給水課程設計計算四川某縣城自來水廠初步設計

1、水質(zhì)工程學課程設計（i）提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有目錄1總論11.1設計任務及要求11.2基本資料22總體設計32.1工藝流程的確定32.2處理構(gòu)筑物及設備型式的選擇33取配水構(gòu)筑物設計計算43.1菱形箱式取水頭設計計算43.2一泵站設計計算43.3配水井設計計算54混凝構(gòu)筑物和設備設計計算54.1藥劑調(diào)配池設計計算54.2藥劑投配設備設計64.3混合設備的設計計算64.4反應構(gòu)筑物的設計計算65沉淀池設計計算95.1平流式沉淀池平面尺寸的確定95.2穿孔花墻設計計算105.3集水槽、放空管、排泥設備設計計算105.4水力條件校核106濾池設計計算116.1濾池平面尺寸的確定116.2濾池反

2、沖洗系統(tǒng)設計116.3濾池高度的確定127消毒設備設計計算128清水池設計計算129水廠總體布置139.1水廠平面布置139.2水廠管線布置149.3水廠高程布置1410參考文獻151總論1.1設計任務及要求四川某縣城自來水廠初步設計，要求進行初步方案設計，簡要寫出一份設計計算說明書，對主要處理構(gòu)筑物的工藝尺寸進行設計計算。確定水廠平面布置和高程布置，繪出水廠平面布置圖、高程布置圖、管線布置圖、各個單體處理構(gòu)筑物的平面圖、剖面圖并對所用設備進行選型。應做到設計合理、計算準確、圖面清晰、語言簡練、字體端正。1.2基本資料（1）現(xiàn)用水量：5×104m3/d（2）給水水源：桃河（3）水質(zhì)資

3、料：原不為穿城河流，取水口在城鎮(zhèn)上游，水質(zhì)較好，含砂量較低（平均含砂量0.4kg/m3），上游無工業(yè)污染和集中生活污水污染。表格 1原水水質(zhì)資料項 目含 量項 目含 量渾 濁 度3001000mg/l耗 氧 量20mg/l色 度10度總 硬 度3度(德國度)水 溫1020暫時硬度3度(德國度)ph 值7.58.0氯 化 物21mg/l細菌總數(shù)12000個/ml總 固 體298mg/l大腸菌數(shù)33000個/l堿 度8度臭 和 味微 量（4）地質(zhì)資料a.擬建水廠區(qū)域工程地質(zhì)鉆探資料通過工程地質(zhì)鉆探，地層構(gòu)造為：表層為0.50.7m厚的耕土，以下均為密實壓粘土，地下12m處才有基巖露頭。地下水位在地

4、表8m以下，地下水無浸蝕性。地基耐壓力為15t/。b.該城鎮(zhèn)地震資料據(jù)記載，該地區(qū)未發(fā)生過破壞性地震，據(jù)地震監(jiān)測總的記錄，該地區(qū)最大震級為6級，地震裂度為6度。由四川地震局推薦，該地區(qū)建筑設計按地震裂度7度設防。（5）水文資料桃河由西向東穿城而過，拐向鎮(zhèn)東南流出城。河上設有兩座通行汽車的大橋。河流常年流量較大，上游設有一大型水庫調(diào)節(jié)，因此河流枯水位及流量變化不大。該河流為通航河流，船舶最大噸位700噸，并有木排放下，取水構(gòu)筑物設計時應考慮放排和通航的影響。最高洪水位：188.00m最大流量： 150m3/s常水位：185.40m年平均流量：75m3/s枯水位：183.00m最小流量：50m3/

5、s取水口水深最小達：4.0m（6）氣象資料a.風向：見右方風玫瑰圖b.氣溫最冷月平均：4.0最熱月平均：34.1極端最高氣溫：40 極端最低氣溫：-2c.降水量：年平均降雨量：1185.4mm 一日最大降雨：197.1mmd.土壤冰凍深度： 0m（7）其它資料該城鎮(zhèn)為縣政治、經(jīng)濟中心，交通便利，鐵路、公路、水運均與省城及埠外相連接，該縣地方材料豐富。（8）水廠廠址地形圖一張（見附錄）2總體設計2.1工藝流程的確定根據(jù)原水水質(zhì)資料可知：原水渾濁度300-1000mg/l，細菌總數(shù)12000個/ ml，大腸菌數(shù)33000個/l，耗氧量20mg/l,有微量的臭和味，原水受到較為嚴重污染，細菌指標超標

6、嚴重。色度10度，氯化物21mg/l，總硬度3度(德國度)，暫時硬度3度(德國度)，總固體298mg/l，這幾項指標達到生活飲用水衛(wèi)生標準。因此處理的重點在于降低濁度、耗氧污染物和殺滅細菌等病源微生物，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟條件，選用常規(guī)水處理工藝進行處理。圖 i水處理工藝流程圖現(xiàn)用水量5×104m3/d，水廠自用水系數(shù)取1.05，則給水廠設計處理能力為5.25×104m3/d。2.2處理構(gòu)筑物及設備型式的選擇采用岸邊分建式取水構(gòu)筑物取水，取水頭部采用菱形箱式取水頭，取水頭取集的水通過兩根鋼管自流至一泵站集水間。為修建方便，一泵站采用矩形平面泵站，安裝三臺機組，兩用一備。取水泵

7、站離水廠的距離不是很遠，輸水安全問題不是很大，考慮各臺水泵共用一條壓水管輸水至配水井，管材采用鋼管?；炷齽┻x擇pac,藥劑溶解設備選用機械攪拌溶藥池，混凝劑的投加選用耐腐蝕隔膜式計量泵，藥劑混合設備選擇管式靜態(tài)混合器。絮凝沉淀采用往復式隔板絮凝池和平流式沉淀池，往復式隔板絮凝池和平流式沉淀池合建。過濾采用v型濾池，消毒劑選擇常規(guī)的氯消毒。由于城市供水區(qū)域所需水壓未知，二泵站不進行設計，只按估計預留建設用地。辦公樓、職工宿舍、職工食堂、停車場等生活設施集中布置在遠離處理構(gòu)筑物的地方；水廠加藥間、加氯間、藥劑儲存間、化驗室合建，靠近處理構(gòu)筑物布置在下風方向； 配電室、機修間、門衛(wèi)室和噴水池、花壇等

8、園林綠化設施按需要布置。3取配水構(gòu)筑物設計計算3.1菱形箱式取水頭設計計算桃河水位及流量變化不是很大，有通航和放木排的需求，因此考慮采用岸邊分建式取水構(gòu)筑物取水。取水頭部采用菱形箱式取水頭，取水頭取集的水通過兩根鋼管自流至一泵站集水間。需水量為5×104m3/d，水廠自用水系數(shù)取1.05，則取水頭部取水能力需為5.25×104m3/d。取水頭部設格柵，以攔截水中漂浮的浮渣、雜草等，其中格柵柵條間凈距根據(jù)取水量大小和漂浮物等情況確定，小型取水構(gòu)筑物宜為3050mm，大、中型取水構(gòu)筑物宜為80120mm。本設計中進水孔設計流速取0.7m/s，柵條采用扁鋼，厚度s=10mm，格柵

9、柵條凈距選擇b=50mm ，格柵阻塞系數(shù)采用k1=0.75。柵條引起的面積減少系數(shù)為：進水孔總面積為： 設四個進水口，每個進水口面積為：進水口尺寸采用：格柵設計詳見圖紙。3.2一泵站設計計算為修建方便，一泵站采用矩形平面泵站，安裝三臺機組，兩用一備。從取水頭部到取水泵站集水間自流輸水管設兩條，設計流速0.7m/s。管徑為：。 泵吸水管設計流速取1m/s。則吸水管管徑為：原水從取水頭部經(jīng)自流輸水管流至集水井，經(jīng)泵的提升后由壓力鋼管輸送至給水廠配水井，壓力輸水管設計流速取1.5m/s。則壓力輸水管管徑為：3.3配水井設計計算一泵站送來的原水經(jīng)配水井流至處理構(gòu)筑物，從配水井流至絮凝沉淀池的出水管管內(nèi)

10、流速取0.7m/s，則管徑需。4混凝構(gòu)筑物和設備設計計算混凝效果的好壞與混凝劑的品種有非常重要的關(guān)系，混凝劑的品種主要有：硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵、聚合氯化鋁（堿式氯化鋁）。聚合氯化鋁（堿式氯化鋁）對于高濁和微污染水的處理效果均較好且有很好的脫色作用，在本工藝中采用聚合氯化鋁（堿式氯化鋁pac）。4.1藥劑調(diào)配池設計計算最大投藥量取，則可算出每日投藥量為1650kg, 藥液質(zhì)量濃度取，每日調(diào)配一次藥劑，則所需藥劑調(diào)配池容積為16.5m3，設計藥劑調(diào)配池的尺寸為：，另外需超高0.3m，實際藥劑調(diào)配池的尺寸為：。為便于調(diào)配藥劑，藥劑調(diào)配池的設計高度一般以在地平面以下或半地下為宜，池頂高出地面0.

11、20m左右，以減輕勞動強度，改善操作條件。調(diào)配池的底坡不小于0.02，池底應有直徑不小于100mm的排渣管。藥劑調(diào)配池設置機械攪拌機一臺，池壁設超高0.3m，防止攪拌溶液時溢出。由于藥液一般都具有腐蝕性，所以盛放藥液的池子和管道及配件都應采取防腐措施。調(diào)配池一般采用鋼筋混凝土池體，與混凝劑接觸的池內(nèi)壁、設備、管道和地坪，采取相應的防腐措施。4.2藥劑投配設備設計采用隔膜式計量泵投加的方式投加藥液，可通過改變計量泵行程或變頻調(diào)速改變藥液投加量，藥劑注入管道的方式詳見圖紙設計。4.3混合設備的設計計算混合設備選用管式靜態(tài)混合器，構(gòu)造如圖所示。圖 ii管式靜態(tài)混合器示意圖管式靜態(tài)混合器是處理水與混凝

12、劑瞬間混合的理想設備，具有占地面積小、投資省、設備簡單、混合效果好和管理方便等優(yōu)點。管式靜態(tài)混合器由二個一組的混合單元組成，在不需外加動力的情況下，水流通過混合器產(chǎn)生對分流、交叉混合和反向旋流三個作用而實現(xiàn)藥劑與水的充分混合。管式靜態(tài)混合器水頭損失計算如下：處理水量5.25×104m3/d, ，則根據(jù)上式可計算得知管式靜態(tài)混合器的水頭損失為：0.086m，實際流速v=0.642m/s,1000i=0.429,從配水井至往復式隔板絮凝池的管道長度設為10m,則管道水頭損失為：0.004m,則總水頭損失為0.09m。選dn1100鋼管內(nèi)裝3個混合單元的管式靜態(tài)混合器。4.4反應構(gòu)筑物的設

13、計計算反應構(gòu)筑物的作用在于使凝聚微粒通過絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝體。目前國內(nèi)使用較多的是各種形式的水力絮凝池及其各種形式的組合，主要有隔板絮凝、柵條絮凝、折板絮凝和波紋板絮凝等。這幾種形式的絮凝池在大、中型水廠中均有使用，具有絮凝效果好、水頭損失小、絮凝時間短、便于管理等優(yōu)點，并且都能達到良好的絮凝條件。綜合考慮，本設計采用往復式隔板絮凝池。絮凝時間取t=20min，平均水深2.5m，絮凝池和后面的平流式沉淀池寬度取14m。設計水量。往復式隔板絮凝池容積往復式隔板絮凝池凈平面面積往復式隔板絮凝池長度 廊道內(nèi)流速分為5檔：轉(zhuǎn)彎處流速等于廊道流速的1/1.5-1/1.2，則各檔流速廊道寬

14、度為：，廊道數(shù)的計算。取每一檔流速廊道條數(shù)相同，即每一檔流速水流在絮凝池中停留時間逐漸增大，則廊道條數(shù)：取每一檔流速廊道5條，共25條，水流轉(zhuǎn)彎24次，絮凝池隔板間距之和絮凝池隔板墻厚取0.1m，則絮凝池實際長度廊道長度。各檔流速廊道長度。其中，廊道寬1.2m，流速0.203m/s的一檔最后一個廊道緊挨著穿孔花墻，不計入該檔流速廊道的長度，則廊道長度變?yōu)?0-14=56m。一般水泥板或水泥砂漿抹面渠道水力粗糙系數(shù)n=0.013，取20時水的動力黏度。各段廊道水頭損失按下式計算：式中：第i段廊道內(nèi)水流轉(zhuǎn)彎次數(shù)隔板轉(zhuǎn)彎處局部阻力系數(shù)，180°時=3，90°時=1第i段廊道內(nèi)水流

15、轉(zhuǎn)彎處水流流速，等于廊道內(nèi)流速的1/1.5-1/1.2第i段廊道過水斷面水力半徑第i段廊道流速系數(shù)，廊道壁面、池底粗糙系數(shù)，通常取速度梯度，式中：水的重度，水的動力黏度，20°時為表格 2各檔流速廊道水頭損失及速度梯度計算表段數(shù)轉(zhuǎn)彎次數(shù)直流段長度廊道寬度水力半徑流速系數(shù)廊道流速轉(zhuǎn)彎流速水頭損失停留時間速度梯度15700.50.22760.09170.4860.3890.13614496.14 25700.60.26861.76000.4050.3240.09117372.03 35700.80.34564.41550.3040.2430.05023045.98 45700.950.3

16、9966.00560.2560.2050.03527335.30 54561.200.48468.15720.2030.1620.01727624.63 0.329109654.21 平均速度梯度配水廊道底部以2的坡度坡向水流流動方向，在每道配水廊道底部設dn200的排泥管。5沉淀池設計計算選用平流式沉淀池，平流式沉淀池抗沖擊負荷，處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，后期擴建時可以方便將其改建成斜管或斜板沉淀池。設計數(shù)據(jù)選用：表面負荷，沉淀時間，水平流速。5.1平流式沉淀池平面尺寸的確定沉淀池面積沉淀池長度沉淀池寬度實際沉淀池面積實際表面負荷沉淀池有效水深，取水深h=3.20m，超高0.3m，池深3.5m。沉淀

17、池長寬比沉淀池長深比實際停留時間實際水平流速5.2穿孔花墻設計計算絮凝池與沉淀池之間采用穿孔花墻布水，為布水均勻采用兩道穿孔花墻。過孔流速取0.2m/s，則孔口總面積可計算得出需3.04m2，孔口尺寸取，則孔口個數(shù)為。為施工方便，沿水深方向開9排，每排開29個，共計261孔。5.3集水槽、放空管、排泥設備設計計算集水槽。取指型集水槽等于池長的1/10=8m，間距2m，共7條，每條流量。集水槽槽內(nèi)起端水深取等于槽寬則集水槽兩側(cè)壁開d=35mm的圓孔收集清水，孔口淹沒深度0.07m，則每孔流量集水槽每邊開孔個數(shù)可計算得知為62.3個，按每邊開孔64個，每孔間距125mm設計。集水槽收集的水流至出水

18、渠，出水渠渠寬按1m計，則出水渠起端水深可計算得知為0.366m。為保證集水槽能均勻集水，集水槽出水應自由跌落，出水渠渠底應低于沉淀池水面的高度=出水渠水深+集水槽水深+集水槽孔口跌落高度+集水槽孔口淹沒高度=0.366+0.34+0.05+0.07=0.826m。取出水渠寬1m，深1m。放空管：沉淀池放空時間按3h計，則按變水頭放空容器計算公式，取dn=350mm。排泥設施：為取得較好的排泥效果，采用虹吸式機械吸泥機排泥。5.4水力條件校核沉淀池池寬14m，考慮沿池長方向設縱向隔墻一道，池底部開300×3001000聯(lián)通孔。沉淀池過水斷面積沉淀池濕周水力半徑弗勞德數(shù)雷諾數(shù)6濾池設計

19、計算6.1濾池平面尺寸的確定本設計選用v型濾池，設計濾速，強制濾速不大于，濾池工作周期24h。假定濾池設n座，為保證當一座檢修一座反沖洗時，該兩座濾池原來的水量扣除表面掃洗水量平均分配到其他各座濾池后強制濾速不大于，則應滿足以下不等式：，解之得：設計8座雙排對稱布置的v型濾池，每排4座，中間布置管廊。單池流量，設計濾速，則單池過濾面積。取單池平面尺寸為，則實際濾速為，當其中一座檢修、一座反沖洗時，其他幾座濾池的強制濾速為：6.2濾池反沖洗系統(tǒng)設計單獨氣沖洗：氣沖強度，歷時。氣水同時反沖洗：氣沖強度，水沖強度，歷時。單獨水沖洗：水沖洗強度，歷時。表面掃洗：表面掃洗強度，歷時。6.3濾池高度的確定

20、濾池配水、配氣及集水室高度，濾板高度，承托層厚度，濾料層厚度，砂面上水深，濾池超高。則濾池總高度為：7消毒設備設計計算水的消毒處理是生活飲用水處理工藝的最后一道工序，其目的在于殺滅水中的有害病原微生物，防止水致傳染病。本設計選用氯作為消毒劑，氯消毒操作過程簡單，價格較低，且在管網(wǎng)中有持續(xù)消毒殺菌作用，是目前國內(nèi)外應用最廣的消毒劑。水廠設計水量5.25×104m3/d，最大投氯量取a=1mg/l=1g/m3。則加氯量為：， 氯的儲存按一個月考慮，則儲氯量為：氯的投加采用自動加氯機，加注點選在從濾池到清水池之間的管道上。8清水池設計計算清水池的調(diào)節(jié)容積取日設計水量的10%，則調(diào)節(jié)容積：v

21、1=52500×10%=5250m3， 發(fā)生火災時的消防流量取45l/s，同時發(fā)生火災次數(shù)取1次，火災延續(xù)時間取2h,則消防容積：v2=45×1×2×3600÷1000=324 m3清水池總?cè)莘e為：v= v1+ v2 =5250+324=5574m3 有效水深取h=3.5m，則清水池的面積為：f=v/h=5574/3.5=1593 m2，取b×l=50×32=1600 m2，超高取0.3m，則清水池凈高度為3.8m。清水池設計容積為：v=b×l×h=5600 m3。清水池內(nèi)導流墻占據(jù)的無效容積為：v3=2

22、×40×0.3×3.5=84 m3則清水池的有效容積為：v“= v-v3=5600-84=5516 m3清水池進水管管徑取dn800mm，出水管管徑也取dn800mm。溢流管的直徑與進水管管徑相同，取dn800mm，在溢流管管端設喇叭口，管上不設閥門，出口設置網(wǎng)罩，防止蟲類進入池內(nèi)。清水池在檢修時需要放空，因此應設放空管，清水池放空管管徑取dn600mm。在清水池內(nèi)設置導流墻兩道，間距為10m，防止池內(nèi)出現(xiàn)水流死角，保證氯與水的接觸時間不小于30分鐘。在清水池頂部設圓形檢修孔2個，直徑為1200mm。為使清水池內(nèi)空氣流通，保證水質(zhì)新鮮，在清水池頂部設通氣孔，通氣孔

23、共設12個，每格設4個，通氣管的管徑為200，通氣管伸出地面的高度高低錯落，便于空氣流通。清水池頂部覆土厚度為1.0m，并加以綠化，美化環(huán)境。9水廠總體布置9.1水廠平面布置綜合考慮地形、地質(zhì)、氣象、水文、遠期發(fā)展、環(huán)境影響等因素，力求達到凈水廠流程合理、節(jié)約用地、建設投資省、管理方便、環(huán)境優(yōu)美、并能與后期發(fā)展合理結(jié)合。水廠的平面布置考慮以下幾點原則：（1）布置緊湊，以減少水廠占地面積和連接管渠的長度，并便于操作管理，各構(gòu)筑物之間留必要的施工和檢修間距；（2）充分利用地形，力求挖填土方平衡以減少填、挖土方量和施工費用；（3）各構(gòu)筑物之間連接管盡量簡單、短捷，盡量避免立體交叉，并考慮施工、檢修方

24、便。（4）建筑物布置應注意朝向和風向；（5）把生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)分開，盡量避免非生產(chǎn)人員在生產(chǎn)區(qū)通行和逗留，以確保生產(chǎn)安全；（6）對分期建造的工程，既要考慮近期的完整性，又要考慮遠期工程建成后整體布局的合理性，還應該考慮分期施工方便。綜合以上原則，本設計中水廠的平面布置亮點如下：（1）充分利用地形高差，生產(chǎn)處理構(gòu)筑物呈梯級布置，與等高線平行，盡量減少挖填方；（2）構(gòu)筑物之間緊密連接，盡量做到不浪費每一毫米水的重力勢能，減少跌水能量損耗，以節(jié)約電耗；（3）生產(chǎn)處理構(gòu)筑物與生活區(qū)分開布置，減少相互之間的干擾，保證生產(chǎn)安全；（4）整個水廠布置雙車道7m寬的環(huán)形大道與城區(qū)道路相連，環(huán)形大道連接各生產(chǎn)生活建

25、筑物構(gòu)筑物，并有一條3.5m寬的單車道穿過清水池和濾池，交通順暢，并便于搶險和消防；（5）加藥間、加氯間、藥劑儲存?zhèn)}庫、化驗室集中布置在遠離城市的偏僻的下風方向，減少對城市的污染；（6）廠區(qū)雨水就近排入桃河，生產(chǎn)費水和生活污廢水送入城市污水處理系統(tǒng)；（7）整個廠區(qū)凡是空閑的地方均充分綠化，環(huán)境優(yōu)雅，清水池池頂“水”字形的步道曲徑通幽，詮釋了自來水廠的主題。9.2水廠管線布置綜合考慮布置生產(chǎn)管線、加藥管線、加氯管線、超越管線、給水管線、雨水排水管線、污水排水管線、生產(chǎn)廢水排水管線。9.3水廠高程布置處理工藝流程中，各構(gòu)筑物之間水流為重力流，兩構(gòu)筑物之間水面差即為流程中的水頭損失，包括構(gòu)筑物本身，連接管道，計量設備等水頭損失在內(nèi)。表格 3水廠生產(chǎn)管線沿程水頭損失計算表管徑mm管長m流量m3/s流速m/s1000i沿程水損m配水井反應池1100100.6080.6390.4290.004沉淀池濾池800200.3040.6040.5860.012濾池清水池110050.6080.6390.4290.002清水池吸水井1100400.6080.6390.4290.017表格 4水廠生產(chǎn)管線局部水頭損失計算表局部水頭損失部位局部阻力系數(shù)流速m/s局部水損m配水井反應池進口1.02.70.6390.056出口0.5dn1100 90°彎頭4個