四川某县城自来水厂的初步设计.doc

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1、1.总论1.1设计任务及要求1.1.1设计题目四川某县城自来水厂的初步设计1.1.2设计目的通过水厂的初步设计，使学生熟悉掌握水厂设计原则、步骤和方法；培养学生应用所学理论，分析解决实际工程设计问题的初步能力，使学生在设计运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。1.2基本资料1.2.1水质资料(1)现用水量：50000m3/d(2)给水水源：桃河(3)水质资料：原不为穿城河流，取水口在城镇上游，水质较好，含砂量较低（平均含砂量0.4kg/ m3），上游无工业污染和集中生活污水污染。原水水质资料如下：项目含量项目含量浑浊度3001000mg/L耗氧量20mg

2、/L色 度10度总硬度3度(德国度)水 温1020C暂时硬度3度(德国度)PH值7.58.0氯化物21mg/L细菌总数12000个/mL总固体298mg/L大肠菌数33000个/L碱 度8度臭和味微量1.2.2地质资料(1)拟建水厂区域工程地质钻探资料a.通过工程地质钻探，地层构造为：表层为0.50.7m厚的耕土，以下均为密实压粘土，地下12m处才有基岩露头。b.地下水位在地表8m以下，地下水无浸蚀性。地基耐压力为15t/m2。(2)该城镇地震资料a.据记载，该地区未发生过破坏性地震，据地震监测总的记录，该地区最大震级为6级，地震裂度为6度。b.由四川地震局推荐，该地区建筑设计按地震裂度7度设

3、防。1.2.3水文资料(1)桃河由西向东穿城而过，拐向镇东南流出城。河上设有两座通行汽车的大桥。(2)河流常年流量较大，上游设有一大型水库调节，因此河流枯水位及流量变化不大。(3)该河流为通航河流，船舶最大吨位700吨，并有木排放下，取水构筑物设计时应考虑放排和通航的影响。a.最高洪水位：188.00mb.最大流量： 150m3/sc.常水位：185.40md.年平均流量：75m3/se.枯水位：183.00mf.最小流量：50m3/sg.取水口水深最小达：4.0m1.2.4气象资料(1)风向：见右方风玫瑰图(2)气温a.最冷月平均：4.0Cb.最热月平均：34.1Cc.极端最高气温：40Cd

4、.极端最低气温：-2C(3)降水量：年平均降雨量：1185.4mm一日最大降雨：197.1mm(4)土壤冰冻深度：0m1.2.5其它资料(1)该城镇为县政治、经济中心，交通便利，铁路、公路、水运均与省城及埠外相连接，(2)该县地方材料丰富。2.总体设计2.1设计规模水厂处理水量50000m3/d，考虑水厂自用水量10%，故该设计水量55000m3/d。2.2处理工艺根据原水水质资料可知，原水浊度为300-1000mg/L，色度10度，pH值为7.5-8.0，细菌总数为12000个/mL，大肠杆菌数为33000个/L，氯化物21mg/L，耗氧量20mg/L，水质污染较严重，微生物数量严重超标。总

5、硬度3度，暂时硬度3度，总固体398mg/L，碱度8度，均已符合国家生活饮用水卫生标准。因此，工艺流程应从降低浊度、色度，减少水中大量细菌为目的，并且考虑技术与成本因素，选择传统水处理工艺流程。工艺流程图：2.3净水构筑物型式(1)取水构筑物取水构筑物采用岸边合建式，一泵站安装三台机组，两用一备，便于修检。(2)药剂溶解池为便于投置药剂，溶解池一般设计为或者半地下式为宜，由于药液具有腐蚀性，所以盛放药液的池体和管道及配件都应采取防腐措施。投药设备采用泵组与转子流量计联合的投加方式，可使用中央计算机改变泵组转速实行自动控制。药剂选用PAC。(3)混合设备本设计采用水平轴机械搅拌混合器添加的对药剂

6、进行混合。在混合池内安装搅拌设备，以电动机组驱动搅拌器完成药剂的混合。(4)反应池本设计采用了往复式隔板絮凝池，与斜管沉淀池合建。(5)沉淀池因技术、成本、占地大小等因素综合考虑，本设计采用斜管沉淀池，与往复式隔板絮凝池合建。(6)滤池本设计采用普通快滤池，大阻力配水系统，配备自动反冲洗系统。(7)消毒设施本设计消毒设施采用常规氯消毒，操作简单，价格低廉，且在管网中有持续消毒能力。(8)二泵站因目标城市数据未知，所以二泵站不进行设计。(9)附属构筑物办公楼、职工宿舍、停车场等办公生活建筑集中布置在远离处理构筑物的地方，配电室、机修间、门卫室和景观设施按需布置。3.混凝沉淀3.1药剂投配设备3.

7、1.1溶液池设计方案式中：W2 溶液池容积，m3；Q 处理水量，m3/h；a 混凝剂最大投加量，取a=25mg/L；c 溶液浓度，取10%；n 每日调制次数，取n=2；溶液池设置两个，每个容积W2=6.87m3，保证连续投药。取有效水深H1=1.5m，超高H2=0.2m，贮渣深度H3=0.1m，则总高度H=H1+H2+H3=1.8m溶液池采用矩形，尺寸为：LBH=2.5m2.0m1.8mPAC投加搅拌示意图3.1.2溶解池设计方案(1)溶解池容积溶解池设计成正方形，设计有效水深H1=0.5m，面积S=W1/H1=4.2m2，边长,取保护高度H2=0.2m,贮渣深度H3=0.1m(2)溶解池高度

8、H=0.5+0.2+0.1=0.8m(3)溶解池尺寸LBH=2.05m2.05m0.8m溶解池设置2个，一用一备。溶解池的放水时间采用t=7min，则放水流量：；根据水力计算表得放水管管径d0=100mm，流速v0=0.835m/s。溶解池底部设管径DN100排渣管一根。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。3.1.3配水井设计方案(1)配水井体积设计流量Q=2291.67m3/h，水力停留时间T=4.0min，则配水井体积为：，有效水深设计为H=3.2 m，面积S=V/S=47.74m2，(2)配水井尺寸LB=7m7m=49m2超高设计为0.5m，配水井深3.7m。3.1.4

9、加药间设计方案(1)加药管路投药管流量根据水力计算表，投药管管径d=20mm，相应流速为0.83m/s。(2)加药间尺寸加药间内含溶液池2，溶解池2，还要考虑预留面积，过路面积，药品堆积面积，所以加药间总面积Sj=80m2，尺寸：LB=10m8m3.2混合设备设计方案因为溶液池平面尺寸：LB=2.5m2.0m，总高度Hy=1.8m。挡水板：设计挡水板宽度0.15m，长度0.8m，距池底0.50m，共4块。搅拌器：搅拌器分为两层共4块叶片，每块叶片宽B=0.30m，半径r=0.60m。上下两层叶片90交叉安装，下层叶片距池底0.50m，两层叶片间距0.5m。搅拌功率：取搅拌器边缘线速度v=3.0

10、m/s，则旋转角速度：取CD=1.19，则：如果选用的搅拌机旋转速度n=48r/min，则搅拌机实际功率代入公式计算得：电机功率PD=1.2P=6.0kW。3.3反应设备设计方案本设计采用往复式隔板絮凝池往复式隔板絮凝池设计草图(与斜管式沉淀池合建)(1)池组设计絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为设絮凝时间T=20min(2)絮凝池有效容积为：因为考虑到往复式隔板絮凝池与斜管沉淀池合建，絮凝池平均水深取h1=1.8m，池宽取B=16m。(3)絮凝池有效长度为：取超高h2=0.5m，则往复式隔板絮凝池总高度为H=2.3m(4)隔板间距计算絮凝池起端流速取，末端流速取。起端廊道宽度：末

11、端廊道宽度：廊道宽度分成4段，廊道水深递减。廊道流速计算表四段廊道宽度之和：取隔板厚度=0.20m，共27块隔板，则絮凝池总长度L为(5)水头损失廊道水头损失计算公式：式中：第i段廊道内水流转弯次数隔板转弯处局部阻力系数，180时，90时第i段廊道内水流转弯处水流流速，等于廊道内流速的1/1.5-1/1.2第i段廊道过水断面水力半径第i段廊道流速系数， 廊道壁面、池底粗糙系数，通常取或者速度梯度：式中：水的重度，水的动力黏度，20 时为各段水头损失计算表 符合20C设计要求 符合要求絮凝池与沉淀池合建，中间过渡段宽度为2.0m。配水廊道底部以2的坡度坡向水流流动方向，在每道配水廊道底部设DN2

12、00的排泥管。3.4沉淀澄清设备设计方案3.4.1设计参数本设计采用斜管沉淀池，与往复式隔板絮凝池合建，设计2座。每座沉淀池设计流量为27500m3/d，表面负荷q=9m3/m2h=2.5mm/s，斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径d=25mm，长1000mm,水平倾角=60。3.4.2计算草图斜管沉淀池设计草图3.4.3设计方案(1)尺寸计算a.沉淀池清水区面积式中：q表面负荷，一般采用9.011.0 m3/(m2h)，本设计取9 m3/(m2h)b.沉淀池长宽沉淀池宽度设计为B=16m，则长L=8m，尺寸为LB=8m16m=128m2为配水均匀，进水区布置在16m一

13、侧。在8m的长度中扣除0.05m的无效长度，则净出口面积为：式中：k1斜管结构系数，取1.03c.沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.5+0.87+1.5+0.80=4.97m式中：h1保护高度，取0.3mh2清水区高度，取1.5mh3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，取1.5mh5排泥槽高度，取0.8m(2)进出水系统计算a.进水方案进水采用穿孔花墙方案，孔口总面积为：式中：v孔口速度，取0.18m/s每个孔口的尺寸设计为15cm8cm，则孔口个数n=148个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。(3)出水系

14、统方案a.穿孔总面积出水系统采用穿孔集水槽，出水孔口流速设计为v1=0.6m/s，则穿孔总面积为：设每个孔口的直径为d=5cm，面积为19.63cm2，则孔口的个数n=270个b.集水槽高度设沿池长方向布置8条穿孔集水槽，中间为1条集水渠，槽底平坡，集水槽中心距为：L=8m/8=1m，每条集水槽长L=(16-1)/2=7.5m。沉淀池超载系数设计为20%，故槽中流量为：q=1.2q=1.20.018=0.0216m3/s槽宽度：b=0.9q0.4=0.90.02160.4=0.19m起点槽中水深H1=0.75b=0.750.19=0.15m终点槽中水深H2=1.25b=1.250.19=0.2

15、4m因此槽中水深为H2=0.24m。集水方式采用淹没式自由跌落，淹没深度取H3=0.05m，跌落高度取H4=0.05m，槽的超高取H5=0.15m。则集水槽总高度为：H=H2+H3+H4+H5=0.35+0.05+0.05+0.15=0.49mc.集水渠高度集水槽为双侧开孔型，孔径直径d=25mm，每侧50个孔，孔间距15cm。8条集水槽汇水至集水渠，集水渠流量按0.17m3/s，集水渠起端的水流截面为正方形，则出水渠宽度为：b=0.9Q0.4=0.90.170.4=0.44m起端水深0.44m，集水槽自由跌落高度取H2=0.05m，则集水渠总高度为：H=0.05+0.44+0.44=0.93

16、md.水头损失孔口损失：h1=0.037集水槽内水深为H2=0.24m，槽内水力坡度设计为i=0.01，槽内水头损失为：h2=iL=0.017.5=0.075m；总水头损失为:h=h1+h2=0.037+0.075=0.112m4.过滤4.1滤池设计方案本设计采用普通快滤池。普通快滤池设计草图4.1.1滤池尺寸(1)滤池面积滤池工作周期设计为24h，冲洗周期设计为12h。则滤池的工作时间为：过滤速度设计为v1=9m/h，则滤池面积为：(2)滤池尺寸每座滤池单格数为N=8，布置呈对称双行排列。则每个滤池的面积为：采用滤池长宽比为4，则滤池的设计尺寸为12m3 m,实际虑速为8.02m/h(3)校

17、核强制滤速强制滤速为：4.1.2滤池高度承托层高H1=450mm。采用双层滤料，厚度H2=800mm，其中无烟煤厚360mm，石英砂厚440mm。滤层上最大水深H3=1800mm。超高H4=0.3m。滤池总高度H为：H=H1+H2+H3+H4=450+800+1800+300=3350 mm=3.35m4.1.3滤池配水系统(1)支管支管的中心距离为aj=0.2m，每座滤池支管数量为：每根支管的入口流量为：支管起端流速为2.0m/s,支管管径为80mm。(2)孔眼支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%，则孔眼总面积：采用孔眼直径为10mm，每个孔眼总面积为78.54 mm，则孔眼总数为：

18、每根支管孔眼数为：每根支管孔眼布置成两排，与垂线成45夹角向下交错排列。每根支管长度为：每排孔眼中心距为：(3)配水系统校核支管长度与直径之比为： 符合要求4.1.4洗砂排水槽洗砂排水槽中心采用a=9/5=1.8m，排水槽设5根，排水槽总长l0=3m，则每槽排水量为：采用三角形标准断面，槽中流速设计为v0=0.6m/s，排水槽断面尺寸为：排水槽底厚度采用，沙层最大膨胀率e=45%，洗砂排水槽顶距砂面高度He为：洗砂排水槽总面积为：校核：4.1.5滤池管路管径进水管的流量为0.61m/s，渠中流速为1.09m/s。(1)进水支管 进水渠宽设计为800mm，水深设计为800mm，每座滤池进水管流量

19、设计为0.07625m/s，管中流量设计为0.95m/s。进水支管的管径为：则进水支管管径管径取DN350。(2)反冲洗管渠流量设计为qf=351L/s，管中流速为2.2 m/s。管径为：反冲洗进水渠宽为700mm，水深为260mm，渠内水流速为2m/s。(3)清水管清水总渠流量为0.61 m/s，渠中流速为1.09 m/s，渠宽为800mm，水深为800mm，渠内水为压力流。每个滤池清水管的流量为0.07325 m/s，流速采用0.95 m/s。则清水支管的管径为：则清水支管的管径取DN350。(4)反冲洗水排水排水流量为0.351 m/s，管中流速为1.33 m/s。反冲洗排水管管径为：则

20、反冲洗排水管管径取DN6004.1.6反冲洗水箱本设计采用高位水箱进行反冲洗(1)反冲洗高位水箱体积设计水箱水深2.5m，直径d=12m，超高0.2m。水箱底至配水管间的沿程局部水头损失之为1.0m，配水系统水头损失为3.33m。 承托层水头损失的为：(2)滤料层水头损失安全富余水头设计为为1.5m，则冲洗水箱底高出洗砂排水槽高度为：5.消毒5.1消毒设备设计方案5.1.1消毒工艺本设计选用液氯作为消毒剂，氯消毒操作过程简单，价格低廉，且在管网中有持续消毒杀菌能力，是目前国内外应用最广泛的消毒剂之一。5.1.2设计耗量水厂设计水量Q=55000m3/d，预氯化最大加氯量设计为1.5mg/L，清

21、水池最大投氯量设计为a=1mg/L=1g/m3。则加氯量为：储氯量按日最大用量的20天用量计算，则储氯量：预加氯量为：清水池加氯量为：总加氯量为：为保证氯消毒时的安全和计量正确，采用加氯机加氯，并设校核氯量的计量设备。选用2台ZJ-2转子加氯机，一备一用。6.其他设计6.1清水池设计方案(1)清水池容积清水池的调节容积取日设计水量的10%，则调节容积为：V1=5500010%=5500m3发生火灾时的消防流量取45L/s，同时发生火灾次数取1次，火灾延续时间取2h,则消防容积：V2=451236001000=324 m3清水池总容积为：V= V1+ V2 =5500+324=5824m3(2)

22、清水池尺寸有效水深设计为H=3.5m，则清水池的面积为：S=V/H=5824/3.5=1664 m2尺寸设计为：S=LB=50m34m=1700 m2超高取0.3m，则清水池净高度为3.8m，则清水池设计容积为：V=LBH=6460 m3清水池内导流墙占据的无效容积为：V3=2400.33.5=84 m3则清水池的有效容积为V“= V-V3=6460-84=6376 m3(3)清水池管路清水池进水管管径设计为DN800，出水管管径设计为DN800。溢流管的直径与进水管管径相同，设计为DN800，在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门，出口设置网罩，清水池放空管管径设计为DN600。在清水池内设置导

23、流墙两道，间距为10m，防止池内出现水流死角，保证氯与水的接触时间不小于30分钟。在清水池顶部设圆形检修孔2个，直径为D=1200mm。为使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气孔，通气孔共设12个，每格设4个，通气管的管径设计为DN200，通气管伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。清水池顶部覆土厚度为1.0m，并加以绿化。6.2二泵房设计方案因为设计任务书中未涉及供水目标城市的管网水压情况，因此不涉及二泵房具体的设计。7.水厂总体布置7.1水厂平面布置综合考虑地形、地质、气象、水文、远期发展、环境影响等因素，力求达到净水厂流程合理、节约用地、建设投资省、管理方便、环境优美、并能

24、与后期发展合理结合。水厂的平面布置考虑以下几点原则：(1)布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操作管理，各构筑物之间留必要的施工和检修间距；(2)充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用；(3)各构筑物之间连接管尽量简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。(4)建筑物布置应注意朝向和风向；(5)把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全；(6)对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合理性，还应该考虑分期施工方便。综合以上原则，本设计中水厂的平面布置亮点如下：(1)充分利用地形高差，生

25、产处理构筑物呈梯级布置，与等高线平行，尽量减少挖填方；(2)构筑物之间紧密连接，尽量做到不浪费每一毫米水的重力势能，减少跌水能量损耗，以节约电耗；(3)生产处理构筑物与生活区分开布置，减少相互之间的干扰，保证生产安全；(4)整个水厂布置双车道7m宽的环形大道与城区道路相连，环形大道连接各生产生活建筑物构筑物，并有一条3.5m宽的单车道穿过清水池和滤池，交通顺畅，并便于抢险和消防；(5)加药间、加氯间、药剂储存仓库、化验室集中布置在远离城市的偏僻的下风方向，减少对城市的污染；(6)厂区雨水就近排入桃河，生产费水和生活污废水送入城市污水处理系统；(7)整个厂区凡是空闲的地方均充分绿化，环境优雅，清

26、水池池顶“水”字形的步道曲径通幽，诠释了自来水厂的主题。7.2水厂管线布置综合考虑布置生产管线、加药管线、加氯管线、超越管线、给水管线、雨水排水管线、污水排水管线、生产废水排水管线。7.3水厂高程布置处理工艺流程中，各构筑物之间水流为重力流，两构筑物之间水面差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道，计量设备等水头损失在内。水厂生产管线沿程水头损失计算表管径mm管长m流量m3/s流速m/s1000i沿程水损m配水井反应池1100400.6080.6390.4290.016沉淀池滤池8001160.3040.6040.5860.070滤池清水池1100800.6080.6390.4290.

27、032清水池吸水井1100350.6080.6390.4290.015水厂生产管线局部水头损失计算表局部水头损失部位局部阻力系数流速m/s局部水损m配水井反应池进口1.02.70.6390.056出口0.5DN1100 90弯头4个0.304沉淀池滤池进口1.012.30.6040.224DN800弯头18个0.618出口0.5滤池清水池进口1.06.90.6390.141DN1100 90弯头18个0.3018出口0.5清水池吸水井进口1.03.30.6390.067DN1100 90弯头6个0.306出口0.5水厂生产构筑物水头损失估算表水厂生产构筑物水厂生产构筑物头损失m往复式隔板絮凝池0.329斜管式沉淀池0.2普通快滤池2.3水厂生产构筑物间总水头损失计算表沿程水损m局部水损m总水头损失m配水井-往复式隔板絮凝池0.0160.0560.072往复式隔板絮凝池-斜管式沉淀池0.0000.3300 330斜管式沉淀池-普通快滤池0.0700.2240.294普通快滤池-清水池0.0322.302.33218