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给水处理课程设计

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设备型式选择

第五章水厂高程布置计算

一

第一章总论1.1设计任务及要求

1.1.1设计任务

给水工程课程设计题目是“城市给水处理厂工艺设计”.

“城市给水处理厂工艺设计”是高等工科学校给水排水工程专业本科学生培养计划中一个重要的实践性教学环节，学生在学完《给水处理》课程内容后必须进行的课程设计。

通过课程设计，巩固学习成果，加深对给水处理课程内容的学习与理解，掌握净水厂设计的方法，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中、小型给水处理厂工艺设计，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。

1.1.2、设计要求

1.设计时间：1周（第15周，20XX.6.10~20XX.6.15）。

2.设计内容包括：

1）根据水质、水量、地区条件、施工条件和一些水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式、有关尺寸安装位置等。

4）进行各构筑物的设计和计算，定出各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，并符合建筑模数的要求

5）根据各构筑物的确切尺寸，确定各构筑物在平面布置上的确切位置，并最后完成平面布置。确定各构筑物间连接管道、检查井的位置。

6）水厂厂区主体构筑物（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、高程布置工艺设计技术图纸2张（1#图）。

8）写出设计说明书及计算说明书【①摘要、②目录、③原始资料、④系统选择、⑤单元形式选择、⑥设计计算（计算草图、公式、参数、方法）、⑦设备选型、⑧参考

资料、致谢等。】

1.2 设计原始资料

1.2.1概述

(1)设计题目：城市给水处理厂工艺设计

设计水量、出水水质及水压的要求。

(2) 设计水量： 14万m3/d 。水厂自用水系数取5%

(3) 出水水质：出水水质达到生活饮用水卫生标准GB5749-20XX。

(4) 水压: 水厂出厂水压应≥0.38MPa，以满足最不利点处服务水头0.25MPa的要求。

城市用水逐日时变化如表2。

表2 城市用水变化情况K h=1.75

1.2.2基础资料

（1）城市概况:某沿河城市。

（2）自然条件

1）地形

地处平原地区，地势平坦。

2）气象资料

①气温

年平均： 12.8℃最热月平均：28.8℃最冷月平均： 5.5℃

②降雨量

年平均： 710mm 历年最大：1050mm 历年最小：260mm 日最大： 164mm

③相对湿度

年平均： 52% 历年最高： 82% 历年最低： 33%

④最大积雪深度： 130mm

⑤最大冻土深度： 730mm

⑥年平均蒸发量： 110mm

⑦主导风向

冬季：北夏季：南

⑧风速

历年平均： 2.6m/s 最大： 8.2m/s

3）工程地质及地震资料

地址结构为亚黏土及淤泥质黏土，地基承载力为亚粘土：1.2－1.5公斤/厘米２

淤泥质亚粘土：0.7－0.9公斤/厘米２

地震烈度为8度地区。

4）水文资料

①水位

历年平均 32.7m; 历年最高（1％）： 38.5m; 历年最低（97％）：28.7m。

②流量

历年平均：300 m3 /s 历年最高：900 m3/s 历年最低：20 m3/s

③流速

取水点最大端面平均流速：3 m/s 取水点最小端面平均流速：0.5 m/s

④含砂量

平均含砂量：0.18kg/m3 最大含砂量：3.00kg/m3 最小含砂量：0.02kg/m3 5）水质分析结果

地下水位在地下1.0米左右。

第二章设计水质水量与工艺流程的确定

2.1 设计水质水量

2.1.1 设计水质及水质分析

2.1.1.1 设计水质

本设计给水处理工程设计水质满足国家生活饮用水卫生标准（GB5749-20XX），处理的目的是去除原水中悬浮物质，胶体物质、细菌、病毒以及其他有害万分，使净化后水质满足生活饮用水的要求。

生活饮用水水质应符合下列基本要求：

（1）水中不得含有病原微生物。

（2）水中所含化学物质及放射性物质不得危害人体健康。

（3）水的感官性状良好。

2.1.1.2 水质分析

本设计中，COD Mn，浊度，色度，氨氮，均不达标，需要处理。同时，水中有臭味异味，也需要处理。

2.1.2 设计水量

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，并以水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗和澄清池排泥等方面。城镇水厂只用水量一般采用供水量的5%—10%，本设计取5%，则设计处理量为：

Q=(1+a)*Q d=1.05*140000=147000m3/d

式中Q——水厂日处理量；

a——水厂自用水量系数，一般采用供水量的5%—10%，本设计取5%；

Q d——设计供水量（m3/d），为14万m3/d.

2. 2 给水处理流程确定

2.2.1 给水处理工艺流程的选择

给水处理工艺流程的选择与原水水质和处理后的水质要求有关。地表水为水源时，生活饮用水通常采用混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒的处理工艺。如果是微污染原水，则需要进

行特殊处理。

综合分析后得出最终的工艺流程为：

原水→活性炭（粉末）预吸附→混凝沉淀或澄清→过滤→活性炭（颗粒）吸附→消毒 框图表示为：

布置草图如下：

第三章 给水处理构筑物与设备型式选择

3.1 加药间

3.1.1 药剂溶解池

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

原水 混合池 沉淀池

市政管网

絮凝池 二级泵房 清水池

混凝剂 消毒剂

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，可用耐酸陶土缸作溶解池。

3.1.2 混凝剂药剂的选用与投加

3.1.2.1. 混凝剂药剂的选用

混凝剂选用:碱式氯化铝[Al n(OH)m CL3n-m]简写PAC. 碱式氯化铝在我国从七十年代初开始研制应用，因效果显著，发展较快，目前应用较普遍，具用使胶粒吸附电性中和和吸附架桥的作用。本设计水厂混凝剂最大投药量为30mg/l。其特点为：

1）净化效率高，耗药量少除水浊度低，色度小、过滤性能好，原水高浊度时尤为显著。

2）温度适应性高：PH值适用范围宽（可在PH=5～9的范围内，而不投加碱剂）

3）使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好。

4）设备简单、操作方便、成本较三氯化铁低。

5）无机高分子化合物。

3.1.2.2. 混凝剂的投加

混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。

3.1.3 加氯间

1、靠近加氯点，以缩短加氯管线的长度。水和氯应充分混合，接触时间不少于30min。为管理方便，和氯库合建。加氯间和氯库应布置在水厂的下风向。

2、加氯间的氯水管线应敷设在地沟内，直通加氯点，地沟应有排水设施以防积水。氯气管用紫铜管或无缝钢管，氯水管用橡胶管或塑料管，给水管用镀锌钢管，加氨管不能用铜管。

3、加氯间和其他工作间隔开，加氯间应有直接通向外部、且向外开的门，加氯间和值班室之间应有观察窗，以便在加氯间外观察工作情况。

4、加氯机的间距约0.7m，一般高于地面1.5m左右，以便于操作，加氯机（包括管道）不少于两套，以保证连续工作。称量氯瓶重量的地磅秤，放在磅秤坑内，磅秤面和地面齐平，使氯瓶上下搬运方便。有每小时换气8-12次的通风设备。加氯间的给水管应保证不断水，并且保持水压稳定。加氯间外应有防毒面具、抢救材料和工具箱。防毒面具应防止失效，照

明和通风设备应有室外开关。

设计加氯间时，均按以上要求进行设计。

3.2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。混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。同时只有原水与药剂的充分混合，才能有效提高药剂使用率，从而节约用药量，降低运行成本。

混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。由于水力混合难以适应水量和水温等条件变化，且占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦；机械混合耗能大，维护管理复杂；相比之下，管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备,管式混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合。

3.3、絮凝池

絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，而形成更大具有良好沉淀性能的大的絮凝体。目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、折板絮凝、栅条（网格）絮凝、和穿孔旋流絮凝。

表3-1 絮凝池的类型及特点表

类型特点适用条件隔

板式絮往复式

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，

转折处钒花易破碎

水量大于30000m3/d的水厂；水量

变动小者

根据以上各种絮凝池的特点以及实际情况并进行比较，本设计选用往复式隔板絮凝池。

3.4 沉淀池

常见各种形式沉淀池的性能特点及适用条件见如下的各种形式沉淀池性能特点和适用条件。

表3-2 各种形式沉淀池性能特点和适用条件表

原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以完成澄清的作用。

设计采用斜管沉淀池。相比之下，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。斜管式沉淀池有上向流斜板和下向流斜板。因为原水浊度比较大，且不稳定，所以采用上向流斜板，它可以处理浊度很大的水，甚至于高浊度水。

3.5滤池

（1）、多层滤料滤池：优点是含污能力大，可采用较大的流速，能节约反冲洗用水，降

速过滤水质较好，但只有三层滤料、双层滤料适用大中型水厂；缺点是滤料不易获得且昂贵管理麻烦，滤料易流逝且冲洗困难易积泥球，需采用助冲设备；

（2）、虹吸滤池：适用于中型水厂（水量2—10万吨/日），土建结构较复杂，池深大，反洗时要浪费一部分水量，变水头等速过滤水质也不如降速过滤：

（3）、无阀滤池、压力滤罐、微滤机等日处理小，适用于小型水厂；

（4）、移动罩滤池：需设移动洗砂设备机械加工量较大，起始滤速较高，因而滤池平均设计滤速不宜过高，罩体合隔墙间的密封要求较高，单格面积不宜过大（小于10m2 ）；

（5）、普通快滤池：是向下流、砂滤料的回阀式滤池，适用大中型水厂，单池面积一般不宜大于100m2 。优点有成熟的运行经验运行可靠，采用的砂滤料，材料易得价格便宜，采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大，池深适中，采用降速过滤，水质较好；

（6）、双阀滤池：是下向流、砂滤料得双阀式滤池，优缺点与普通快滤池基本相同且减少了2只阀门，相应得降低了造价和检修工作量，但必须增加形成虹吸得抽气设备。

（7）、V型滤池：从实际运行状况，V型滤池来看采用气水反冲洗技术与单纯水反冲洗方式相比，主要有以下优点：

1）、较好地消除了滤料表层、内层泥球，具有截污能力强，滤池过滤周期长，反冲洗水量小特点。可节省反冲洗水量40～60%，降低水厂自用水量，降低生产运行成本。

2）、不易产生滤料流失现象，滤层仅为微膨胀，提高了滤料使用寿命，减少了滤池补砂、换砂费用。

3）、采用粗粒、均质单层石英砂滤料，保证滤池冲洗效果和充分利用滤料排污容量，使滤后水水质好。

根据设计资料，综合比较选用目前较广泛使用的普通快滤池。

3.6 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。其方法分化学法与物理法两大类，前者系水中投家药剂，如氯、臭氧、重金属、其他氧化剂等；后者在水中不加药剂，而进行加热消毒、紫外线消毒等。

经比较，采用液氯消毒。氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还起氧化作用。加

氯操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。原水水质较好时，一般为滤后消毒，虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。

第四章各构筑物的选择及设计计算

4.1 加药间设计计算

4.1.1. 设计参数

据试验：

图4.1不同混凝剂处理效果对比

已知计算水量Q=147000m 3

/d=6125m 3

/h 。根据原水水质，参考上图，选碱式氯化铝（PAC ）为混凝剂，据原水水质浊度判断，混凝剂的最大投药量a=20mg/L ，药容积的浓度b=15%，混凝剂每日配制次数n=2次。

表4.1 原水浊度与最佳投药量

4.1.2. 设计计算

4.1.2.1 溶液池容积1W 312062159.94417417215

aQ W m bn ?=

==??，取10m 3

式中：a —混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/L ），本设计取20mg/L; Q —设计处理的水量，6125m 3

/h;

B —溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-20%，本设计取15%； n —每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。

溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W 1（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为 2.5 2.5 2.0L B H m m m ??=??，高度中包括超高0.3m ，置于室内地面上.

溶液池实际有效容积：32.5 2.5 1.710.63W m '=??=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。 4.1.2.2 溶解池容积2W

3210.30.310.03W W m ==?=

式中： 2W ——溶解池容积（m 3

），一般采用（0.2-0.3）1W ；本设计取0.31W

溶解池也设置为2池，单池尺寸： 2.0 1.0 2.0L B H m m m ??=??，高度中包括超高0.2m ，底部沉渣高度0.2m ，池底坡度采用0.02。

溶解池实际有效容积：32.0 1.0 1.6 3.2W m '=??= 溶解池的放水时间采用t ＝10min ，则放水流量：

20 3.01000

5.0/601060

W q L s t ?=

==?， 查水力计算表得放水管管径0d ＝80mm ，相应流速00.90/d m s =，100010.35/i m s =管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d ＝100mm 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。 4.1.2.3 投药管

投药管流量 12100010.021000

0.231/246060246060

W q L s ????=

==????

查水力计算表得投药管管径d ＝20mm ，相应流速为0.66m/s 。 4 溶解池搅拌设备

溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。 5 计量投加设备

混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。

计量泵每小时投加药量:

3110

0.83/1212

W q m h =

== 式中：1W ——溶液池容积（m 3）

耐酸泵型号25FYS-20选用2台，一备一用.

6 药剂仓库

估算面积为150m 2

，仓库与混凝剂室之间采用人力手推车投药,药剂仓库平面设计尺寸为10.0m×15.0m 。

4.2混合设备设计计算

4.2.1设计参数

设计总进水量为Q=147000m 3

/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，进水管采用两条，流速v=1.5m/s 。计算草图如图4-2。

图4.2 管式静态混合器计算草图

4.2.2 设计计算

4.2.2.1设计管径

静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流量33147000

73500/0.851/2

Q q m d m s n ====；

则静态混合器管径为：

440.851

0.8503.14 1.5

q D m v π?=

==? ，本设计采用D=1000mm ；实际流速为1.08m/s 4.2.2.2混合单元数 按下式计算

0.50.30.50.32.36 2.3610.850 2.478N v D ----≥=??=，本设计取N=3；

则混合器的混合长度为：

1.1 1.1 1.03 3.3L DN m ==??=

4.2.2.3混合时间

T=

3.3 3.061.08

L s v == 4.2.2.4水头损失

22

4.4 4.4

0.8510.11840.118430.2571.0Q h n m d ==??=<0.5m,符合设计要求。

4.2.2.5校核GT 值

1398000.2578501.1410 3.06

h G s T γμ--?===??，在700-10001

s -之间，符合设计要求。

850 3.0626012000GT =?=≥，水力条件符合设计要求。

4.3 往复式隔板絮凝池设计计算

4.3.1 设计参数

絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为

3311470003062.5/0.850/24242

Q Q m h m s n =

===?，絮凝时间T=20min 。 4.3.2设计计算

4.3.2.1 絮凝池有效容积 31306

5.5

20102260

V QT m ==

?= 考虑与斜管沉淀池合建，絮凝池平均水深取2.0m ，池宽取B=15.0m 。 4.3.2.2絮凝池有效长度

102234215

V L m HB =

==? 式中： H ——平均水深(m);本设计取超高0.5m ，H=2.0m ； 4.3.2.3 隔板间距

絮凝池起端流速取0.5/v m s =，末端流速取0.2/v m s =。首先根据起，末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。

起端廊道宽度： 10.8500.8500.52Q a m vH =

==? 末端廊道宽度： 10.850

2.12520.2Q a m Hv ===?

廊道宽度分成4段。各段廊道宽度和流速见表2-1。应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真实流速的近似值，因为，廊道水深是递减的。

四段廊道宽度之和 6.88.9610.212.7838.74b m =+++=∑ 取隔板厚度δ=0.20m ，共27块隔板，则絮凝池总长度L 为：

270.234270.239.4L L m '=+?=+?=

4.3.2.4 水头损失计算

22

22it i i i i i i

v v h m l g C R ξ=+

式中： v i ——第i 段廊道内水流速度（m/s ）； it v ——第i 段廊道内转弯处水流速度（m/s ）； m i ——第i 段廊道内水流转弯次数；

ξ——隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（1800转弯）ξ=3；

i l ——第i 段廊道总长度(m)；

i R ----第i 段廊道过水断面水力半径（m ）

； i C ——流速系数，随水力半径Ri 和池底及池壁粗糙系数n 而定，通常按曼宁公式

1

61i i C R n

=计算。

1112a H R a H =

+=0.85 2.0

0.852 2.0

?+? =0.35 m

11

6

611110.3564.5750.013

C R n ==?=，214169.93C =

絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，粗糙系数为n=0.013。其他段计算结果得：

表4.3 C 值计算表

340.69

R =3472.40

C =3245241.19

C =