给水处理厂课程设计.doc
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中原工学院水质工程学课程设计
中原工学院
课程设计说明书
能源与环境学院给水排水工程专业
设计题目某市某给水厂设计
学生姓名:
班级:
学号:
起止日期:
指导教师:
系主任:
目录
第一章设计背景基础资料 3
1.1工程设计背景 3
1.2设计规模 3
1.3基础资料及处理要求 3
1.3.1原水水质 3
1.3.2地址条件 4
1.3.3气象条件 4
1.3.4处理要求 4
第二章给水处理厂方案设计 5
2.1水厂设计规模概况 5
2.2工艺设计流程 5
2.3配水井的设计计算 5
2.3.1设计参数 5
2.3.2设计计算 5
2.4混凝设施 6
2.4.1加药 6
2.4.2混凝剂的投加量 7
2.4.3混凝剂的投加 7
2.4.4溶液池容积W与规格 7
2.4.5溶解池容积W2与规格 7
2.4.6投加系统构成和药控制系统选型 8
2.4.7加药间及药库布置 8
2.5混合设施 8
2.5.1设计流量 9
2.5.2设计流量 9
2.5.3混合单元数 9
2.5.4混合时间 9
2.5.5水头损失 10
2.5.6投药管流量 10
2.6折板反应池 10
2.6.1设计参数 11
2.6.2设计计算 11
2.7斜管沉淀池 16
2.7.1已知条件 17
2.7.2设计计算 17
2.8V型滤池 19
2.8.1池体设计 20
2.8.2反冲洗管渠系统 22
2.8.3滤池管渠布置 24
2.8.4冲洗水的供给——选用冲洗水箱供水 28
2.8.5反洗空气的供给 30
2.9加氯间的设计与平面布置 33
2.9.1已知条件 33
2.9.2设计计算 33
2.9.3加氯设备的选择 34
2.9.4厂区布置 34
2.9.5加氯间和氯库 34
2.10清水池的设计计算 35
2.10.1设计参数:
35
2.10.2设计计算:
35
2.11相关管路设计 37
2.11.1沉淀池与滤池之间 37
2.11.2V型滤池与清水池之间 37
第三章净水厂的总体布置设计计算 39
3.1工艺流程布置设计 39
3.2平面布置设计 39
3.3水厂管线设计 40
3.3.1给水管线 40
3.3.2厂内排水 40
3.3.3加药管线 40
3.3.4自用水管线 40
第四章高程布置设计计算 41
4.1水处理构筑物的高程布置设计计算 41
4.1.1水头损失计算 41
4.1.2处理构筑物水头损失 41
4.2处理构筑物高程确定 41
4.2.1处理构筑物水头损失 41
4.2.2管渠水力计算 42
4.2.3给水处理构筑物高程计算 42
第五章参考文献 43
第一章设计背景基础资料
1.1工程设计背景
某市位于河南省近年来,由于经济的发展、城市化进程的加快和城市人民生活水平的提高,用水的需求不断增长,经市政府部门研究并上报请上级主管部门批准,决定新建一座给水处理厂。
1.2设计规模
该净水厂总设计规模为(10+M)×104m3/d(M为学生学号的个位数字)。
征地面积约40000m2。
1.3基础资料及处理要求
1.3.1原水水质
原水水质的主要参数见表1。
原水水质资料
序号
项目
单位
数值
序号
项目
单位
数值
1
浑浊度
度
54.2
13
锰
mg/L
0.07
2
细菌总数
个/mL
280
14
铜
mg/L
0.01
3
总大肠菌群
个/L
9200
15
锌
mg/L
<0.05
4
色度
20
16
BOD5
mg/L
1.96
5
嗅和味
-
17
阴离子合成剂
mg/L
-
6
肉眼可见物
微粒
18
溶解性总固体
mg/L
107
7
pH
7.37
19
氨氮
mg/L
3.14
8
总硬度(CaCO3)
mg/L
42
20
亚硝酸盐氮
mg/L
0.055
9
总碱度
mg/L
47.5
21
硝酸盐氮
mg/L
1.15
10
氯化物
mg/L
15.2
22
耗氧量
mg/L
2.49
11
硫酸盐
mg/L
13.3
23
溶解氧
mg/L
6.97
12
总铁
mg/L
0.17
1.3.2地址条件
根据岩土工程勘察报告,水厂厂区现场地表层分布较厚的素填土层,并夹杂大量的块石,平均厚度为5米左右,最大层厚达9.4米,该土层结构松散,工程地质性质差,未经处理不能作为构筑物的持力层,为提高地基承载力及减少构筑物的沉降变形,本工程采用振动沉管碎石桩对填土层进行加固处理.桩体填充物为碎石,碎石粒径为2~5CM,桩径为400毫米,桩孔距为1M,按梅花形布置。
1.3.3气象条件
项目所在地,属暖温带、半湿润大陆季风气候,四季分明。
春季干旱风沙多,夏季炎热雨集中,秋季凉爽温差大,冬季寒冷雨雪少。
盛行风向:
夏季南风,冬季东北风。
年平均气温14.0℃,最热月平均气温(7月份)27.1℃,最冷月平均气温(1月份)-0.5℃,平均日照时数2267.6小时,无霜期(年平均)214天,年平均降雨量627.5mm,年最大降雨量948.4mm,年最小降雨量248.2mm,年主导风向为NNE风和SSW风。
最大风速28m/秒,年平均风速3.0m/秒,最大冻土深度2l0mm。
主导风向东北(01班)、西南(02班)、西北(03班)、东南(04班)。
1.3.4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
第二章给水处理厂方案设计
2.1水厂设计规模概况
某市位于河南省近年来,由于经济的发展、城市化进程的加快和城市人民生活水平的提高,用水的需求不断增长,经市政府部门研究并上报请上级主管部门批准,决定新建一座给水处理厂。
该厂设计规模为150000立方米/天。
工程主要分为三大部分:
①取水工程
②输水工程
③净水厂工程
2.2工艺设计流程
原水
静态混合器
折板反应池
斜管沉淀池
V型滤池
清水池
PAC
氯消毒
2.3配水井的设计计算
配水井的设计计算
2.3.1设计参数
配水井设计规模为Q=150000x1.05m/d=157500m/d=6562.5m/h
2.3.2设计计算
(1)配水井有效容积
配水井水停留时间取T=30s,则
配水井有效设为容积:
V=QT=
配水井设计为矩形:
设配水井有效设为水深H=5m,安全高度设计为0.4m,则实际高度为5.4m。
宽B=3.2m长L=3.5m
则配水井应设计尺寸为V=HBL=5×3.2×3.5=56m﹥55m.符合要求
(2)进水管径
配水井进水管的设计流量为Q=6562.5m/h,查水力计算表知,当进水管管径D=1600mm时,(在小于范围内)。
(3)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座后续构筑物,每格后续构筑物的分配水量应为q=6562.5/2=3281.25m。
因单个出水溢流堰的流量为q=6562.5/2=3281.25m=911.46L/s,一般大于100L/s采用矩形堰,小于100L/s采用三角堰,所以,本设计采用矩形堰。
矩形堰的流量:
式中:
—单个出水溢流堰的流量
—流量系数,0.3
—堰宽,取1.0m
则H=
(4)配水管管径
由前面计算可知,每个后续处理构筑物的分配流量为q=0.911m,查水力计算表可知,当配水管管径D时,v=0.805m/s(在小于范围内)。
2.4混凝设施
2.4.1加药
根据对原水水质等方面水温和PH等值的分析,选用的混凝剂为聚合氯化铝,混凝剂的投加浓度为10%。
优点:
净化效率高、用药量少、出水浊度低、色度小,过滤性能好,温度适应性高,PH值适用范围宽(PH=5~9)。
操作方便,腐蚀性小,劳动条件好,成本较低。
采用计量泵湿式投加,不需要加助凝剂。
2.4.2混凝剂的投加量
混凝剂的投加量a=20mg/L,日处理水量Q=150000m³/d。
日投药量kg/d
2.4.3混凝剂的投加
混凝剂投加方法有干投和湿投,干投应用较少,本设计采用湿投。
2.4.4溶液池容积W与规格
日处理水量Q=(150000x1.05)m³/d=6562.5m³/h,调配次数n=3,混凝剂投加量a=20mg/L。
m³
溶液池采用混凝土结构,取有效水深H=1.4m,总深H=H+H+H=1.4+0.2+0.2=1.8m(H为保护高,取0.2m,H为贮渣深度,取0.2m)
溶液池采用矩形,单池尺寸为长(L)x宽(B)x高(H)=3.0x2.5x1.8=13.5m³。
溶液池有效容积为3.0x2.5x1.4=10.5,符合要求。
溶液池的数量设置为两个,以便交替使用。
池旁设工作台,宽1.0~1.5m,池底坡度为0.02。
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。
沿地面接入药剂稀释用给水管DN80mm一条,于两池分设放水阀门,按1h放满考虑。
2.4.5溶解池容积W2与规格
W=0.3xW=0.3x10.5=3.15m³
溶解池一般采用正方形,其有效水深为1m,总深H=H+H+H=1.0+0.2+0.2=1.4m(H为保护高,取0.2m,H为沉渣高,取0.2m)
溶解池的规格为LxBxH=1.8x1.8x1.4
溶解池的有效容积为1.8x1.8x1.0=3.24m³>3.15,符合要求。
溶解池采用钢筋混凝土结构,内壁用环氧树脂进行防腐处理,池底设0.02坡度,设DN100mm排渣管,采用硬聚氯乙烯管。
给水管管径DN80mm,按10min放慢溶解池考虑,管材采用硬聚氯乙烯管
溶解池搅拌装置采用机械搅拌;以电动机驱动桨板搅动溶液。
2.4.6投加系统构成和药控制系统选型
固体药剂的湿式投加系统包括:
药剂的搬运、调制、提升、储液、计量和投加。
此外还需要考虑排渣等设施。
药剂的调制主要是进行稀释,以满足要求的浓度。
湿投分为重力投加和压力投加两种类型。
重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加。
压力投加方式有水射器投加和计量泵投加。
常用的计量设备有计量泵、转子流量计、孔口、浮杯。
本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。
2.4.7加药间及药库布置
A加药间
加药间应与药剂仓库毗连,并且靠近投药点。
各种管线布置在管沟内,。
为便于冲洗水集流,地坪坡度大于0.005,并坡向集水坑。
B药库布置
储存一月的药量则有总药量
G=
相对密度为1.3,则V=94.5/1.3=72.7m
药剂堆放高度为两米,则A=72.7/2=36.35m,考虑其他的因素,这部分所占要药品面积的40%,所以S=36.35x1.4=50.59m,长宽为8.5x6。
内设电动单量悬挂起重机一台。
2.5混合设施
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微粒充分作用完成胶体脱稳,以便进一步去除。
按现代观点,脱稳过程需时很短,理论上只有数秒钟,在实际设计中,一般不超过2min。
对混合的基本要求是快速与均匀。
“快速”是因混凝剂在原水中的水解及发生聚合絮凝的速度很快,需尽量造成急速的扰动,以形成大量氢氧化物胶体,而避免生成较大的绒粒。
“均匀”是为了使混凝剂在较短的时间内与原水混合均匀,以充分发挥每一粒药剂的作用,并使水中的全部悬浮杂质微粒都能受到药剂的作用。
混合设备种类很多,但基本类型主要有机械和水力两种。
本设计主要采用管式静态混合器。
管式静态混合器的处理水与混凝剂、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,它是有两个一组的混合单原件组成,在不需要外力的情况下,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%。
2.5.1设计流量
本设计采用两条进水管。
每个进水管的流量Q=m³/s
2.5.2设计流量
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
=1000mm,采用钢管DN1000,则实际流速为V=1.16m/s
2.5.3混合单元数
按下式计算N2.36vD=
取N=3,则混合器的混合长度为:
L=1.1ND=1.1x3x1=3.3m
2.5.4混合时间
=2.84s
2.5.5水头损失
H=0.295m
2.5.6投药管流量
q=
2.6折板反应池
絮凝过程就是在外力作用下,使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞,而形成更大具有良好沉淀性能的大的絮凝体。
目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式,主要有隔板絮凝、折板絮凝、栅条(网格)絮凝、和穿孔旋流絮凝。
絮凝池的类型及特点表
类型
特点
适用条件
隔板式絮凝池
往复式
优点:
絮凝效果好,构造简单,施工方便;
缺点:
容积较大,水头损失较大,转折处钒花易破碎
水量大于30000m3/d的水厂;水量变动小者
回转式
优点:
絮凝效果好,水头损失小,构造简单,管理方便;
缺点:
出水流量不宜分配均匀,出口处宜积泥
水量大于30000m3/d的水厂;水量变动小者;改建和扩建旧池时更适用
旋流式絮凝池
优点:
容积小,水头损失较小;
缺点:
池子较深,地下水位高处施工较难,絮凝效果较差
一般用于中小型水厂
折板式絮凝池
优点:
絮凝效果好,絮凝时间短,容积较小;
缺点:
构造较隔板絮凝池复杂,造价高
流量变化较小的中小型水厂
网格絮凝池
优点:
絮凝效果好,水头损失小,絮凝时间短;
缺点:
末端池底易积泥
本设计采用折板絮凝池。
2.6.1设计参数
单池设计水量
水厂总设计规模为150000m³/d,折板絮凝池分为两个系列,每个系列设计水量为:
Q=
折板絮凝池每个系列设计成4组。
折板絮凝池与斜管沉淀池合建,沉淀池也为两个。
一个沉淀池宽24m。
用三道墙将絮凝池分成四组。
墙厚200mm,一个絮凝池宽5850mm。
有效水深3.4m。
设T=18min。
所以一个系列容积V=QT=0.911x18x60=983.89m
一个系列池长L=983.89/(3.4x24)=12.05m
H=3.4+0.3+0.5=4.2m(0.3为超高,0.5为泥斗深度)
每组设计流量速度为q=m³/s
每组絮凝池分三个阶段,第一个阶段采用相对折板,第二个阶段采用平行折板,第三个哥阶段采用平行直板。
折板布置采用单通道。
每个阶段分为串联的两格。
折半采用如图所示,折宽采用500mm,夹角为90°,板厚60mm。
2.6.2设计计算
(1)第一段絮凝区
设通道宽为1.4m,设计峰速为0.34m³/s,则峰距
谷距
侧边峰距b=
侧边谷距b=
中间部分谷速
侧边峰速
侧边谷速
水头损失计算:
①中间部分
渐放段损失
渐缩段损失:
每格各有12格渐缩和渐放,所以每格的水头损失:
②侧边部分
渐放段损失:
渐缩段损失h
每格共有6个渐放与渐缩,所以
③进口及转弯损失,共有一个进口、2个上转弯和3个下转弯。
上转弯水深H为0.7m,下转弯处水深H为1.2m。
进口流速:
v取0.2m/s
上转弯流速:
v=
下转弯流速:
v
上转弯取1.8,下转弯及进口取3.0,则每格进口转变损失
h
④总损失
第一絮凝区总损失H
第一絮凝区停留时间T=
第一絮凝区平均
G=
(2)第二絮凝区
第二絮凝区采用平行折板,通道宽为1.8m,中间流速为0.15m/s
则平行间距b
每格有两个上转弯和三个下转弯,上转弯水深H为0.7m,下转弯水深H为1.2m。
上转弯速度v
下转弯速度v=
转弯损失h=1.8x
每个弯道水头损失h=
每格有24格弯道
所以每格弯道总损失h
第二絮凝区总损失H=2h=2x0.03758=0.07514m
第二絮凝区总耗时T=
第二絮凝区平均G=
(3)第三絮凝区
采用平行直板,平均流速取v=0.11m/s,通道宽为2.30m。
水头损失:
共1个进口及5个转变,流速采用0.11m/s,则单格损失为
h总水头损失H=2h=0.0222m
停留时间T=
速度梯度G=
(4)各絮凝段主要指标如下表
絮凝段
絮凝时间(min)
水头损失(m)
G(s)
GT值
第一絮凝区
第二絮凝区
第三絮凝区
4.07
4.23
6.69
0.25436
0.03758
0.0222
100.61
48.24
22.83
2.46x10
1.22x10
0.92x10
合计
14.99
0.31414
57.23
4.6x10
2.7斜管沉淀池
采用上向流斜管沉淀池,水从斜管底部流入,沿管壁向上流动,上部出水,泥渣由底部滑出。
斜管材料采用厚0.4mm蜂窝六边形塑料板,板的内切圆直径d=25mm。
斜管倾角
斜管区由六边形截面的蜂窝状斜管组件组成,斜管与水平面成60°角,放置于沉淀池中。
原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。
水流自下向上流动,清水在池顶用穿孔集水管收集;污泥则在池底也用穿孔排泥管收集,排入下水道。
2.7.1已知条件
斜管沉淀池也设置两组,每组设计流量Q=0.911m/s。
液面上升流速v=3.5mm/s,颗粒沉降速度u=0.4mm/s。
沉淀池有效系数。
2.7.2设计计算
(1)清水区净面积A=
(2)斜管部分面积A=
为了配水均匀,斜管部分平面尺寸(BxL)=11.5x24,使进水区沿24m长一边布置。
该边长度与絮凝池宽度相同。
(3)管内流速v:
v=
考虑到水量波动,采用v=5mm/s。
(4)管长l
①有效管长l
根据u和v值,按图的l/d=32,则l=32d=32x25=800mm
②过渡段长度l采用l=200mm。
③斜管总长L=l+l=200+800=1000mm
(5)池宽调整
池宽B=B+Lcos=11.5+1x0.5=12m
钢管支承系统采用钢筋混凝土柱、小梁及角钢架设。
(6)复核雷诺数Re
根据管内流速v=5mm/s和管径d=25mm,查表的雷诺数Re=31。
(7)管内沉淀时间t
t=L/v=1000/5=200s=3.33min
(8)池高H
斜板区高度H=Lsin=1x0.866=0.9m;
超高采用0.3m;
清水区高度采用1.0m;
配水区高度(按泥槽顶记)采用1.5m;
排泥槽高度为0.8m;
有效池深=1.5+0.9+1.0=3.4m
总高H=+0.8+0.3=3.4+0.8+0.3=4.5m
(9)进口配水
进口采用穿孔墙配水,穿孔流速0.1m/s。
(10)集水系统
采用淹没孔集水槽,共8个,集水槽中距为1.1。
(11)排泥系统
采用穿孔排泥管,V形槽边与水平角成角,共设8个槽,槽高,排泥管上装快开闸门。
(12)其他
有关进水穿孔墙、集水系统及排泥管的计算,与一般平流式沉淀池或澄清池相同.
2.8V型滤池
V型滤池是快滤池的一种形式,因为其进水槽形状呈V字型而得名,也叫军博滤料滤池(其滤料采用均质滤料,即均粒径滤料)、六阀滤池(各种管路上有六个主要阀门)。
V型滤池构造简图
主要参数如下:
设计流量Q=150000x1.05=157500m/d,滤速v=10m/h。
冲洗强度L/(s)
冲洗时间(min)
第一步(气冲)
15
3
第二步(气水同时冲洗)
空气
15
4
水
4
第三步(水冲)
5
5
总冲洗时间12min,即0.2h;
反冲横少强度1.8L/(s;
冲洗周期T=48h。
2.8.1池体设计
(1)滤池工作时间
=24-th
(式中未考虑排放初滤水)
(2)滤池面积F
滤池总面积F=
(3)滤池的分格
查表,为节省占地,选双格型滤池,池底板用混凝土,单格宽B3.5m,长L,面积42m,分为并列2组,每组4座,一共8座。
每座面积84m。
总面积672m。
(4)校核强制滤速
满足要求
(5)滤池高度的确定
滤池超高H=0.3m
滤层上的水深H
滤料厚度H1.0m
滤板厚度H0.13m
滤板下布水区高度H
则滤池总高度H=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83m
(6)水封井的设计
滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95~1.35㎜,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:
H——水流通过清洁滤料层的水头损失,cm;
V——水的运动黏度,cm,20℃时为0.0101cm;
g——重力加速度,981cm/s;
m——滤料孔隙率;取0.5;
d——与滤料体积相同的球体直径,㎝,根据厂家提供数据为0.1㎝
l——滤层厚度,cm,l=100cm;
v——滤速,㎝/s,v=10m/h=0.28cm./s;
——滤料粒径球度系数,天然砂粒为0.75~0.8,取0.8.
所以
x=16.22cm
根据经验,滤速为8~10m/h时,清洁滤料层的水头损失一般为30~40cm。
计算值比经验值低,取经验值的底限30cm为清洁滤层的过滤水头损失。
正常过滤时,通过长柄滤头的水头损失忽略其他水头损失,则每次反冲洗后刚开始过滤时,水头损失为
为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井的出水堰顶标高与滤料层高相同。
设计水封井的平面尺寸为2mx2m,堰底板比滤池底板低0.3m,水封井出水堰总高
H+H
因为每座滤池的过滤水量
Q
所以水封井出水堰堰上的水头由出矩形堰的流量公式Q=1.84bh计算得:
h==0.16m
则反冲洗完毕,清洁滤池层过滤时,滤层液面比滤料层高0.16+0.52=0.68m
2.8.2反冲洗管渠系统
(1)反冲洗用水流量Q的计算
反冲洗用水流量按水洗强度最大时计算。
单独水洗时反冲洗强度最大,为5。
Q
V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量
Q
(2)反冲洗配水系统的断面计算
配水干管进口流速应为1.5m/s左右,配水干管的截面积
A
反冲洗配水干管用钢管,DN600,流速1.49m/s。
反冲洗水由反洗配水干管输送至气水分配渠,由气水分配渠低侧的布水方孔配水到滤池底部布水区。
反冲洗水通过配水方孔的流速按反冲洗配水支管的流速取值。
配水支管流速或孔口流速为1~1.5m/s左右,取则配水支管的截面积
A
此即配水方孔总面积。
沿渠长方向两侧各均匀布置20个配水方孔,共40个。
孔中心间距0.6m,每个孔口面积
A
每个孔口尺寸取0.1m×0.1m。
反冲洗过孔流速:
满足要求
(3)反冲洗用气量的计算
反冲洗用气量按气冲强度最大时的空气流量计算,这是气冲的强度为
Q
(4).配气系统的断
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