华中科技大学水质工程学一课程设计

一．总论1.1 设计任务及要求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。

课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城市净水厂，要求对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图和某个单项处理构筑物（絮凝沉淀池、澄清池或滤池）的工艺设计图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。

1.2 基本资料1.2.1 水厂规模该水厂总设计规模为***万m3/d，分两期建设，近期工程供水能力***万m3/d,，远期工程供水能力为***万m3/d。

近期工程设计征地时考虑远期工程用地，预留出远期工程用地。

1.2.2 原水水质资料水源为河流地面水，原水水质分析资料如下：地形比例1:500，按平坦地形和平整后的设计地面高程32.00m设计，水源取水口位于水厂东北方向150m，水厂位于城市北面1km。

1.2.4 工程地质资料(1)土壤承载力:20 t/m2.(2)地震计算强度为186.2kPa。

(3)地震烈度为9度以下。

(4)地下水质对各类水泥均无侵蚀作用。

地下水位：在地面以下1.8m1.2.6 气象资料该市位于亚热带，气候温和，年平均气温15.90C，七月极端最高温度达390C，一月极端最低温度－15.30C，年平均降雨量954.1mm，年平均降雨日数117.6天，历年最大日量降雨量328.4mm。

常年主导风向为东北偏北（NNE），静风频率为12％，年平均风速为3.4m/s。

土壤冰冻深度：0.4m。

二.总体设计2.1 净水工艺流程的确定水厂原水色度约在20度，浊度一般介于65-2000NTU，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 5749-2006）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》（GB3838-200）Ⅱ类水源。

而水厂出水水质需满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）的要求。

综合以上考虑，设计初步采用常规水处理工艺，流程图如下：图2-1 工艺流程图2.2 处理构筑物及设备型式选择2.2.1 药剂溶解池1．药剂的选择表2-1 常用混凝剂及其特点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65-2000之间，PH值为7.6，结合这些特点，选用聚合氯化铝为混凝剂，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：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，可用耐酸陶土缸作溶解池。

2.2.2 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10-30s，混合方式基本分为两大类：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。

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。

2.2.3 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2-4 各种絮凝池的比较综上所述，由于水厂水量变化不大，为了达到较好的处理效果，故采用机械絮凝池，可以在机械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。

2.2.4 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2-5 各种沉淀池的比较近年来，平流式沉淀池被越来越多地水厂所采用，它的沉淀效果较好，维护简单，采用机械除泥，除泥效果理想，管理方便等，所以本设计采用平流式沉淀池2.2.5 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2-6 各种滤池的比较综上所述，V型滤池适用范围广且采用气水反冲洗，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。

2.2.6 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2-7 常用消毒方法在上面所述的各种消毒剂中，液氯是最早被用来作为饮用水消毒的消毒剂，它除了以上的优点之外，在水厂消毒过程中积累的大量的实践经验，可以借鉴，劳动量较小，消毒效果比较稳定。

所以，本次设计采用液氯作为消毒剂。

三.混凝沉淀3.1 混凝剂投配设备的设计3.1.1 溶液池的设计采用聚合氯化铝混凝剂，根据给水排水设计手册（第三册），查得武汉长江水的混凝剂最高投加量为64 mg/L ，平均投加量为24.7 mg/L ，采用计量泵投加。

水的PH 和碱度恰好在混凝剂的最佳PH 值范围内，故不需要考虑对PH 进行调节。

溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。

池周围应有工作台，底部应设置放空管。

必要时设溢流装置。

溶液池容积按下式计算：cnaQ 417W 2 ； 式中2W －溶液池容积，3m ；Q －处理水量，3/m h ；a －混凝剂最大投加量，mg/L ；c －溶液浓度，取10%；n －每日调制次数，取n ＝2。

代入数据得：34206.242421041706.110(((64417W m cn aQ =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==（考虑水厂的自用水量6%）溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W 2（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。

取有效水深1.15m , 溶液池深度：H ＝H 1＋H 2＋H 3=1.15+0.15+0.10=1.40m 。

式中H 2为保护高，取0.15m ；H 3为贮渣深度，取0.1m 。

单池尺寸为L ×B ×H=5.0m ×4.2m ×1.4m ，溶液池实际有效容积：W=5.0×4.2×1.15=24.15m 3满足要求。

池旁设工作台，宽1.0－1.5m ，池底坡度为0.03。

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给水管DN60mm ，按1h 放满考虑。

3.1.2 溶解池的设计溶解池容积：W 1=0.3W 2=0.3×24.06=7.22m 3；溶解池采用钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W 1（一备一用）。

取有效水深0.95m, 溶解池深度：H ＝H 1＋H 2＋H 3=0.95+0.15+0.10=1.20m ，式中H 2为保护高，取0.15m ；H 3为贮渣深度，取0.1m 。

单池尺寸为：L ×B ×H=2.8m ×2.8m ×1.2m ，溶液池实际有效容积：W=2.8×2.8×0.95=7.45m 3满足要求。

溶解池的放水时间采用t ＝15min ，则放水流量： q 0s L t W /14.4601521045.760231=⨯⨯⨯=⨯=； 查水力计算表得放水管管径:d 0＝80mm ，相应流速V=0.75m/s 。

溶解池底部设管径d ＝100mm 的排渣管一根,搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。

溶解池搅拌装置采用中心固定式平桨板式搅拌机：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。

3.1.3 投药管投药管流量q s L W /557.06060241000206.24606024100022=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=； 查水力计算表得投药管管径：d ＝25mm ，相应流速为0.83m/s 。

3.1.4 投加泵的选择计量泵每小时投加药量:q =122W =1206.22=1.84 m 3/h ； 式中：W 2——溶液池容积（m 3）计量泵型号J-D2500/1.6选用2台，一备一用。

3.1.5 加药间及药库的设计药剂仓库与加药间应连在一起，储存量一般按最大投药期间1－2个月用量计算。

仓库内应设有磅秤，并留有1.5m 的过道，尽可能考虑汽车运输的方便。

混凝剂选用聚合氯化铝，每袋质量是40kg ,每袋的体积为0.5×0.4×0.2m 3,药剂储存期为30d ，药剂的堆放高度取2.0m 。

聚合氯化铝的袋数：240.0241000Q u t Qut N W W⨯⨯⨯==⨯⨯； 式中: Q -水厂设计水量，3/m h ；u -混凝剂最大投加量，/mg L ；t -药剂的最大储存期，d ；W -每袋药剂的质量，kg ；将相关数据代入上式得，N=340840243064101.7024.04=⨯⨯⨯⨯⨯袋。

有效堆放面积A ：()1NV A H e =-； 式中:H -药剂得堆放高度，m ；V -每袋药剂得体积，3m ；e -堆放孔隙率，袋堆时20%e =代入数据得: A=2.85)2.01(22.04.05.03408=-⨯⨯⨯⨯m 2； 考虑目前使用及日后扩容，可按远期设计及，适当增加面积，取A=160m 2。