1、 水质工程学课程设计学生姓名： 学 号： 班 级： 指导老师： 20xx 年 6 月目录1 任务指导 .11.1 课程设计教学目的及基本要求 11.2 设计内容 11.3 设计资料 21.3.1 水源和水质 .21.3.2 城市规划与供水规模 .21.3.3 供水水质及水压 .21.3.4 气象 .22 总体设计 32.1 净水工艺流程的确定 32.2 处理构筑物及设备型式选择 32.2.1 药剂溶解池 .32.2.2 混合设备 .42.2.3 絮凝池 .52.2.4 沉淀池 .62.2.5 滤池 72.2.6 消毒方法 .93 混凝沉淀 .103.1 混凝剂投配设备的设计 103.1.1 溶
2、液池 .113.1.2 溶解池 .123.1.3 投药管 .133.2 混合设备的设计 133.2.1 设计流量 143.2.2 设计流速 143.3.3 混合单元数 .143.2.4 混合时间 143.2.5 水头损失 153.2.6 校核 GT 值 153.3 折板絮凝池的设计 153.3.1 设计水量 .153.3.2 设计计算 .153.3.3 折板絮凝池布置 .224 斜管沉淀池设计计算 .224.1 设计流量 234.2 平面尺寸计算 234.2.1 沉淀池清水区面积 .234.2.2 沉淀池长度及宽度 .234.2.3 沉淀池总高度 .244.3 进出水系统 244.3.1 沉淀
3、池进水设计 .244.3.2 沉淀池出水设计 .254.3.3 沉淀池斜管选择 .264.3.4 沉淀池排泥系统设计 .264.3.5 斜管沉淀池布置 .264.4.6 核算 .275 V 型滤池 .285.1 平面尺寸计算 285.2 进水系统 305.2.1 进水总渠 .305.2.2 气动隔膜阀口的阀口面积 .305.2.3 进水堰堰上水头 315.2.4 V 型进水槽 315.2.5 V 型槽扫洗小孔 325.3 反冲洗系统 335.3.1 气水分配渠 .335.3.2 配水方孔面积和间距 .335.3.3 布气圆孔的间距和面积 .345.3.4 空气反冲洗时所需空气流量 .345.3
4、.5 底部配水系统 .355.4 过滤系统 355.5 排水系统 355.5.1 排水渠终点水深 .365.5.2 排水渠起端水深 .365.6 滤池总高度 376 消毒处理 .386.1 消毒方法的选择 液氯消毒 .386.2 加氯量计算 .396.3 加氯设备的选择 396.3.1 自动加氯机选择 .396.3.2 氯瓶 .396.3.3 加氯控制 .396.4 加氯间和氯库 406.5 加氯间的布置注意事项 407 其他设计 417.1 清水池的设计 417.1.1 平面尺寸计算 417.1.2 管道系统 427.1.3 清水池布置 .447.2 吸水井的设计 457.3 二泵房的设计
5、457.3.1 泵的选型 .457.3.2 泵房平面布置 .468 水厂总体布置 .478.1 厂址的选择 478.2 水厂平面布置 478.2.1 生产区的布置 488.2.2 生活区的布置 .488.2.3 道路和绿化 .498.2.4 水厂管线布置 .498.2.5 水厂平面布置示意图 .508.3 高程布置 508.3.1 处理构筑物水头损失 .518.3.2 构筑物之间的水头损失 .518.7.3 高程计算 53参考资料： .5401 任务指导1.1 课程设计教学目的及基本要求通过课程设计，使学生熟悉并掌握给水厂的设计内容、设计原理、方法和步骤，学会根据设计资料正确计算,正确地选定设
6、计方案，具备设计城镇水厂的初步能力。要求学生对水厂总体布置的设计思想，从工艺流程、操作联系、生产管理以及物料运输等各方面考虑，而进行合理的布置设计。掌握设计说明书、计算书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。1.2 设计内容1 处理工艺流程的确定；2 正确计算供水量；3 水处理构筑物型式的比较与选择，拟定各构筑物的设计流量；构筑物的设计计算并绘草图； 4 确定混凝剂品种、投加量及投加方式、投加设备；5 选择消毒剂品种、投加量及投加方式、投加设备；6 确定水厂其它建、构筑物尺寸；7 进行水厂平面及高程布置；8 绘制本设计指定的技术图纸；19 完成设计计算、说明书1.3 设计资料1.3.1 水源和
7、水质1 水源：河水 2 水质：水质符合地面水环境质量标准二级标准1.3.2 城市规划与供水规模规划到 2020 年，城市人口规模为 5 万人，日工业产值 300 万元，万元产值耗水量 120m3/万元，综合生活用水量标准 230L/人d（最高日），未预见及管网漏失量 20Q 最高日计。据省计划委员会批文及近远期需水量预测，确定本工程供水规模为 6 万 m3/ d。1.3.3 供水水质及水压水厂出厂水质统一按现行国家生活饮用水卫生标准考虑。水厂出厂水压为 0.4MPa，以满足接管点处服务水头 0.28MPa。1.3.4 气象该市属亚热带季风湿润气候，特征为：气候温和，雨水充沛，光照充足，四季分明
8、，冬夏长，春秋短，无霜期长，全年主导风向为北风，68 月多为南风。22 总体设计2.1 净水工艺流程的确定根据地面水环境质量标准（GB383802），原水水质符合地面水类水质标准，除浊度、菌落总数、大肠菌数偏高外，其余参数均符合生活饮用水卫生标准（GB57492006）的规定。水厂以地表水作为水源，工艺流程如图 1 所示。原 水 混 合 絮 凝 沉 淀 池 滤 池混 凝 剂 消 毒 剂 清 水 池 二 级 泵 房 用 户图 1 水处理工艺流程2.2 处理构筑物及设备型式选择2.2.1 药剂溶解池1 为便于投加药剂，溶解池高程一般以在地平面以下为宜，池顶高出地面 0.20m 左右，。2 溶解池的
9、底坡不小于 0.02m，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。3 溶液池一般采用钢筋混凝土池体，内壁需进行防腐处理。4 投加量较小时，也可在溶液池上部设置淋浴斗以代替溶药池，3使用时将药剂置于淋浴斗中，经水力冲溶后的药剂溶液流入溶液池。5 投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵，不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。2.2.2 混合设备 混合设施比较：混合设施 优点 缺点 使用条件水力混合 构造简单难适应水质和水量的变化，占地面积少目前已很少使用水泵混合混合效果好，不需要另建混合设施，
10、节省动力备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂适用于一级泵房离处理构筑物 120m 以内的水厂管式混合占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便运行水量变化影响效果，水头损失大适用于水量变化不大的各种规模的水厂机械混合混凝效果好，水头损失较小需耗动能，管理维护较复杂，适用于各种规模的水厂4需建混合池使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高。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。2.2.3 絮凝池常用絮凝池的比较： 形式 优缺点 适用条件往复式优点：1、絮凝效果较好2、结构简单，施工方便缺点：1、絮
11、凝时间较长2、水头损失较大3、转折处絮粒易破碎4、出水流量不易分配均匀1、水量大于30000m /d 的水厂32、水量变动小隔板絮凝池回转式优点：1、絮凝效果较好2、水头损失较小3、构造简单，管理方便缺点：出水流量不易分配均匀1 水量大于 30000m /d3的水厂2、水量变动小3、适用于旧池改建和扩建折板絮凝池优点：1、絮凝时间较短2、絮凝效果好水量变化不大的水厂5缺点：1、构造较复杂2、水量变化影响絮凝效果网格絮凝池优点：1、絮凝时间较短2、絮凝效果好3、构造简单缺点：水量变化影响絮凝效果水量变化不大的水厂单池能力以 1.0-2.5万 m3/d 为宜机械絮凝池优点：1、絮凝效果较好2、水头
12、损失较小3、可适应水质、水量的变化缺点：需机械设备和经常维修大小水量均适用，并适用水量变化较大的水厂综上比较，选用折板絮凝池。相比其他絮凝池，折板絮凝池对水质水量适应性强，停留时间短，絮凝效果好，又能节约絮凝药剂。2.2.4 沉淀池原水经投药、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。常用沉淀池的比较：沉淀池 平流式 斜管式6优点 1、造价较低2、操作管理方便，施工较简单3、对原水浊度适应性较强，潜力大，处理效果稳定4、带有机械排泥设备时，排泥效果好1、沉淀效率高2、池体小，占地少缺点 1、占地面积较大2、不采用机械排泥装置时，排泥较困难3、需维护机械
13、排泥设备1、耗材较多，老化后尚需更换，费用较高2、对原水浊度适应性较平流池差3、不设机械排泥装置时，排泥较困难；机械排泥时，维护管理较麻烦使用条件一般用于大中型净水厂 1、可用于各种规模水厂2、宜用于老沉淀池的改造，扩建和挖槽3、适用于需保温的低温地区4、单池处理水量不宜过大设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相比之下，平流7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。2.2.5 滤池常用滤池的比较：滤池类型 优点 缺点 适用条件普通快滤池材料易得，价格低；大阻力配水系统，单池
14、面积较大，可采用减速过滤，水质好阀门多，价格高，易损坏，需设有全套冲洗设备般用于大中水厂，单池面积不宜大于 1002mV 型滤池 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采用均质滤料，滤层较厚，滤料较粗，过滤周期长适用于大中型水厂虹吸滤池 不需大型阀门，易于自动化操作，管理方便土建结构复杂，池深大单池面积小，冲洗水量大；等速 适用于中型水厂，单池面积不宜大于 25-302m8过滤，水质不如变速过滤双阀滤池 材料易得，价格低，大阻力配水系统，单池面积可大， 可采用减速过滤，水质好，减少两只阀门必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备适用于
15、中型水厂，单池面积不宜大于 25-302m移动罩滤池造价低，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适用于大中型水厂，单格面积小于 10 2m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 4060%，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9用寿命，减少了滤池补砂
16、、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 V 型滤池。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。采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。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。3 混凝沉淀3.1 混凝剂投配设备的设计混凝剂的投
17、加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我10国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺流程如图 1 所示。图 1 湿投法混凝处理工艺流程本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。由于缺少必要的条件，所以参考分析相似水源有关水厂的经验数据，药剂投加如下表 1 所示。表 1 水厂投加药剂参考数值混凝剂投加量(mg/L) 助凝剂投加(mg/L)取水水源原水悬浮物含量(mg/L)混凝剂种类最高 最低 活化硅酸河水 1001000聚合氯化铝50 10 2聚合铝，包括聚合氯化铝（PAC）
18、和聚合硫酸铝（PAS）等，具11有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂最大投加量为 50mg/L。3.1.1 溶液池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：cnaQW4172式中 W 2溶液池容积，；Q处理水量，m 3/h；a混凝剂最大投加量，mg/L,取 50mg/L；c溶液浓度，5%-20%,取 15%；n每日调制次数，取 n3。代入数据得：32 m2.715407cnaQW溶液池设置两个，每个容积为 3.62m3，一备一用，以便交替使
19、用，保证连续投药。取有效水深 H11.0m，总深 HH 1+H2+H31.0+0.2+0.11.3m（式中 H2为保护高，取 0.2m；H 3为贮渣深度，取 0.1m）。溶液池形状采用矩形，尺寸为长宽高4.2m2m1.3m。123.1.2 溶解池（1）溶解池容积 W2=(0.20.3)W 1,取 0.3，即W2=0.3W1=0.37.23=2.17m3 （2）溶解池一般取正方形，有效水深 H11.0m，则：面积 FW 1/H1,边长 aF 1/21.47m；取边长为 1.5m。溶解池深度 HH 1+H2+H31.0+0.2+0.11.3m（式中 H2为保护高，取 0.2m；H 3为贮渣深度，取
20、 0.1m）。和溶液池一样，溶解池设置 2 个，一用一备。（3）溶解池的放水时间采用 t10min，则放水流量s/62.3107t610 LWq查水力计算表得放水管管径 d0=50mm，采用塑料给水管；溶解池底部 d=100mm 的排渣管一根。smsdQ/0.1/84.)105(4.362v2320 设计流速 v=2.09m/s，i=94.31。（4）溶解池搅拌装置采用机械搅拌，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sLWq /17.03624.736024113查水力计算表得投药管管径 d25mm，实际流速为 0.35m/s。3.2 混合设备的设计在给排水处理过程中原
21、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，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。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：具有高效混合、节约用药、设备小等特点，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%，构造如图 2 所示：原 水 管 道 药 剂 混 合 单 元 体静 态 混 合 器图 2 管式静态混合器3.2.1 设计流量Q=6.51 万 m3/d=2713m3/h=0.754m3/
22、s143.2.2 设计流速静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速 v=1.0m/s，则管径为：mvQD980.014.375采用 D=1000mm，则实际流速 v=0.96m/s。3.3.3 混合单元数41.296.0336.2.05.3.5.0DvN取 N=3，则混合器的长度为：m3.1.1.L3.2.4 混合时间s4.396.0vLT3.2.5 水头损失m20.39.826014.g243.12h0 NvDgv3.2.6 校核 GT 值130.74.10.298sThG在 7001000s -1 之间，符合设计要求。GT=707.03.44=2432.082000水力条件符合设计要求。 1
23、53.3 折板絮凝池的设计3.3.1 设计水量折板絮凝池设两个系列smhQ/37.0/5.136273.3.2 设计计算折板絮凝池每个系列设计成 4 组。（1）单组絮凝池有效容积TQV1式中，V-单组絮凝池有效面积Q1-单组设计处理水量T-絮凝时间，一般采用 1015min设计中取 T=12min，38.6712045.3mV（2）絮凝池长度BHL式中，L-絮凝池长度H-有效水深B-单组池宽设计中取 H=3.2m，B=6m，则16，取 3.6m。mL53.62.87 絮凝池长度方向用隔墙分成三段，首段和中段、末段的各格格宽均为 0.6m，末段格宽为 1.2m，隔墙厚为 0.15m，则絮凝池总长
24、度为：mL35.41.056.3（3）各段分格数与斜管沉淀池组合的絮凝池池宽为 24.0m，用三道隔墙分成四组，每组池宽：mB875.4)1.032( 首段分成 10 格，则每格长度:l 06.110)5.87.5(21 首段每格面积：2163mf通过首段单格的平均流速：sfQqv/148.063.9411中段分成 8 格，末段分成 7 格，则中段、末段的各格格长、面积、平均流速分别为：m36.18/)5.037.5(2l，22.6.10f sv/15.02.9471.0/)5.87.52 （l17，2385.071.2mf smv/10.852.0943（4）停留时间计算首段停留时间计算：T
25、1=103.20.148=216.2s3.60min中段停留时间计算：T2=83.20.115=222.6s3.71min末段停留时间计算：T3=73.20.110=203.6s3.39min实际总停留时间T=T1+T2+T3=3.60+3.71+3.39=10.70min（5）隔墙孔洞面积和布置水流通过折板上下转弯和隔墙上过水孔洞流速，首、中、末分别为 0.3m/s、0.2m/s 和 0.1m/s，则水流通过各段每格隔墙上孔洞面积为：，取 0.3m2 ，孔宽为 1.0，则孔高为21km31.0.94f0.3m，实际通过首段每格隔墙上孔洞流速为：sk /31.0.94v1，取 0.5m2 ，孔
26、宽为 1.0，则孔高为22km7f0.5m，实际通过中段每格隔墙上孔洞流速为：18smk /18.05.94v2，取 0.95m2 ，孔宽为 2.0，则孔高为23kf0.48m，实际通过末段每格隔墙上孔洞流速为：smk /09.5.4v2孔洞在隔墙上上、下交错布置。（6）折板布置折板布置首段采用峰对峰，中段采用两峰对齐，末段采用平行直板。折板间距采用 0.4m。（7）水头损失计算相对折板gv25.0h11式中，h 1-折板渐放段水头损失v1-峰处流速，一般取 0.250.35m/sv2-谷处流速，一般取 0.100.15m/s设计中取 v1=0.3m/s，v 2=0.12m/sm0385930
27、5.h21g2.12VF式中，h 2-折板渐缩段水头损失F1-相对峰的断面积19F2-相对谷的断面积设计中取 F1=0.56m2,F2=1.06m2m037.81.906.5h2 gvi203式中，h i-转弯或孔洞的水头损失 3-阻力系数v0-转弯或孔洞流速，为 0.204m/sihhn)(21式中，h-首段相对折板总水头损失n-折板水流收缩和放大次数，共 40 次 mh 312.04.08.1)082.136.0(4 ）（平行折板gvh26.0式中，h-折板水头损失v-板间流速，一般采用 0.150.25m/s设计中取 v=0.18m/sm09.81.26.0hgvi3i式中，h i-上、
28、下转弯或孔洞时的水头损失20vi-转弯或穿过孔洞时的流速设计中取 vi=0.203m/s上转弯时： mi 0378.1.928.h下转弯或孔洞时： i 42.2ihn式中，h-平行折板总水头损失n-90转弯次数，共 24 次ni-上、下转弯处的水头损失mh 084.)2.0378.(084.2平行折板g2vh3式中，h-转弯水头损失v-平均流速，一般采用 0.050.1m/s设计中 v=0.1m/sm0153.892.3h(n 为 180转弯个数）n.6.7折板絮凝池总水头损失h2 =相对折板+平行折板+平行直板=0.312+0.084+0.011=0.407m(8)G 值和 GT 值21首段
29、 G 值和 GT 值Th6011式中，G 1-首段速度梯度-水的密度h1-首段水头损失-水的动力黏度T-反应时间设计中取 h1=0.312m， （水温 t=20s时），sPa10.84=-3h1=0.312m，T 1=3.6min13-11 8.76.1084.62.0shGsT75.3871中段和末端 G 值和 GT 值分别为：13-22 .97.1084.6.0 sThs71.39213-33 2.79.1084.6.0 sThGs5.9.273折板絮凝池总 G 值和 GT 值13- s07.25.1084.167.T.6925223.3.3 折板絮凝池布置在絮凝池各段每格隔底部设 200
30、mm200mm 排泥孔，池底 2.0坡度坡向沉淀池，管径 DN200。折板絮凝池布置图 3 所示：图 3 折板絮凝池4 斜管沉淀池设计计算4.1 设计流量设置两个斜管沉淀池，单个沉淀池设计水量： shQ/m37.0/5.13627沉4.2 平面尺寸计算4.2.1 沉淀池清水区面积q沉QA式中，A-斜管沉淀池的表面积q-表面负荷，一般采用 9.011.0m 3/(m2h)23设计中取 q=10m3/(m2h)2m5.160.A4.2.2 沉淀池长度及宽度设计中取沉淀池长度 L=24m，则沉淀池宽度：设计中取 6m。m69.524.13LAB为了配水均匀，进水区布置在 24m 长度方向一侧，在 6
31、m 的宽度中扣除无效长度约 0.5m，则净出口面积：11)5.0(KLBA式中，A 1-净出口面积k1-斜管结构系数，取 1.32m.1803.4)56(4.2.3 沉淀池总高度54321hhH式中，H-沉淀池总高度h1-保护高度，一般采用 0.30.5mh2-清水区高度，一般采用 1.01.5mh3-斜管区高度，斜管长度为 1.0m，安装倾角 60，则 h3=sin60=0.87mh4-配水区高度，一般不小于 1.01.5mh5-排泥槽高度24设计中取 h1=0.4m，h 2=1.2m，h 4=1.4m，h 5=0.83mH=0.4+1.2+0.87+1.4+0.83=4.7m4.3 进出水
32、系统4.3.1 沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积vQA2式中，A 2-孔口总面积v-孔口流速，一般取不大于 0.150.20m/s设计中取 v=0.18m/s2209.18.37mA每个孔口的尺寸定为 15cm8cm，则孔口数为 175 个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。4.3.2 沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔流速 v1=0.6m/s，则穿孔总面积：13vQA式中，A 3-出水孔总面积23m63.0.7设每个孔口的直径为 4cm，则孔口的个数25FAN3式中，F-每个孔口的面积， 22m0156.4.F个50216.设每条集水槽的宽度为 0.4m，间距 1.5m，共设 10 条集水槽，每条集水槽一 侧开孔数为 40 个，孔间距为 20cm。10 条集水槽汇水至出水总渠，出水总渠宽度 0.8m，深度 1.0m。出水的水头损失包括孔口损失和集水槽内损失。孔口损失gvh21式中， -孔口水头损失1-进口阻力系数，取 =2m037.8926.1h集水槽内水深取 0.4m，槽内水流速度为 0.38m/s，槽内水力坡度按 0.01 计，槽内水头损失：il2h式中， -集水槽内水头损失i-水力坡度l-集水槽长度设计中取 i=0.01，l=10m1.0.2h出水总水头损失：，设计中取为 0.15mm137.0.21
