水质工程学(一)课程设计计算说明书.doc
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1、水质工程学(一)课程设计说明书水质工程学(一)课程设计说明书学 院:环境科学与工程学院 系 名:市政工程系 专 业:给水排水工程 姓 名:学 号: 班 级:指导教师: 指导教师:2016年 12 月 09 日- 3 -目录第一章 设计基本资料和设计任务 5 1.1 设计基本资料- 5 1。2 设计任务 6 第二章 水厂设计规模的确定- 8 -2。1 近、远期规模 8 -2.2 水厂设计规模- 9 -第三章 水厂工艺方案的确定 9 3。1 净水工艺流程的确定 10 3。2 处理构筑物及设备型式选择- 10 3。2.1 药剂溶解池- 10 -3.2.2 混合设备 13 -3.2。3 絮凝处理构筑物
2、的选择- 14 3。2。4 沉淀池 16 3.2.5 滤池- 17 3。2.6 消毒方法- 19 第四章 水厂各个构筑物的设计计算- 20 -4。1 一级泵站 21 4。1。1一泵房吸水井- 21 -4.1。2一泵房 21 4.1。3泵与电机的选择 21 -4.2 混凝剂的选择和投加- 21 4。2.1 设计原则 21 4。2。2 已知条件 22 4。2。3 计算过程- 22 4。3配水井- 24 4.3.1设计参数- 25 4。3。2设计计算- 25 4.4 管式静态混合器 25 4。5往复式隔板絮凝池- 26 -4。5.1设计原则- 27 4。5.2 已知条件- 27 4。5。3 设计计算
3、 28 4。6斜管沉淀池- 30 -4。6.1 设计原则 30 -4。6。2 已知条件- 31 4。7过滤构筑物系统 32 -4。7。1 设计参数- 33 4。7。2 池体设计 33 4。7。3 反冲洗管渠系统: 36 4。8滤池管渠的布置- 38 4.8。1 反冲洗管渠 38 4。8.2 进水系统 39 4。8.3 V型槽的设计 41 4.9 消 毒 43 4.10清水池 45 4.10。1已知条件 45 -4.10。2设计计算 45 4。11二级泵站- 46 -4。11。1设计流量和扬程 46 4。11。2选泵- 46 4.11。3 吸水井 47 -4。11。4泵房高度 47 4。11。5
4、通风与抽水设备 48 -第五章 水厂平面和高程布置 48 -5。1 水厂的平面布置 49 5.1。1 水厂平面布置主要内容 49 -5。1。2水厂布置应考虑下述因素- 49 -5。1.3生产管线设计- 50 5。2高程布置 51 结论- 53 参考 文 献 55 - 3 -第一章 设计基本资料和设计任务1。1 设计基本资料(1) 生活用水量该地区现有人口4.0万,人均用水量标准(最高日)为240L/capd(2) 城市大用户集中用水量工厂A:0.5万m/d;工厂B:0.9万m/d工厂C:1。7万m/d;工厂D:0。8万m/d(3) 一般工业用水量一般工业用水量占生活用水量的180 % .(4)
5、 第三产业用水量第三产业用水量占生活用水量的85 。(5) 最大日时变化系数为1。23。(6) 原水水质及水文地质资料 原水水质情况表1。1 原水水质情况表序号名称最高数平均数备注1色度25152PH值7。57。23DO溶解氧10。25.384BOD2。51.15COD4.22.46其余均符合国家地面水水源I级标准(温度为平均20) 水文地质及气象资料a。 河流水文特征最高水位: 8.35 m,最低水位:6。00 m,常年水位7.35 mb. 气象资料历年平均气温:20C,年最高平均气温:38C,年最低平均气温:3C年平均降水量:1390 mm,年最高降水量:5190 mm,年最低降雨量:29
6、0 mm常年风向:东南风,频率:14。5%历年最大冰冻深度20 cmc。 地质资料第一层:回填、松土层,承载力8kg/cm,深11。5 m;第二层:粘土层,承载力10kg/cm,深34 m;第三层:粉土层,承载力8kg/cm,深34 m;地下水位平均在粘土层下0.5 m.1。2 设计任务净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论,培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力,在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高.(1) 某水厂工艺设计,确定水厂建设规模、位置;(2) 水厂工艺方案确定(进行二种方案比较);(3) 水厂构筑物设计计算,
7、完成水厂平面布置图、高程图(完成设计图2 张,其中手工图1张);(4) 设计计算说明书1份。第二章 水厂设计规模的确定2.1 近、远期规模已知:近期水厂用水: 约为(净水厂自用水量按产水量的5%计算)远期水厂用水: 该地区现有人口4。0万,人均用水量标准(最高日)为240L/capd 工厂A:0.5万m/d;工厂B:0.9万m/d 工厂C:1.7万m/d;工厂D:0。8万m/d 一般工业用水量占生活用水量的180 第三产业用水量占生活用水量的85 最大日时变化系数为1.23 可得:由于最大日时变化系数为1.23考虑管网漏失水量和未预计水量(系数1.151.25)考虑水厂自用水量(系数1。051
8、。10)2.2 水厂设计规模近期规模8。085万m3 /d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计。水厂的主要构筑物分为2组,每组构筑物类型相同,每组处理规模为4。043万m3 /d。近期建造2组。第三章 水厂工艺方案的确定3。1 净水工艺流程的确定水厂原水色度最高为20度,色度平均数为15度;其水质平均浊度为20NTU,原水水质毒理学和放射性指标全部达到生活饮用水卫生标准(GB 57492006)的要求。总体来说,原水水质较好,为我国地面水环境质量标准(GB3838200)I类水源。而水厂出水水质需满足生活饮用水卫生标准(GB 57492006)的要求。综合以上考虑,设计初步采用常规水处理工艺
9、,流程图如下:图31 工艺流程图3.2 处理构筑物及设备型式选择3。2。1 药剂溶解池1药剂的选择表31 常用混凝剂及其特点名称分子式一般介绍精制硫酸铝。18制造工艺复杂,水解作用缓慢;含无水硫酸铝5052%;适用于水温为2040。当PH=4-7时,主要去除有机物;PH=5.77。8时,主要去除悬浮物;PH=6.47.8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,其他同精制硫酸铝。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
10、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,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PAM等有机高分子混凝剂有毒性
11、,不易控制用量,由于在投混凝剂前加液氯进行预处理,如用硫酸亚铁作混凝剂,易被氧化成三价铁。本次设计的原水水源为河水,其浊度在20NTU左右,PH值为7。27。5,结合这些特点,选用精致硫酸铝为混凝剂,该混凝剂腐蚀性较小,原料易得,价格便宜,被大多数水厂所采用,有一定的管理经验,并且劳动条件有保障。2投加方式的确定本设计采用湿投法,其优点为:容易与原水充分混合;不易阻塞入口,管理方便;投量易于调节.投加系统示意图见下图所示:固体药剂溶解池溶液池搅拌计量投加设备加水加水搅拌图3-2 投加系统示意图结合上述优缺点,采用计量泵投加混凝剂,因为其使用方便,操作简单,工作可靠,广泛应用于加药系统。3药剂溶
12、解池设计药剂溶解池时,为便于投置药剂,溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜,池顶宜高出地面0。20m左右,以减轻劳动强度,改善操作条件。溶解池的底坡不小于0。02,池底应有直径不小于100mm的排渣管,池壁需设超高,防止搅拌溶液时溢出。由于药液一般都具有腐蚀性,所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体,若其容量较小,池内壁用环氧树脂进行防腐处理。3.2。2 混合设备混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中,使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳,以便进一步去除,对混合的基本要求是快速与均匀,一般混合时间1030s,混合方式基本分为两
13、大类:水力混合和机械混合,水力混合简单,但不能适应流量的变化,机械混合可进行调节,能适应各种流量的变化,具体采用何种混合方式,应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定.表32 各种混合方式比较 方式优缺点适用条件管道混合优点:混合简单,无需建混合设 施. 适用于中等规模的水厂。缺点:当混合效果不稳定,流速 低时混合不充分。静态混合器优点:构造简单,无运动部件, 安装方便,混合快速均匀。 适用于水量变化不大的各种规模的水厂。缺点:当流量降低时,混合效果下降。水泵混合优点:混合效果好,不需增加混合设施,节省动力. 适用于一级泵房离处理构筑物120米以内的水厂.缺点:
14、使用腐蚀性药剂时对水泵有腐蚀作用。机械混合优点:混合效果好,且不受水量 变化影响,适用于各种规格的水厂.适用于各种规模的水厂。缺点:需增加混合设备和维修工作。综上所述,因为水厂水量变化不大,并且考虑到尽可能的减少能量消耗,以整体经济效益而言是最具有优势的,本设计采用管式静态混合器,它较水泵混合和机械混合能耗低,并且混合效果比管道混合稳定,混合速度快。3.2。3 絮凝处理构筑物的选择不同形式的絮凝池的一般介绍如下所示:表3-3各种絮凝池的比较形式优缺点适用条件隔板絮凝池往复式优点:絮凝效果好,构造简单, 施工方便. 水量大于30000m3/d的水厂,水量变动小.缺点:容积较大,水头损失较大,转折
15、处矾花易碎。回转式优点:絮凝效果好,水头损失小,构造简单,管理方便。 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。缺点:出水流量不易分配均匀,出口处易积泥。旋流式絮凝池优点:容积小,水头损失较小。一般用于中小型水厂。缺点:池子较深,地下水位高处施工较困难,絮凝效果较差。折板絮凝池优点:絮凝效果好,絮凝时间短,容积较小。流量变化较小的中小型水厂。缺点:构造较隔板絮凝池复杂,造价较高。涡流式絮凝池优点:絮凝时间短,容积小,造价较低.水量小于30000m3/d的水厂。缺点:池子较深,锥底施工较困 难,絮凝效果较差。格板、栅条絮凝池优点:絮凝池效果好,水头损失 小,凝聚时间短
16、。 水量变化不大的水厂,单池能力以1。0-2。5万m3/d为宜。缺点:末端池底易积泥。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。 小水量均适用,并能适应水量变动较大者.缺点:需机械设备和经常维修。综上所述,由于水厂水量变化不大,为了达到较好的处理效果,故采用往复式隔板絮凝池,可以在往复式隔板絮凝池的之间设置隔墙,在隔墙的不同位置开设过水方孔,这样不仅可以减少水流形成短流的可能,而且可以在检修时,利用水在隔墙内的曲线流动达到絮凝效果.3。2。4 沉淀池选择沉淀池类型时,应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求,并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素,结
17、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。表34各种沉淀池的比较方式优缺点适用条件平流式沉淀池优点: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。 一般适用于大中型水厂.缺点:采用机械排泥设施时,需要维
18、护机械排泥设备;占地面积大,水力排泥时,排泥困难。斜管(板)沉淀池优点:沉淀效率高,池体小,占地小。 尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。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。竖流式沉淀池优点:排泥较方便,占地面积小. 一般用于小型净水厂,常用于地下水位较低时。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.辐流式沉淀池优点:沉淀效果好。 一般用于大中型净水厂,在高浊度水地区,作预沉淀池.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。因为斜管沉淀池沉淀效率高,池体小,占地小
19、,所以本设计采用斜管沉淀池.3。2.5 滤池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。表3-5各种滤池的比较形式优缺点适用条件普通快滤池单层砂滤料优点:材料易得,价格低;大阻力配水系 统,单池面积较大,可采用减速过滤,水质好。 一般用于大中水厂,单池面积不宜大于100m2。缺点:阀门多,价格高,易损坏,需设有全套冲洗设备。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.
20、适用于大中型水厂,宜采用大组理赔水系统,单池面积不宜大于100 m2,需要采用助冲设备。缺点:滤料价格高,易流失;冲洗困难,易积泥球。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. 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5060 m2,需要采用助冲设施。缺点:滤料价格高,易流失;冲洗困难,易积泥球。虹吸滤池优点:不需大型阀门,易于自动化操作,管理方便。 适用于中型水厂,单池面积不宜大于2530m2。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。双阀滤池 优点:材料易得,价格低,大阻力配水系统,单池面积可
21、大,可采用减速过滤,水质好,减少两只阀门. 适用于中型水厂,单池面积不宜大于2530m2。缺点:必须有全套冲洗设备,增加形成虹吸的抽气设备。移动罩滤池优点: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。 适用于大中型水厂,单格面积小于10m2。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。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. 适用于大中型水厂。缺点:采用均质滤料,滤层较厚,滤料较粗,过滤周期长。综上所述,V型滤池适用范围广且采
22、用气水反冲洗,冲洗效果好,节水出水水质较好,虽然滤料较厚较粗,过滤周期长,但冲洗过程自动控制减少人工管理,操作方便。本设计采用V型滤池均质滤料。3。2。6 消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序,其目的在于杀灭水中的有害病原微生物(病原菌、病毒等),防止水致传染病的危害。常用消毒方法如下表所示:表36 常用消毒方法消毒方法分子式优缺点适用条件液氯Cl2优点:1、具有余氯的持续消毒作用 2、价值成本较低 3、操作简单,投量准确 4、不需要庞大的设备 液氯供应方便的地方缺点:1、原水有机物高时会产生有机氯化物 2、原水含酚时产生氯酚味 3、氯气有毒,使用时需注意安全,防止漏氯二氧
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