给水厂设计
xxxxx
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: xx 班 级: xx 学 号: xx
起止日期:2011.12.19—2011.12.28 指导教师: xx 系 主 任: xx
目录
第一章 水源水质现状分析 ........................................................................... 1 1.1工程设计背景 .............................................................................................. 1 1.2设计规模 ...................................................................................................... 1 1.3基础资料及处理要求 .................................................................................. 1 第二章 给水厂工艺确定及设计计算 ............................................................. 4 2.1 工艺流程选择 ........................................................................................... 4 2.2 水处理构筑物计算 ..................................................................................... 4 2.3处理工艺各构筑物设计计算: .................................................................. 4 2.4混合设施的设计–桨板式机械混合池 ........................................................ 6 2.5折板絮凝池 ................................................................................................ 10 2.6上向流斜管沉淀池 .................................................................................... 18 2.6.1清水区净面积A′ ................................................................................. 18 2.7. 滤池的设计与计算 .................................................................................. 20 2.8加氯工艺及加氯间设计计算 .................................................................... 40 2.9 清水池的设计 ........................................................................................... 41 第三章.给水处理厂的布置 ......................................................................... 44 3.1 平面布置 ................................................................................................... 44 3.2 厂区管线布置 ........................................................................................... 45 3.3厂区道路布置 ............................................................................................ 45 3.4厂区绿化布置 ............................................................................................ 45 3.5管区的水力计算 ........................................................................................ 46 3.6给水处理构筑物的高程计算 .................................................................... 47 . 参考文献 ................................................................................................... 48
第一章 水源水质现状分析
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16×10m/d(M为学生学号的个位数字)。征地面积约40000m。
2
43
1.3基础资料及处理要求
(1)原水水质
原水水质的主要参数见表1。
表1 原水水质的主要参数
(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)。 (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 给水厂工艺确定及设计计算
2.1 工艺流程选择
根据原水的水质特征和水厂的地形特点,选择的工艺流程如下:
2.2 水处理构筑物计算
1、水厂征地总面积:40000 m
2、设计规模: (10+M) ×10m3/d=(10+7)×10m/d =17×10m/d
4
4
4
2
3
3
2.3处理工艺各构筑物设计计算:
2.3.1预处理的设施及参数
预氧化、预加氯等预处理的方式、药剂类型、投加量等。 一般化学预处理厂用药剂的投加量如下:
2.3.2配水井的设计
设计总进水量 Q=170000 m/d=7083 m/h
3
3
301
h=h 3600120
133
配水井容量 V=QT=7083× m=59m
120
停留时间 T=30s=
设配水井水深 H=6m 宽B=3m 长L=3.3m
则配水井设计尺寸应为V=HBL=6×3×3.3=59.4m
3
2.3.3溶解池和溶液池
(1)溶液池容积的计算
混凝剂选择聚合氯化铝PAC,混凝剂投加量定为a=20mg/L,投加浓度为c%=15%,每天调制次数n=3。
溶液池容积按下式计算: W1=
aQ
417cn
3
式中 W1-溶液池容积, m ; Q-处理水量,m/ h ; a-混凝剂最大投加量,mg/L; c-溶液浓度,取 10; n-每日调制次数,取 n=3。 代入数据得:W1=
3
aQ2070833
==7.55 m
417cn417153
溶液池设置两个,每个容积为 W2 ,以便交替使用,保证连续投药。 取有效水深H1=1.0m,总深 H=H1+H2+H3(式中H2 为保护高,取 0.2m;H3 为贮渣深度,取 0.1m)=1.0.+0.2+0.1=1.3m。 溶液池形状采用矩形,尺寸为长×宽×高=4m×2m×1.3m。
(2)溶解池的设计
溶解池容积按溶液池容积的0.2~0.3倍计算
溶解池容积 W2=0.3W1=0.3×7.55=2.3m 溶解池一般取正方形,有效水深H1=0.8m,则: 面积 F=W2/ H1=2.9 , 边长 a=F
1.7m;
溶解池深度H=H1+H2+H3(式中H2 为保护高,取 0.2m;H3为贮渣深度,取 0.1m)=0.8+0.2+0.1=1.1m
溶解池形状采用矩形,尺寸为长×宽×高=1.7m×1.7m×1.1m。 和溶液池一样,溶解池设置 2 个,一用一备。
溶解池的放水时间采用 t=10min,则放水流量 q0=
3
W 22.31000
==3.83L/s 601060t
查水力计算表得放水管管径 d0=80mm,相应v0=0.81m / s 。溶解池底部设管径 d=100mm 的排渣管一根。溶解池搅拌装置采用机械搅拌:以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。
2.3.4投药管的设计
投药管流量 q=
w1210007.5521000
==0.17L/s 246060246060
查水力计算表得投药管管径 d=25mm,相应流速为 1.00m/s 加药间 加药间取 25m
2
2.4混合设施的设计–桨板式机械混合池
.池体尺寸计算
Q=170000 m/d=7083 m/h 池数n=6
3
3
2.4.1混合池容积w
采用混合时间t=30s 则 W=
7083303
=9.84 m
36006
混合池采用正方形 B·B=2.0m×2.0m,则有效水深H′ H′=
W9.84
==2.5m BB22
超高△H=0.4m,则池总高度 H= H′+△H=2.5+0.4=2.9m
2.4.2 搅拌器设备计算
根据《给水排水设计手册》计算出搅拌器的各种参数:
搅拌器有关参数选用如下表
桨板尺寸:搅拌器分为两层4块儿叶片,每块叶片宽b=0.3m,半径r=0.70m,上下两层叶片90°交叉安装,下层叶片距池底0.70m,两层叶片间距1.4m,取搅拌器边缘线速度v=2m/s
则搅拌器角速度
ω=
2
=2.86 rad/s 0.70
60260v n0=
D=1.4
=27.3 r/min 03.142.4.3 轴功率
34
N2=c
ZBR0408g
式中N2-轴功率(kw) c–阻力系数,0.2~0.5 ρ–水的密度(kg/ m3
) ω–搅拌器角速度(rad/s) Z–搅拌器叶数 B–搅拌器层数 R0–搅拌器半径 g–重力加速度(m/s2)
设计中取c=0.2,Z=4,B=2层,R0=0.7m
N10002.863420.74
2=0.44089.81
=4.49kw
所需轴功率 NWG2
1=
102
kw
式中N1–所需轴功率(kw) μ–水的动力黏度(Pa·s)
W–混合池容积(m) 3
G–速度梯度(s1),一般采用500~1000 s1
设计中G=650s1
1.0291049.846502
N1=102=4.20kw
N1≈N2,满足要求。
2.4.4电动机功率
NN2
3=
n
式中N3–电动机功率(kw)
N2–设计轴功率(kw)
n–传动机械效率
设计中取n=0.85
N49
3=4.
0.85=5.28kw
溶解池搅拌机示意图溶解池搅拌机示意图
2.5折板絮凝池
絮凝池简图见下:
第二絮凝区第三絮凝区
2.5.1絮凝池设计为16组则:
每组絮凝池流量Q Q=17000033=10625 m/d=442 .71m/h 16
2.5.2每组絮凝池容积W W=442.71123=88.54 m 60
W88.542==14.76 m H62.5.3每组池子面积 f f=
2.5.4每组池子净宽B′
为了与沉淀池配合,絮凝池净长度L′=4.8m,则池子净宽度 B′=f14.76==2.46m L6
2.5.5絮凝池的絮凝过程为三段
第一段 v1=0.3m/s
第二段 v2=0.2m/s
第三段v3=0.1m/s
将絮凝池分成6格,每格的净宽度为0.8m,每两格为一絮凝段。
第一、二格采用单通道异波折板;
第三、四格采用单通道同波折拌;
第五、六格采用直板。
2.5.6 折板尺寸及布置
折板采用钢丝水泥板,折板宽度0.5m,厚度0.035m,折角 90°,折板净长度0.8m。
2.5.7 絮凝池长度L和宽度B 考虑折板所占宽度为0.035=0.04m,絮凝池的实际宽度取B=2.72m。 sin60
考虑隔板所占长度为0.2m,絮凝池实际长度取L=5.8m,超高0.3m。
2.5.8各格折板的间距及实际流速:
第一、二格 b1=
0.35=1.11m
第三、四格 b2=442.71Q==0.41m b谷=0.41+2×v1L0.313600442.71Q==0.62m 取b2=0.6m v2L0.213600
442.71Q==1.23m 取b3=0.81 v3L0.113600第五、六格 b3=
v1实谷=442.71=0.11m/s 36001.111b谷L=Q
v1实峰=Q
b=442.71
1L36000.411=0.30m/s
v2实=Q442.71
b=36000.61=0.21m/s
2L
v3实=Q442.71
b==0.15m/s
3L36000.811
2.5.9水头损失h
第一、二格为单通道异波折板
h=nh+hi=n(h1+h2)+ hi(m)
2
hv2
1v2
1=12g(m)
F2
1v2
h1
2=12
F
22g(m)
2
hv0
i=32g(m)
式中 h–总水头损失,m
h–一个缩放的组合水头损失,m
hi–转弯或孔洞的水头损失,m
n–缩放组合的个数
h1–渐放段水头损失,m
1–渐放段阻力系数
h2–减缩段水头损失,m
2–减缩段阻力系数
F1–相对峰的断面积,m
F2–相对谷的断面积,m
v1–峰速,m/s
v2–谷速,m/s
v0–转弯或孔洞处流速,m/s
3–转弯或孔洞的阻力系数
计算数据如下:
①第一格通道数为4,单通道的缩放组合的个数为4个,n=4×4=16个
②1=0.5,2=0.1,上转变3=1.8,下转变成孔洞3=3.0 ③v1=0.3m/s
④v2=0.11m/s
⑤F1=0.41×1.0=0.41m
⑥F2=1.11×1.0=1.11m
⑦上转弯、下转弯各为2次,取转弯高0.6m
v0=2222442.71=0.21m/s 36001.00.6
⑧渐放段水头损失
2v12v20.320.112
3 h1=1=0.5×=1.99×10m 29.812g
⑨减缩段水头损失
h222F1v120.410.3=12=4.40×=10.12F22g1.1129.81
3m
⑩转弯或孔洞的水头损失
=2×v22
h00.213
i32g=2×(1.8+3.0)×29.81=21.58×10m
h = n(h1+ h2)+ hi
=16(1.99×103+4.40×103)+21.58×103
=0.124m
第二格的计算同第一格
第三格为单通道同波折板
h=nh+ hv2
i=n2g+ hi
式中 – 每一转弯的阻力系数
n – 转弯的个数
v – 板间流速,m/s
hi–转弯或孔洞的水头损失,m
计算数据如下:
①第三格通道数为4,单通道转弯数位7,n=4×7=28
②折角为90°,=0.6
③v=0.21m/s
10
0.212v2h=n2g+ hi=28×0.629.81+ 21.58×103=0.084m
第四格的计算同第三格。
第五格为单通道直板
v2
h=nh=n 2g
式中 – 转弯处阻力系数
n – 转弯次数
v – 平均流速,m/s
计算数据如下:
第五格通道数为3,两块直板180°,转弯次数n=2,进口、出口孔洞2个
180°转弯=3.0,进出口孔=1.06
v=0.15m/s
0.152v2
h=n=2×(3+1.06)×=0.009m 29.812g
2.5.10絮凝池各段的停留时间
由于 Q=170000333=10625 m/d=442 .71m/h=0.123ms 16
t1=V1Vb1.02.7260.0350.51.024==129.26s 0.123Q
第三、四格均为t2=129.26s
第五、六格水流停留时间为:
t3=V1V3b1.02.7260.0353.51.02==130.69s 0.123Q
4.5.11 絮凝池各段的G值 G=gh1 t
3水温T=20℃,=1×10
第一段(异波折板)
G1
Pa·s 1 第二段(同波折板)
G2
1 第三段(直板)
G3
1 絮凝的总水头损失h=0.223m,
絮凝时间t=778.42s=12.97min GT=g
h4778.42=41266.17> 2×10 t
单通道折板絮凝池
2.6上向流斜管沉淀池
2.6.1清水区净面积A′
A′=Q0.352==100 m v0.0035
2.6.2 斜管部分的面积A A=A1002==105.3 m 0.95
斜管部分平面尺寸(宽×长)采用B′×L′=9m×12m。
2.6.3进水方式
沉淀池进水由边长L′为12m的一侧流入。该边长度与絮凝池宽度相
同。
2.6.4管内流速
vv3.53.50=
sin=sin60=0.866
=4.04mm/s 考虑到水量波动,采用v0=5mm/s。
2.6.5管长l
①有效管长l
根据u0和v0值,l/d=32,则 l=32d=32×25=800mm 过渡段长度l′,采用l′=200mm。 斜管总长L
L=l+ l′=800+200=1000mm
2.6.6池宽调整
池宽B=B′+Lcos=6+1cos60°=6+0.5=6.5m 斜管支撑系统采用钢筋混凝土柱、小梁及角钢架设。
2.6.7复核雷诺数Re
根据管内流速v0=5mm/s和管径d=25mm,查表的雷诺数Re=31
2.6.8管内沉淀时间t
t=l/ v0=1000/5=200s=3.33min
2.6.9池高H1
斜板区高度H1=Lsin=1×0.866≈0.9m 超高采用0.3m 清水区高度采用0.9m
配水区高度(按泥槽顶计)采用1.3m 排泥槽高度采用0.8m
有效池深H′=0.9+0.9+1.3=3.1m
池子总高H= H′+0.8+0.3=3.1+0.8+0.3=4.2m
2.6.10进口配水
进口采用穿孔墙配水,穿孔流速0.1m/s
2.6.11集水系统
采用淹没孔集水槽,共8个,集水槽中距为1.1m。
2.6.12排泥系统
采用穿孔管排泥,V型槽边与水平成45°角,共设8个槽,槽高80cm, 泥管上装快开闸门。
斜管沉淀池剖面图
2.7. 滤池的设计与计算
本设计采用V型滤池。
2.7.1 设计的主要参数如下
滤速v=8m/h,强制滤速20m/h 第一步气冲冲洗强度q气1=15L/(m2s),
第二步气-水同时反冲,空气强度q气2=15L/(m2s),水强度,第三步水冲强度q水2=5L/(m2s); q水1=4L/(m2s)
第一步气冲时间t气=3min, 第二步气水反冲时间t气水=4min, 单独水反冲时间t水=5min, 冲洗时间共计t=12min=0.2h; 反冲洗周期T=48h;
反冲横扫强度1.8 L/(m2s)。
滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.961.35mm,不均匀系数1.21.6 2.7.2 池体设计计算
1.池体工作时间T'24t2.滤池总面积F
Q17104F'==889.1m2
vT823.9
2424240.2240.123.9h T48
3.滤池的分格
为节省占地选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B=3.5m,长L=14m,面积49m2。分为并列的三组,每组3
座,共9座,每座面积f98m2,总面积882m2。 4.校核强制滤速v'
v'
Nv38
12m/h N131
满足v20m/h的要求 5.滤池高度的确定 滤池超高H5=0.3m 滤层上的水深H4=1.5m 滤料层厚度H3=1.0m 滤板厚H2=0.13m
滤板下布水区高度H1=0.9m 则滤池总高为:
H=H1+H2+ H3+ H4+ H5=0.9+0.13+1.0+1.5+0.3=3.83m
V型滤池构造如图所示
V型滤池构造图
1—进水气动隔膜阀;2—方孔;3—堰口;4—侧口;5—V型槽;6—小孔;7—排水槽;9—配水方孔;10—配气小孔;11—底部空间;12—水封井;13—出水堰;14—清水渠;16—排水渠;17—进气阀;18—冲洗水阀
6.水封井的设计
滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95~1.35mm,不均匀系数1.2~1.6.
均粒滤料层的水头损失按下式计算:
1m01
H清=180l0v
gm30d0
22
式中:H清——水流通过清洁滤料层的水头损失,cm;
——水的运动黏度,cm/s;20C是为0.0101cm/s g——重力加速度,取为981 cm/s;
2
2
2
m0——滤料孔隙率,取为0.5;
,根据厂家提供数d0——与滤料体积相同的球体直径(cm)
据取为0.1cm;
l0——滤层厚度(cm),取为100cm;
;v12m/h0.33cm/s v——滤速(cm/s)
φ——滤料颗粒球度系数,天然沙粒为0.750.8,取为0.8。
故:
2
0.0101(1-0.5)12
H清=180)1000.3319.11cm 3
9.810.50.80.1
一般情况下,滤速为810m/h时,清洁滤料层的水头损失一般为3040cm,取经验值的35cm为清洁滤料层的过滤水头损失。
正常过滤时,通常长柄滤头的水头损失h0.22m。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=0.350.22=0.57m
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以上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 因为每座滤池过滤水量:
Q单=vf=8×98=784m3/h0.22m3/s
所以水封井出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式计算得:
Q单h水封=
1.84b堰
2/3
0.22
=1.842
2/3
0.15m
则滤池施工完毕,初次投入运行时,清洁滤料层过滤,滤料
液面比滤料层高0.15+0.57+0.2=0.92m。
2.7.3 反冲洗管渠系统设计
反冲洗系统选用长柄滤头配水配气系统 1.反冲洗用水量Q反水的计算
Q反水=q水f=5×98=490L/s=0.49 m3/s=1764m3/h V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量为:
Q表水=q表水f0.0018980.18m3/s
2.反冲洗配水系统的断面计算
配水干管(渠)进口流速应为1.5m/s左右,配水干管(渠)的截面积
A水干=Q反水/v水干=0.49/1.5=0.33m2
反冲洗配水干管用钢管,DN700,流速1.27m/s。
反冲洗水由反冲洗配水干管输送至气水分配渠,由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部的布水区。
反冲洗水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为1~1.5m/s左右,取
v水支=1.0m/s,则配水支管(渠)的截面积为:
A方孔=Q反水/v水支=0.49/1=0.49m2
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小=0.49/40=0.0123m2
每个孔口尺寸取0.1m ×0.1m。反冲洗过孔流速:v0.49/(2200.10.1)1.225m/s 由分析可知满足要求
3.反冲洗用气量Q气的计算
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15L/m2/s
Q反气=q气f15981470L/s1.47m3/s
2.7.4.配气系统的断面计算
配气干管(渠)进口流速应为5m/s左右,则配气干管(渠)的截面积
A气干=Q气反/v气干=1.47/50.294m2
反冲洗配气干管用钢管,DN250,流速9.87m/s。
反冲洗用空气由反冲洗配气干管输送至气水分配渠,由气水分配渠底侧的布气小孔配气到滤池底部的布水区。
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的流速按反冲洗配气支管的流速取值。
反冲洗用配气支管流速或孔口流速为10m/s左右,则配气支管(渠)的截面积为:
A气支=Q反气/v气支=1.47/100.15m2
每个布气小孔面积
A气孔=A气支/40=0.15/40=0.00375m2
孔口直径为
d气孔=40.00375/3.14
1/2
0.07m,取70mm
反洗空气过孔流速
v
0.0368
9.57m/s,满足要求
2
0.074
每孔配气量为
Q气孔=Q反气/40=1.47/40=0.0368m3/s132.48m3/s 2.7.5.气水分配渠的断面设计
对气水分配渠断面面积要求最不利条件发生气水同时反冲洗时,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大。因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计。
气水同时反冲洗时反冲洗水的流量
Q反气水=q水f498392L/s0.39m3/s
气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量
Q反气=q气f15981470L/s1.47m3/s
气水分配渠的气、水流速均按相应的配水、配气干管流速取值。则气水分配干渠的截面积
A气水=Q反气水/v水干Q反气/v水干=0.39/1.51.47/5=0.260.2940.554m2
2.7.6滤池管渠布置 1.反冲洗管渠 (1)气水分配渠
气水分配渠起端宽取1.2m,高取1.5m,末端宽取1.2m,高取1.0m。则起端截面积1.8m2,末端截面积1.2m2。两侧沿程各布置20个配水方孔和20个配气小孔,孔间距0.6m,共40个。气水分配渠末端所需最小截面积为0.554/40=0.014 m2
排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m,则排水集水槽起端槽高
H起=H1H2H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1.0+0.5-1.5=1.03m 式中H1、H2、H3同前,1.5m为气水分配渠起端高度。 排水集水槽末端高
H起=H1H2H3+0.5-1.5=0.9+0.13+1.0+0.5-1.5=1.03m 式中H1、H2、H3同前,1.5m为气水分配渠末端高度。
排水集水槽末端高
H末=H1H2H30.51.00.90.1310.51.01.53m 式中1.0m为气水分配渠末端高度。 底坡i1.531.03/l0.0357l14m (3)排水集水槽排水能力校核
集水槽超高0.3m,则槽内水位高h排槽=1.030.3=0.73m,槽宽
b排槽=1.2m,湿周b2h1.220.732.66m
水流段面积A排槽=bh1.20.730.876m2 水力半径RA排槽/=0.876/2.66=0.329m 水
流
速
度
v
2
/R
/
(
3
i0 n.
过流能力Q排槽=A排槽v0.8766.936.07m3/s
实际过水量Q反=Q反水Q表水=0.490.18=0.67m3/sQ排渠满足要求
2.进水管渠 (1)进水总渠
9座滤池分成独立的三组,每组进水总渠过水流量按强制过滤流量设计,流速0.8~1.2 m/s,则强制过滤流量为:
Q=170000/3=56666m3/d2361.0m3/h0.655m3/s
进水总渠水流断面积为:
FQ/v0.655/1.20.54m2
进水总渠宽1.0m,水面高0.6m。 (2)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。两侧进水孔孔口在反冲洗时关闭,中间进水孔孔口设自动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反洗表扫用水。调节阀门的开启度,使其在反冲洗时的进水量等于表扫水用水量。
孔口总面积按孔口淹没出流公式Q0.64计算。其总面积按滤池强制过滤水量计。
强制过滤水量
Q强=0.608/31=0.304m3/s
孔口两侧水位差取0.1m,则孔口总面积
A孔=Q强/0.304/0.640.34m2
中间孔口面积按表面扫洗水量设计:
A中孔=A孔/Q表水/Q强=0.340.18/0.304=0.20m2
孔口宽B中孔1m,高H中孔=0.2m
两个侧孔口设阀门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积为:
A侧=A孔A中孔/2=0.340.20/2=0.07m2 孔口宽B侧孔=0.35m,高H侧孔=0.2m (3)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,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。宽顶堰堰宽b宽顶=5m,宽顶堰与进水总渠平行设置,与进水总渠侧壁相距0.5m。堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh2/3得:
h宽顶=Q强/1.84b宽顶
2/3
=0.10m
(4)每座滤池的配水渠
进入每座滤池的浑水经过宽顶堰流至配水渠,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽。
滤池配水渠宽b配渠=0.5m,渠高1m,渠总长等于滤池总宽,则渠长L配渠=3.521.2=8.2m。
当渠内水深为h配渠 =0.5m时,末端流速为(进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进小孔流去,每侧流量为Q强/2):
v配渠=Q强/2b配渠h配渠=0.304/20.50.6=0.51m/s 由分析可知其满足滤池进水管渠流速的要求。 (5)配水渠过水能力校核
配水渠的水力半径
R配渠=b配渠h配渠/2h配渠b配渠=0.50.5/20.60.5=0.17m 水力坡降
i渠=nv渠/R2/30.0130.61/0.172/30.001
2
2
渠内水面降落量
h渠=i渠L渠/2=0.0018.2/2=0.004m
因为配水渠最高水位为h配渠h渠=0.50.004=0.504m
故配水渠的过水能力满足要求。 2.7.7V型槽的设计
V型槽槽底设表扫水出水孔,直径取dv孔=0.025m,间隔0.15m,取V型槽底部的高度低于表扫水出水孔0.15m。
根据潜孔出流公式Q0.64,其中Q应为单格滤池的表扫水流量。则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面
hv液=/20.64A表孔)Q表水(/2g
=0.18/(20.640.04)/(29.8)5.49/19.60.63m反冲洗时的排水集水槽大的堰上水头矩形堰的流量公式
2
2
Q=1.84bh2/3求得,其中b为集水槽长,bL排槽=14m,Q为单个滤池反冲洗流量Q反单=Q反/2=0.67/2=0.335m3/s所以:
h排槽=Q反单/1.84b
2/3
=0.335/1.8412
2/3
=0.06m
V型槽倾角45°,垂直高度
0.15+0.15+0.06+0.63+0.21=1.2m,壁厚0.05m。
反冲洗时V型槽顶高出滤池内液面的高度为:
10.150.060.630.16m
6.5冲洗水的供给——选用冲洗水箱供水。
(1)冲洗水箱到滤池配水系统的管路水头损失h1 反冲洗配水干管用钢管,DN700,
管内流速1.26m/s,1000i=2.70,布置管长总计60m。
则反冲洗总管的沿程水头损失为:
hfil0.0027600.16m
反冲洗配水干管主要配件及局部损失系数值见下表
v21.262
hj7.760.63m
2g29.8
则冲洗水塔到滤池配水系统的管路损失
h1hfhj0.160.630.79m (2)滤池配水系统的水头损失h2
a.气水分配干渠内的水头损失按最不利条件,即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气,下部是反冲洗水,按矩形暗管(非满流,n=0.013)计算。
气水同时反冲洗时Q反气水=0.39m3/s 则气水分配渠内水面高为
h反水=Q反气水/v水干b气水=0.39(/1.51.2)=0.22m
水力半径为:
R反水=b气水h反水(/2h反水+b气水)=1.20.22/(20.22+1.2)=0.16m
水力坡降为:
i反渠=nv渠/R渠2/3=0.0131.5/0.162/3=0.004
2
2
渠内水头损失为:
h反水=i反水l反水=0.00414=0.0056m
b.气水分配干渠底部配水方孔的水头损失h方孔
气水分配干渠底部配水方孔水头损失按淹没出流公
式
QQ为Q反气水,A为配水方孔总面积。
由反冲洗配水系统的断面计算部分内容可知,配水方孔的实际总面积为A方孔=0.4m2。则
2
Q反气水0.39
h方孔=/2g/29.80.12m
0.64A0.640.4方孔
2
c.反冲洗经过滤头的水头损失为h滤≤0.22m(有厂家产品样本及相关技术参数值决定),气水同时通过滤头时增加的水头损失
h增
d.气水同时通过滤头时增加的水头损失h增
气水同时反冲洗时气水比为n=15/4=3.75,长柄滤头配气系统的滤帽缝隙总面积与滤池过滤总面积之比大约为1.25%,则长柄滤头中的水流速度为:
v柄=
Q反气水1.25%f
0.39
0.3m/s
1.25%98
通过滤头时增加的水头损失为:
h增=9810n0.010.01v0.12v2
98103.750.010.0.10.30.120.32655Pa0.067mH2O
则滤池配水系统的水头损失为h2:
h2h反水h方孔h滤h增=0.0560.120.220.067=0.47m
e.层水头损失h3
滤料为石英砂,容重12.65t/m3,水的容重1t/m3,石英砂滤料层膨胀前的孔隙率m00.41,滤料层膨胀前的厚度
H31.0m。则滤料层水头损失为:
h3111m0H32.65110.411.00.97m
f.水头h4取1.5m,则反冲洗水箱底高出排水槽顶的高度
H水塔=h1h2h3h40.790.470.971.53.73m 水塔容积按一座滤池冲洗水量1.5倍计算
V1.5Q反水t水Q气水t气水=1.50.495600.39460=360.9m2
2.7.8反冲洗空气的供给
(1)长柄滤头的气压损失p滤头
气水同时反冲洗时反冲洗用空气的流量为:Q反气=1.47m3/s 长柄滤头采取网状布置,约55个/m2。则每座滤池共计安装长柄滤头:
n=55×99=5390个
每个滤头的通气量为:1.471000/53900.27L/s 在该气体流量下的压力损失最大为:
p滤头3000Pa3KPa
(2)气水分配渠配气小孔的气压损失p气孔
反冲洗时气体通过配气小孔的流速为:
v气孔=Q气孔/A气孔=0.1/0.11m/s
压力损失按孔口出流公式Q3600式中,为孔口流量系数,取0.6;
A为孔口面积,m2;
p为压力损失,mm水柱; g为重力加速度,g取9.8m2/s;
Q为气水流量,m3/s;
为水的相对密度,1
则气水分配渠配气小孔的气压损失
p气孔=(Q2气孔)/(2360022A2气孔g)
=132.32/(2360020.620.0037529.8) 14mmH2O133Pa0.133KPa
(3)配气管道的总压力损失p管 a.配气管道沿程压力损失p1
反冲洗空气流量计1.47m3/s,配气干管用钢管,DN250,流速0.87m/s。反冲洗空气管总厂50m,气水分配渠内的压力损失不计。
反冲洗管道内的空气气压为:
p气压=(1.5+H气压)9.8 式中:p气压——空气压力,kPa;
H气压——长柄滤头距反冲洗水面的高度,m,
H气压 =1.5m。
p气压=(1.5+H气压)9.8=(1.5+1.5)9.8=29.4KPa则反冲洗时空气管内的气体压力
空气温度按30C考虑,查表,此时的空气管道的摩阻为
9.8kPa/1000m
b.配气管道的局部压力损失p2
主要管件及局部阻力系数见下表
表3-3
当量长度的换算公式:l055.5KD1.2 式中: l0——管道当量长度,m;
K——长度换算系数; D——管径,m。 空气管配件换算长度为
l055.5KD1.255.56.910.25272.7m 则局部压力损失为:
p2p10.590.711.30KPa (4)气水冲洗室中的冲洗水水压p水压
p水压=(H水塔h1-h反水-h小孔)9.81 =(3.73-0.79-0.06-0.12)9.81=27.2kPa
本系统采用气水同时反冲洗,对气压要求最不利情况发生气水同时反冲洗时。
此时要求鼓风机或储气罐调压阀出口的静压力为
p出口=p管p气p水压p富
式中 p管为输气管道的压力总损失,KPa;
p气为配气系统的压力损失,KPa,p气=p滤头p气孔;
p气压为气水冲洗室中的冲洗水水压, KPa,
p富为富余压力,4.9KPa
所以要求鼓风机或储气罐调压阀出口静压
p出口=p管p气p水压p富=1.3030.1327.24.9=36.53KPa
(5)设备选择
根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气压力、风量要求选三台LG50风机。
风量50m3/min,风压49KPa,电动机功率60kW,再用一备,正常工作鼓风量共计100m3/min1.1Q反气=97m3/min
V型滤池构造简图
2.8加氯工艺及加氯间设计计算
2.8.1设计参数:
设计的计算水量为
Q17104m3/d7083m3/h1.97m3/s。
采用液氯进行滤后消毒,
投加点在通往清水池的管道中,最大投氯量为a1mg/L, 氯与水接触时间不小于30min,
仓库储存量按30天计算。
2.8.2设计计算
(1)加氯量Q:
加氯量Q按下式计算:Q0.001aQ1
式中
Q——加氯量,kg/h; a——最大加氯量,mg/L; Q——需消毒的水量,m3/h。
Q0.001aQ10.001170837.083kg/h
(2)储存量G:G3024Q30247.0835099.8kg/月
(3)氯瓶数量:
采用容量为1000kg的焊接液氯钢瓶,其外形尺寸为:
800,L2020mm,共9只。另设中间氯瓶一只,以沉淀氯气中的杂质,还可防止水流进入氯瓶。
(4)加氯机数量:
加氯机选用型号REGAL2100,加氯量范围在1-20kg/L。
设两台,一用一备。
2.9 清水池的设计
2.9.1有效容积
取经验系数k=10%,则
V=Kq=0.1×170000=17000 m3
清水池共设4座,则
V1=V17000==4250 m3 44
2.9.2平面尺寸
取清水池的有效水深h=4.5m,则
每座清水池的面积 A=
清水池长度B=28m,则 V14250==945 m2 4.5h
清水池长度 L=A945==33.75m,设计中取为34m B28
则清水池实际有效容积为 34×28×4.5=4284m3
取清水池超高h1=0.5m,则
清水池总高 H=h1+h=0.5+4.5=5.0m
2.9.3清水池的进水管
取进水管管内流速v=0.7m/s,则进水管管径 D1=Q1.62==0.856m 40.785v40.7850.7
设计中取进水管管径为DN900mm,则管内实际流速为0.77m/s
2.9.4 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最大流量计。
取时变化系数K=1.5,则
最大流量 Q1 =KQ1.5170000==10625 m3/h= 3.00m3/s 2424
1取出水水管内流速v
D2==0.7m/s,则出水管径 Q1=1.17m 4
0.785v1设计中取出水管管径为DN1100mm,
则流量最大是出水管内的流速为0.78m/s。
2.9.5 清水池的溢流管
溢流管的管径与进水管管径相同,取为DN900mm。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。
2.9.6清水池的排水管
取放空时间t=3h,排水管内水流速度v2=1.2m/s,则排水管的管径
D3=Vt
36000.785v2
设计中取排水管管径为DN700mm。
2.9.7 导流墙
在清水池内设置导流墙,以防止池内出现死角,保证氯与谁的接触时间不小于30min。每座清水池内设置2条导流墙,间距为5.0m,将清水池分为3格。在导流墙底部每隔1.0m设0.1m×0.1m的过水方孔,使清水池清洗时排水方便。
2.9.8检修孔
在清水池底部设圆形检修孔2个,直径为1200mm。
2.9.9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12个,每格设4个,通气管的管径为200mm,通气管伸出地面的高度高低错落,便于空气流通。
2.9.10土厚度
清水池顶部应有0.5~1.0m的覆土厚度,并加以绿化,美化环境。此处取覆土厚度为1.0m
第三章.给水处理厂的布置
3.1 平面布置
水厂的平面布置应考虑以下几点要求:流程尽量简短,避免迂回重复,尽量减小水头损失,构筑物尽量靠近,便于操作管理;尽量适用地形,力求减少土石方量;注意构筑物、建筑物的朝向和间距,水厂建筑物以接近南北向布置较为理想,构筑物、建筑物之间的间距应满足施工和管线布置等的要求;连接管渠应简单、短捷,尽量避免立体交叉,并考虑施工、检修方便;注意水厂内的功能分区,合理布置;考虑近远期的协调。
根据以上原则,水厂的平面布置分为以下四区:
3.1.1 生产区
由各项水处理设施组成,呈直线型分布
3.1.2 生活区
将办公楼、宿舍、食堂、锅炉房‘浴室等建筑物组合在一个区内。为不使这些建筑物过于分散,将办公楼与化验室,食堂与宿舍、于是与锅炉合建。这些建筑相对集中,这些建筑布置在水厂进门附近,便于外来人员访问。
3.1.3 维修区
将机修间,水表修理间,电修间,仓库与车库合建,将管配件厂,砂场组合在一个区内,靠近生产区,以便于设备的检修。为不使维修区与生产区混为一体,用道路将两区分开,考虑扩建后生产工艺系统的使用,维修区位置兼顾今后的发展。
3.1.4 加药区
加药间,加氯间设于絮凝沉淀池附近。
3.2 厂区管线布置
3.2.1给水管线
给水管线分为原水管线,水厂构筑物间的连接管线以及水厂生活自用水管线。原水管线是从一级泵房到絮凝池采用一根钢管管线,埋入地下。八座清水池之间也有一根钢管连接,埋入地下。厂区生活用水从二泵房接出。
3.2.2排水管线
排水管线分为水厂内雨水管线,厂内生产污水管线,生活污水管线等。这此污水接到厂外市政污水管线。
3.2.3消火栓系统布置
厂区内每隔120.0m间距设置一个室外消火栓。
3.2.4加药管和加氯管
为了防止管道腐蚀,加药管和加氯管采用塑料管,管道安装在管沟内,上设活动盖板,以使管道赌赛时的管道清理。加药管线以最短距离至投加点布置。
3.3厂区道路布置
水厂所有道路路面应尽量保证平整,主干道均采用水泥硬化,主干道宽为5m,其它的道路宽度一般为3~~5 m。每个构筑物前的道路保证能通行机动车辆。办公楼前的小型广场也采用水泥硬化。
3.4厂区绿化布置
道路两旁种小型乔木,水厂围墙内侧沿墙种大型乔木,其余空地种花草果树等。
水厂的远期规划预留空地全部种草。
水厂的办公楼前修建一座喷泉,生产管理楼前修建一座花坛。
V高程布置
为了节省水厂的费用,经一级泵站提升后,水在各构筑物之间的流动均为重力流。
水厂的水头损失包括构筑物的水头损失,构筑物间的管线,结口,仪表及计量设备等的水头损失。
水厂的标高采用相对标高。
3.5管区的水力计算
3.5.1清水池
清水池所在地面标高为2.30m,则其顶面标高为2.30m,池面
超高0.5m,则最高水位标高为1.80m,有效水深4.50m,则
水池底部标高为-2.70m。
3.5.2滤池
滤池到清水池之间的管线长10m,设置两根管,每根流量为
608L/s,沿线有两个闸阀,进口和出口局部阻力系数分别为
0.06、1.0、1.0.管径按照允许流速选择DN800mm,查水力计
算表:v=1.21m/s、i=0.211%,则水头损失
v22.111.212
hil10(0.0621.01.0)0.18m2g100029.8
滤池的最大作用水头为2.0~2.5m,设计中去2.3m
3.5.3沉淀池
沉淀池到滤池管长为10m,沿线有两个闸阀,进口和出口阻
力系数分别是0.06、1.0、1.0.管径按照允许流速选择
DN800mm,
查水力计算表:v=1.21m/s、i=0.211%,则水头损失
v22.111.212
hil10(0.0621.01.0)0.18m2g100029.8
3.5.4絮凝池
絮凝池到沉淀池之间水头损失取0.1m。
絮凝池内的水头损失取0.4m。
3.5.5混合池
混合池到絮凝池之间水头损失取0.1m。
混合池内水头损失去0.4m。
3.5.6其它
泵站到混合池之间的水头损失取1.0m。
进入配水井水头损失取0.2m。
3.6给水处理构筑物的高程计算
(1) 清水池最高水位-1.80m。
(2) 滤池水面标高=滤池水面标高+滤池进水管到沉淀池出水管间的水头
损失+滤池的最大作用水头=1.80+0.18+2.3=4.28m。
(3) 沉淀池水面标高=滤池水面标高+滤池进水管到沉淀池出水管间的水头损失+沉淀池出水渠的水头损失=4.28+0.18+0.20=4.66m。
(4)反应池与沉淀池连接渠水面标高=沉淀池水面标高=沉淀池配水穿孔墙的水头损失=4.66+0.05=4.71m
(5)反应池水面标高=沉淀池与反应池连接渠水面标高+反应池的水头损失=4.71+0.41=5.12m
. 参考文献
【1】严熙世,范谨初. 给水工程(第四版).中国建筑工业出版社,1999,北京
【2】崔玉川等. 给水厂处理设施设计计算.化学工业出版社,2003,北京
【3】《给水排水设计手册》,第三册,城镇给水,中国建筑工业出版社:北京,2004.4
【4】《给水排水设计手册》,第一册,常用资料,中国建筑工业出版社:北京,1986.7
【5】《给水排水设计手册》,第十一册,常用设备,中国建筑工业出版社:北京,2004.6
【6】《室外给水设计规范》(GB50013-2006)