1、- -355斜管沉淀池摘 要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们对饮用水水质和水量的要求也越来越高。给水工程直接关系到国家的发展和社会的安定。本次设计题目是东北地区 A 城市给水工程设计，它包括取水工程，净水工程和输配水工程。A 城市有丰富的地表水资源，结合城市的近远期发展最终确定本次设计就近取用地表水作为水源；并根据地形选择了两套供水方案，通过经济比较最终选定分区给水方案为最佳方案。净水厂采用了传统净水工艺：混凝、沉淀、过滤、消毒，出水能够达到饮用水要求。最后，对整个工程进行总概算，确定制水成本和年折算费用值，作为工程投产的参考。全文对整个设计作了说明，是所绘图纸的依据。关键词: 地表
2、水水源；传统工艺；总概算Abstract：With the development of economic and the improvement of peoples life, the requirement of drinking water has become more and more strict. Water supply engineering directly relates to the development of nation and stability of society. The aim of the work is to design a water supp
3、ly system for City A in the Northeast, which contain water intake engineering, water treatment engineering and water carrying engineering. City A has abundant surface water so that surface water is designed as the resource for City A. I design two different projects as the net works and independent
4、water supply system is considered as the better one, according to the results of the economy and technology comparison. Traditional treatments are used in water treatment plant, including coagulation, sedimentation, filtration and defection. It can meet the norm of drinking water quality. At last, i
5、t is the balance budget of the whole engineering and running cost per year, which is the reference of putting into production. Design drawings are made later according the whole work.Key word: surface water resource; traditional treatment; balance budget - -3561 引 言水和空气一样，是人类赖以生存的必要因素，水在人类生活和生产中的作用是
6、不言而喻的。 随着人类的进步和工农业生产的发展，人们逐渐认识到，水并不是取之不尽用之不竭的资源，而是人类社会正面临的紧缺资源。日益严重的水资源短缺和严重的水环境污染困扰着国计民生，而且也已成为制约社会经济可持续发展的主要因素，直接关系到国家的发展和社会的安定。毕业设计就是模拟实际工程的设计原始资料，以实际工程设计中的初设要求与规则为设计准则的一次实战。本次的设计题目是东北地区 A 城市的给水工程，它包括取水工程、净水工程以及输配水工程。设计内容包括：（1） 城市给水管网的扩初设计；（2） 取水构筑物的设计计算；（3） 净水厂工艺部分的设计计算；（4） 二级泵站的设计计算；（5） 城市给水工程的
7、总概算和成本估计。- -3572 供水方案的确定2.1 方案的提出A 城市位于我国东北地区，城市整体布置合理，街道整齐，适合居住，最高日用水量 121670.22m/d。一条河流分布在城市的西南边，自西北向东南方向流去，水量充沛，水质良好，拟作为 A 市的饮用水水源。该城市呈狭长形状发展，地形由西南向东北逐渐升高，河流处于城市地势最低处。一条铁路贯穿城市南北，作为天然障碍将整个城市划分为两个区，各区人口密度适中，每区的楼层数和卫生设备情况略有不同，由此可以提出方案一：分区给水（并联分区） 。另外，从所给原始数据可以看出，A 城市的工矿企业等几种用水量不是很大，对水压有无特殊要求，且 A 城市属
8、于总小型城市，故可采用方案二：统一给水系统，即用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水。中小城市及城镇均可采用这种形式，其优势比较突出：集中供水，节约占地面积，节省基建投资，而且便于维护管理。2.2 方案的技术经济比较两种方案管网布置形式大体是相同的，所采用的处理工艺和管理方式也是相同的。因此两种方案的主要区别在于输配水管道的费用和泵站内的电耗。在第二方案中，水厂采取靠近用户端也 是为了节省输水管的造价。经过计算比较发现分区给水在经济上占有明显的优势，具体结果见表 1-1。表 2-1 分区给水与统一给水的经济比较项 目 基建总投 年经营费 制 水 成 本 年费用折算- -358资(万 元)(万
9、 元) (元/吨) 值(万 元)统一供水 21 300 3 155.1 0.92 4 575.1分区供水 19 655.9 2 564.1 0.75 3 874.5从技术上讲，统一给水管网前端流量和压力较大，漏失率较高，供水安全性较差，一旦前端出现问题，整个城市管网都会受到影响。在一二区相连处需要至少两根给水管穿越铁路，造价是普通铸铁管的 4 倍。分区给水减少了低压区不必要的能量浪费，供水安全性较统一给水要高，而且整体管径要比统一给水的相应管径小，基建费用少。分区给水避开了穿越铁路，免除顶管施工。综上说述，最终确定分区给水为 A 城市的供水系统。- -3593 取水工程的设计本次设计采用岸边式
10、取水构筑物，取水口设在城市的上游主流近岸处。由于最高水位与最低水位相差 8m，因此进水间采用两层进水口，设计流量为 1.479m3/s；集水间与泵房合建，底板呈矩形布置，便于沉井施工；为了减小泵房埋深，水泵采用真空引水方式；为了减小泵房面积，联络管设置在泵房外的阀门井内。泵房内共 3 台泵，1 台 300S32，2 台 800S32，备用大泵。- -3604 净水工程的设计4.1 稳压井为了均匀分配流量，在净水厂的前端设有稳压井，原水在稳压井内停留3min 后，有三条出水管分别与管式静态混合器相连。稳压井直径 7m，地面以上高 5m，地面以下 2.5m。4.2 网格絮凝池原水首先在距絮凝池 3
11、5m 外的管式静态混合器中与投加的 PAC 进行充分混和，然后进入絮凝池。目前采用较多的两种絮凝池是网格絮池和机械絮凝池，由于机械絮凝池的维修量大大增加，国内采用较少。网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，一般为 1015min ，本次取 13min。根据水量要求，共设3 组絮凝池，每组两个，共用一根进水管。每个池子共 25 格，均匀分成三段，前段网格 19 层，中段网格 8 层，末端不设，上下两层间距 70cm。经验证，平均速度梯度 G 值达 1075s ，使 GT 值达到 ，符合要求。1 5410在絮凝池底部留有 0.6m 的积泥区，通过设在池底的穿孔排泥管进行排泥。4.3 斜管沉淀
12、池在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使颗粒去除率提高。因此本设计采用斜管沉淀池，来增加沉淀面积。沉淀池尺寸大小：LB=10m8m 为了与絮凝池相对应，沉淀池采用短边一侧进水。由于长宽比不是很大，对沉淀效果影响不明显。设计参数：（1）颗粒沉降速度 u0=0.5mm/s- -361（2）表面负荷 q=10m3/(m2h)=2.78 mm/s；（3）清水区上升流速取 v=2.5mm/s；（4）斜管倾角为 60，内切圆直径 d=25mm，管长 1000mm.。絮凝池与沉淀池通过 1.5 m 宽的过渡段来连接，过渡段底部坡向沉淀池。沉淀池采用穿孔花墙配水， ，配水区高度 1.5m。沉淀池出s
13、v/10.孔水采用穿孔集水槽收集汇入总槽。本次设计采用穿孔管排泥，根据积泥曲线，与进水方向垂直布置 6 根排泥管，间距 1.65m。沉淀池的排泥不作处理，干化后外运。沉淀池的排泥管和放空管集为一体。4.4 滤池为了应对紧急事故的发生，本次设计将普通快滤池改造成无烟煤石英砂双层滤料滤池。双层滤料滤池含污能力大，滤速较大，过滤周期长。期设计参数：滤速取 v=12 m/h，冲洗强度 =14 L/sm，砂层膨胀率取 45%，无烟煤膨胀率取 55%。冲洗周期为 24 h，冲洗时间取 t=6 min。根据水量要求，共设计了 12 座滤池，分两排布置，共用一个管廊。管廊中，除了排水渠之外，全部采用铸铁管连接
14、。滤池的反冲洗采用水冲洗，配水系统为穿孔管大阻力配水系统，冲洗水由反冲洗水塔供给。反冲洗水塔在满足水头的前提下，应尽量的呈扁形，保证反冲洗出流稳定。反冲洗水塔的水由两台 IS150-125-250B 的清水泵直接从滤池的出水总管上抽水供给。4.5 清水池本次设计共有 4 座清水池，具体尺寸为：- -362LBH=37.737.74.8m，有效水深 4.5m。为了满足 30min 消毒接触时间，设置了 4 道导流墙。池顶通风孔机检修空的个数根据标准图集选定。4.6 投加药剂本次设计采用的混凝剂是聚合氯化铝（PAC） ，由于无需水解，对 PH值的适应性较广，腐蚀性小，投药量少，效果显著。投药量按相
15、近城市相似水体，相近浊度时所用的混凝剂及其投量，因为设计地区为东北 A 市，且浊度为 280NTU，则选定大庆水体作为参照，混凝剂用聚合氯化铝，最大投加量为 45.4mg/L，最小投量 6.7mg/L，平均投量31()nmnAlOHCl14.3mg/L。加药间里，设有 3 座溶解池，2 用 1 备。池的一角设有栅格，拦截药渣。设有溶液池 2 座，1 用 1 备。投加和计量选用 4 台 型隔膜计量1.6/JWM泵来完成，3 用 1 备。药库设有半个月的储量。4.7 消毒剂本设计采用液氯消毒，它消毒效果好，而且具有余氯的持续消毒作用；成本低，来源广泛。投氯量采用 1.0mg/L，管网末梢的余氯量为
16、0.05mg/L，接触时间不小于 30min。本次设计储存了半个月的加氯量，寻半个月更换一次滤瓶。滤瓶在使用过程中要留有一定的余量，以免发生腐蚀和爆炸。- -3635 二泵站二泵站是净水工程与输配水工程的纽带，将日平均流量转化为符合供水变化曲线的流量，从而满足用户的要求。由于分区供水，水泵数量较多，泵房内有 3 种型号的水泵，共 8 台。2 台 300S32 和 2 台 350S44 供给一区用水，1 台 350S44 和 1 台 500S59A 供给二区用水，两区个备用 1 台大泵。一二区之间设有连接管，管上设有 2 个电动闸阀，在事故时开启。与取水泵站相同，采用真空泵引水。当选用水泵的型号
17、不同时，应特别注意压水管在同一标高上。- -3646 总概算和成本估计该市供水工程为分区供水工程，水厂设计日供水量为 121670.22m/d，构筑物主要采用容积指标和面积指标来计算经济造价，水量指标进行校核。输配水管采用铸铁管，石棉水泥接口，埋深 2m。过河过铁路的管道工程直接费是相同条件下不穿铁路的四倍。基建费用等于工程直接费和工程间接费之和。经计算，基建费用为 19214.16 万元，年经营费用为 2433.51 万元，制水成本 0.71 元/吨。- -365结 论经过四个月的紧张工作，在袁一星老师的精心指导下，终于圆满完成了对东北地区 A 城市给水工程设计。在这四个月来的设计过程中，重
18、温了大学四年所学的专业知识，是对所学的专业课知识的一次全面系统的应用。本次设计的成果：最终确定 A 城市就近取用地表水作为水源，采用分区给水的管网布置形式，通过网格絮凝池，斜管沉淀池，双层滤料的普通快滤池，清水池消毒，最终由二泵站输送至用户。书面成果：说明书一份，十三张初步设计图纸。- -366参考文献1 世界资源研究所，联合国环境规划署，联合国开发署.世界资源报告（19941995 ）：5-282 姚重华.混凝剂与絮凝剂.1991：25-343 刘俊良，石心刚.给水排水工程技术经济实例分析与应用.2004：25-35 4 郑书忠.水处理药剂及其应用.2003：50-755 高湘. 给水工程技
19、术及工程实例.2002：5-906 哈尔滨建筑大学给排水教研室.给排水专业毕业设计参考图集.1998：46-807 给排水专业毕业设计参考图集 ，哈尔滨建筑大学给排水教研室8 James W. Mercer, David C. Skipper, Daniel Giffin. Basics of Pump andTreat Surfacewater Remediation Technology. EPA-600/8-90/003,USA: 9 WWA,American Society of Civil Engineers, Water Treatment Plant Design.3 rd Ed
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21、 Coagulation and Sedimentation of Particles. Journal of Colloid and Interface Science.February 14, 2001:5-8- -367设有一理想沉淀池，池窖 V，表面积 A，池长 L，宽=B，高=H ，处理水量Q，停留时间 t，沉降速度 U0。则 V=Qt，H=Uot，Q=Uot/H=U0A 。由浅池沉淀原理可知：沉淀效率仅为沉淀池表面积的函数，而与水深无关。当沉淀池容积为定值时，池子越浅则 A 值越大，沉淀效率越高。所以，如果将沉淀池按高度分隔为 n 层，即分隔为 n 个高度为 h=H/n 的浅层沉降单元，在 Q 不变的条件下，颗粒的沉降深度由 H 减小到 H/n，则沉淀池中可被完全除去的颗粒沉速范围由原来的 u U0 扩大到 u U0/n ，沉速 uU0的颗粒中能被除去的分率也由 u/U0 增大到 nu/U0，从而使该沉淀池悬浮颗粒去除率比原来增大了 n 倍。显然，分隔的浅层数越多，去除率也相应提高。将这一原理可制成斜板或斜管沉淀池。
