5. 过滤构筑物
过滤构筑物采用普通快滤池

（三） 混凝剂、助凝剂、滤料和消毒剂的选择
1. 混凝剂
混凝剂采用聚合氯化铝，因其为液体状，符合本次设计的湿式配置条件，并且其净化效果好，对水温的适应性较强，故选用聚合氯化铝为本次水厂混凝反应的混凝剂。
2. 助凝剂
根据本次设计的取水水源水质资料显示，水源水的碱度常年在8度左右，故原则上无需使用助凝剂，但为保险，仍需备用一定量的助凝剂。本次设计，助凝剂选用聚丙烯酰胺作为混凝反应的助凝剂。
3. 滤料
滤料采用石英砂。石英砂价格低廉、机械强度高、化学性能稳定，是良好的滤料选择。
4. 消毒剂的选择
消毒剂采用液氯。液氯价格低廉，消毒工艺较成熟，消毒效果稳定可靠，实为消毒剂的不二之选。

各给水处理设施具体设计计算

（一） 混合池
本次设计中，混合池采用桨板式混合池。桨板式混合池共分为两个部分，即药剂溶解池和混合池。
1. 药剂溶解池
由于本次混凝使用的是聚合氯化铝，为也太混凝剂。故药剂溶解池无需分为容积和溶液两部分，可在一个池子中完成溶解和调节浓度的工作。溶解池的容积按照下式计算：

式中：处理的水量，
溶液浓度，一般取5%-20%，本设计次取10%
每日调制次数，一般3次，本次设计取2
混凝剂最大投加量，。查相关资料，原水浊度在100NTU时，a值取9，浊度在400NTU是，a值取15。本次设计a取12。
则计算出药剂溶解池的容积为：

故将溶解池设计成一个底面为1.5m×1.5m、高为1.4m的池型。为便于快速溶解，池底安设直径为1m的搅拌桨，距池底0.3m高。
2. 桨板式混合池
桨板式混合池大致构造如下图所示：

已知设计用水量为2187.5，混合池设计建造两个，则池数n=2。具体设计计算如下：
（1） 池体尺寸的计算
①混合池容积W。采用混合时间t=30s，则

②混合池高度H。混合池平面采用正方形，边长B=2.2m，则有效水深为

超高取，则池总高度为
，取2.2m
（2）搅拌设备的计算
①桨板尺寸。桨板外缘直径，桨板宽度b=0.2m，桨板长度l=0.3m。垂直轴上装设两个叶轮，每个叶轮上安装一对桨板。
②垂直轴转速。桨板外缘速度采用v=2m/s，则

③桨板旋转角速度

④桨板转动时消耗功率

式中：阻力系数，C=0.2-0.5,采用0.3
水的密度，1000kg/m³
桨板数，此处Z=4
垂直轴中心至桨板外缘的距离，
垂直轴中心至桨板内缘的距离，
重力加速度，9.81
所以计算得

⑤转动桨板所需的电动机功率。
桨板转动时的机械总功率，转动效率，采用=0.7，
则

选用功率0.225kW电机。
3. 混合池进出口管径、药剂溶解池药剂输送管管径及计量设备的确定
（1）混合池进出管管径
已知用水量为，混合池分为两座，每座混合池配有两根进水管、两根出水管，则每根管道流量为，为满足管内流速要求，选定进出水管管径均为DN350mm，管内流速。
（2）药剂溶解池药剂输送管管径
药剂溶解池药剂输送管管径采用20mm。
（3） 计量设备
计量设备采用LF-16型转子流量计。
（二） 絮凝池
本次设计中，絮凝池采用水平式桨板机械絮凝池，共建四座，池数n=4。其每组絮凝池结构大致图如下：

为将投药絮凝后的原水尽快进行沉淀处理，故将絮凝池与沉淀池合建，拟将每两组絮凝池并排合建一起与后续每组沉淀池合建。
已知设计用水量，则絮凝池具体设计计算如下：
1. 池体尺寸。池数n=4，絮凝时间采用20min
（1）每池容积W

（2） 池长L。池内平均水深采用H=3m，搅拌器的排数采用Z=3，则

式中，系数，
（3）池宽B

2. 搅拌设备
（1）叶轮直径D。叶轮旋转式，应不露出水面，也不触及池底。取叶轮边缘与水面及池底净距均为，则

（2） 叶轮的桨板尺寸。桨板长度取l=1.3m（l/D=1.3/2.6=0.5<75%），桨板宽度采用b=0.2m。
（3） 每个叶轮上设置桨板数y=4块。
（4） 每个搅拌轴上装设叶轮个数。第一排搅拌轴装2个叶轮，共8块桨板；第二排搅拌轴上装一个叶轮，共4块桨板；第三排搅拌轴上装两个叶轮，共8块桨板。
（5） 每排搅拌器上桨板总面积与絮凝池过水断面面积之比

（6）搅拌器转数

式中，叶轮边缘的线速度，
叶轮上桨板中心点的旋转半径，m
本例题采用：第一排叶轮=0.7m/s，第二排叶轮=0.5m/s，第三排叶轮=0.3m/s。。所以
第一排叶轮转数

第二排叶轮转数

第三排叶轮转数

则各排叶轮半径中心点的实际线速度分别为

（7） 每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率（kW）

式中：每个叶轮上的桨板数目，个
桨板长度，m
叶轮半径，m
叶轮半径与桨板长度只差，m
叶轮旋转的角速度，rad/s
系数，
水的密度，
阻力系数，根据桨板宽度与长度之比确定，见下表
b/l
<1
1-2
2.5-4
4.5-10
10.5-18
>18

1.10
1.15
1.19
1.29
1.40
2.00

此次设计中，，，y=4个，l=1.3m。
所以：

桨板宽长比，所以

因而得到每个叶轮的功率分别为
第一排：
第二排：
第三排：
（8） 转动时每个叶轮所需要的电动机功率N（kW）

式中，搅拌器的机械总效率，本次设计采用0.75
传动效率，为0.6~0.95，本次设计采用0.8
各排轴上的每个叶轮的功率为
第一排：
第二排：
第三排：
（9） 每一排搅拌轴所需要的电动机功率
第一排：
第二排：
第三排：
3. GT值，絮凝池的平均速度梯度G（）为

式中，单位时间、单位体积液体所消耗的功，即外加于水的功率，
水的绝对黏度，

根据原始资料，原水水温常年为，本次设计取水温为，当T=时，，于是有

，在范围内。

（三） 沉淀池
本次设计采用平流式沉淀池，与水平轴式机械絮凝池合建，故需考虑沉淀池宽度配合絮凝池尺寸。其理论上结构示意图如下：

已知设计流量为，故平流式沉淀池具体设计计算如下：
1. 池体尺寸
（1）单池容积W，假设沉淀时间t=2h，沉淀池池数n=2，则

（2）池长L，沉淀速度v取8mm/s

（3）池宽B
为配合絮凝池的池宽，即两组絮凝池与一组沉淀池合建，则池宽B应等于。每池中间设一导流墙，则每格宽度

（4） 池有效水深
，取3.6m
2. 进水穿孔墙
（1）沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长10.6m，墙高4m（有效水深3.6m，用机械刮泥装置排泥，其积泥厚度为0.1m，超高取0.3m）。
（2）穿孔墙空洞总面积Ω。空洞处流速采用，则

（3）孔洞个数N。孔洞采用矩形形状，尺寸为，则

3. 出水渠
（1）采用薄壁堰出水，堰口应该保证水平。
（2）出水渠宽度采用1m，则渠内水深

为保证自由溢水，出水渠的超高定为0.18m，则渠道深度为0.6m。

4. 排泥设施。为取得良好的排泥效果，采用刮泥设备，在池起端设置集泥坑，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。
池内存泥区高度0.1m，池底有1.5‰坡度，坡向集泥坑（每池一个），集泥坑的尺寸为。
排泥管兼沉淀池放空管，其直径按下式计算

式中：池内平均水深，此处取3.6+1=3.7m
放空时间，此处按4.5h计
5. 沉淀池水力复核
（1）水力半径R：
（2）弗洛德数Fr：
则两池合建后总长度为

（四） 普通快滤池
本次水厂设计，过滤构筑物采用普通快滤池。其示意图如下：

已知设计流量为，考虑滤池工作时间为24h，反冲洗时间为6min，则过滤实际时间为23.8h，取过滤滤速为，冲洗强度为，则滤池具体设计计算如下：
1. 尺寸计算
（1）滤池面积

式中：过滤滤速
实际过滤时间
则滤池面积计算得：

采用滤池数N=8，采用双排布置，则单个滤池面积为：
，取
（2）滤池长、宽
采用长宽比为1.5:1，则滤池、宽定为

校核强制滤速：

（3）滤池高度
支承层高度：取0.45m
滤料层高度：取0.75m
砂面上水深：取1.7m
保护层超高：取0.3m
则滤池总高度
2. 配水系统设计计算
（1）干管

干管流量为：

式中：滤池冲洗强度
则干管流量为：。
干管管径采用DN700mm，干管应埋入池底，顶部设滤头或开孔布置。干管始端流速为。
（2） 支管
支管中心间距采用，则每座滤池的支管数为：

则每根支管流量为：

支管选用管径DN80mm，则支管始端流速为
（3） 孔眼布置
支管孔眼总面积与滤池总面积之比K采用0.25%，则孔眼总面积为：

采用孔眼直径为9mm，则每个孔眼面积为，则所需孔眼总数为：
个
则每根支管上的孔眼个数为：
个
支管孔眼布置两排，与垂线成45度夹角向下交错排列，如下图所示：

每根支管长度为，则每排孔眼中心距为：

（4）孔眼水头损失
支管壁厚，则流量系数，孔眼水头损失计算得：

（5）复算配水系统
支管长度与直径之比：，符合要求
孔眼总面积与支管总横截面积之比：
，符合要求
干管横截面积与支管总横截面积之比：
，在范围内
孔眼中心距，符合要求。
3. 洗砂排水槽计算
取洗砂槽排水中心距，则排水槽根数，排水槽长度，则没槽排水量为：

排水槽断面采用标准三角形，槽中流速采用，则槽断面尺寸为：
，采用0.28m
排水槽槽底厚度取，砂层最大膨胀率取，砂层厚度，则洗砂排水槽距砂顶高度为：

洗砂排水槽的总平面面积为：，排水槽断面面积与滤池总面积之比，符合要求。
4. 滤池各种管渠计算
（1）滤池进水部分
进水总流量为，进水总渠断面尺寸采用宽，水深，则渠内流速为。
各个滤池的进水流量为，每座滤池进水管采用DN350mm管径管道，则管内流速为。
（2） 反冲洗进水部分
冲洗水进水流量为，采用管径DN500mm管道，则管内流速为。
（3） 清水排水部分
清水流量约定于进水流量，即，同理，每个滤池的清水出水量也等于进水量，出水管采用DN300mm管道，则管内流速为。清水渠断面依然采用进水渠断面尺寸，便于布置。
（4） 反冲洗水排水部分
反冲洗水排水流量等于反冲洗进水流量，即，反冲洗排水渠尺寸为,渠内水深，则渠内流速为。
5. 冲洗水箱计算
冲洗时间为6min，则冲洗水箱容积为：

滤料层水头损失为：

承托层的水头损失为：

配水系统的水头损失，取冲洗水箱到滤池的管道沿程及局部水头损失总和，富裕水头，则冲洗水箱应高出洗砂排水槽的高度为：

（五） 消毒设备
本次水厂设计采用液氯消毒。已知水厂设计水量为，采用滤后加氯法，最大投氯量为，仓库储氯量按照30d计算，加氯点在清水池前。则加氯设备具体设计计算如下：
1. 加氯量

2. 储氯量

3. 氯瓶数量
采用容积为500Kg的焊接液氯钢瓶，其外形尺寸为，，共需要10瓶，另设中间氯瓶一个，以沉淀氯气中的杂质，还可放置水流入氯瓶。
4. 加氯机数量
采用ZJ-2型加氯机（加氯量为2-10Kg/h）两台，交替使用。
5. 加氯间、氯库位置
该水厂的主导风向为西北风，加氯间应靠近滤池和清水池，应设在水厂的东南部。因与反应池较远，无法与加药间合建。
6. 附属设施
在加氯间、氯库地处各设排风扇一个，换气量为每小时8-12次，并安装漏气探测器，安装位置在，室内地面以上20cm处。并设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到2-3mg/L时，报警仪报警并切换有关阀门、切断氯源，同时排风扇工作。
为搬运氯瓶方便，氯库内设有单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶放置位置正上方，轨道延伸到氯库大门以外。
称量氯瓶质量的液压磅秤放在磅秤坑内，磅秤面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便，磅秤输出20mADC信号到值班室，用来指示余氯量，并设置报警器。当余氯量达到下限时，报警。
加氯间外应布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备开关应设在室外。
在加氯间引入一根DN50mm给水管，水压大于20m水头，供加氯间投药使用；在氯库引入DN32mm给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用，水压大于5m水头。

（六） 清水池
已知设计水量为，设计修两座清水池，在加氯间之后，具体设计计算如下：
1. 容积计算
（1）调节容积

式中：调节系数，取15%
（2）自用水量

（3）消防用水量
室外火灾用水量为55L/s，火灾点为2处，火灾时间取2h。则消防用水量为：

（4）安全储量
清水池水深为，最小水深处，则清水池的有效面积为：

清水池的安全储量为：。
（5） 清水池总容积

2. 尺寸计算
水厂内设计修建清水池两座，则每座清水池容积为，为保证液氯在清水池内的消毒时间，清水池内部修建成8廊道式构造，如下图所示：

廊道宽采用3.5m，则清水池总宽为。清水池池深取4.8m，最大水深为4.5m，则清水池长为。
3. 溢流装置
（1）溢流流量
溢流流量取每小时产水量的1.5倍，即。
（2）溢流堰计算
溢流堰堰上水头H取0.15m，流量系数m取0.42，则溢流堰长度为：

溢流井采用矩形，靠池一角修建，溢流堰长边取4.5m，短边取1m，则实际溢流堰长度为5.5m。
（3） 溢流出水管管径
考虑溢流出水管管内流速为1-1.2m/s之间，则根据溢流流量计算出溢流出水管径为DN1000mm，并在管道上安设防逆水封阀，水封阀后接水厂雨水管道。
（七） 原水泵站
本次取水水源为城镇北部的桃河。原水泵站就近建于桃河取水口处，具体布置如下图所示：

根据水厂产水量，原水泵站吸水管路采用两根DN600mm钢管，流速为1.04m/s；压水管路采用两根DN500mm钢管，流速为1.5m/s。
1. 原水泵站泵扬程计算
（1）吸、压水管路水头损失
根据测量，吸水管长4m，压水管路长122.5m。则通过计算，吸水管路水头损失接近为0m，压水管路水头损失为0.72m，管路局部水头损失取沿程水头损失的20%，则总水头损失为。
（2） 水泵静扬程
如图所示，原水泵站需要将水输送到水厂内部的配水井，再进行后续水处理。通过高程图可查到该配水井的地面标高为204m。已知桃河的枯水位为183.0m，取水口的最小淹没深度为4m，则需要将原水取水口建在标高为179m的河床位置。则原水泵站静扬程为。
则原水泵站水泵设计扬程为25+0.86=25.86m。
2. 水泵选型
原水泵站设计采用两用一备建造，两台使用的水泵各分担产水量的一半，即，扬程均为25.86m，并联布置水泵。根据水泵的扬程和流量，建议选用三台型离心泵，两用一备。

（八） 二级泵站
见上一节《原水泵站》中的平面图。二级泵站设于清水池北部的空地上，由于缺乏该设计城镇用水情况资料，故二级泵站无法进行设计。但于清水池北部留有足够的空地留二级泵站建设。

给水厂平面布置

综合考虑地质、地形，河流方向等因素，现将给水厂布置如下。给水厂在城镇中的位置如下图所示

根据给水厂内地形高差变化，将各个构筑物如下图中布置：

其中，各个编号所代表的构筑物名称为：
1
配水井
10
清水池
2
混合池
11
二级泵站
3
药剂溶解池
12
门卫室
4
药房
13
行政口
5
絮凝池
14
控制楼
6
沉淀池
15
员工食堂
7
滤池
16
员工宿舍
8
加氯间
17
配电室
9
储氯间
18
原水泵站
水场内管线布置为：

其中不同管线代号代表的含义为：
YS
原水管
GS
给水管
XF
消防管
JY
加药管
DL
电力管
YS
雨水管

给水厂高程布置

（一） 管道及构筑物水头损失计算
1. 管道水头损失计算
厂区内原水管道均采用两根DN600mm管道，则每根管道内的流量为。由此计算出各段管道水头损失列入下表，管段局部水头损失按照管道沿程水头损失的10%计。
管段编号
管段长度
管径
流量
水头损失
1·2
5.38
600
303.82
0.01
2·5
3.23
600
303.82
0.007
5·6
-
-
-
-
6·7
19.78
600
303.82
0.04
7·8
19.47
600
303.82
0.04
8·10
46.05
600
303.82
0.11

2. 不同构筑物的地面标高和水头损失如下：
名称
地面标高
水头损失
名称
地面标高
水头损失
（m）
（m）
（m）
（m）
配水井
207.00
0.1
沉淀池
205.00
0.3
药剂溶解池
207.20
0.1
滤池
203.50
2.5
混合池
207.20
0.1
消毒池
201.00
-
絮凝池
206.00
0.1
清水池
198.80
-

（二） 各个构筑物具体高程布置
根据水力学，下一个构筑的水面标高等于上一个构筑物的水面标高减去两个构筑物之间的水头损失。根据这个原理可以依次计算各个构筑物的具体高程布置，具体如下：
1. 药剂溶解池
地面点标高：207.20m
池底标高：208.7m
土石方挖填高度：不挖不填，将溶解池架高1.5m
2. 混合池
地面点标高：207.20m
水面点标高：208.08m
池底标高：206.20m
土石方整理高度：不挖不填
池入土深度：1m
3. 絮凝池
地面点标高：205.00m
水面点标高：207.88m
池底标高：203.88m
土石方整理高度：不挖不填
池入土深度：1.12m
4. 沉淀池
地面点标高：205.00m
水面点标高：207.78m
池底标高：204.18m
土石方整理高度：不挖不填
池入土深度：0.82m
5. 滤池
地面点标高：203.50m
水面点标高：207.64m
池底标高：204.74m
土石方整理高度：将地面点标高整平到205.00m
池入土深度：0.26m
6. 消毒池
地面点标高：201.00m
7. 清水池
地面点标高：198.80m
水面点标高：205.10m
池底标高：200.6m
土石方挖填高度：将地面点标高整平到201.00m
池入土深度：0.4m