某经济开发区给水厂初步设计-给水工程课程设计

时间：2021-02-04 15:12:12 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　第 1 章 设计任务书...................................................................................................... 2 1.1 城市概述......................................................................................................... 4 1.2 工程设计......................................................................................................... 7 第 3 章 设计水量.......................................................................................................... 8 2.1 用水量计算...................................................................................................... 8 2.2

　最高日用水量变化曲线............................................................................. 10 2.3

　水塔和清水池............................................................................................. 10 第 4 章

　水厂工艺设计与计算.................................................................................. 12 3.1

　给水处理厂规模及流程............................................................................. 12 3.2

　药剂选择及投加方式................................................................................. 12 3.3

　水处理构筑物的选择................................................................................. 14 3.4

　机械搅拌澄清池设计计算......................................................................... 15 3.5

　V 型滤池工艺设计与计算.......................................................................... 27 3.6

　清水池工艺设计与计算............................................................................. 40 3.7 加药间和加氯间工艺设计与计算............................................................... 42 3.8

　水厂布置..................................................................................................... 43 第 5 章 工程概预算.................................................................................................... 45 4.2 清水池造价................................................................................................... 45 4.3 建筑直接费.................................................................................................... 45 4.4 建筑间接费.................................................................................................... 45 4.5 建筑工程总造价............................................................................................ 45 4.6

　常年运转费................................................................................................. 46 第 6 章

　个人设计总结.............................................................................................. 47 第 7 章 参考资料........................................................................................................ 48

　第1 1章 章 设计任务书

　一、课程设计题目

　 某经济开发区给水厂初步设计

　二、课程设计内容

　1．给水厂设计的用水量与总用水量计算，或由教师给定的水量作设计水量。

　 2．根据取水河床断面水位，设计吸水井和一级泵房。

　 3．根据所给水质情况，进行工艺比选，确定处理工艺流程。

　4．根据混凝实验结果选用混凝剂并决定其投量（也可参考设计手册比照相似情况选用），设计计算溶药池、溶液池的溶积、设计投药系统及药库并进行相应的平面布置。

　 5．设计计算混合池（混合器）、絮凝池、沉淀池（或澄清池），并在设计说明书中绘出它们的工艺流程图（单线图）。并绘出其中一个单体构筑物工艺图（3号工程图，根据设计时间需要，如果设计时间不够，可以不画）。

　 6．设计计算滤池（包括根据筛分资料，将滤料改组成所需 d 10 =0.50mm, K 80 =1.8 或室外给水设计规范的要求），并绘出工艺图（3 号工程图）。

　 7．设计计算加氯间、氯库。清水池的容积按最高日用水量 15%计算。

　 8．水厂平面图的布置，设计计算各构筑物之间的联接管道（包括水头损失 值）及高程图的设计。

　 9．绘出水厂平面布置和高程布置图（3 号工程图）。

　 10．水厂的工程概预算及经营成本分析。

　 11．设计说明书与计算书的编制。

　三、用水资料 ：

　①居民生活用水变化曲线 时段 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 7～8 8～9 用水百分数% 2 2 1.5 3.5 4 6 6 5 时段 9～10 10～11 11～12 12～13 13～14 14～15 15～16 16～17 用水百分数% 4 4 5 5 4 4 4 5 时段 17～18 18～19 19～20 20～21 21～22 22～23 23～24 24～1

　用水百分数% 6 6 5 5 4 3 3 3

　注：居民生活最高日用水定额为 250L/cap.d。

　 ②公共建筑、生产企业等集中用水量 该乡镇经济发展属典型农作物耕种为主，粮棉兼作，水产养殖，农副加工，今年又新建了工业园区以纺织业为主。畜牧用水按生活用水 10%计算，工业园区各工企业及公共建筑按生活用水量 30%计算。（另单独增加工业企业用水量 1 万 m 3 /d）。

　 ③配水管网漏损及未预见水量按 15%计；

　 ④给水普及率按 100%计算；

　 注：水厂设计水量应按城市最高日用水量加上水厂的自用水量计算,自用水量按最高日用水 量的 5%算。

　 四、河床断面图（见下图)

　9.450m

　6.950m

　-7.950m

　 -15.550m

　 五、进度安排 1．污水厂的设计步骤，设计要求，设计原则。

　 0.5 天 2．污水厂的工艺流程和处理构筑物选择及计算。

　7 天 3．污水厂污水厂平面布置以及高程计算。

　 2.5 天 4．绘图。

　4 天 六、基本要求 1．设计深度为初步设计。

　2．图中文字一律用仿宋体书写；图例的表示方法应符合一般规定和制图标 准；图纸应注明图标栏及图名；图纸应清洁美观，主次分明，线条粗细有别；图幅宜采用 3 号图，必要时可选用 2 号图。

　3．说明书、计算书内容简要，论证充分、文字通顺、字迹端正。

　七、设计步骤 1．明确设计任务及基础资料，复习有关知识及设计计算方法。

　2．在平面图上布置构筑物及管道，进行工艺计算。

　3．设计图纸绘制。

　第 第 2 章

　概述 1.1 城市概述

　1.1.1 概述 该开发区位于我国长江中下游地区，地势平坦，紧邻长江最大支流-汉江，

　 两

　条省级公路干线贯穿境内，自然资源丰富，交通便利，是我省乡镇发展较快

　的乡镇之一，自新农村建设以来，全镇工农业生产、乡镇建设得到了迅猛的发展。根据上级市总体规划，近期规划该镇人口 3 万人，远期人口 6 万人，规划建筑为3 层混合式，室内均有给排水卫生设备和淋浴设备。由于该地区紧邻汉江且地下水丰富，规划水源为汉江。

　1.1.2

　自然条件 1）地理位置

　东经 113°57′

　北纬 30°52′ 2）地形地貌

　开发区地形较平坦，设计地面标高为 9.45m。

　3）气象资料

　 气温：

　 历年最高气温

　41℃

　历年最低气温

　-7℃

　 常年平均气温

　16℃

　 气候：

　 属亚热带季风气候，雨量充沛，气侯温和，四季分明

　 降雨量：

　多年平均 1200 毫米，最高 1600 毫米，最低 100 毫米，集中在 6-8 月

　 冬季冰冻期：

　最冷月平均气温为 3.1-3.6℃，冰冻期短，土壤冰冻深度：0.1 米 4）土壤地质资料

　 土壤承载力

　 2.4 kg/cm2

　浅层地下水离地面 1-4 米 1.1.3

　水源状况：

　1）河流概述：汉江流经庙头全镇，流长 17.8 千米，河槽平均宽度 400m，水深最深 18m，水源水量丰富，水质符合国家规定的饮用水源水质标准，因河道航运繁忙，取水构筑物不得影响航运。

　2）河流特征：

　 表

　1 1

　水位 水面标高 m 流量 m3/s 流速 m/s 设计频率 % 保证率 % 最高水位 6.950 8500 2.63 2

　常水位 -7.950 3000 1.8

　 最低水位 -15.550 198 0.08

　95

　3）河床断面图（见下图）

　9.450m

　6.950m

　-7.950m

　 -15.550m

　 4）水质资料

　表

　2 2

　 编号

　项目

　单位 分 析 结 果 备注 最高

　最低

　月平均 最高 月平均 最低 1 水 温 ℃ 25 14 23 5

　2 臭和味

　少

　 许

　3 色

　度

　﹤5

　4 浑浊度 毫克/升 800 30 400 80

　5 PH

　7.2 7.5 6.8

　6 总硬度 毫克当量/升 280 20 220 150

　7 细菌总数 个/毫升 88

　8 大肠菌群 个/升 ﹤2

　9 COD mg/L 1.4

　饮用水经处理后应符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求。

　 5）用水资料 ：

　①居民生活用水变化曲线

　表

　3 3 时段 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 7～8 8～9 用水百分数% 2 2 1.5 3.5 4 6 6 5 时段 9～10 10～11 11～12 12～13 13～14 14～15 15～16 16～17 用水百分数% 4 4 5 5 4 4 4 5 时段 17～18 18～19 19～20 20～21 21～22 22～23 23～24 24～1 用水百分数% 6 6 5 5 4 3 3 3 注：居民生活最高日用水定额为 250L/cap.d。

　②公共建筑、生产企业等集中用水量 该乡镇经济发展属典型农作物耕种为主，粮棉兼作，水产养殖，农副加工并举，今年又新建了工业园区以纺织业为主。畜牧用水按生活用水 10%计算，工业园区各工企业及公共建筑按生活用水量 30%计算。（另单独增加工业企业用水量 3 万 m 3 /d）。

　③配水管网漏损及未预见水量按 15%计； ④给水普及率按 100%计算； 注：水厂设计水量应按城市最高日用水量加上水厂的自用水量计算,自用水量按最高日用水量的 5%算。

　1.1.4

　水处理用材料与药剂资料

　1）

　混凝剂 硫酸铝、三氯化铁(45%)、碱式氯化铝(10%) 2 2）

　）

　混凝剂投加量参考值（也可参考设计手册比照相似情况选用）

　表

　4 4

　 其他指标

　合

　 格

　3）

　当地所产滤料 石英砂、无烟煤、铁矿石等均有供应。

　4）

　滤料(石英砂)筛分试验 表

　5 5

　筛孔直径 mm

　留在筛上的砂重( (g g) )

　通过该号筛的砂重 (%)

　2.362 0.3 99.7 1.652 12.4 87.3 0.991 31.7 55.6 0.589 38.2 17.4 0.246 16.3 1.1 0.208 0.7 0.4 筛底盘 0.4 / 合计 100.0 1 注: :也可按设计要求提供。

　5）

　用于消毒的药剂 液氯、漂白粉、臭氧、二氧化氯等均有供应，其他材料可按设计要求采购。

　1.1.5

　设计成果 1．设计计算说明书一份； 2．设计图纸：废水处理站总平面布置图、高程图、主要构筑物工艺构造图（1～2 个）各一张。

　1.2 工程设计

　1.2.1

　设计内容 原水浊度

　<=100 200 300 400 600 800 1000 混凝剂 硫酸铝 12.5 11.2 29.5 37.6 52.5 67.3 82.5 投加量(mg/L) 三氯化铁 11.0 13.6 20.2 26.4 30.9 36.8 40.9

　碱式氯化铝 10.0 11.8 16.4 21.0 25.8 28.6 31.7

　1．给水厂设计的用水量分析与总用水量计算，或由教师给定的水量作为本设计的设计水量。

　2．根据取水河床断面水位，设计吸水井和一级泵房。

　3．根据所给水质情况，进行工艺比选，确定处理工艺流程。

　4．根据混凝实验结果选用混凝剂并决定其投量（也可参考设计手册比照相似情况选用），设计计算溶药池、溶液池的溶积、设计投药系统及药库并进行相应的平面布置。

　5．设计计算混合池（混合器）、絮凝池、沉淀池（或澄清池），并在设计说明书中绘出它们的工艺流程图（单线图）。并绘出其中一个单体构筑物工艺图（3号工程图，根据设计时间需要，如果设计时间不够，可以不画）。

　6．设计计算滤池（包括根据筛分资料，将滤料改组成所需 d 10 =0.50mm, K 80 =1.8 或室外给水设计规范的要求），并绘出工艺图（3 号工程图）。

　7．设计计算加氯间、氯库。清水池的容积按最高日用水量 15%计算。

　8．水厂平面图的布置，设计计算各构筑物之间的联接管道（包括水头损失值）及高程图的设计。

　9．绘出水厂平面布置和高程布置图（3 号工程图）。

　10．水厂的工程概预算及经营成本分析。

　11． 设计说明书与计算书的编制。

　第 第 3 3 章

　设计水量

　1 2.1 用水量计算

　2.1.1

　最高日用水量：

　城市用水量包括综合生活用水，工业生产用水、消防用水、浇洒道路和绿化用水、未预见水量、管网漏失水量。

　根据设计地点所处的分区、住房条件、室内给排水设备的完善程度、水资源和气候条件、居民生活习惯等，并且适当考虑远期发展，参照《室外给水排水设计规范》之规定，取居民生活用水定额为 q=200L/（cap·d）自来水普及率为 100%. 1、居民生活用水量1Q ：

　 1Q

　=qNf

　( d m /3)

　 式中：q——最高日生活用水定额，查《 给水工程》附表具名生活用水定额，取 200L/cap·d；

　N——设计年限内计划人口数，近期规划 3 万人，远期 6 万

　人；

　 f——自来水普及率（100%）。

　近 1Q = 6000 d m /3= L/s

　 远 1Q = 12000 d m /3= L/s 2、生产企业（工业）用水2Q ：

　 近 2Q = 30000 3m /d = L/s

　3、各工业园区及公共建筑用水量3Q

　：

　由设计任务书，按生活用水量 30%计算 近 3Q =1800 d m /3

　4、 畜牧用水：

　 据任务书上，畜牧用水按生活用水 10%计算

　 近 4Q =600 d m /3 5、浇洒道路和绿化用水量4Q ：

　近 5Q =2%（近 近 近 3 2 1Q Q Q   +近 4Q ）=768 d m /3

　 6、未预见水量和漏失水量：

　近 6Q =15%（近 近 近 3 2 1Q Q Q   +近 4Q ）=5760 d m /3

　所以最高日用水量近 dQ 为：

　 近 dQ =（近 1Q +近 2Q +近 3Q +近 4Q +近 5Q +Q 6 近 ）

　 =44928 d m /3=0.52m 3 /s

　 远 dQ =（远 1Q +远 2Q +远 3Q +远 4Q +远 5Q ）

　= 50928 d m /3 二、最高时用水量：

　近 hQ =近 hK近 dQ /24=2093.808 d m /3

　 远 hQ =远 hK远 dQ /24= d m /3 2.2

　最高日用水量变化曲线

　 根据任务书中所给的居民生活用水变化曲线，绘制用水量变化曲线，可以比较明显的看到整个城市的用水变化情况。

　时变化系数hK = ThQQ

　 hQ ——最高日最高时用水量；

　TQ ——最高日平均时用水量； 经计算得近 hK =1.439

　 2.3

　水塔和清水池

　2.3.1

　方案比较（管网中是否设置水塔）：

　 水塔的作用在于调节二级泵站供水量和用水量之间的不平衡；保证用水水压等。大中城市用水量比较均匀，通常二级泵站变频泵调节管网用水量，多数可不用专门设置水塔。

　 至于本设计中是否设置水塔见表 2-3

　表 2-3 方案比较 方案 优点 缺点 管网中设置水塔 方案一

　能够较好的调节二泵供水量和用水量之间的不平衡、保证供水水压

　 增加管网工程造价和运行费用，易造成管网中水二次污染 管网中不设水塔 方案二

　通过二级泵站变频工作来调节供水水量，避免二次污染

　 管理要求高

　 经过以上比较，并且结合小时变化系数hK =1.23 知城市用水量比较均匀，据城市地理位置，近远期结合，确定采用方案二，即管网中不设水塔。既节省工程造价，又减少了维修费用，并且大大减小管网中水二次污染几率，用水安全、稳定、可靠性得到大大提高。

　2.3.2

　近期清水池调节容积

　 1W =4.9%dQ

　2.3.3 近期清水池容积计算 清水池容积 W=1W +2W +3W +4W

　式中1W —— 调节容积（3m ），由清水池容积计算表知1W =4.9%dQ

　2W ——消防贮水量（3m ），按两小时火灾延续时间计算，据《室外给排水消防规范》城镇居住区室外的消防用水量标准：“城市人口 N≦20 万——同一时间内灭火次数为 2 次——一次灭火用水量 45L/s”知 2W =2×25×2×3600=3603m

　3W ——水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水（3m ），3W =（5%～10%）dQ ，取 5%. 4W ——安全贮水量，根据设计手册，为避免清水池抽空，

　威

　胁供水安全，清水池可以保留一定水深的容量作为安全储量，体积估计为 8003m .

　所以清水池容积

　 W=4.9%dQ +360+5%dQ +800==5607.0723m

　 考虑到检修时放空而不中断供水，清水池为两座，则每座清水池容积为 W = W/2 =28043m

　2.3.4 清水池容积确定 B×L ×H= 25×30×(4.0+0.5)（0.5m 为超高）

　第 第 4 4 章

　水厂工艺设计与计算

　3 3 .1

　给水处理厂规模及流程

　3.1.1

　给水处理厂的设计规模

　 给水处理厂的设计规模按近期最高日设计流量计算，为（1+5%）44928=47174.43m /s=0.546m 3 /s（其中 5%为水厂自用水量）

　3.1.2 处理厂工艺流程的选择 给水处理厂工艺流程的确定，应根据水源水质和《生活饮用水卫生标准GB5749—85》及《生活饮用水卫生规范》、水厂所在地区的气候情况、设计水量、设计规模等因素，通过调查研究，参考相似水厂的设计运行经验，经过技术经济比较后确定。

　 1、地表水常用处理工艺：

　 （1）原水——混合——絮凝沉淀或澄清——过滤——消毒——用户

　 （2）原水——混合——过滤——消毒——用户

　 适用于原水浊度低（一般在 50 度以下，短时间内一般不超过 100 度），且水源未受污染的情况。此种情况下，滤料应采用双层或多层，并且考虑适当采用高分子混凝剂。

　 （3）原水——预沉池或沉砂池——混合——絮凝沉淀或澄清——过滤——消毒——用户

　 当原水浊度较高、含砂量较大时，宜采用此种方法，用以减少混凝剂用量而增设预沉池或沉砂池。

　 （4）原水——生物氧化——混合——絮凝沉淀或澄清——过滤——消毒——用户

　 适用于微污染水源，采用生物氧化预处理工艺，以去除水中有机物及氨氮。

　3.2

　药剂选择及投加方式

　3.2.1 混凝剂

　1、混凝剂的选择：

　应用于水处理的混凝剂应符合以下要求：混凝效果好；对人体健康无害；使用方便；货源充足，价格低廉。

　 据设计资料中提供的混凝剂：硫酸铝、三氯化铁（45%）、碱式氯化铝（10%），以及表 3-2-1 常用混凝剂性质比较，选择碱式氯化铝（   mn n ClOH Al 6 2) ( ）（10%）作为水处理用混凝剂，另外碱式氯化铝本身无害，据全国各地使用情况，净化后的生活用水一般符合国家饮用水水质卫生标准，所以选择碱式氯化铝作为水处理

　混凝剂是一个较好的选择。

　2

　混凝剂投加量的确定 据原水浑浊度最高值 800 mg/L 及混凝剂投加量参考值（表 3-2-2）确定设计投加量为 28.6 mg/L

　 表 表 3-2-2 混凝剂投加量参考值

　3 混凝剂的投加方式

　 混凝剂的投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等，投药设备由投加方式确定。

　（1）计量设备：主要有转子流量泵、电磁流量泵、苗嘴、计量泵等，其中苗嘴适用于人工控制，其他既可人工，也可自控。

　（2）投加方式：主要有泵前投加、高位溶液池重力投加、水射器投加、计量泵投加等方式。

　 本设计选用计量泵投加：计量准确，可以实现自控。

　 3.2.2

　消毒剂 1、 消毒剂的选择

　 综合各方面因素考虑，本设计选择液氯为消毒剂：其在国内外应用最广，除消毒外，还起氧化作用；加氯操作简单，价格低，且在管网中有持续消毒杀菌作用。

　 2.

　加氯装置——加氯机

　加氯机用以保证消毒安全和计量准确。加氯机台数按最大加氯量选用，至少安装 2 台，备用台数不少于一台。

　在氯瓶与加氯机之间宜有中间氯瓶，以沉淀氯气中的杂质，万一加氯机发生事故时，中间氯瓶还可以防止水流入氯瓶。

　原水浊度

　<=100 200 300 400 600 800 1000 混凝剂 硫酸铝 12.5 11.2 29.5 37.6 52.5 67.3 82.5 投加量(mg/L) 三氯化铁 11.0 13.6 20.2 26.4 30.9 36.8 40.9

　碱式氯化铝 10.0 11.8 16.4 21.0 25.8 28.6 31.7

　3.3

　水处理构筑物的选择

　3.3.1

　混合设施

　 混合设施应根据混凝剂的品种进行设计，使药剂与水进行恰当、急剧充分的混合。一般混合时间 10～30s，混合方式基本分为两大类：水力混合和机械混合。水力混合简单，但不能适应流量的变化；机械混合可进行调节，能适应各种流量的变化。具体采用何种混合方式，应根据水厂工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及维修条件等因素确定。

　表 表 3 3- -3 3- - 1 常用混合方式的主要特点及使用

　本设计的混合设施采用“管式静态混合器”，管式静态混合器有其独特的优点，构造简单、安装方便、维修费用低。又由于水厂运行稳定，并不存在“流量降低，混合效果下降”的情况，所以选用管式静态混合器（图 3-2）。

　管道混合单元体加药水流方向 方

　式 特 点 及 使 用 条 件 管式混合 管道混合 混合简单，无需另建混合设施，混合效果不稳定，流速低时，混合不充分 静态混合器 构造简单，无运动设备，安装方便，混合快速均匀；当流量降低时，混合效果下降 水泵混合 混合效果好，不许增加混合设施，节省动力，但使用腐蚀性药剂时，对水泵有腐蚀作用。适用于取水泵房与水厂间距小于 150m 的情况 机械混合 混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂，但需增加混合设备和维修工作

　图 3-3-1

　管式静态混合器

　管式静态混合器工作原理：

　混合器内安装若干混合单元，每一混合单元有 若干固定叶片按一定角度交叉组成。水流和药剂通过混合器时，将被单元体多次分割，改向并形成涡流，达到混合目的。

　3.3.2

　澄清池

　 设计中选择机械搅拌澄清池代替絮凝沉淀设备。

　 因为机械澄清池有以下优点：

　1、比水力澄清池更能适应流量变化处理效果较稳定； 2、处理效率高，单位面积产水量大； 3、适用于处理浊度低于 50000 度的水，而原水浊度最大为 800 度，大大减小了水厂面积。

　3.4

　机械搅拌澄清池设计计算

　本设计按照不加斜板进行，考虑以后加斜板，计算过程中对进水、出水。集水等案 2Q 进行校核。机器设置两座，则每座

　 Q=2%) 5 1 (近 dQ =244928 05 . 1 d m /3=982.83m /h=0.2733m /s

　 其中 5%为水厂自用水量。. 3.4.1

　第二絮凝室

　 第二絮凝室流量为

　Q= 5Q = 5×0.273 =1.3653m /s

　 设第二絮凝室导流板截面积1A =0.035 ㎡，流速1u =0.04m/s(给水工程 P311)

　 则第二絮凝室截面积 1 =Q/1u =04 . 0365 . 1=34.125 ㎡

　 第二絮凝室内径：

　1D = ) ( 41 1A  =6.595m，取 6.60m

　 絮凝室壁厚：

　 1 =0.25m 则第二絮凝室外径为

　 1D =1D +21 =6.60+0.50=7.10m

　停留时间1t 取 60s（给排水设计手册 P549），则第二絮凝室高度为：

　1H =Q1t /1 =260 . 6460 365 . 1 =2.394m，取 2.40m. 53.4.2

　导流室

　导流室内导流板截面积取为：2A =1A =0.035 ㎡

　导流室面积：2 =1 =34.125 ㎡ 则导流室内径为

　 2D =  ) 4 ( 42 22"1A D  = ) 035 . 0 125 . 34 4 095 . 7 ( 42 =9.55m

　导流室壁厚2 =0.1m，则导流室外径为

　 2D =2D +22 =9.75m

　第二絮凝室出水窗高度

　 2H =21 2D D=21 . 7 55 . 9 =1.225m,取 1.23m

　导流室出口流速6u =0.04m/s 则导流室出口面积为

　3A =Q/6u =1.365/0.04=34.125 ㎡

　出口断面宽为3H =) (22 13D DA=) 1 . 7 55 . 9 (125 . 34 2=1.305m，取 1.3m

　 出口垂直高度3H =32H =1.414  1.30=1.80m

　 3.4.3

　分离室

　 取分离室流速2u =0.001m/s（给排水设计手册第三册 P549），则分离室面积为：

　 3 =Q/2u =001 . 0273 . 0=273 ㎡

　 澄清池总面积为：

　  =3 +224D=273+4×275 . 9 =347.66 ㎡

　 澄清池直径为 D= 4=66 . 347 4=21.039m，取 21 米 3.4.4

　池深

　取水停留时间取为 T=1.5h（给水工程 P310），则池子有效容积为 ：

　 V=QT=982.8×1.5=1474.23m

　 考虑增加 4%的结构容积，则池子计算总容积：

　V=（1+4%）V=1533.1683m

　取池子超高0H =0.30m

　 池子直壁部分高度4H =1.8m

　 池子直壁部分容积为

　1W =424H D=625.83m

　HH 6 H 5 H 4 H 0W 2W 3W 1 图 3-4-1

　池深计算示意图

　 2W +3W = V-1W =1533.168－625.8=9073m

　取圆台高度为：5H =3.8m；池子圆台斜边倾角为 45°；则底部直径为

　 TD =D－25H =21－2×3.8=13.4m

　 澄清池底部采用球壳式结构，取球冠高度6H =1.15m

　 圆台容积：

　2W =   2 252 2 2 2 3T TD D D D H 

　 =    2 224 . 1324 . 1322122138 . 3  =897.33m

　 球冠半径：

　R=626284HH D T =15 . 1 815 . 1 4 4 . 132 2 =20.1m

　球冠容积：

　3W = )3(626HR H    = )315 . 11 . 20 ( 15 . 12   =81.893m

　 池子实际有效容积：

　V=1W +2W +3W =625.8+897.3+81.89=16053m

　 V=V/1.04=1605/1.04=1543.263m

　 实际总停留时间：

　T=1543.26×1.5/1474.2=1.57h

　池子总高度：

　H=6 5 4 0H H H H   

　=0.30+1.80+3.8+1.15=7.05m 3.4.5

　配水三角堰

　进水流量增加 10%的排泥量，槽内流速取3u =0.5m/s(来自给水工程P311)，则三角堰直角边长为1B =310 . 1uQ=5 . 0273 . 0 10 . 1 =0.77m,取 B 1

　=0.8m

　 三角堰采用孔口出流，孔口流速同3u （给排水手册第三册 P549），则出水孔总面积为

　 1.10Q/3u =1.10×0.273×2=0.6006 ㎡

　 取孔口直径为 0.10m，每孔面积为 0.007854 ㎡，出水孔总数为 76.47个；为施工方便，采取沿三角堰，每 4°设置一孔，共 90 个。

　 孔口实际流速为

　 3u =2210 . 09010 . 1Q=2210 . 090273 . 0 10 . 1=0.425m/s 3.4.6

　第一絮凝室

　 取第二絮凝室底板厚度3 =0.15m，则第一絮凝室上端直径为

　3D =1D +21B +23 =7.10+2×0.80+2×0.15=9.0m

　第一絮凝室高度为

　7H =4H +5H －1H －3 =1.80+3.80－2.40－0.15=3.05m

　伞形板延长线交点处直径为：

　4D =23D D T +7H =20 . 9 4 . 13 +3.05=14.25m

　取泥渣回流量为Q =4Q，回流速度4u =0.15m/s(给排水手册 P550），回流缝宽度2B =4 44u DQ=15 . 0 25 . 14273 . 0 4=0.163m，取 B 2 为 0.18m。

　设裙板厚度为4 =0.06m（给排水手册 P550），则伞形板下端圆柱直径

　为：

　 5D =4D －2（ 22B +4 ）=13.62m

　按照等腰三角形计算，伞形板下端圆柱体高度为：

　8H =4D －5D =14.25－13.62=0.63m

　 伞形板离池体高度为：

　10H =（5D －TD ）/2=（13.62－13.4）/2=0.11m

　 伞形板锥部高度为：

　 9H =7H －8H －10H =3.05－0.58－0.11=2.31m 3.4.7

　容积计算

　 第一絮凝室：

　V 1 =       2525 1082525 5 323 92 2 2 2 3 4 2 2 2 2 3T TD D D D HH DD D D D H   

　 =     2 2262 . 13262 . 1320 . 920 . 9331 . 2    63 . 0 62 . 1342 

　    2 224 . 1324 . 13262 . 13262 . 13311 . 0 

　 = 342.86m 3

　 第二絮凝室：

　 2V = ) )( (4 41 12122 121B H D D H D    

　 = ) 8 . 0 394 . 2 ( ) 595 . 6 55 . 9 (4394 . 2 595 . 642 2 2      

　 =81.779+59.7274=141.51m 3

　分离室：

　 3V =V－（1V +2V ）

　 =1543.26－（342.86+141.51）

　 =1058.89m 3

　实际各室容积之比：

　第二反应室：第一反应室：分离室=2V ：1V ：3V

　 =141.51 ：

　342.86 ：

　1058.89

　=1：2.423：7.48

　 澄清池内各室停留时间：

　 第二反应室：T 2 =141.51×90/1474.2=8.64min

　第一反应室：T 1 =8.64×2.423=20.92min

　分离室：

　 T 3 = 8.64×7.48=64.63min

　 第一反应室和第二反应室停留时间总和为

　T 1 +T 2 =8.64+21=29.56min

　 总停留时间为

　94.19min 3.4.8

　进水系统

　 取进水流速为6v =1.0m/s

　 进水管管径 d=vQ4=0 . 1273 . 0 4=0.59

　 设计中取进水管管径为 DN600，则实际进水流速为：

　6v =24dQ=26 . 0273 . 0 4=0.97m/s

　 据此设计出水管管径为 600mm 3.4.9

　集水系统

　 本池因池径较大，采用辐流式集水槽和环形集水槽集水，设计时，辐射槽、环形槽、总出水槽之间按水面连接考虑。见图 3-4 考虑加斜板的可能，对集水系统除了按设计流量计算外，还以 2Q 进行校核，决定槽断面尺寸。

　h 2h kiL h 112341--辐射集水槽

　2--环形集水槽

　3--淹没出流

　4--自由出流 图 3-4-2

　 辐射槽计算示意 1

　辐流式集水槽：

　全池共设 12 根辐流式集水槽，每根集水槽

　q 1 =Q/12=12273 . 0=0.022753m /s

　 设辐射槽宽1b =0.25m，槽内水流速度51u =0.4m/s，槽内坡降 iL=0.1m，

　 槽内终点水深为：2h =1 511b uq=25 . 0 4 . 002275 . 0=0.2275m

　 槽临界水深：

　kh =312121gbq =312225 . 0 81 . 902275 . 0 1=0.0945m

　 槽起点水深为：

　 1h = iL iL hhh k32) 3 / (22223   = 1 . 032) 3 / 1 . 0 2275 . 0 (2275 . 00945 . 0 223   

　=0.135m

　 按 2 1 q 校核，取水槽内流速51u =0.6m/s，则

　 2h =25 . 0 6 . 002275 . 0 2=0.30m

　 kh =31212) 1 2 (gbq =312225 . 0 81 . 90455 . 0 1=0.15m

　 1h = 1 . 032) 3 / 1 . 0 3 . 0 (3 . 015 . 0 223   =0.24m

　设计槽内起点水深 0.25m，终点水深 0.35m，出水孔前水位 0.05m，孔口出流跌落 0.07m，槽超高 0.2m，则

　 槽起点断面高：

　 0.25+0.07+0.05+0.2=0.57m

　 槽终点断面高：

　 0.35+0.07+0.05+0.20=0.67m 50 70 h

　图 3-4-3

　槽高计算示意图

　2 环形集水槽：环q =Q/2=0.273×0.5=0.13653m /s

　取52u =0.6m/s，槽宽2b =0.5m，考虑到施工方便，槽底为平底，即 iL=0.

　则

　槽内终点水深为：

　4h =0.1365/（0.60×0.5）=0.455m

　槽内临界水深为：

　 kh =31222 gbQ = 31225 . 0 81 . 91365 . 0 1=0.197m

　槽内起点水深为：

　3h = 24432hhh k= 23455 . 0455 . 0197 . 0 2=0.49m

　按 2辐q 校核，设槽内流速52u

　=0.8m/s，则

　 4h =0.273/（0.80×0.5）=0.6825m

　 kh =31222) " 2 (gbQ =31225 . 0 81 . 9273 . 0 1=0.312m

　 3h =24432hhh k=236825 . 06825 . 0312 . 0 2=0.87m

　设计环形槽内水深为 0.90m，环形槽超高 0.30m，则环形槽断面高为：

　0.90+0.07+0.05+0.30=1.32m. 3 总出水槽 设计流量 Q=0.2733m /s 取槽宽 b 3 =0.7m，总出水槽按矩形渠道计算，槽内水流速度53u =0.8m/s 槽内坡降为 0.20m，槽长 6.0m 槽内终点水深为：h 6 =Q/（53u ·b 3 ）=0.273/（0.8×0.7）=0.4875m

　 n=0.013 A=Q/53u =0.273/0.8=0.3413 ㎡ R=A/ρ=0.3413/（2×0.4875+0.7）=0.2038m y=2.5 n －0.13－0.75 R ( n －0.10)

　(n=0.013)

　=2.5 013 . 0 －0.13－0.75 2038 . 0 ( 013 . 0 －0.10)

　=0.1503

　C=n1R y =0.0131×1503 . 02038 . 0 =60.5662 i=253u /(RC 2 )=0.8 2 /(0.2038×60.56622 )=0.000854

　槽内起点水深：

　h 5 =h 6 －iL+0.000854×6.0=0.4875－0.20+0.000854×6.0=0.2926m

　 4

　流量增加 1 倍时校核

　总出水槽内流量为Q=0.273×2=0.5463m /s

　槽宽 b 3 =0.7m，槽内流速取为53u =0.9m/s，则 槽内终点水深为：6h =3 53 buQ=7 . 0 9 . 0546 . 0=0.87m

　A=Q/53u =0.546/0.9=0.607 ㎡ R=A/ρ=0.607/（2×0.87+0.7）=0.2486m y=2.5 n －0.13－0.75 R ( n －0.10)

　(n=0.013)

　=2.5 013 . 0 －0.13－0.75 2486 . 0

　( 013 . 0 －0.10)

　=0.1498

　 C=n1R y =0.0131×1498 . 02486 . 0 =62.4457 i=253 u /(RC 2 )=0.9 2 /(0.2486×62.6132 )=0.0008356

　槽内起点水深：

　5h =6h －iL+0.0008356×6.0=0.87－0.20+0.008356×6.0=0.675m 设计取用槽内起点水深为 0.75m，槽内终点水深为 0.95m，超高 0.3m 按照设计流量计算得：从辐射槽起点到终点的水面坡降为：

　△h=（2 11 . 0 h h   ）+（4 3h h  ）+（6 52 . 0 h h   ）

　=（0.135+0.1－0.2275）+（0.49－0.455）+（0.2926+0.2－0.4875）

　=0.0475m 流量增加 1 倍时的坡降为：

　△h=（ 2 11 . 0 h h ）+（4 3h h ）+（ 6 52 . 0 h h ）

　=（0.24+0.1－0.30）+（0.87－0.6825）+（0.675+0.2－0.87）

　=0.2325m 5

　 集水槽选孔口集水，面积为

　∑0f =ghq2 =05 . 0 81 . 9 2 62 . 0 12273 . 0  =0.03705 ㎡ 孔眼直径设计为 25mm，则单孔面积0f =0.0004912，则每槽孔眼总数为：

　N 1 =∑0f /0f =0.03705/0.000491=75.47 个 辐射集水槽孔口出流，取孔口前水位高 0.05m，流量系数  =0.62.在辐射集水槽双侧及环形集水槽外侧预埋设 DN=25 塑料管作集水孔，若安装斜板，可将塑料管剔除，集水孔改为 DN=32mm。每侧孔口数目

　N 2 =22df=37.73 个 安装斜板后，流量为 2q，孔口面积增加一倍，每侧孔口数为

　N 3 =2032 . 003705 . 0 2 2 =46.92 个 3.4.10

　排泥及排水的计算 1 .污泥浓缩室：污泥浓缩室的总容积根据经验按池总容积的 1%考虑

　V 4 =1%V =1%×1543.26=15.43263m

　 分设 4 斗，则每斗容积 V 斗 = V 4 /4=3.863m

　h 斗

　图 3-4-4

　 排泥斗计算示意图

　斗h =R 1 －22128 . 2R  =8.55－2 24 . 1 55 . 8  =0.12m

　 污泥斗上底面积：

　上S =2.8×2.03+2.8×斗h ×2/3

　 =2.8×2.03+2.8×0.12×2/3=5.91 ㎡

　 污泥斗下底面积：

　下S =0.45×0.45=0.2025 ㎡

　 污泥斗容积：

　 V 斗 =3h（上S +下S +下 上 SS ）

　=37 . 1（5.91+0.2025+ 0.2025 5.91 ）

　=4.083m

　四斗总容积：

　V 4 =4.08×4=16.323m

　则污泥斗总容积为池容积的1543.2632 . 16×100%=1.06% 2 排泥周期

　本池在重力排泥时，进水悬浮物含量 S 1 =一般≤1000mg/L，出水悬浮物含量 S 4 一般≤10mg/L，污泥含水率 P=98%，又浓缩污泥容重  =1.023m t ，所以排泥周期：

　0T =Q S SP V) () 100 ( 104 144 =289 . 0 ) ( 6002 . 1 ) 98 100 ( 32 . 16 104 14     S S=) (192004 1S S min

　(S 1 －S 4 )mg 90 190 290 390 490 590 690 790 890 990 0T min 213.3 101.1 66.2 49.2 39.2 32.5 27.8 24.6 21.6 19.4 3 排泥历时

　 设污泥管直径 Dg100，其断面面积01 =21 . 04=0.007854 ㎡

　电磁排泥阀适用水压 h≤4.0m

　 取λ=0.03(给排水设计手册 P827），管长 L=5m

　 局部阻力系数：进口  =1×0.5=0.5

　 丁字管  =1×0.1=0.1

　出口  =1×0.1=0.1

　 45°弯头  =1×0.1=0.5

　闸阀  =0.15+4.3=4.45（闸阀、截至阀各一个）

　则∑  =6.45

　 流量系数:  =  d11L=45 . 60.15 03 . 011=0.33

　排泥流量: 1q = gh d 242 =0.33× 4 81 . 9 2 1 . 042 =0.02293m /s

　排泥历时：0t =4.08/0.229=178.16s 4 放空时间

　 设池底中心排空管直径 Dg250，其断面面积02 =23 . 04=0.07069 ㎡

　 本池开始放空时，水头为池运行水位，至池底中心高 H 2 ，

　 取  =0.03，管长 L=15m

　 局部阻力系数：进口  =1×0.5=0.5

　 出口  =1×1=1

　 进口  =1×0.1=0.1

　 闸阀  =2×0.2=0.4

　 丁字管  =1×0.1=0.1

　则∑  =2.0 流量系数:  =  d11L= 0 . 225 . 015 03 . 011=0.46

　瞬时排水量: q= 2 022gH  =0.47×0.07086× 95 . 6 2  g =0.3893m

　 图 3-7

　 放空管计算示意图

　放空时间

　 t=2 1t t 

　= ) cot54cot34( 2 ) ( 2225123112212 1  H H D H D K H H KT T   

　式中

　1K =g dD222=g 2 25 . 0 46 . 02122=3462.99

　2K =g d 212=g 2 25 . 0 46 . 012=7.85  =45° TD =13.4m 所以 t=2 × 3462.99 × （ 15 . 5 95 . 6  ）

　+2 × 7.85 ×（

　 2523215 . 55415 . 5 4 . 133415 . 5 4 . 13      ）=12707.383=3.53h

　V 3.5

　V 型滤池工艺设计与计算

　3.5.1

　设计数据

　 设计水量 Q d =44928 d m /3

　计算水量 Q = 47174.4 d m /3=0.546m 3 /s（水厂自用水量占 5%）

　滤速 V=10m/h （滤速可在 7~20m/h 范围内选用 来自给水工程 P356）

　总冲洗时间 12min

　冲洗周期 T‘ =48h

　反冲横扫强度 1.8L/(s·㎡)（一般为 1.4～2.0 L/(s·㎡)）

　表 3-5-1 滤池冲洗时间

　 冲洗强度（L/s·㎡）

　冲 洗 时 间（min）

　第一步（气冲）

　15 3

　第一步（气水同时冲洗）

　空气 15

　4

　水 4

　第一步（水冲）

　5 5

　3.5.2

　滤池主要尺寸

　 1、池体设计

　 (1)滤池实际工作时间 T

　T=24－t×24/T’ =24－6012×24/48 = 24－0.1 = 23.9h (式中只考虑反冲洗停留时间，未考虑排放初滤水时间)

　(2)滤池面积 F

　滤池总面积 F=VTQ=10 9 . 234 . 47174=197.38m 2

　(3)滤池的分格

　 为节省占地,选双格 V 型滤池,滤池底板用混凝土,由双格 V 型滤池组合尺寸，选取单格宽单B =3.5m,长单L

　=8.18m，,单格面积 28.5m 2，， 共分 4 座,左右对称布置,实际每座面积 f=57 ㎡,实际总面积 228 ㎡

　(4)校核强制滤速 V’

　 V’=1  NNV=4×10/3=13.33m/h

　（满足 7m/h≦V≦20 m/h 的要求）

　(5)滤池高度的确定

　滤池超高5H

　=0.3m

　 滤池口水深4H

　=1.5m

　滤层厚度3H

　=1.0m(0.95～1.5m) 滤板厚2H

　=0.13m

　滤板下布水区高度1H

　=0.8m(0.7～0.9m)

　 其中冲洗时形成的气垫层厚度为(0.1～0.2m)

　 滤池总高度

　 H =1H

　+ 2H

　+ 3H

　+ 4H + 5H

　 =0.8+0.13+1.0+1.5+0.3

　 =3.73m (6) 水封井的设计

　滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径 0.95～1.50 ㎜,不均匀系数 k 80 =1.2～1.4

　 均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算

　   V Ld mmg    02030201 1180 H清

　式中:

　 清H 

　—水流通过清洁滤料层的水头损失,㎝;

　  —水的运动黏度,

　2cm /s;

　 20℃时为 0.01012cm /s;

　 g—重力加速度,

　981 ㎝/2s ;

　0m —滤料孔隙率; 取 0.5;

　 0d —与滤料体积相同的球体直径,㎝, 根据厂家提供数据为 0.1 ㎝ 0L —滤层厚度, 0L =H 3 =100 ㎝

　V—滤速,㎝/s,v=10m/h=0.28 ㎝/s;

　  —滤料粒径球度系数,天然砂粒为 0.75～0.8,取 0.8;

　 清H =180×9810101 . 0×325 . 0) 5 . 0 1 ( ×2) 1 . 0 8 . 0 (1×100×0.28

　 =19.11 ㎝

　 根据经验,滤速为 8～10m/h 时,清洁滤料层的水头损失约为 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与滤料层相同.

　 设计水封井平面尺寸 1.5m×1.5m,堰底板比滤池底板低 0.3m.

　 水封井出水堰总高:

　 水封H

　= 0.3 + 1H

　+ 2H

　+ 3H

　 =0.3+0.8+0.13+1.0=2.23m

　 因为每座滤池过滤水量:

　单Q = V·f=10×57=570m 3 /h=0.1583 m /s

　 所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式

　Q=1.84bh23 计算得:

　水封h =[单Q/(1.84单b )]32 =[0.1583/(1.84×1.5)]32 =0.1487m， 取 0.15m。则反冲洗完毕，清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高

　水封h +开始H =0.15+0.52=0.67m

　 2、反冲洗管渠系统

　 (1)长柄滤头配水配气系统

　 ①长柄滤头安装在混凝土滤板上,滤板固定在梁上,滤板用 0.05 厚预制板，上面浇注 0.08m 厚混凝土层,滤板下的长柄部分浸没于水中,长柄上端有小孔,下端有竖向条缝,气水同时反冲洗时,约有 2/3 空气有上缘小孔进入,1/3 空气由缝隙进入柄内,长炳下端浸没部分还有一个小孔,流进冲洗水,这部分气水在柄内混合后由长柄滤头顶部的条缝喷入滤层冲洗.

　 ②长柄滤头固定板下的气水室高度为 0.7～0.9m,其中冲洗时形成的气垫层厚度为 0.1～0.2m.

　 ③长柄滤头固定板下气水室配气的出口应该紧贴滤头固定板的底面，由配水干管向气水室配水的支管出口应该紧贴池底。

　 ④长柄滤头配气系统的滤帽缝隙与滤池过滤面积之比在 1.2%~2.4%之间，取1.25%，每平方米的滤头数量为 49~64 个。

　 ⑤冲洗水和空气同时通过长柄滤头的水头损失按产品的实测资料确定。

　 ⑥长柄滤头配水配气系统气水室配气的干管进口流速为 5m/s 左右，配气支管或孔口流速为 10m/s 左右。配水干管进口流速为 1.5m/s 左右；配水支管或孔口流速为 1~1.5m/s.

　 （2）反冲洗用水量反水Q的计算:

　反冲洗用水流量按水洗强度最小时计算。单独水洗时反冲洗强度最大,为 5L/(s·㎡)

　反水Q =水q·f = 5×57=285L/s=0.285m 3 /s

　V 型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,取流量为 1.8L/(s  m 3 ),其流量

　表水Q =表水q·f=0.0018×57=0.1026m3 /s

　 （3）反冲洗配水系统的断面计算.

　配水干管进口流速为 1.5 m/s 左右,配水干管的截面积

　 , 水干A=反水Q / 水干v

　= 0.286/1.5 = 0.19 ㎡

　 反冲洗配水干管用钢管 DN450，流速 v=1.57m/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至滤池底部布水区,反冲洗水通过配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,

　 本设计中取水支v =1 m/s

　则配水支管(渠)的截面积:

　 方孔A

　= 反水Q

　/ 水支v

　=0.285/1=0.285 ㎡

　 此即配水方孔总面积.沿渠长方向两侧各均匀布置 16 个配水方孔.共 32 个,孔中心 间距 0.4m,每个孔口面积:

　 小A = 0.285/32=0.00890633 ㎡

　每个孔口尺寸取 0.09m×0.09m,方孔实际总面积为 0.09 2 

　32=0.2592m 2

　 3、反冲洗用气量的计算:

　 反冲洗用气流量按气冲强度最大时的空气流量计算.这时气冲的强度为 15 L/(s·㎡)

　反气Q

　=气q· f=15×57=855 L/s=0.855 3m

　/ s

　 （1）配气系统的断面计算.

　 配水干管(渠)进口流速应为 5m/s 左右,则配水干管的截面积

　 气干A =

　反气Q/ 气干v = 0.855/ 5 = 0.171 ㎡

　 反冲洗配气干管用钢管.DN450,流速 4.62m/s.反冲洗用空气有反冲洗配气干管输送至气水分配渠,由气水分配渠两侧的布气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 32 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.

　 反冲洗配气支管流速或孔口流速为 10m/s 左右,则配气支管的截面积:

　气支A = 反气Q / 气支v

　= 0.855/10 = 0.0855 ㎡

　每...