给水厂设计说明书 计算书

一、设计项目

某城市给水厂给水处理工艺初步设计

二、给水处理工艺流程

混凝剂 消毒剂         

原水 混凝池       沉淀池        滤池       清水池        二级泵房       用户

 污泥浓缩池 脱水机房 污泥处理

三、设计水量

水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗和澄清池排泥等方面。城镇水厂只用水量一般采用供水量的5%—10%，本设计取8%，则设计处理量为；            

式中   Q——水厂日处理量；

a——水厂自用水量系数，一般采用供水量的5%—10%，本设计取8%；

Qd——设计供水量（m3/d），为115668m3/d.

四、给水处理厂工艺计算

1、加药间设计计算

     已知计算水量Q=122472m3/d=5103m3/h。根据原水水质及水温，参考有关净水厂的运行经验，选碱式氯化铝为混凝剂，混凝剂的最大投药量a=51.4mg/L，药容积的浓度b=15%，混凝剂每日配制次数n=2次。

4.1.2. 设计计算

 1 溶液池容积

         ，取21m3

      式中：a—混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/L），本设计取30mg/L;

            Q—设计处理的水量，3600m3/h;

            B—溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-20%，本设计取15%；

            n—每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。

    溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W1（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为高度

中包括超高0.3m，置于室内地面上.

    溶液池实际有效容积：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。沿池面接入药剂稀释采用给水管DN60mm，按1h放满考虑。       

2 溶解池容积

式中：  ——溶解池容积（m3 ），一般采用（0.2-0.3）；本设计取0.3

溶解池也设置为2池，单池尺寸：，高度中包括超高0.2m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。       

溶解池实际有效容积： 

溶解池的放水时间采用t＝10min，则放水流量：

查水力计算表得放水管管径＝100mm，相应流速d=1.16m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。

溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理

3 投药管

投药管流量

查水力计算表得投药管管径d＝25mm，相应流速为1.17m/s。

4 溶解池搅拌设备

    溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。

5 计量投加设备

    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投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。

计量泵每小时投加药量:

式中：——溶液池容积（m3）

耐酸泵型号J-D1600/2.0选用2台，一备一用.

 6 药剂仓库

     考虑到远期发展，面积为150m2，仓库与混凝剂室之间采用人力手推车投药,药剂仓库平面设计尺寸为10.0m×15.0m。

4.2混合设备设计计算

4.2.1设计参数

设计总进水量为Q=800m3/d，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元，投药管插入管径的1/3处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流速v=1.0m/s。计算草图如图2-1。

图4-1  管式静态混合器计算草图

4.2.2 设计计算

1.设计管径

静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流量

则静态混合器管径为： 

，本设计采用D=800mm； 

2.混合单元数

按下式计算

，本设计取N=3；

则混合器的混合长度为：

3.混合时间   

T=

4.水头损失

,符合设计要求。

5.校核GT值

        ，在700-1000之间，符合设计要求

  ，水力条件符合设计要求。

   4.3机械搅拌絮凝池工艺设计

设计参数

设计流量Q=122472m3/d=5103m³/h,池数n=2座，单池设计流量Q’=2552m³/s，絮凝时间t=20min.

1、絮凝池尺寸设计计算

     絮凝池的有效容积:

   根据水厂系统布置，水深H取4.5m,采用三排搅拌器，则水池长度：

              L

  池子宽度：   

2、搅拌器尺寸

   每排上三个搅拌器，每个搅拌器长：

  式中   0.2——搅拌器间的净距和其离壁的距离为0.2m

      搅拌器外缘直径：

                        D=4.5—20.15=4.2m

   式中   0.15——为搅拌器上缘离水面及下缘离池底的距离0.15m

    每个搅拌器上装有4块叶片，叶片宽度采用0.2m，每根轴上桨板总面积为   ，占水流截面积的21% ，小于25%的要求。

3、每个搅拌器旋转时克服水阻力所消耗的功率：

各排叶轮桨板中心点线速度采用：。

叶轮桨板中心点旋转直径： =4.20.2=4m。叶轮转数及角速度分别为：

第一排：

第二排

第三排

    桨板宽长比b/l=0.20/3.2=0.06<1，查表得

第一排每个叶轮所耗功率：

用同样的方法，可求得第二、第三排每个叶轮所消耗功率分别为0.024kw、                    0.005kw.

4 、电动机功率：

第一排所需功率为

第二排所需功率为

第三排所需功率为

设三排搅拌器合用一台电动机带动，则絮凝池所耗总功率为为

电动机功率（取）：

5、核算平均速度梯度G及GT值（按水温20°C计，μ=102×10-6  kg·s/m2）

第一排：

第二排：

第三排： 

絮凝池平均速度梯度：

经核算，G值和GT值均较合适。

          4.4 斜板沉淀池设计计算

采用异向流斜板沉淀池

1.设计所采用的数据

1由于斜板沉淀池在絮凝池之后，经过加药处理，故负荷较高，取q=3.0mm/s

2斜板有效系数η取0。75，η=0.6~0.8

3斜板水平倾角  θ=60°

4斜板斜长 L=1.5m

5斜板净板距 P=0.1m P一般取50~150mm

6颗粒沉降速度 μ=0.4mm/s=0.0004m/s

2.沉淀池面积

    式中 Q——进水流量，m3/s

         q——容积负荷，mm/s

3.斜板面积

    需要斜板实际总面积为

4.斜板高度

5.沉淀池长宽

设斜板间隔数为N=130个

则斜板部分长度为 

斜板部分位于沉淀池中间，斜板底部左边距池边距离l2=0.1m，斜板底部右边距池边距离l3=0.8m，则池长L=7.5+0.1+0.8=8.4m

池宽

6.斜板组合全长计算

斜板间隔数            

斜板组合全长          

斜板沉淀池布置示意图                         

沉淀池长度12m

8.沉淀池高度

9.复核颗粒需要长度

  颗粒沉降需要时间

颗粒沉降需要长度

现采用长度12m>8.06m,可满足颗粒沉降的要求长度

  4.5 滤池工艺计算

1.设计参数

采用两组滤池，滤池的设计流量：Q=1.3m3/S

设计滤速10m/h[1]，冲击强度14L/S·m [1] ，冲洗时间6min，膨胀率45%[1]

2.设计计算（按每日工作23h计[1]）

（1）滤池面积：F=Q/V×24/23=5103/10×24/23=532.5m

（2）单个面积F=F/N=532.5/6=88.75m，取单池宽B为8m，长为10m。单格实际面积为f=B×L=8×10=80 m，实际流速V=Q/（N·f）·24/23=11.09m3/h，校核强制滤速V=×24/23=13.3m3/h 

（3）进水虹吸管

虹吸管进水量Q进==5103/3600(6-1)=0.28 m3/s （注：当一格冲洗时）

事故冲洗时进水量Q事==5103/3600(6-2)=0.47 m3/s

采用矩形断面，断面面积W进=Q进/V进=0.256m  （ V进 取0.5m/s[1] ）

采用断面W进=B×L=0.6×0.91=0.21 m

进水虹吸管局部水头损失h局=1.2∑

V进事==0.47/0.56=0.84m/s

∑=进+290弯头+出口=0.5+1.92[8]+1.0=3.42

h局=3.42×0.84x0.84/2*9.81x1.2=0.14m

进口虹吸管沿程水头损失h 沿=L，水力半径R==0.33m

谢才系数C=1/nR=1/0.013(0.33) =92.53（满流n取0.013[4]）

h沿=0.001m，h=0.072+0.001=0.073  取h=0.1m

    （4）进水槽及配水槽

进水虹吸管至槽底 h取 0.2m[1]，进水虹吸管淹没深度h取0.2m[1]，配水槽堰宽b取1.2m，配水堰上水头：h=()=0.25m  进水堰超高取0.3m[9]

H进= h+ h+ h+ h+ C=0.2+0.2+0.3+0.1+0.14=0.94m, 取10m

（5）清水堰上水头

选堰宽b=6m 则堰上水头  H堰=0.11m

（6）滤板水头损失 

开孔比：上层1.32%[1] 下层为1.0%,孔口流量系数µ取0.7[1]

开孔面积：上层W上=80×1.32%=1.05m，下层W下=80×1.0%=0.8m

冲流时孔眼内流速：V上=q=0.014×801.05=1.07m/s

 V下= q=0.014×80/0.8=1.4m/s

滤板内水头损失：h上==

  h下h板= h上+ h下=0·313, 取0.35m

（7）排水虹吸管

 冲洗排水量 Q排=qf=0.014×80=0.1.12m3/s

查水力计算表 当Dg=900mm时，V 排=1.27m/S，1000i=2.8[8] 排水虹管长为L=10m

h局=∑=（0.5+1.92+1.0）=0.44m

h  沿=L×I=10×4.4/1000=0.028m，h= h局+ h沿=0.44+0.044=0.484m

（8）洗砂排水槽

采用槽底为三角形断面的排水槽，  洗砂排水量：Q=qLa=14×8.0

1.75=196L/S，洗砂排水槽中心间距a为1.75 m，每个滤池4条排水槽，槽的长度L等于滤池宽B：5.0 m，槽中流速为0.6m/s

槽底为三角形断面时尺寸：

槽高度为：2.5X=0.56m,槽宽度为2X=0.45m,所以洗砂槽顶至砂面高度：H=e+2.5X+=45%×0.7+0.56+0.06+0.07=1.01 m

复算洗砂排水槽：洗砂排水槽总面积：F0=2×0.286×8.0×4=18.3m

符合要求

（9）滤池高度 

H=H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H=0.3+0.2+0.2+0.7+0.484+0.69+0.1+1.0+0.15+1.5+0.3=6.35m

其中H ——滤池高度（m），取5-5.5 m[9]  H0 ——集水室高度（m），取0.3-0.4 m 

H1 ——滤板厚度（m）， 取0.1-0.2 m    

H2 ——承拖层高度（m），取0.1 m[9]

H3 ——滤料厚度（m），取0.8 m[9]        

H4 ——洗砂排水槽底至砂面距离m

H5 ——洗砂排水槽高度m ——洗砂排水槽堰上水头（m）0.1 m[9]

H7 ——冲洗水头（m），取1.2 m

H8 ——清水堰上水头（m），取0.1 m[9]

H9 ——过滤水头（m），取1.5 m

H10 ——滤池超高（m），取0.15-0.2 m[9]

（10）虹吸滤池管径

进水管管径：600  mm  取流速为0.7 m/s，进水渠断面：700mm×700mm，清水管管径：700  mm  取流速为1.0 m/s，排水管管径：9取流速为1.2 m/s

4.6  消毒和清水池设计计算

4.6.1   设计参数

已知设计水量Q=122473m3/d=5103m3/h，本设计消毒采用液氯消毒，预氯化最大投加量为1.7mg/L，清水池最大投加量为1.0mg/L。

4.6.2  设计计算

1 加氯量计算

     预加氯量为

    清水池加氯量为

二泵站加氯量自行调节，在此不做计算，则总加氯量为

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：

液氯的储备于4个1吨氯瓶（H×D=2020mm×800mm）和1个0.5吨氯瓶（H×D=600mm×1800mm）。

2 清水池平面尺寸的计算

（1）清水池的有效容积

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=0.1×113400=11340m³                                                          

   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=113400m³/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：

清水池共设2座，有效水深取H=4.5m，则每座清水池的面积为：

    = 

取=22×50=1100 m2 ，超高取0.5m，则清水池净高度取. 5m。                                            

（2）管道系统

1）清水池的进水管：

（设计中取进水管流速为=0.8m/s）                                          

设计中取进水管管径为DN800mm，进水管内实际流速为：1.00/s

2）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量最大流量设计，设计中取                                                 

时变化系数=1.5，所以：

³

出水管管径：

（设计中取出水管流速为=0.8m/s）                        

设计中取出水管管径为DN1100mm，则流量最大时出水管内流速为：0.79m/s

3）清水池的溢流管

溢流管的管径与进水管相同，取为DN800mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。

4）清水池的排水管

清水池内的水在检修时需要放空，需要设排水管。排水管径按2h内将水放空计算。排水管流速按1.2m/s估计，则排水管的管径为：

               设计中取排水管径为DN800mm

（3）、清水池的布置

1）导流墙

在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间30min。每座清水池内导流墙设置3条，间距为15m将清水池分成4格。导流墙底部每隔5m设0.1m×0.1m的过水方孔。

2）检修孔

在清水池的顶部设圆形检修孔2个，直径为1000mm。

3）通气管

为了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4个通气管，通气管管径为200mm其伸出地面高度高低错落，便于空气流通

4）覆土厚度

取覆土厚度为0.7 m。

5）清水池剖面示意图图4-4 

4.7  泵房设计

4.7.1 一泵房的设计

1.一泵房吸水间设计

水厂地面标高68.0m，河流洪水位标高为42.50米，枯水位标高为38.7米，本设计一泵站吸水井底标高为10.65米，进水管标高为12.00米，一泵站吸水井底标高为24.5米，宽为6m，长度20m，分为两格。

2.一泵房设计

  水泵选择：

一泵房中水泵型号选择：2用1备，选用24SA-10B，水泵参数为：流量473L/s,扬程为57.8m，轴功率为533KW，电机功率为600KW，效率90%，

一泵房底标高为40.5米，圆形钢筋混凝土尺寸为：R=12m，H=6.2m。

4.7.2  吸水井的设计

地面标高68.00m，清水池有效深度为4m，吸水井的低于清水池地面1.5m，吸水井标高为45m，宽为6m，长度15m，分为两格。

4.7.3 二泵房的设计

1.水泵选择

二泵房中泵型号的选择：3用1备

，查给《排水设计手11册－常用设备》选泵。

选用型，水泵的参数如下：  

2、水泵吸水管路

吸水管路长10m，Q=5103/3=1701m3/h，管径DN=500mm，v1=1.27，1000i=4.3。

吸水管路局部水头损失计算资料见表4：

表4 吸水管路局部水头损失计算表

泵房所在室外地坪为50.5m，二泵房室内地面低于地面3m.。二泵房为半地下式泵房。

3、泵房高度

选用LH5t电动葫双梁乔式起重机，泵房地面上高度为：

式中，a2为行车梁高度，mm；c2为行车梁底至其重钩中心的距离，a2+c2=1400mm；d为起重机钩的垂直高度，电机宽1120mm；e为最大机组的高度，810mm；h为吊起物底部与泵房进口平台的距离，200mm；n为100mm..

泵房高度地面下高度为H’=1.2m,则泵房高度为：

第5章 水厂高程布置计算

构筑物高程布置与厂区地形，地质条件及所采用的构筑物形成有关，而水厂应避免反应沉淀池在地面上架空太高，本设计采用清水池的最高水位与地面标高相同。本设计规定清水池的最高水位为±0.00m。

5.1、管渠的水力计算

（1）清水池

清水池最高水位标高为±0.00m，池面超高为0.5m，则池顶标高为0.5m，有效水深4.0m,则池底标高为-4.0m。

（2）吸水井

清水池到吸水井的管线最长为83.66m，管径为DN1100，最大时流量Q=0.75m3/s，查水力计算表：水力坡度为i=0.6‰，流速v=0.79m/s，沿线设有3个闸阀，进口和出口，3个90º弯头. 一个等径丁字管，局部阻力系数分别为0.06，1.0，1.0，1.05，1.05，则管中水头损失为：

    因此，吸水井水面标高为-0.25m，加上超高0.5m，顶面标高为0.25m。

（3）滤池

滤池到清水池之间的管长为：23.56m，设2根管，每根管流量为0.5 m3/s，管径为DN800，查水力计算表：流速v=1.0m/s，坡度i=1.5‰，沿线设有两个闸阀，一个等径丁字管，进口和出口，阻力系数分别为：0.06，1.05，1.0，1.0，则管中水头损失为：                                                                     

滤池的最大作用水头为2.0～2.5m，设计中取为2.3m。

（4）反应沉淀池

沉淀池到滤池管长为L=20.48m, 设2根管，每根管流量为0.5m3/s，管径为DN800，查水力计算表：流速 v=1.0m/s,坡度i=1.5‰, 沿线设有两个闸阀，一个等径丁字管，进口和出口，局部阻力系数分别为0.06，1.05，1.0，1.0，则管中水头损失为：

絮凝池最大作用水头为：0.4～0.5m，设计中取0.45m。

沉淀池最大作用水头为0.2～0.30m，设计中取0.25m。

（5）管式混合器

混合池到沉淀池之间的管线长为17.07m，设两根管，每根管流量为0.5l/s，管径为DN800，查水力计算表：流速v=1m/s，坡度i=1.5‰，沿线有两个闸阀，一个等径丁字管，进口，出口的阻力系数分别是：0.06，1.05，1.0，1.0，则水头损失为：

   管式混合器水头为0.05m。