精编城市给水厂给水排水课程设计Word格式.docx
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7.37
19
氨氮
3.14
8
总硬度(CaCO3)
42
亚硝酸盐氮
0.055
9
总碱度
47.5
21
硝酸盐氮
1.15
10
氯化物
15.2
22
耗氧量
2.49
11
硫酸盐
13.3
23
溶解氧
6.97
12
总铁
0.7
(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。
(3)气象条件
项目所在地属于亚热带海洋性气候,阳光充足,雨量充沛,多年平均气温22℃,绝对最高温度38.2℃(94.7.2),绝对最低温度-0.5℃(57.2.11),年平均霜冻日3.6天,最多10天。
年平均日照时数1932小时,年平均降雨量1788.6mm,日最大降雨量367.8mm(81.7.1),年平均相对湿度79%。
主导风向西南
(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。
给水处理厂方案设计
一、水厂设计规模概况
该市位于广东省中南部,北接广州,南连深圳,是进来珠江三角洲经济发展和城市化程度较快得地区。
近年来,由于经济发展、城市化进程的加快和城市人民生活的提高,用水的需求不断增长,原有水处理厂的生产能力已经不能满足要求,对经济发展和人民生活造成严重影响,为缓解这一矛盾,经市政府部门研究并上报请上级主管部门批准,决定在东江南支流南、东城区下桥新建一座给水厂。
该水厂设计规模为140000立方米/天。
工程主要分为三大部分
取水工程
输水工程
净水厂工程
二、工艺设计流程
PAC
氯消毒
↓
原水→
机械混合池→
折板反应池→
平流沉淀→
V型滤池→清水池
三、混凝设施
(1)加药
根据原水的水质水温和pH值的情况,选用混凝剂为聚合氯化铝,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值使用范围宽(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。
1.混凝剂投量计算
设计中取日处理水量(不包含自用水);
采用精制硫酸铝,根据原水水质,单位混凝剂投量大取。
当a取40.0mg/L时:
日混凝剂投量
2.混凝剂的配制和投加
a.混凝剂投加方法
混凝剂投加方法有湿投和干投,干投应用较少,本设计采用湿投方法。
b.混凝剂调制方法
混凝剂采用湿投时,其调制方法有水力、机械搅拌方法,水力方法一般用于中、小型水厂,机械方法可用于大、中型水厂,本设计采用机械方法调制混凝剂。
c.溶液池容积
设计中取混凝剂的浓度,每日调制次数次,混凝剂最大投加量,设计处理水量
,
则溶液池容积
溶液池采用钢筋混凝土结构,单池尺寸为,高度中包括超高0.3m,沉渣高度0.3m。
溶液池实际有效容积
满足要求。
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。
d.溶解池容积
溶解池尺寸为,高度中含超高0.3m,底部沉渣高0.2m。
为操作方便,池顶高出地面0.8m。
溶解池实际有效容积
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。
e.溶解池搅拌设备
溶解池采用机械搅拌,搅拌桨为平桨板,中心固定式,搅拌桨板安装见图1。
溶解池搅拌机示意图
搅拌设备查《给水排水快速设计手册》第一册表7-6,适宜本设计的参数列于表1中。
搅拌设备应进行防腐处理。
搅拌设备参数表表1
溶解池尺寸
B×
B(m)
池深
H(m)
桨叶直径
D(mm)
桨板深度
L(mm)
H1
(mm)
H
E
搅拌机重量
(kg)
2.1×
2.1
1.7
Φ750
1200
100
330
/
200
f.投加方式
混凝剂的湿投方式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。
g.计量设备
计量设备有孔口计量、浮杯计量、定量投药箱和转子流量计。
设计采用耐酸泵与转子
流量计配合投加。
计量泵每小时投加药量
耐酸泵型号25F-25选用二台,一用一备。
25F-25型耐酸泵参数:
流量为1.98~3.96m3/h、扬程为26.8~24.4m、转数为
2960转/分、配套电机功率1.5kW,生产单位石家庄水泵厂。
3.加药间及药库
a.加药间
各种管线布置在管沟内:
给水管采用镀锌钢管、加药管采用塑料管、排渣管为塑料管。
加药间内设两处冲洗地坪用水龙头DN25mm。
为便于冲洗水集流,地坪坡度≧0.005,并坡向集水坑。
b.药库
药剂按最大投加量的30d用量储存。
硫酸铝所占体积
硫酸铝相对密度为1.62,则硫酸铝所占体积为:
176.4/1.62=108.89m3
药品堆放高度按2.0m计(采用吊装设备),则所需面积为54.5m2
考虑药剂的运输、搬运和磅秤所占面积,不同药品间留有间隔等,这部分面积按药品占有面积的30%计,则药库所需面积为
54.5×
1.3=70.78m2,设计中取75m2。
药库平面尺寸取:
10.0×
7.5m。
库内设电动单梁悬挂起重机一台,型号为DX0.5-10-20。
四.机械混凝
1.有效容积
取混合时间,池数n=2个,则
机械混合池尺寸及有关参数选定,
直径:
水深:
池总高:
搅拌器外缘速度:
搅拌器直径:
,设计中取2.0m
搅拌器宽度:
,设计中取0.3m
搅拌器层数:
因,设计中取一层
搅拌器叶数:
搅拌器距池底高度:
2.搅拌转速
3.搅拌器角速度
4.轴功率
取阻力系数,搅拌器层数层,搅拌器半径,则
5.所需轴功率
取水的动力黏度,速度梯度,则
,满足要求。
6.电动机功率
取传动机械效率,则
机械混合池计算各部分尺寸示意如图所示。
五、折板反应池
单池设计水量
水厂总设计规模为140000m3/d,折板絮凝池分为两个系列,每个系列设计水量为:
(1)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
取絮凝时间,则
分三段絮凝,第一段采用相对折板,第二段采用平行折板,第三段采用平行直板
折板布置采用单通道,絮凝池与沉淀池合建。
2.取有效水深,单组池宽,则
将絮凝池垂直水流方向分6格,每格1.7m.沿着水流方向平行分6格,每格1m。
絮凝池长度方向用隔墙分成3段,首段和中段格宽均为1.0m,末段格宽为2.0m,隔墙后为0.15m,则絮凝池总长度为:
3.各段分格数
与平流沉淀池组合的絮凝池池宽为24.0m,用3道隔墙分成4组,
每组的流量
每组池宽为
首段分成10格,则每格长度:
首段每格面积
通过首段每格的平均流速
中段分为8格,末段分为7格,则中段、末段的各格格长、面积、平均流速分别为:
,,
4.停留时间计算
首段停留时间
中段停留时间
末段停留时间
实际总停留时间
5.隔墙空洞面积和布置
水流通过折板上、下转弯和隔墙上过水孔洞流速,首、中、末段分别为0.3m/s、0.2m/s和0.1m/s,则水流通过各段每格格墙上孔洞面积为:
,取0.75m2,孔宽1.0m,则孔高为0.75m,
实际通过首段每格格墙上孔洞流速
,取1.1m2,孔宽1.0m,则孔高1.1m,
实际通过中段每格格墙上孔洞流速
,取2.2m2,孔宽1.5m,则孔高1.47m,
实际通过末段每格格墙上孔洞流速
孔洞在格墙上、下交错布置。
6.折板布置
折板布置首段采用峰对峰,中段采用两峰相齐,末段采用平行直板。
折板间距采用0.4m。
折板长度和宽度各段分别采用2.0m×
0.6m、1.50m×
0.6m和1.50m×
0.6m。
7.水头损失计算
a.相对折板
设通道宽为1.4m,设计峰速为0.34m/s,则峰距:
取0.6m。
实际峰速为:
。
谷距:
板宽采用500mm,夹角90°
,板厚60mm。
侧边峰距:
侧边谷距:
中间部分谷速:
侧边峰速:
侧边谷速:
水头损失计算:
中间部分:
渐放段损失:
m
渐缩段损失:
按图布置,每格设有12个渐缩和渐放,故每格水头损失:
h=12×
(0.0022+0.005)=0.0864m。
侧边部分:
m。
每格共6个渐缩和渐放,故h’=6×
(0.00025+0.000625)=0.0053m。
进口及转弯损失:
共1个进口,2个上转弯,3个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为H3=1.2米,进口流速取0.3m/s。
进口尺寸为0.9m×
1.0m。
上转弯流速为:
下转弯流速:
上转弯δ取1.8,下转弯及进口取3.0,则每格进口及转弯损失之和为:
总损失:
每格总损失:
第一絮凝区总损失:
第一絮凝区停留时间:
第一絮凝区平均G值:
b.平行折板
折板间距等于第一区的中间部分峰距即0.6米。
通道宽取2.0米。
布置形式如下图:
中间部分流速为:
可以.
侧边峰距b3:
b3=6.9-6×
0.6-7×
0.04=3.02m.
由图可知,b3+b3+c=3.02m,故
侧边谷距b4=b3+c=0.335+1.3325=1.6675m.
侧边峰速
侧边谷速
一个90º
弯头的水头损失按图布置,共有18个/每格,则每格水头损失.
侧边部分
渐缩短损失:
每格共有6个渐缩和渐放,故h’=6×
(0.0001+0.00026)=0.00216m。
共有1个进口,3个上转弯,4个下转弯,上转弯处水深H4为0.7米,下转弯处水深为1.2米,进口流速取定为0.2m/s,进口尺寸为0.8m×
1.75m,上转弯处流速为,下转弯处流速为:
上转弯取1.8,进口及下转弯取3.0,则每格进口及转弯损失为:
每格总损失为:
.
第二絮凝区总损失为:
第二絮凝区的停留时间:
平均速度梯度G值:
c.平行直板
板厚为84mm,具体布置见下图
平均流速取0.1m/s,通道宽度为:
取2.6米。
水头损失:
共1个进口及5个转弯,流速采用0.1m/s,=3.0,则单格损失为:
总水头损失为:
停留时间为:
平均G值为:
d.折板絮凝池总水头损失
e.各絮凝段主要指标
絮凝段
絮凝时间(min)
水头损失(m)
G(s-1)
GT值
第一絮凝段
4.39
0.2658
99
2.61×
104
第二絮凝段
6.28
0.1144
54.3
2.05×
第三絮凝段
8.16
0.0184
19.11
0.94×
合计
18.83
0.3986
58.55
6.62×
f.各絮凝区进水孔
第一絮凝区进口流速取,则第一絮凝区进水孔所需面积为:
进水孔宽取0.90m,高取1.03m。
第二絮凝区进口流速取,则第二絮凝区进水孔所需面积为:
进水孔宽取1.2m,高取1.16m。
第三絮凝区进口流速取,则第三絮凝区进水孔所需面积为:
进水孔宽取1.5m,高取1.86m。
(2)折板絮凝池布置
在絮凝池各段每格隔墙底部设200mm×
200mm排泥孔,池底设2.0%坡度,坡向沉淀池,在过渡段设排泥管,管径DN200。
折板絮凝池布置如图3。
六、平流沉淀池
设计流量
取沉淀池个数,则
(1)平面尺寸计算
1.沉淀池有效容积
取停留时间,则
每个沉淀池的设计水量为
2.沉淀池长
取水平流速,则
3.沉淀池宽度
取沉淀池有效水深h=3.1m,则
,设计中取12m。
沉淀池长宽比
,满足要求;
长深比
4.复核沉淀池中水流的稳定性
水流断面积
湿周
则水力半径
弗劳德数,介于0.0001~0.00001之间,满足要求。
(2)进水系统
1.沉淀池的进水部分设计
沉淀池的配水,采用穿孔花墙进水方式。
墙长12m,墙高3.4m,有效水深3.1m。
取孔口流速,则
孔口总面积
每个孔口采用矩形的半砖空洞,其尺寸为0.125m×
0.126m,开孔率为
0.125×
0.126/(0.125×
0.126*3.1)=3.23%,则孔口数为540个。
取局部阻力系数
则进口水头损失
可以看出,计算得出的进水部分水头损失非常小,为了安全,此处取为0.05m。
布水墙如下图
2.沉淀池的出水部分设计
沉淀池的出口布置要求在池宽方向上均匀集水,并尽量滗取上层澄清水,减小下层沉淀水的卷起,目前采用的办法多为采用指形槽出水。
指形槽的个数:
N=6
指形槽的中心距:
指形槽中的流量:
,考虑到池子的超载系数为20%,故槽中流量为:
槽宽,为便于施工,取
6个集水槽,双侧进水。
每根槽长:
8.92m,取9.0m
沉淀池的出水采用薄壁溢流堰,渠道断面采用矩形。
取溢流堰的堰上负荷,则
溢流堰的总堰长
出水堰的堰口标高能通过螺栓上下调节,以适应水位变化。
取渠道宽度,则
出水渠起端水深
出水渠道的总深设为1.1m,跌水高度0.24m。
渠道内的水流速度
沉淀池的出水管管径初定为DN1100mm,此时
管道内的流速
3.沉淀池放空管
取放空时间t=2h,则
放空管管径
设计中取放空管管径为DN700mm。
4.排泥设备选择
沉淀池底部设泥斗,每组沉淀池设8个污泥斗,污泥斗顶宽1.25m,底宽0.45m,污泥斗深0.4m。
采用HX8-14型行车式虹吸泥机,驱动功率为0.37×
2kW,行车速度为1.0m/min。
5.沉淀池总高度
取沉淀池超高
污泥斗高度
则
七、V型滤池
主要参数如下
设计水量Q=147000m3/d
滤速V=8m/h,强制滤速20m/h
滤池冲洗条件见下表
冲洗强度(L/m2)
冲洗时间(min)
第一步(气冲)
第二步(气-水同时冲洗)
空气
水
第三步(水冲)
总冲洗时间12min
冲洗周期T=48h
反冲横扫强度1.8L/(s·
㎡)(一般为1.4~2.0L/(s·
㎡)
滤池采用单层加厚均滤料,粒径0.96~1.35mm,不均匀系数1.2~1.6
设计计算过程如下.
(1)池体设计
1.滤池工作时间(未考虑排放滤水)
2.滤池面积F
3.滤池的分格
为节省占地,选双格型滤池,池底板用混凝土,单格宽B单=3.5m,长L单=14m,单格面积49㎡,分为并列2组,每组4座,一共8座,每座面积98㎡,总面积784㎡
4.校核强制滤速
满足的要求。
5.滤池高度的确定
滤池超高0.3m
滤层上的水深1.5m
滤料厚度1.0m
滤板厚度0.13m
滤板下布水区高度0.9m(0.7~0.9)
滤池总高度H=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83m
6.水风井设计
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
△H清—水流通过清洁滤料层的水头损失,cm
V—水的运动黏度,c㎡/s;
20℃时为0.0101c㎡/s;
g—重力加速度,981
m0—滤料孔隙率;
取0.5;
d0—与滤料体积相同的球体直径,㎝,根据厂家提供数据为0.1㎝
L0—滤层厚100cm
v—滤速,㎝/s,v=11m/h=0.31㎝/s;
—滤料粒径球度系数,天然砂粒为0.75~0.8,取0.8;
根据经验,滤速为8~10m/h时,清洁滤料层的水头损失一般为30~40㎝,计算值比
经验值低,取经验值的低限30㎝为清洁滤料层的过滤水头损失,正常过滤时,通过长柄滤头的水头损失△h≦0.22m,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
△H开始=0.3+0.22=0.52m
为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井出水堰顶标高取滤料层上表面标高衣裳0.2m。
设计水封井平面尺寸2m×
2m,堰底板比滤池底板低0.3m。
水封井出水堰总高:
△H水封=0.3+H1+H2+H3=0.3+0.9+0.13+1.0+0.2=2.53m
因为每座滤料过滤水量:
所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh2/3计算得:
则滤池施工完毕,除此投入运行时,清洁滤料层过滤,滤池液面比滤料层高
0.15+0.52+0.2=0.87m
(2)水反冲洗管渠系统
1.反冲洗水量反冲洗用水量按水洗强度最大时计,单独水冲洗时反洗强度最大,为
V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量
水反冲洗系统的断面计算方法如下:
配水干管用钢管,DN700,流速1.27m/s。
反冲洗水由反冲洗配水干管输送至汽水分配渠,由汽水分配渠底侧的补水方孔配水到滤池底部的布水区。
反冲洗通过布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1~1.5m/s左右,取V=1m/s,则配水支管的截面积
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0.6,每个孔的面积
每个孔口尺寸取0.1m×
0.1m。
反冲洗水过孔流速V=0.49/2×
20×
0.1×
0.1=1.225m/s满足要求
2.反冲洗用气量和的计算
反冲洗用气量按气冲强度最大时的空气流量计算。
这时气冲强度为。
3.配气系统断面积算
配气干管进口流速应为5m/s左右,则配气干管的截面积
反冲洗配水干管用钢管,DN250.流速9.87m/s.反冲洗用空气由反冲洗配水干管输送至气水分配渠,由汽水分配渠两侧的不起小孔配气到滤池底部布水区。
布气小孔紧贴滤板下缘,间距与布水方孔相同,共计40个。
反冲洗用空气通过配气小孔流速按反冲洗配气支管的流速取值
反冲洗配气支管流速或空口流速应为10m/s左右,则配水支管的截面积
每个布气小孔面积
孔口直径
反冲洗空气过孔流速
没孔配气量
4.汽水分配渠的断面设计
对汽水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在汽水同时反冲洗时,即汽水同时反冲洗时要求汽水分配渠面面积最大。
因此,汽水分配渠的面积设计按汽水同时反冲洗的情况设计。
汽水同时反冲洗时反冲洗水流量
汽水同时反冲洗时反冲洗用空气的量
汽水分配渠的气、水流速均按相应的气、配水干管流速取值。
则汽水分配渠的断面面积
(3)滤池灌渠的布置
1.反冲洗灌渠
a.汽水分配渠
汽水分配渠起端宽度取1.2,高度1.5,末端宽度取1.2,高度1m。
则起端截面积1.8,末端宽度取截面积1.2.两侧沿程布置20个配气小孔和20个布水方孔,孔间距0.6m,共40个,汽水分配渠末端所需最小面截面积0.554/40=0.014,小于1.2,满足要求
b.排水集水槽
排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽高:
H起=H1+H2+H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1+0.5-1.5=1.03m
式中H1、H2、H3,同前池体造型设计部分滤池高度确定的内容,1.5m为气水分配渠起端高度。
排水槽末端高
H末=H1+H2+H3+0.5-1.0=0.9+0.13+1.0+0.5-1.0=1.53m
1.0m为汽水分配渠末端高度
底坡
i=(1.93-1.43)/L=0.5/12=0.042
c.排水集水槽排水能力校核
由矩形断面暗沟(非满流n=0.013).计算公式校核集水槽排水能力。
设集水槽超高0.3m.则槽内水位高h排集=1.03-0.3=0.73m米,槽宽b排集=1.2m,湿周X=b+2h=1.2+2×
0.73=2.66m
水流断面
A排集=b×
h=1.2×
0.73=0.876㎡
水力半径
R=A排集/X=0.876/1.86=0.329m
水流速度
v=R2/3·
I1/2/n=6.93m/s
过流能力
Q排集=A排集·
v=0.876×
6.93=6.07m3/s
实际过水量
Q反=Q反水+Q表水=0.49+0.18=0.67m3/s
(2)进水管渠
a.进水总渠
8座滤池分成独立两组。
每组进水总渠过水流量按强制过滤流量计算,流速0.8~1.2m/s,则过滤流量
过水断面
进水总渠宽1米,高0.5米。
b.每座滤池的进水孔
每座滤池由进水侧壁开三个进水孔,进水总渠的浑水通过这三个进水孔进入滤池,两
叮叮当当侧进水孔孔口在反冲洗时关闭,中间进水孔孔口设手动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反冲洗表扫用水,调节闸门的开启度,使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。
孔口面积按口淹没出流公式:
其总面积按滤池强制过滤水量计。
强制过滤水量
孔口两侧水位差取0.1m,则孔口面积
中间孔面积按表面扫水量
两个侧孔口设阀门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积
孔口宽
C.每座滤池内设的宽顶堰
为保证进水稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠,再经过滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。
宽顶堰宽宽顶堰与进水总渠平行设置,与进水总渠侧壁相聚0.5m。
堰上水头由矩形堰的流量公式
d.每座滤池的配水渠
进入每座滤池的混水经过宽顶堰溢流进配水渠,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽。
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