自来水厂课程设计

延安大学西安创新学院水质工程学课程设计

院系：延大创新建筑工程系班级：给水排水0801班

姓名：张学强（29号）

指导老师：赵群英

给水处理厂设计任务

1.设计题目

东北地区A城市给水处理厂工程设计

2.城市概括

A城市地处东北地区，是一座新型、中等城市，该市实施10年规划，规划拟建一座设计供水量为5万m3/d的给水处理厂，采用统一供水方式供给该市的工业企业及居民用水。

3.设计原始资料

3.1自然状况

厂区地面标高约为106.50m,土壤种类为砂质粘土，地下水位10.00m，冰冻线深度2.00m，年降水量1000mm，最高温度300C，最低温度-200C，年平均温度200C。主导风向：夏季西南，冬季西北。

3.2水源

3.2.1地面水源

一条河流贯穿该市南北，其中最大流量900.00m3/s,最小流量200.00 m3/s。最大流速3m/s，最高水位102.50m，常水位102.10m，最低水位101.50m.水质监测结果原水浊度：平均50度，有微量臭和味，基本符合《生活饮用水卫生标准》规定的生活或工业用水水源水质要求。

3.2.2地下水源

该市地下含水层5.00m，大多属于浅层滞水。总硬度达1000mg/L.

4.设计任务

使净化后水质满足国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）.

设计成果：

4.1设计计算说明书

4.1.1水源的选择

4.1.2给水处理方案的选择

4.1.3构筑物的选型、计算

4.2设计图纸（3号图纸）

4.2.1水厂平面图

4.2.2工艺流程图、净水构筑物高程布置图

设计步骤

1.总体设计

1.1水源的选择

该净水厂可采用的水源有地下水和地表水。

浅层地下水较丰富，地下水具有水质澄清，水温稳定，分布面积广等优点，比地表水更适合作水源。但它的径流量小，硬度大，由任务书中给定条件可知，地下水源大多属于浅层滞水。总硬度达1000mg/L。易受污染，等缺点，作为水源时，未必经济。考虑有其它更好的水源，因此不选用地下水。

地面水源具有足够水深，水位变化小，良好的水质，浊度低，基本符合《生活饮用水卫生标准》规定的生活或工业用水水源水质要求。所以本设计采用地面水源供水。

1.2给水处理方案的选择

原水水质参数均符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85）的规定。

水厂以地表水作为水源，方案一工艺流程如图1所示。

图1 水处理工艺流程

水厂以地表水作为水源，方案二工艺流程如图2所示。

图2 水处理工艺流程

由设计任务书可知，图一适用于当原水浊度较低（一般在50度以下）、不受工业废水污染且水质变化不大者，原水采用双层滤料或多层滤料滤池直接过滤。图二是地表水常规处理工艺。图一较图二装置简单水力计算较少，很符合本设计的要求，所以给水处理工艺选择方案一。

1.3处理构筑物及设备型式选择

1.3.1药剂溶解池

设计药剂溶解池时，为便于投置药剂，溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜，池顶宜高出地面0.2m左右，以减轻劳动强度，改善操作条件。溶解池的底坡不小于0.02，池底应有直径不小于100mm的排渣管，池壁需设超高，防止搅拌溶液时溢出。

投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵（柱塞泵或隔膜泵），不必另备计量设备，泵上有计量标志，可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。

1.3.2混合设备

使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上，由于混合池占地大，基建投资高；水泵混合设备复杂，管理麻烦，机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，管式混合具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。

1.3.3滤池

采用过滤时水流从上而下的接触双层滤池，滤料为石英砂和无烟煤。它的优点是：a、药剂直接投在进滤池前的原水中，不经混凝沉淀（或澄清），滤池同时起着凝聚的作用； b、它适用于原水浊度一般不超过50NTU时的一次净化处理；

c、含污能力大，可采用较大滤速；

d、可采用减速过滤，水质好，冲洗用水少。故选择接触双层滤池作为过滤处理构筑物。

1.3.4消毒方法

采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。虽然二氧化氯，消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间，但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应用尚不多。

1.3.5设计用水量

设计产水量Q=50000 m3/d，水厂自用水量取总用水量的8 %，则总水量

Q=50000×1.08=54000 m3/d =2250 m3/h=0.625 m3/s

2.混凝

2.1 混凝剂投配设备的设计

水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂），通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。

混凝剂的投加分为固体投加和液体投加两种，前者我国很少应用，通常将固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中，混凝处理工艺流程如图3所示.

图3 液体投加法混凝处理工艺流程

本应根据原水水质分析资料，用不同的药剂作混凝试验，并根据货源供应等条件，确定合理的混凝剂品种及投药量。由于缺少必要的条件，所以参考相似水源有关水厂的药剂投加资料。聚合铝，包括聚合氯化铝（PAC ）和聚合硫酸铝（PAS ）等，具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点，因而使用聚合铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂平均投加量为35mg/L 。 2.1.1溶液池

溶液池容积按下式计算：

2417aQ W cn

=

式中 2W －溶液池容积，3m ； Q －处理水量，22503/m h ；

a －混凝剂投加量，取35mg/L ； c －溶液浓度，取20%； n －每日调制次数，取n ＝2。 代入数据得：3

272.420

2417225035417m bn aQ W =???==

（考虑水厂的自用水量8%） 溶液池设置两个，每个容积为2W ，以便交替使用，保证连续投药。 取有效水深H 1＝1.0m ，总深H ＝H 1+H 2+H 3（式中H 2为保护高，取0.3m ；H 3为贮渣深度，取0.1m ）＝1.0+0.3+0.2＝1.5m 。

溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝2.5m ×2m ×1.5m 。 2.1.2溶解池

溶解池容积3215.153.03.0m W W =?== 溶解池取矩形，有效水深H 1＝1.0m ，则： 面积A ＝

21

1

5.1m H W = L ×B=1.5×1

溶解池深度H ＝H 1+H 2+H 3 （式中H 2为保护高，取0.3m ；H 3为贮渣深度，取0.2m ）＝1.0+0.3+0.2＝1.5m

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

s L t W q /5.260

101000

5.16010=??==

查水力计算表得放水管管径0d ＝50mm ，相应流速s L v /95.00=,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。 2.1.3投药管

投药管流量 S L n W q /12.060

60241000

2560602410001=????=????=

查水力计算表得投药管管径d ＝15mm ，相应流速为0.75m/s 。 2.1.4投药计量设备

采用计量加药泵，泵型号JZ-320/10，选用2台，一用一备。 2.2 混合设备的设计

管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备：具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，构造如图2所示。

图4 管式静态混合器

2.2.1设计流量

s m d m Q /625.0/5400033=== 2.2.2混合器设计

静态混合器管径为：m v q

D 89.00

.1625

.0414.34=??==π，

本设计采用D=900mm ；

混合单元数：44.289.0136.236.23.05.03.05.0=??=≥----D v N 本设计取N=3。 混合器混合长度：m DN L 94.2389.01.11.1=??== 静态混合器的水头损失

m m n d Q h 5.023.0389

.0625.01184.01184.04

.42

4.42<=??==，满足要求。 式中h —水头损失（m ） Q —处理水量（d m /3）

d —管道直径（m ） n —混合单元（个） 选DN900内装3个混合单元的静态混合器，总长3000mm 。

3.滤池

3.1滤池的布置

查《给排水设计手册》得：

a.池个数少于5个宜采用单行排列；

b.单池面积大于50 m 2时管廊中可设中央排水渠。

本设计滤池个数为6个，单池面积为37.82 m 2，所以采用双排布置，按双层滤料设计，采用石英砂无烟煤作为滤料。 3.2滤池的设计计算

3.2.1. 滤池面积

（1）滤池总面F=vT

Q

F-滤池总面积(m 2) Q- 设计水量(m 3/d) Q=54000m 3/d

v-设计滤速(m/h),石英砂无烟煤双层滤料一般采用10-14 ,取v=10m/h 。 T=T 0-nt 0-nt 1

T-滤池每日的实际工作时间（h ）T 0-滤池每日的工作时间 （h ） t 0-滤池每日的冲洗后停用和排放初滤水时间（h ） t 1-滤池每日冲洗时间（h ） n-滤池每日冲洗次数

设计中取n =2次，t 1=0.1ｈ不考虑排放初滤水时间，即t 0=0

T=24-2×0.1=23.8h

设计中选用双层滤料石英砂无烟煤滤池取v=10m/h

F=vT Q

=8

.231054000?=226.9(m 2)

（2）单池面积

取滤池个数6=N ，布置成对称双行排列，则 单池面积 : 282.376

9226m N

F f =?==

取m B m L 58==，，滤池的实际面积为2 4058m =?，则 实际滤速 h m v 9.4523.8

40654000

=??=

当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速为

h m N Nv v 11.341

-69.45

61'=?=-=

，介于10～14m/h 之间，符合要求。 3.2.2滤池高度

取承托层高度m H 4.01=，滤料层厚度m H 7.02=，滤层上水深

m H 8.13=超高m H 3.04=则

m

H H H H H 20.330.080.170.040.04321=+++=+++=

3.2.3滤池反冲洗

本设计中滤池反冲洗水由专设的冲洗水泵供给。 （1）水泵流量

s L q f q Q g 3.5671582.37'=?=?==

（2）承托层的水头损失

m qH h w 0.130.4015022.0022.013=??==

（3）冲洗时滤层的水头损失

取滤料未膨胀前的孔隙率41.00=m ,3/2650kg m =砂ρ，滤料未膨胀前的厚度

m H 7.02=则

()()m H m h w 0.680.70.41-111000265011-204=????? ??-=-???? ??=水砂ρρ

（4）水泵扬程

取排水槽顶与清水池最低水位高差m H 70=，水泵压水管路和吸水管路的水头损失m h 0.21=，配水系统的水头损失m h h k w 5.32==，安全水头m h 5.15=，则

m h h h h h H H w w w 9.145.168.013.05.30.20.7543210=+++++=+++++=

根据水泵流量和扬程进行选泵，最终确定水泵型号.J SA 1932-电机8157-JSQ

型号

流量

3/m h

扬程

转数

功率

（KW)

电机功率(KW)

效

率％ 汽蚀余量（m ） J SA 1932-

2160

23.2 730n/min

166

200

82

4.7 3240 16.0 166 85

5.0 3450

14.2

163.6

81.6

5.5

水泵吸水管采用钢管，吸水管直径900mm ，管中流速s m v /58.1=，符合要求。 水泵压水管采用钢管，压水管直径800mm ，管中流速s m v 0.2=，符合要求。 3.2.4进出水系统 （1）进水总渠

滤池的总进水量为s m d m Q /625.0/5400033==，设计中取进水总渠渠宽

m B 5.11=，水深为1.2m ，渠中流速s m v /68.01=。

单个滤池进水管流量s m Q /156.04/625

.032==，采用进水管直径mm D 5002=，管中流速s m v /62.032=。

（2）反冲洗进水管

冲洗水流量s L q g /3.567=，采用管径mm D 8003=，管中流速s m v 35.13=。 （3）清水管

清水总流量s m Q 3625.0=，为了便于布置，清水渠断面采用和进水渠断面相同的尺寸。

单个滤池清水管流量s m Q 32156.0=，采用管径mm D 5005=，管中流速

s m v 62.02=。

（4）排水渠

排水流量s L q g 3.567=，排水渠断面宽度m B 0.12=，mm D 8006=,渠中水深0.7m ，渠中流速s m v 1.316=。

4.消毒

4.1加药量的确定

水厂50000m 3/d ，设计水量为h m d m Q /2250/54000331== 最大投氯量为a=3mg/L

加氯量为： h kg Q /75.622503001.0=??=

储氯量（按一个月考虑）为：月/486075.624302430kg Q G =??=?= 4.2加氯间的布置

水厂所在地主导风向为夏季西南，冬季西北风，加氯间靠近滤池和清水池，

设在水厂的东部。

加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关。

5.其他设计

5.1清水池的设计

5.1.1清水池有效容积，包括调节容积消防容积和水厂自用水量的调节量，

水池的总有效溶剂V=KQ，

K—经验系数一般10—20%，取K=15%

Q=54000d

m/3

V=0.15?54000=81003m，

清水池共设2座，则每座清水池有效容积V

1

=V/2=4050m3

5.1.2 清水池的平面尺寸

每座清水池的面积A=V

1

/h，则有效水深h=4.0m A=4050/4=1012.5m2取清水池宽度B= 30m 则长度L=35m

清水池超高 h

1

=0.5m

则清水池总高度 H=h

1

+h=4.0+0.5=4.5m

5.1.3清水池最低水位

清水池设于地下，地面标高106.5，在地面以上为1.0为覆土厚度，计算其池底标高为102m。

5.2管道系统

5.2.1进水管

D 1=

V

Q

)4/

(2π

取V=0.7m/s (0.7-1.0m/s)

Q=0.625m3/s

D 1=

V

Q

)4/

(2π

=

7.0

785

.0

2

625

.0

?

?

=0.745m 取D=800mm

5.2.2出水管

由于用户的用水量变化，清水池的出水管按出水最大流量计Q

1=

24 Kq

,

K 时变化系数取 K=1.5,

Q 1=

24

254000

5.1??=1687.5m 3/h=0.47m 3/s

取V 1=0.7m/s 则D 2=

1

785.047

.0V =0.925m 取 D 2=1000mm

5.2.3排水管

清水池内的水在检修时需放空，因此应设排水管。

排水管的管径按2h 内将池水放空计算，排水管内流速按1.2m/s 估计，则排水管的管径 D 3=

2

1

785.03600V t V ???=2.1785.0360024050???=0.77m 取 D 3=800mm 5.3清水池布置 检修孔

在清水池顶部设圆形检修孔3个，直径为1200mm 。 通气管

为了使清水池空气流通，保证水质新鲜，通气孔共设12个，每格4个，通

气管径为200mm ，通气管伸出地面高度高低落错，便于空气流通。 覆土厚度

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，此设计取覆土厚度1.0。 5.4吸水井的设计

吸水井的应高出地面0.2m ，吸水井深为5.0m ，地下4.8m,宽为4m ，长度12m 。 5.5二泵房的设计

二泵房中泵型号的选择：4用一备

流量h m Q /11253=，扬程H=50m ，查给《排水设计手册11册－常用设备》选泵。

四川新达水泵厂生长的1014-SA 型，电机型号为439355--Y

水泵的参数如下：

型号

流量（3

/m h ） 扬程

转速n/min 功率（KW)

电机功率(KW)

效率％ 气蚀余量m

10

14 SA

1260 54 1450

250 280 88

6.9 1080 58 230 87 6.3 900

60

206.5

83

5.1

泵房的尺寸：40m ×10m ，长度为控制间4m ，泵轴之间的间距为4.0m ，靠近

控制间的泵与靠近吊装间的泵距离墙的距离也为4.0m ，另外设4.0m 做为吊装机械电葫芦用，共计40m 。宽度为吸水管4.5m ，泵基础的长度为2.5m ，压水管3m ，共计10m 。

5.6辅助建筑物面积设计

生活辅助建筑物面积应按水厂管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。生产辅助建筑物面积根据水厂规模、工艺流程和当地的具体情况而定。

6.水厂总体布置

6.1水厂的平面布置

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。但各构筑物之间应留处必要的施工和检修间距和管道地位；各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外，有时也需要设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水量采取应急措施；建筑物布置应注意朝向和风向；有条件时最好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。（见平面布置图） 6.2水厂的高程布置 6.2.1 管渠的水力计算 (1)清水池

清水池地面标高为106.5m ，其顶面标高107.5m ，池面超高为0.5m ，清水池最高水位标高为106.0m ，有效水深4.0m,则池底标高为102.0m 。 (2)吸水井

清水池到吸水井的管线最长为30m ，管径为DN1000，流量Q=0.47m 3/s ，查水力计算表：水力坡度为i=0.43‰，流速v=0.60m/s ，沿线设有2个闸阀，进口和

出口，2个90o弯头，局部阻力系数分别为0.06，1.0，1.0，1.05，则管中水头损失为：

()m

g v il h 09.081

.9260.00.10.1205.1206.030100043.022

21=??++?+?+?=?+=∑ξ 因此，吸水井水面标高为105.9m 。 (3)滤池

滤池到清水池之间的管长为：25m ，设2根管，每根管流量为0.625m 3/s ，管

径为DN800，查水力计算表：流速v=1.24m/s ，坡度i=2.21‰，沿线设有两个闸阀，2个90°弯头，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：

()m g v il h 386.081

.9224.10.10.1205.1206.025100021.222

22=??++?+?+?=?+=∑ξ

滤池的最大作用水头为2.0～2.5m ，设计中取为2.5m 。 (4)管式混合器

管式混合器水头为0.5m. (5)水泵安装高程

从吸水井到泵房的管路长度10m,设两根管，每根管流量为

0.625/2=0.313m 3/s,管径为DN600，查水力计算表：流速v=1.11m/s,坡度i=2.60‰,进口，出口的阻力系数分别是：1.0、1.0。则水头损失为：

()m g v il h 15.081.9211.10.10.110100060.222

25=??++?=?+=∑ξ

泵的气蚀余量s z g H g

v H H NPSHR -+-=22

=6.9m

s

m v mm N v H H H s z g /19.3350D ,m 4.20.3m

10==----，水泵进口直径水泵吸水口的流速最大允许吸上真空高度

汽压力水头，取液体相应温度的饱和蒸，取水泵安装地点的大气压

m NPSHR g v H H H z g s 68.39.681

.9219.324.03.10222=-?+-=-+-=

泵的安装高度m h g v H Z s 39.277.081

.9219.368.322

52=-?-=--= 泵的基础高度为 1.5m,则泵房的底层标高=(106.5+2.39)-2.5-1.5=104.9m,

泵房高8m ，顶面标高=104.9+8=112.9m.

参考资料：《给水排水设计手册》第1册； 《给水排水设计手册》第3册；

《给水排水制图标准》

水处理构筑物高程计算表

名称

设计

流量L/s

管段设计参数

水头损失(m)

构筑物标高(m) 管径(mm) 管长

I (‰) V m/s 构筑物水头损失

管道水头损失 合计 水面 标高 顶面 标高 底部 标高 二级泵房 625 112.9 104.9 吸水井 625 105.9 106.7 101.7 清水池至吸水井 470 1000 60 0.43 0.60 0.09 0.09

清水池 625

106.0 107.5 102.0 清水池至滤池 625 800 100 2.21 1.24 0.386 0.386

滤池

625

2.50

2.500 108.5 108.8

105.6