G市给水工程初步设计毕业论文

G市给水工程初步设计毕业论文

给水处理厂毕业设计计算书

1.1 工艺流程方案

水厂采用如图1所示的工艺流程。通过对主要处理构筑物的分析比较，从中制定出水厂处理工艺流程如图2所示。

图2 水厂处理工艺流程框图（构筑物）

1.2水处理构筑物计算 1.

2.1配水井设计计算 1. 设计参数

配水井设计规模为4012.5m 3/h 。 2. 设计计算

（1）配水井有效容积

配水井水停留时间采用2～3min ，取 2.5min T =，则配水井有效容积为：

34012.5 2.5/60167.19W QT m ==?=

（2）进水管管径1D

配水井进水管的设计流量为334012.5/ 1.11/Q m h m s ==，查水力计算表知，当进水管管径11100D mm =时， 1.179/v m s =（在1.0～1.2/m s 范围内）。

（3）矩形薄壁堰

进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入2个水斗再由管道接入2座后续处理构筑物。每个后续处理构筑物的分配水量为

334012.5/22006.25/0.557/q m h m s ===。配水采用矩形薄壁溢流堰至配水管。

① 堰上水头H

因单个出水溢流堰的流量为30.557/557/q m s L s ==，一般大于100/L s 采用矩形堰，小于100/L s 采用三角堰，所以本设计采用矩形堰（堰高h 取0.5m ）。

矩形堰的流量公式为：

3/2q =

式中

q ——矩形堰的流量，3/m s ；

m ——流量系数，初步设计时采用0.42m =；

b ——堰宽，m ，取堰宽 6.28b m =；

H ——堰上水头，m 。

已知30.557/q m s =，0.42m =， 5.71b m =，代入下式，有：

2/32/30.14

H m ===

② 堰顶宽度B 根据有关试验资料，当

0.67B

H

<时，属于矩形薄壁堰。取0.05B m =，这时0.36B

H

=（在0～0.67范围内）

，所以，该堰属于矩形薄壁堰。 （4）配水管管径2D

由前面计算可知，每个后续处理构筑物的分配流量为30.557/q m s =，查水力计算表可知，当配水管管径2800D mm =时， 1.11/v m s =（在0.8～1.0/m s 范围内）。

（5）配水井设计

配水井外径为6m ，内径为4m ，井内有效水深0 5.9H m =，考虑堰上水头和一定的保护高度，取配水井总高度为6.2m 。 1.2.2混合工艺设计计算

考虑设絮凝池2座,混合采用管式混合。设水厂进水管投药口至絮凝池的距离为50米。进水管采用两条, 设计流量为Q=96300/24/2=0.557 3/m s 。

进水管采用钢管,直径为DN800,查设计手册1册,设计流速为1.11m/s ，1000i=1.8m ，混合管段的水头损失50 1.8

0.091000

h iL m ?==

≈。

小于管式混合水头损失要求为0.3-0.4m 。这说明仅靠进水管内流速不能达到充分混合的要求。故需在进水管内装设管道混合器,本设计推荐采用管式静态混合器，管式静态混合器示意图见图1.3。 1. 设计参数：

采用玻璃钢管式静态混合器2个。

每组混合器处理水量为0.557m 3/s ，水厂进水管投药口至絮凝池的距离为10m ，，进水管采用两条DN800钢管。 2. 设计计算：

（1）进水管流速v ：

据1800d mm =，30.557/Q m s =，查水力计算表可知， 1.11/v m s =（手册：

0.8～1.0m/s ；厂家：0.9～1.2 m/s ，基本均在上述范围内）。

（2）混和器的计算:

混合单元数取N=3,则混合器长度为 1.1 1.10.83 2.64L D N =??=??= 混合时间 2.64

2.38/1.11

L T m s v =

== 水头损失: 222

4.4 4.4

0.5570.11840.118430.29420.8v Q h N N m g D δ==??=??= 校核G

：1

1049.1G s -=

== 1049.1 2.382496.82000GT =?=>。水力条件符合。

（3）混合器选择：

静态混合器采用3节，静态混合器总长4100mm ，管外径为820mm ，质量1249kg ，投药口直径65mm 。

原水

管道

药剂

混合单元体

静态混合器

管道

管式静态混合器

1.2.3投药工艺及投药间的设计计算 1. 设计参数

本设计选用硫酸铝为混凝剂，最大投加量为32mg/L ，平均为25mg/L 。 （1）溶液池: 溶液池的容积：

31241000324012.5

5.1310001000417417154

u Q uQ W m b n bn ????=

===?????

式中

u －混凝剂最大投加量，32/mg L

Q －设计流量，为34012.5/m h

b －混凝剂的投加浓度，取15％。

n －每日的投加次数，取4次。

溶液池按两个设计，一次使用一个池子，两个池子交替使用。溶液池的平面形状采用正方形，有效水深取1.3m ，则边长为2.0m 。考虑超高为0.5m 。则溶液池尺寸为L×B×H ＝2.0m×2.0m×1.8m 。

溶液池池底设DN200的排渣管一根，溶液池采用钢筋混凝土池体，内壁衬以聚乙烯板（防腐）。

（2）溶解池：

容积3210.30.3 5.13 1.54W W m ==?≈

溶解池建两座，一用一备，交替使用,每日调制两次。取有效水深为1.0m ，

平面为正方形形状，边长为 1.5m 。考虑超高0.5m ，则池体尺寸L×B×H ＝1.5m×1.5m×1.5m 。

溶解池的放水时间采用10min t =，则放水流量为：

20 1.54

2.57/606010

W q L s t =

==? 查水力计算表：放水管管径采用DN70，相应流速为1.34m/s 。

溶解池底部设管径DN200的排渣管一根，溶解池采用钢筋混凝土池体，内壁衬以聚乙烯板（防腐）。

投药管的流量为：

33

1410 5.134100.24/243600243600

W q L s ????===??查水力计算表得，投药管直径为

DN32，相应流速为0.6m/s 。

溶解池的搅拌装置：

每池设搅拌机一台。选用ZJ-700型折桨式搅拌机，功率为4KW,转速为85r/min 。

（3）计量泵

加药采用计量泵湿式投加，总流量为：

31/12 5.13/60.855/855/W m h L h ===

安装3台，两用一备。计量泵型号为J-Z400/2.5，单台的设计流量为427.5L/s 。 （4）药剂仓库计算：

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。

混凝剂选用精制硫酸铝，每袋质量是40kg,每袋的体积为0.5×4×0.2m 3,药剂储存期为30d ，药剂的堆放高度取2.0m 。 ① 硫酸铝的袋数：

公式为：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，4012.53230

0.024231240

N ??=?≈袋。

② 有效堆放面积A ：

公式为：()

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：

()

223120.50.40.2

57.8210.2A m ???=

=?-

1.2.4 反应（絮凝）工艺: 折板絮凝池的设计计算： 1. 设计参数

设计两座,每座设2组,每组设计水量为0.2785m3/s。两组之间的隔墙厚取200mm，采用三段式，总絮凝时间18min，第一段为相对折板,第二段为平行折板,第三段为平行直板。絮凝池布置如下图。

速度梯度G要求由90s-1减至20 s-1左右，絮凝池总GT值大于2×104。絮凝池与沉淀池合建，为配合沉淀池，单座絮凝池实际宽采用14m；絮凝池有效水深H0采用3.8m。

折板絮凝池布置图

2. 设计计算：

（1）第一絮凝区:

设通道宽为1.4m,设计峰速为0.34m/s,则峰距

1

b:

1

0.2785

0.585 0.34 1.4

b m

==

?

,取0.6m。

实际峰速为：

10.2785

0.332/ 0.6 1.4

v m s ==

?

。

谷距2b : 2120.620.355 1.31b b c m =+=+?=。

折板布置如草图，板宽采用500mm ，夹角90°，板厚60mm 。 第一絮凝区布置草图：

侧边峰距3b :3415() 6.940.65(0.3550.04)

1.26322

B b t c b m --+-?-?+=

==

侧边谷距: 43 1.2630.355 1.618b b c m =+=+=

中间部分谷速2v : 20.2785

0.152/1.4 1.31v m s ==?

侧边峰速1v ': 10.2785

0.158/1.4 1.263v m s '==?

侧边谷速2v ': 20.2785

0.123/1.4 1.618v m s '==?

水头损失计算: ① 中间部分:

渐放段损失:

(

)22

2

2

1120.3320.152

10.50.0022229.8

v v h g

δ''--=

=?=?m

渐缩段损失:

22221210.60.3322110.10.00522 1.3129.8v F h F g δ??????????

=+-=+-=???? ? ? ???????????????

?m

按图布置,每格设有12个渐缩和渐放,故每格水头损失:h=12×(0.0022+0.005)=0.0864m 。 ② 侧边部分:

渐放段损失:

2222

121''0.1580.1231'0.50.00025229.8

v v h g δ--==?=?m 。

渐缩段损失:

222'212''1 1.2630.158

2'110.10.00062522 1.61829.8v F h F g δ????????=+-=+-?

=???? ? ??????????????

m 每格共6个渐缩和渐放,故h’=6×(0.00025+0.000625)=0.0053m 。 ③ 进口及转弯损失:

共1个进口,2个上转弯,3个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为H3=1.2米,进口流速取0.3m/s 。进口尺寸为0.9m×1.0m 。

上转弯流速为: 40.2785

0.284/1.4v m s =

=, 下转弯流速: 50.2785

0.166/1.2 1.4v m s ==?

上转弯δ取1.8,下转弯及进口取3.0,则每格进口及转弯损失之和h ''为:

2220.2840.1660.30.29040.2480.27

'' 1.823330.041229.829.829.829.8

h ++=??+??+?==????m

④ 总损失:

每格总损失:

0.08640.00530.04120.1329h h h h m '''=++=++=∑

第一絮凝区总损失: 1220.13290.2658H h m =?=∑＝ 第一絮凝区停留时间: 12 1.4 6.9 3.8

4.39min 0.278560

T ???==?

第一絮凝区平均G 值

:1

199G S -=== （2）第二絮凝区:

采用平行折板,折板间距等于第一区的中间部分峰距即0.6米。通道宽取2.0米。布置形式如下图:

中间部分流速为: 0.2785

0.232/ 20.6

m s

=

?

,

可以.

侧边峰距b3:b3=6.9-6×0.6-7×0.04=3.02m.

由图可知,b3+b3+c=3.02m,故

3.020.355

3 1.3325

2

b m

-

==

侧边谷距b4=b3+c=0.335+1.3325=1.6675m.

侧边峰速'

1

0.2785

0.105/ 2.0 1.3325

v m s ==

?

侧边谷速'

2

0.2785

0.084/ 2.0 1.6675

v m s

==

?

水头损失计算:

①中间部分:

一个90o弯头的水头损失

22

1

0.232

0.60.00165

229.8

v

h m

g

δ

==?=

?

按图布置,共有

18个/每格,则每格水头损失180.001650.0297

h m

=?=.

② 侧边部分

渐放段损失:

'2'2

22

'

121

10.1030.0840.50.0001229.8v v h m g δ--==?=?

渐缩短损失:

22''22'

1122'2 1.33250.105110.10.000262 1.667529.8F v h m F g δ??????????=++=++?

=?? ? ??????????????

每格共有6个渐缩和渐放,故h’=6×(0.0001+0.00026)=0.00216m 。 ③ 进口及转弯损失:

共有1个进口,3个上转弯,4个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为1.2米,进口流速3v 取定为0.2m/s,进口尺寸为0.8m×1.75m,上转弯处流速为

40.27850.199/2.00.7v m s =

=?,下转弯处流速为: 50.2785

0.116/2 1.2

v m s ==?。上转弯δ取

1.8,进口及下转弯取3.0,则每格进口及转弯损失''h 为:

222''

0.20.1990.1160.120.2140.1613 1.83 3.040.025322229.8

h m g g g ++=?+??+??==?

每格总损失为:

'

''

0.02970.002160.02530.0572h h h h

m =++=++=∑.

第二絮凝区总损失为: 2220.05720.1144H h m =?=?=∑ 第二絮凝区的停留时间: 222 6.9 3.8

6.28min 0.278560

T ???==?

平均速度梯度G 值

: 1

254.3G s -=== （3）第三絮凝区:

本区采用平行直板,板厚为84mm,具体布置见下图:

平均流速取0.1m/s,通道宽度为: 0.2785

2.580.1 1.08

m =?,取2.6米。

水头损失:

共1个进口及5个转弯,流速采用0.1m/s, δ=3.0,则单格损失为:

2

0.1630.00922h m g

=??=。

总水头损失为：

30.009220.0184H m =?=

停留时间为:

32 2.6 6.9 3.8

8.16min 0.278560

T ???=

=?

平均G 值为:

1319.11G s -===

（4）各絮凝段主要指标

（5）各絮凝区进水孔

① 第一絮凝区进口流速3v 取0.3/m s ，则第一絮凝区进水孔所需面积为：

2330.278

0.930.3

q A m v =

== 进水孔宽取0.90m ，高取1.03m 。

② 第二絮凝区进口流速3v 取0.2/m s ，则第二絮凝区进水孔所需面积为：

2330.278 1.390.2

q A m v =

== 进水孔宽取1.2m ，高取1.16m 。

③ 第三絮凝区进口流速3v 取0.1/m s ，则第三絮凝区进水孔所需面积为：

2330.278 2.780.1

q A m v =

== 进水孔宽取1.5m ，高取1.86m 。

（6）排泥设施:

排泥采用DN200mm 穿孔排泥管。

1.2.5沉淀工艺设计计算 1．设计参数：

絮凝池设独立的两座，故沉淀池与之相对应，设2座。采用平流沉淀池,每座设计流量为0.557m 3/s 。按沉淀时间和水平流速计算方法计算。

沉淀时间取1.5h,水平流速取12mm/s 。 2．设计计算：

（1）池体设计计算：

池长L ＝3.6vT=3.6×12×1.5=64.8m,取65m 。 池平面面积F ＝22006.25 1.5

911.933.3

QT F m H ?=＝＝ 池宽911.93

14.0365

F B m L =

==，取14m 。 实际有效水深为：2006.25 1.5

3.311465m ?=?取超高0.49m 。则池深为3.8m 。

校核:

L/B=65/14=4.6>4,L/H=65/3.31=19.6>10。

中间设两道250mm 的隔墙将沉淀池分成三格，每格宽为4.5m 。则， 水力半径： 4.5 3.31 4.5 3.31 1.343.312 4.511.12

R m ωχ??=

===?+ 弗劳德数：22

50.012 1.1101.349.8

v Fr Rg -=

==??（Fr 在45110110--?-?之间） 雷诺数：6

0.012 1.34

Re 159********.01110vR

γ

-?=

=

=≈?（一般为4000－15000）

可见,Re Fr 均满足要求。 沉淀池示意见下图。

集水渠穿孔花

墙

配水渠

指型槽

出水斗

沉淀池示意图

（2）沉淀池的进水设计：

进水采用穿孔墙布置，尽量做到在进水断面上水流的均匀分布，避免已

形成的絮体破碎。单座池墙长14m ，墙高3.8m ，有效水深3.31m ，布水墙如下图。

砖砌穿孔布水墙

根据设计手册：当进水端用穿孔配水墙时，穿孔墙在池底积泥面以上0.3～0.5m 处至池底部分不设孔眼，以免冲动沉泥。本设计采用0.5m 。 ① 单个孔眼的面积0w ：

孔眼尺寸考虑施工方便，采用尺寸：15cm×8cm 。200.150.080.012w m =?= ② 孔眼总面积0Ω:

孔眼流速采用10.1/v m s =，2010.557 5.570.1

q m v Ω=== ③孔眼总数0n ：

000 5.57

464.20.012

n w Ω=

==个，取465个。 孔眼实际流速为：'1000.5570.099/4650.012

q v m s n w ===? ③ 孔眼布置：

孔眼布置成8排，每排孔眼数为465858.12559=≈个。水平方向孔眼的间距取160mm ，则计算的水平长度为：59805816014000mm ?+?=。

竖直方向的间距为150mm,最上一排孔眼的淹没深度假定为0.5m ，最下一排孔眼距池底为0.5m ，则竖向的计算高度为：0.1580.1570.50.5 3.25m ?+?++=，可以。

（3）沉淀池的集水系统：

沉淀池的出口布置要求在池宽方向上均匀集水，并尽量滗取上层澄清水，减小下层沉淀水的卷起，目前采用的办法多为采用指形槽出水。 ① 指形槽的个数 ：

N=6

② 指形槽的中心距 ：

14

2.36

B a m N =

=≈ ③ 指形槽中的流量： ④ '300.557

0.093/6

Q q m s N =

=≈，

考虑到池子的超载系数为20％，故槽中流量为：'3001.2 1.20.0930.1116/q q m s ==?=

⑤ 指形槽的尺寸：

槽宽0.40.400.90.90.11160.37b q m ==?=，为便于施工，取0.4b m =。 取堰上负荷为4503/(.)m m d ，则指形槽长度：

96300/2450107L m =?=

6个集水槽，双侧进水。每根槽长：8.92m ，取9.0m 。 起点槽中水深：10.750.750.40.3H b m ==?= 终点槽中水深：2 1.25 1.250.40.5H b m ==?= 为便于施工，槽中水深统一取20.5H m =。 ⑥ 槽的高度：

集水方法采用锯齿形三角堰自由出流方式，跌落高度取0.05m ，槽的超高取0.15m 。则指形槽的总高度320.150.050.70H H m =++=（说明：该高度为三角堰底到槽底的距离）。 ⑦ 三角堰的计算：

a. 每个三角堰的流量1q ，堰上水头取0.08m ，则：

2.47 2.473111.343 1.3430.080.00262/q H m s ==?=

b. 三角堰的个数：

10.557

212.60.00262

q n q =

==个，取213个。三角堰的中心距：936/2)0.5m =（。 ⑧ 集水槽的设计：

集水槽的槽宽'0.40.40.90.90.5570.712b Q m ==?=，为便于施工，取0.8m 。 起点槽中水深：'10.750.750.80.6H b m =?=?= 终点槽中水深：'2 1.25 1.250.8 1.0H b m =?=?=

为便于施工，槽中水深统一取1.0m 。自由跌水高度取0.07m 。则集水槽的总高度为：0.70.07 1.0 1.77H m =++=。 (4)沉淀池排泥：

排泥是否顺畅关系到沉淀池净水效果，当排泥不畅、泥渣淤积过多时，将严重影响出水水质。排泥方法有多斗重力排泥、穿孔管排泥和机械排泥。机械排泥具有排泥效果好、可连续排泥、池底结构简单、劳动强度小、操作方便可以配合自动化等优点。故本设计采用虹吸式机械排泥。 虹吸式机械排泥的设计：

采用SXH 型虹吸式吸泥机，轨距l ＝14000mm ①干泥量()6396300

1000101047.67/2

Q m d -?-?=干＝

假设含水率为98％ ②污泥量()3347.67

2383.5/99.31/198%0.02s Q Q m d m h ====-干

③吸泥机往返一次所需的时间：

22651301

l t min v ?=

==（桁架行进速度1/min v m =） ④虹吸管计算：

设吸泥管管数为10根，管内流速为1.5m/s 。单侧排泥最长虹吸管长为18m 。采用连续式排泥，管径为：

48.34D mm ===

选用DN50水煤气管299.31

3600

1.4/0.05104

v m s π=

=???。

⑤吸口的断面确定：

吸口的断面与管口断面相等。已知吸管的断面积221

0.050.0024

A m π=??=。

设吸口宽度0.002

0.010.2

A b m l === ⑥吸泥管管路水头损失计算：

进口10.1ξ=，出口21ξ=，90o弯头3 1.9752ξ=?个，则局部水头损失为：

()2

1.40.11 1.97520.5129.8

j h m =++??=?

管道部分水头损失：含水率为98％，一般为紊流。

22

018 1.40.0260.93620.0529.8lv h m D g λ?=?=??管＝

总水头损失：0.510.936 1.446j h h h m =+=+=管

考虑管道使用年久等因素，实际 1.3 1.3 1.446 1.88H h m ==?=

(5)放空管管径确定：

沉淀池放空时间取3h ，则放空管管径为：

0.328d m ==， 取DN350。

1.2.6过滤工艺：V 型滤池的设计计算： 1. 设计参数：

设计水量（包括7%水厂自用水量）为：4339.6310/ 1.11/Q m d m s =?= 设计滤速采用12/v m h =，强制滤速v '≤20/m h 。

滤池采用单层石英砂均粒滤料，冲洗方式采用：先气冲洗，再气-水同时冲洗，最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间，参数具体如下：

（1）冲洗强度

第一步气冲冲洗强度()2116/.q L s m =气；第二步气-水同时反冲洗,空气强

度()2216/.q L s m =气,水冲洗强度()2

1 4.0/.q L s m =水；第三步水冲洗强度()226/.q L s m =水。

（2）冲洗时间

第一步气冲洗时间3min t =气,第二步气-水同时反冲洗时间4min t =气水,

单独水冲时间5min t =水；冲洗时间共计为: 12min 0.2t h ==；冲洗周期48T h =,反冲洗横扫强度为()22.0/.L s m 。 2. 设计计算： （1）池体设计:

①滤池工作时间t '：

'2424

24240.223.948

t t h T =-?

=-?=(式中未考虑排放初滤水)。 ②滤池总面积F:

2'

96300335.81223.9

Q F m vt =

==? ③滤池分格:

选双格V 型滤池,池底板用混凝土,单格宽 3.5B m =单,长12L m =单,面积42m 2,

共四座,每座面积284f m =,总面积336m 2.

④校核强制滤速'v :

'412

16/20/141

Nv v m h m h N ?=

==<--的要求。 ⑤滤池的高度确定:

滤池超高60.3H m =,滤层上水深5 1.5H m =,滤层厚度4 1.0H m =。承托层厚取

30.1H m ＝。滤板厚参考滤板用0.05m 厚预制板,上浇0.08m 混凝土层,故取20.13H m =。滤板下布水区高度取10.9H m =。

滤池的总高度为:

1234560.90.130.1 1.0 1.50.3 3.93H H H H H H H m =+++++=+++++= ⑥水封井的设计:

滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95-1.35mm,不均匀系数1.2-1.6。均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:

()2

2

003

0011180m H l v g

m d ν

?-??

?=?

?

???

清 式中: H ?-清水流通过清洁滤料层的水头损失,cm;

2,/,cm s ν-水的运动黏度20℃时为0.01012/;cm s

22,981/g cm s -重力加速度; 0;0.5;m -滤料孔隙率取

0,,0.1.d cm cm -与滤料体积相同的球体直径根据厂家提供的数据 0100;l cm -=0滤层厚度,cm,l

/,12/0.33/;v cm s v m h cm s -==滤速，

?-滤料颗粒球度系数，天然砂粒为0.75-0.8,取0.8.

所以()2

2

310.50.010*********.3319.119810.50.80.1H cm -??

??????≈ ????

清＝