净水厂课程设计.doc
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环境工程09级本科生课程设计
目录
一、设计基本资料及任务书…………………………………………2
一.设计目的和要求……………………………………………2
二.原水水质及水文地质资料………………………………2
二、设计计算内容……………………………………………………5
一.工艺流程……………………………………………………5
二.各设计构筑物的设计流量………………………………5
三.选用混凝剂、消毒剂,决定其投量……………………6
四.管式静态混合器的设计……………………………………8
五设置两套平行处理构筑物……………………………………9
六.消毒设计计算………………………………………………16
七.清水池平面尺寸的计算……………………………………16
八.水厂高程布置计算…………………………………………18
九.泵站设计计算………………………………………………19
十.水厂平面布置及附属构筑物确定………………………21
城市给水处理厂课程设计
1.基础资料及处理要求
(1)原水水质
原水水质的主要参数见表1。
项目
数据
项目
数据
钠离子和钾离子(mg/L)
8.46
总硬度(度)
6.38
钙离子(mg/L)
32.46
碳酸盐硬度(度)
5.51
镁离子(mg/L)
8.05
溶解固体(mg/L)
119
铁离子和亚铁离子(mg/L)
0.03
耗氧量(mg/L)
0.78
氯离子(mg/L)
8.51
氨氮(mg/L)
0.24
亚硝酸根(mg/L)
0.016
碱度(mg/L)
120
硝酸根(mg/L)
2.75
色度(度)
10
碳酸氢根(mg/L)
119.6
嗅味
无
硫酸根(mg/L)
17.1
pH
7.6
浑浊度(NTU)
286最高1500
最低20
细菌总数(CFU/mL)
38000
大肠杆菌(CFU/L)
1300
(2)气象、水文、地质资料
题目
数据
题目
数据
夏季平均气压(毫巴)
1004.8
最大积雪厚度(厘米)
22
年平均气温(度)
12.2
最大冻土深度(厘米)
69
最热月平均气温(度)
30.7
地下水位深度(厘米)
297
最冷月平均气温(度)
-8.2
河水最低气温(度)
3
极端最高气温(度)
39.7
河水最高气温(度)
29.5
极端最低气温(度)
-22.9
河水最低水位(米)
33.0
最热月平均相对湿度(%)
78
河水最高水位(米)
37.5
平均年总降水量(毫米)
569.9
河水平常水位(90%)(米)
34.0~36.4
夏季平均风速(米/秒)
2.6
河水平均水位(米)
35.5
年最多风向及频率(%)
NNW8
河水冰冻时水位(90%)(米)
35.0~35.8
最多风向及频率(%)
冬NNW15夏SE13
冰冻厚度(厘米)地震裂度(度)
32.5七度
(4)处理要求
出厂水水质指标满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的相关要求。
表1水质常规指标及限值
指标
限值
1、微生物指标①
总大肠菌群(MPN/100mL或CFU/100mL)
不得检出
耐热大肠菌群(MPN/100mL或CFU/100mL)
不得检出
大肠埃希氏菌(MPN/100mL或CFU/100mL)
不得检出
菌落总数(CFU/mL)
100
2、毒理指标
砷(mg/L)
0.01
镉(mg/L)
0.005
铬(六价,mg/L)
0.05
铅(mg/L)
0.01
汞(mg/L)
0.001
硒(mg/L)
0.01
氰化物(mg/L)
0.05
氟化物(mg/L)
1.0
硝酸盐(以N计,mg/L)
10
地下水源限制时为20
三氯甲烷(mg/L)
0.06
四氯化碳(mg/L)
0.002
溴酸盐(使用臭氧时,mg/L)
0.01
甲醛(使用臭氧时,mg/L)
0.9
亚氯酸盐(使用二氧化氯消毒时,mg/L)
0.7
氯酸盐(使用复合二氧化氯消毒时,mg/L)
0.7
3、感官性状和一般化学指标
色度(铂钴色度单位)
15
浑浊度(NTU-散射浊度单位)
1
水源与净水技术条件限制时为3
臭和味
无异臭、异味
肉眼可见物
无
pH(pH单位)
不小于6.5且不大于8.5
铝(mg/L)
0.2
铁(mg/L)
0.3
锰(mg/L)
0.1
铜(mg/L)
1.0
锌(mg/L)
1.0
氯化物(mg/L)
250
硫酸盐(mg/L)
250
溶解性总固体(mg/L)
1000
总硬度(以CaCO3计,mg/L)
450
耗氧量(CODMn法,以O2计,mg/L)
3
水源限制,原水耗氧量>6mg/L时为5
挥发酚类(以苯酚计,mg/L)
0.002
阴离子合成洗涤剂(mg/L)
0.3
4、放射性指标②
指导值
总α放射性(Bq/L)
0.5
总β放射性(Bq/L)
1
① MPN表示最可能数;CFU表示菌落形成单位。
当水样检出总大肠菌群时,应进一步检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群;水样未检出总大肠菌群,不必检验大肠埃希氏菌或耐热大肠菌群。
② 放射性指标超过指导值,应进行核素分析和评价,判定能否饮用。
给水处理厂方案设计
一、工艺设计流程
混凝剂
二泵站
↓
↑
原水→
一泵站→
反应沉淀→
过滤→
清水
二、各构筑物的设计流量
(一)、反应池
单池设计水量
水厂总设计规模为48000m3/d,絮凝池分为两个系列,每个系列设计水量为:
(二)、沉淀池
设计流量
取沉淀池个数,则
(三)、滤池
采用V型滤池8个构造相同的快滤池,布置呈对称双行排列,则每个滤池的设计流量为:
Q=50400/8×24=262.5m3/h=72.92L/s,滤速V=10m/h,冲洗强度为q=14L/(s·㎡),冲洗时间为t=6min=0.1h,滤池工作时间为24h,冲洗周期为12h。
(四)清水池
清水池的出水管
由于用户的用水量时时变化,清水池的出水管应按出水最大流量计。
取时变化系数,则最大流量:
Q=KQ/24=1.5×48000/24=3000m3/h=0.83m3/h
三选用混凝剂、消毒剂,决定其投量
1.加药间
设计进水量为Q=48000m3/d,自用水量取总用水量的5%,则总进水量为Q=50400m3/d=2100m3/h。
根据原水的水质水温,参考上图,选用混凝剂为碱式氯化铝(PAC),最大投药量为a=20mg/L。
每日调制次数次,投药浓度为10%
溶液池容积
故此溶液池容积取6m3
溶液池采用矩形钢筋混凝土结构,设置2个,每个溶剂为W1(一备一用)以便交替使用,保证连续投药。
单池尺寸为L×B×H=2.5×1.5×2.2,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:
W1’=2.5×1.2×2.2=6.6m3满足要求
溶解池容积W2
W2=0.3W1=0.3×6=1.8m3
溶解池也设置为2池,单池尺寸L×B×H=1.5×1.0×2,高度中包括超高0.2m,底部沉渣高度0.2m,池底坡度采用0.02m。
溶解池实际有效容积:
W’=1.5×1.0×2=3m3
溶解池的放水时间采用t=10min,则放水流量:
Q0=W2/60t=3L/s
投药管流量:
2.药剂仓库的计算
(1)已知条件混凝剂为碱式氯化铝,每袋质量是40Kg,每袋规格为
,投药量为40mg/L,水厂设计水量为2100。
药剂堆放高度为1.5m,药剂储存期为30d。
(2)设计计算氯化铝的袋数
有效堆放面积
仓库平面尺寸
3.加氯间的设计计算
(1)已知条件计算水量Q=48000×1.05=2100m3/h,预氯化最大投加量为1.5mg/L,清水池最大投加量为1mg/L。
(2)设计计算
QL=0.001aQ=0.001×1.5×2100=3.15kg/h
清水池加氯量为
QL=0.001aQ=0.001×1×2100=2.1kg/h
二泵站加氯量自行调节,在此不做计算。
为保证氯消毒时的安全和剂量正确,采用加氯机加投氯,并设校核氯量的计量设备。
选用LS80-3转子真空机加氯机5台,3用2备。
4.液氯仓库
(1)已知条件计算水量Q=48000×1.05=2100m3/h,预氯化最大投加量为1.5mg/L,清水池最大投加量为1mg/L。
(2)设计计算仓库储备量按照15天最大用量计算,则储备量为
M=24×(3.15+2.1)×15=1890kg
选用1t的氯瓶2个
四.管式静态混合器的设计
(1)已知条件设计进水量为Q=48000m3/d,自用水量取总用水量的5%,则总进水量为Q=50400m3/d。
水厂进水管投药口至絮凝池的距离为20m,进水管采用两条DN800.v=0.92m/s
(2)设计计算
a.静态混合器管径为:
据D=800mm,q=50400/24×3600×2=0.29m3/s
D=,本设计采用D=700mm
b.混合器选择选用管式静态混合器,规格DN700。
c.混合单元数
N,本设计取N=3
则混合器的混合长度为:
L=1.1DN=1.1
(3)、混合时间:
T=
(4)、水头损失:
h=0.1184﹤0.5,符合设计要求。
(5)、校核GT值
G=,在700-1000之间,符合设计要求。
GT=820.6,水力条件符合设计要求。
五设置两套平行处理构筑物(每套按1/2Q设)
1.机械搅拌絮凝
由于Q=50400m,若选择隔板絮凝池要满足:
间距a>0.5米。
本设计Q小,所以不能选隔板。
设计机械搅拌絮凝池时应注意以下几点要求:
①、絮凝时间15~20min,水深3~4m;
②、絮凝池数不少于3个,絮凝池多分为3~4格,每格设1档转速的搅拌机,垂直搅拌轴设在各格絮凝池中间,水平搅拌轴设于水深1/2处;
③、搅拌桨板速度按叶轮桨板中心点处线速度确定,第一挡搅拌机线速度一般取0.50m/s,逐渐变小至末档的0.20m/s;
④、絮凝池分格隔墙上下交错设过水孔,过水孔面积按照下一档桨板外缘线速度设计。
每格絮凝池池壁上安装1~2道固定挡水板,以增加水流紊动,防止短流。
固定挡水板宽度0.1m左右;
⑤、每台搅拌机上桨板总面积取水流截面积的10%~20%,连同固定挡水板面积最大不超过水流截面积的25%,一面水流随桨板同步旋转。
每块桨板宽0.1~0.3m,长度不大于叶轮直径的75%;
⑥、同一搅拌轴上两相邻叶轮相互垂直。
水平轴或垂直轴搅拌机的桨板距池顶水面0.3m,距池底0.30~0.50m,距池壁0.20m。
⑦、单格边长≯4.5米。
1、设计参数:
Q设=50400×0.5=25200m=1050m3/h絮凝时间20min,分为3条生产线。
2、设计计算
(1)、每条生产线设计流量:
Q=Q设/3=350m3/h
(2)、絮凝池容积:
W=350×20/(3×60)=233.33m3
(3)、絮凝池尺寸:
为和沉淀池配套,絮凝池分为3格,每格平面尺寸4.0m4.0m,有效水深H=233.33/(3×4×4)=4.86m,取超高0.30m,则絮凝池高为5.16m。
桨板挡水板面积与水利截面之比=,不大于25%
(4)、叶轮旋转速度
取叶轮桨板中心点处相对池壁的线速度为:
第一格絮凝池搅拌机:
第二格絮凝池搅拌机:
第三格絮凝池搅拌机:
则各格搅拌机旋转角速度和转速分别为:
(5)、隔墙过水孔面积
隔墙过水孔面积按照下一档桨板外缘线速度计算,由上面计算结果可求出:
第二格絮凝池搅拌机外缘线速度:
第三格絮凝池搅拌机外缘线速度:
每条生产线设计流量,Q=8400m3/d=0.097m3/d得:
第一、二格絮凝池间隔墙过水孔面积=0.097/0.567=0.171m2
第二、三格絮凝池间隔墙过水孔面积=0.097/0.324=0.299m2
(6)、搅拌机功率计算
设桨板相对水流的线速度等于桨板旋转线速度的0.75倍,则相对水流的叶轮转速为:
如搅拌设备尺寸图所示的搅拌设备尺寸,取,第一格絮凝池搅拌机所耗功率为:
-
=122.71W
同理求出:
三台搅拌机合用一台电动计时,絮凝池所耗功率总和为:
配置电功率:
(7)、核算絮凝池速度梯度G值(按水温15计算)
第一格:
第二格:
第三格:
平均速度梯度:
GT=29.39,在10~10范围内。
2.斜管沉淀池
本设计沉淀池采用斜管沉淀池,设计2组。
采用斜管沉淀池设计要求:
①、斜管沉淀区液面负荷应按相似条件下的运行经验确定,可采用5.0~9.0m3/
(m2·h);
②、斜管设计可采用下列数据:
斜管管径为30~40mm;斜长为1.0m;倾角为60;
③、斜管沉淀池的清水区保护高度不宜小于1.0m;底部配水区高度不宜小于1.5m。
1、设计参数:
设计流量为Q设=50400×0.5=25200m=1050m3/h,斜管沉淀池与絮凝池合建,池宽为12m,表面负荷q=9m,斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成成六角形蜂窝管,内切圆直径d=30mm,水平倾角θ=60°,斜管长度。
2、设计计算
(1)、平面尺寸计算
①、沉淀池清水区面积:
A=Q/q=1050/8=131.25m
式中:
q——表面负荷,一般采用5.0-9.0,本设计取8
②、沉淀池的长度及宽度:
L=A/B=.131.25/12=10.9375m≈11m
则沉淀尺寸为11×12=132m2,进水区布置在一个15m的一侧。
在15m的长度中扣除无效长度0.5m,因此进出口面积(考虑斜管结构系数1.03)
A=(L-0.5)×B/k1=122.33m2
式中:
k1——斜管结构系数,取1.03
③、斜管出水口实际上升流速为:
vs=0.29/122.33=0.004m/s=4mm/s
④、斜管内流速:
vo=4/sin60°=4.618mm/s
⑤、沉淀池总高度:
H=
式中:
h1——保护高度(m),一般采用0.3-0.5m,本设计取0.3m;
h2——清水区高度(m),一般采用1.0-1.5m,本设计取1.2m;
h3——斜管区高度(m),斜管长度为1.0m,安装倾角600,则hsin60=0.87m;
h4——配水区高度(m),一般不小于1.0-1.5m,本设计取1m;
h5——排泥槽高度(m),本设计取0.8m。
(2)、进出水系统
①、沉淀池进水设计
沉淀池进水采用穿孔花墙,孔口总面积:
A2=Q/v=0.29/0.2=1.46m2
式中:
v——孔口速度(m/s),一般取值不大于0.15-0.20m/s。
本设计取0.2m/s。
每个孔口的尺寸定为15cm×8cm,则孔口数N=A2/15/8=14600/90=1622.22≈1623个。
进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。
②、沉淀池出水设计
沉淀池的出水采用穿孔集水槽,出水孔口流速v1=0.6m/s,则穿孔总面积:
A3=Q/v1=0.29/0.6=0.483m2
设每个孔口的直径为4cm,则孔口的个数:
N=A3/F=0.483/0.001256=384.55
式中:
F——每个孔口的面积(m2),.
设沿池长方向布置8条穿孔集水槽,中间为1条集水渠,为施工方便槽底平坡,集水槽中心距为:
L'=12/8=1.5m。
,每条集水槽长L=m,每条集水量为:
q=0.29/(2×8)=0.018m3/s
考虑池子的超载系数为20%,故槽中流量为:
q=1.2q=1.2×0.29=0.348
槽宽:
=0.9=0.9×0.348=0.66m。
起点槽中水深:
H1=0.75b=0.75×0.66=0.495m,
终点槽中水深:
H2=1.25b=1.25×0.66=0.825m
为了便于施工,槽中水深统一按H=0.54m计。
集水方法采用淹没自由跌落,淹没深度取0.02m,跌落高度取0.03m,槽的超高取0.15m。
则集水槽总高度:
H=,集水槽双侧开孔,孔径为DN=25mm,每侧孔数为50个,孔间距为5cm
8条集水槽汇水至出水渠,集水渠的流量按0.29m3/s,假定集水渠起端的水流截面为正方形,则出水渠宽度为=0.9=0.55m,为施工方便采用0.8m,起端水深0.45m,考虑到集水槽水流进入集水渠时应自由跌落高度取0.02m,即集水槽应高于集水渠起端水面0.02,同时考虑到集水槽顶相平,则集水渠总高度为:
=0.02+0.8+0.55=1.37m
出水的水头损失包括孔口损失和集水槽速度内损失。
孔口损失:
式中:
——进口阻力系数,本设计取=2.
集水槽内水深为0.3m,槽内水力坡度按i=0.01计,槽内水头损失为:
出水总水头损失
(3)、沉淀池排泥系统设计
采用穿孔管进行重力排泥,穿孔管横向布置,沿与水流垂直方向共设8根,双侧排泥至集泥渠。
集泥渠长15m,B×H=0.3m×0.3m,孔眼采用等距布置,穿孔管长7.5m,首末端集泥比为0.5,查得=0.72。
取孔径=30mm,孔口面积=0.00071m²,取孔距=0.4m,
孔眼总面积为:
m=
孔眼总面积为:
穿孔管断面积为:
==m2
穿孔管直径为:
=
取直径为150mm,孔眼向下,与中垂线成角,并排排列,采用气动快开式排泥阀。
(4)、核算
①、雷诺数Re
水力半径=
当水温=20℃时,水的运动粘度=0.01cm2/s
斜管内水流速速为:
R﹤500,符合设计要求
式中:
——斜管安装倾角,一般采用600-750,本设计取600,
②、弗劳德系数
F,介于0.001-0.0001之间,满足设计要求。
③、斜管中的沉淀时间
=,满足设计要求(一般在2~5min之间)
式中:
——斜管长度(m),本设计取1.0m
3.普通快速滤池的设计
设计计算:
设计水量Q=50400m3/d=2100m3/h
滤速,冲洗强度,冲洗时间6min。
1、滤池面积及尺寸:
工作时间24小时,冲洗周期:
12小时。
实际工作时间
滤池面积F=Q/VT=50400/10×23.8=211.76
采用滤池数为6个,双排对称布置,每个滤池的面积为35.29。
采用滤池长宽比为:
左右。
采用滤池尺寸为:
校核强制滤速:
V’=NV/N-1=6×10/6-1=12m/h
2、滤池高度:
支承高度:
滤料层高:
砂面上水深:
超高:
故滤池总高:
3、配水系统:
A.干管
干管流量qg=fq=35.29×14=494.06L/s。
采用管径为DN800mm,始端流速v=1.09m/s
B.支管
支管中心间距:
采用
每池支管数:
每根入口流量:
qj=qg/nj=494.06/70=7.058。
采用管径DN70mm,支管始端流速v=1.59m/s
C.孔眼布置
支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%
孔眼总面积:
FK=Kf=0.25%×35.29×10000=88225mm2
采用孔眼直径:
每个孔眼面积:
孔眼数:
NK=Fk/fk=88225/78.5=1124
Nk=NK/nj=1124/70=16.05=17个
每根支管孔眼数:
支管孔眼布置设二排与垂线45夹角向下交错排列:
每根支管长度:
每排孔眼中心距
D.孔眼水头损失
支管采用壁厚5mm,流量系数为0.68,所以水头损失为
E.复算配水系统
支管长度与直径之比不大于60:
孔眼总面积与支管总截面积之比为,
,符合要求。
干管截面积与支管总截面积之比,符合要求。
孔眼中心距0.19m小于0.2m,符合要求。
六.消毒设计计算
液氯消毒原理:
已知设计水量Q=50400m3/d=2100m3/h,本设计消毒采用液氯消毒,预氯化最大投加量为1.5mg/L,清水池最大投加量为1.0mg/L。
预加氯量为
Q1=0.001aQ=0.001×1.5×2100=3.15kg/h
清水池加氯量为
Q1=0.001aQ=0.001×1×2100=2.1kg/h
二泵站加氯量自行调节,在此不做计算,则总加氯量为
Q=Q1+Q2=3.15+2.1=5.25kg/h
为了保证氯消毒时的安全和计量正确,采用加氯机投氯,并设校核氯量的计量设备。
选用2台ZJ—2转子加氯机,选用宽高为:
330mm×370mm,一用一备.
储氯量(按20天考虑)为:
G=20×24Q=20×24×5.25=2520kg
液氯的储备于5个1吨氯瓶(H×D=2020mm×800mm)和1个0.5吨氯瓶(H×D=600mm×1800mm)。
七.清水池平面尺寸的计算
清水池的有效容积,包括调节容积,消防贮水量和水厂自用水的调节量。
清水池的调节容积:
=kQ=0.1×2000=200m³
式中:
k——经验系数一般采用10%-20%;本设计k=10%;
Q——设计供水量Q=48000m³/d;
消防用水量按同时发生两次火灾,一次火灾用水量取25L/s,连续灭火时间为2h,则消防容积:
根据本水厂选用的构筑物特点,不考虑水厂自用水储备。
则清水池总有效容积为:
V=V1+V2= 200+180=380m³
清水池共设2座,有效水深取H=4.0m,则每座清水池的面积为:
=V/2h=380/2×4=47.5m2
取=19×3=57m2,超高取0.5m,则清水池净高度取4.5m。
管道系统
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