给水处理厂.docx
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给水处理厂
给水处理厂设计
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
一、给水处理厂课程设计任务书—————————————————————————1
1、设计任务————————————————————————————————1
2、规模——————————————————————————————————1
3、设计原始资料——————————————————————————————1
4、设计步骤————————————————————————————————2
5、设计要求————————————————————————————————2
二、概述———————————————————————————————————3
1、设计任务和依据—————————————————————————————3
2、设计资料特点——————————————————————————————3
三、设计流量计算———————————————————————————————3
四、给水处理流程选择说明———————————————————————————3
五、给水处理各构筑物及其辅助设备说明—————————————————————3
1、混合设备选择——————————————————————————————3
2、絮凝池选择———————————————————————————————4
3、沉淀池选择———————————————————————————————5
4、过滤池选择———————————————————————————————6
六、给水处理构筑物计算及高程计算———————————————————————7
1、混凝剂的配置和投加———————————————————————————7
2、往复式隔板絮凝池————————————————————————————9
3、斜管沉淀池———————————————————————————————11
4、普通快滤池———————————————————————————————12
5、氯消毒—————————————————————————————————16
6、清水池—————————————————————————————————16
7、高程计算————————————————————————————————17
七、处理构筑物总体布置的特点及依据说明———————————————————17
八、图纸——————————————————————————————————18
1、厂区总平面图——————————————————————————————19
2、高程图—————————————————————————————————20
3、滤池工艺图———————————————————————————————21
一、给水处理厂课程设计任务书
1、设计任务
根据任务书所给定的资料,综合运用所学的基础、专业基础和专业知识,设计一个中小型给水处理厂,该水厂所在地区为华北地区。
2、规模
8.2万m3/d(和管网设计相对应),厂区占地面积10万。
3、设计原始资料
源水水质资料
编号
名称
单位
分析结果
1
水的臭和味
无
2
浑浊度
度
15~100
3
色度
度
20
4
肉眼可见物
无
5
总硬度
mg/L
72
6
碳酸盐硬度
mg/L
7
非碳酸盐硬度
mg/L
8
钙硬度
mg/L
9
镁硬度
mg/L
10
pH值
-
6.8~7.5
11
碱度
mg/L
48~70
12
溶解性固体
mg/L
83
13
水的温度(最高温度):
℃
19
14
最低温度
℃
0
15
细菌总数
CFU/mL
4000
16
大肠菌群
个/L
800
17
溶解氧
mg/L
6.9
18
耗氧量(即:
高锰酸盐指数(CODMn))
mg/L
4.5
石英砂筛分曲线:
筛孔直径(毫米)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.75
1.0
1.2
1.5
通过砂量所占的百分比(%)
厂区地形图(1:
500):
厂区地势平坦。
水厂所在地区为华北地区,厂区地下水位深度10米,主导风向:
夏季东南、冬季西北。
厂区地形示意图:
4、设计步骤:
根据所给的原始资料,计算出进厂的设计流量和水质;
根据水质情况,地形和上述计算结果,确定给水处理方法以及有关的处理构筑物;
对各处理构筑物进行工艺计算,确定其形式、数目和尺寸;
进行各处理构筑物的总体布置和给水处理流程的高程设计。
5、设计要求:
本设计包括设计说明书一份和图纸二张
设计说明书内容包括下列各项
概述设计任务和依据,简要分析设计资料的特点
计算设计流量
给水处理流程选择的各种因素分析和依据说明
各处理构筑物及其辅助设备的工艺计算、工作特点的说明
给水处理构筑物之间的水力计算及其高程设计
处理构筑物总体布置的特点及依据说明
说明书应简明扼要,表格说明,要求文字通顺、段落分明、字迹工整。
绘制下列图纸
厂区总平面图(1:
500)、高程图(1:
50-100)。
图中应表示各构筑物的确切位置、外形尺寸、相互距离;各构筑物之间的连接管道及厂区内各种管道的平面位置、管径、长度、坡度,其它辅助建筑物的位置、厂区道路、绿化布置等。
滤池工艺图(1:
100)。
图中标出各种构筑物的顶、底、水面以及重要构件的设计标高、地面标高等。
二、概述
1、设计任务和依据
设计任务:
根据任务书所给定的资料,综合运用所学的基础、专业基础和专业知识,设计一个中小型给水处理厂,该水厂所在地区为华北地区。
依据:
《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》
2、设计资料特点
本设计主要是给水处理厂的设计,处理水量为8.2万立方米/天,该厂址地下水位深10m,土地承载力较大,失陷性等级不高,可以施工。
水源水质较好,属于
类水质
水厂位于华北地区,考虑到夏季温度高对气味传播广的因素,该厂应设在西北方向。
原水水质其中的一些常规的检测项目符合《生活饮用水水质卫生规范(2001)》的要求,需要处理的为水源的浑浊度、色度、大肠菌及细菌的灭活。
三、设计流量计算
水厂设计水量按最高日平均时流量加上5%的水厂自用水量计算,则水厂设计水量为:
Q=82000×1.05=86100m3/d=3587.5m3/h=1.00m3/s
四、给水处理流程选择说明
合理的净水工艺是水厂保证供水水质的关键,给水处理方法和工艺流程,应根据原水水质及设计生产能力等因素,通过调查研究,必要的试验,并参考相似条件下处理构筑物的运行条件,经技术经济比较够确定。
本设计采用的井水工艺流程如下
五、给水处理各构筑物及其辅助设备选择说明
1、混合设备选择
混合工艺的选择:
混合是原水和混凝剂或助凝剂进行充分混合的工艺过程,是进行絮凝和沉淀的重要前提。
混合是将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程,对于取得良好的混凝效果具有重要作用。
混合问题的实质就是药剂水解产物在水中的扩散问题。
给水厂混合设备的类型及特点
类型
特点
使用条件
水
泵
混
合
优点:
1.设备简单
2.混合充分,效果较好
3.节省动力
缺点:
1.距离太长不宜用,混合时间一般不大30s
2.吸水管较多时,头摇设备要增加,安装
管理较麻烦
适用于各种水量的水厂
一级泵房距离絮凝池应小于120m
管
式
混
合
管道
混合
优点:
1.设备简单,占地少
2.水头损失较小
缺点:
1.当流量减小时,可能在管中产生沉淀
2.效果较差
适用于流量变化不大的管道及各种水量的水厂。
投药点至末端出口应不小于50倍管道直径。
管式
混合
优点:
1.混合均匀、快速、效果好
2.构造简单,安装方便
缺点:
1.水头损失较大
2.当流量较小时混合效果下降
混合池混合
多空
隔板
混合槽
优点:
混合效果好
缺点:
1.水头损失较大
2.当流量变化时,影响混合效果(可调整淹没孔口数以适应流量的变化)
适用于中小型水厂
分流
隔板
混合槽
优点:
混合效果好
缺点:
1.水头损失较大
2.占地面积较大
适用于大中型水厂
桨板式
机械
混合槽
优点:
1.混合效果好,受水量变化影响较小
2.水头损失较小
缺点:
1.需耗动能,一般每立方米设备容量需要
0.175kw
2.管理维护较复杂
适用于各种水量的水厂
从总体经济角度跟混合效果,本设计选管式静态混合方式
2、絮凝池选择
絮凝池的基本要求就是原水和药剂混合后,通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。
给水厂絮凝池的类型及特点
类型
特点
使用条件
隔
板
式
絮
凝
池
往复式
优点:
絮凝效果好,构造简单,施工方便
缺点:
容积较大,水头损失较大,转折处矾花易破碎
水量大于30000t/d的水厂;水量变化小者
回转式
优点:
絮凝效果好,水头损失小,构造简单,管理方便
缺点:
出水流量不易分配均匀,出口处易积泥
水量大于30000t/d的水厂;水量变化小者;改建和扩建池时更适用
旋流式絮凝池
优点:
容积小,水头损失较小
缺点:
池子较深,地下水位高处施工较困难
一般用于中小型水厂
折板式絮凝池
优点:
絮凝效果好,絮凝时间短,容积较小
缺点:
构造较隔板絮凝池复杂,造价较高
流量变化较小的中小型水厂
涡流式絮凝池
优点:
絮凝时间短,容积小,造价较低
缺点:
池子较窄,底部施工较困难,絮凝效果较差
水量小于30000t/d的水厂
网格栅条絮凝池
优点:
絮凝效果好,水头损失小,絮凝时间短
缺点:
末端池底易积泥
机械絮凝池
优点:
絮凝效果好,水头损失小,造价较低
缺点:
需机械设备,经常维修
大小水量均适用,而且能适用水量变化较大者
悬浮絮凝池加隔板絮凝池
优点:
絮凝效果好,水头损失小,造价较低
缺点:
斜挡板在结构处理上较困难,重颗粒泥沙易堵塞在斜挡板底部
中小型水厂
通过对比,再根据任务书提供的水量及水量变化情况,可选用往复式隔板絮凝池作为该工艺的絮凝设备。
3、沉淀池选择
固体颗粒在重力作用下从水中分离出来的过程即为沉淀。
有絮凝作用而形成的具有良好沉降性能的大颗粒絮凝体。
从絮凝池通过整流段和穿孔墙进入沉淀池后在沉淀池内沉淀下来,是水得到澄清,沉淀淤泥由排泥设施排出。
清水有集水系统收集后进入后续处理构筑物——滤池进行过滤处理,为了保证滤池的正常进行,沉淀池出水浊度一般在15度以下。
沉淀池可分为以下几类:
1)平流式沉淀池
由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。
平流式沉淀池多用混凝土筑造,也可用砖石圬工结构,或用砖石衬砌的土池。
平流式沉淀池构造简单,沉淀效果好,工作性能稳定,使用广泛,但占地面积较大。
若加设刮泥机或对比重较大沉渣采用机械排除,可提高沉淀池工作效率。
2)竖流式沉淀池
池体平面为圆形或方形。
废水由设在沉淀池中心的进水管自上而下排入池中,进水的出口下设伞形挡板,使废水在池中均匀分布,然后沿池的整个断面缓慢上升。
悬浮物在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中,澄清水从池上端周围的溢流堰中排出。
溢流堰前也可设浮渣槽和挡板,保证出水水质。
这种池占地面积小,但深度大,池底为锥形,施工较困难。
3)辐流式沉淀池
池体平面多为圆形,也有方形的。
直径较大而深度较小,直径为20~100米,池中心水深不大于4米,周边水深不小于1.5米。
废水自池中心进水管入池,沿半径方向向池周缓慢流动。
悬浮物在流动中沉降,并沿池底坡度进入污泥斗,澄清水从池周溢流入出水渠。
4)新型沉淀池
近年设计成的新型的斜板或斜管沉淀池。
主要就是在池中加设斜板或斜管,可以大大提高沉淀效率,缩短沉淀时间,减小沉淀池体积。
但有斜板、斜管易结垢,长生物膜,产生浮渣,维修工作量大,管材、板材寿命低等缺点。
正在研究试验的还有周边进水沉淀池、回转配水沉淀池以及中途排水沉淀池等。
沉淀池有各种不同的用途。
如在曝气池前设初次沉淀池可以降低污水中悬浮物含量,减轻生物处理负荷在曝气池后设二次沉淀池可以截流活性污泥。
此外,还有在二级处理后设置的化学沉淀池,即在沉淀池中投加混凝剂,用以提高难以生物降解的有机物、能被氧化的物质和产色物质等的去除效率。
通过对比,可选用新型沉淀池中的斜管沉淀池作为该工艺的构筑物之一。
其具有沉淀效率高、沉淀时间短、占地面积小等优点。
4、过滤池选择
过滤是净水厂最关键的处理工艺部分。
它一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质,从而使水得到澄清的工艺过程。
它不仅将水的浊度降低到1度以下,而且可以去除水中的部分有机物等,还使水中的细菌、病毒裸露出来,因此,过滤工艺的好坏直接决定净水厂的最终水质。
国内目前全部采用的是快滤,主要池型有普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、移动罩滤池、虹吸滤池和V型滤池等。
池型
简介
优缺点
普通快滤池
普通快滤池以石英砂作为滤料的普通快滤池使用历史最久,是国内水厂普遍采用的一种滤池。
优点:
有成熟的运转经验,运行稳定可靠,出水水质好;采用砂滤料,材料易得,价格便宜;采用大阻力配水系统,能保证反冲洗时配水均匀,因而单池面积可做得较大。
缺点:
阀门较多,管理较为不便,造价略微偏高。
无阀滤池
无阀滤池无阀滤池是一种没有任何阀门的滤池
优点:
构造简单,价格低廉,且能自动进行反冲洗。
缺点:
清砂、换砂不方便,且因采用小阻力配水系统,当单个滤池面积大时,反冲洗配水不均匀。
V型滤池
V型滤池是法国开发研制的均质深层截污过滤技术
优点:
V型滤池采用均质深层滤料,不均匀系数很小。
此举能大大提高滤料层的孔隙率,使滤速得以提高,过滤周期延长(比一般滤池长2~3倍),滤料层利用率高,且滤后水质好。
另外V型滤池采用先气冲,后气水混合洗,表面扫洗的独特形式,具有同时可节省冲洗水量和电耗,是一种高效节能型的过滤设施。
具有高度自动化程序控制,可减少运行管理人员。
单池面积可达150m2以上。
缺点:
造价高,对管理技术水平需求高,维护费用高且难度大。
针对以上的各种滤池对比,为了经济效益跟管理,本设计选用普通快滤池。
六、给水处理构筑物计算及高程计算
1、混凝剂的配置和投加
根据原水水质,药剂的来源情况及类似水质条件的水厂的运行经验,确定混凝剂采
碱式氯化铝
其特点是:
(1)净化效率高,好药量少,出水浊度低,色度小,过滤性能好,远水高浊度尤其显著。
(2)温度适宜性高,PH值使用范围宽,因而可不投加碱剂。
(3)使用时操作方便,腐蚀性小,劳动条件好。
(4)设备简单,操作方便,成本较低。
由于冬季寒冷,此时原水呈低温低浊状态,采用铝盐混凝时,形成的絮粒往往细小松散,不易沉淀,即使加大投药量,也达不到理想的效果。
因此,投入少量活化硅酸做主凝剂,是絮凝体的尺寸和密度增大,使沉淀加速,它适用于铝盐混凝剂,可缩短混凝时间,节省混凝剂用量,并可提高滤池滤速,在源水混浊度低,悬浮物含量少及水温较低时使用效果更为显著。
1、药剂投加量
由于缺少试验资料,参考相似水源有关水厂的首剂投加资料估计投药量。
碱式氯化铝平均投加量:
50mg/l,最高投加70mg/l,(冬季:
活化硅酸投加量2-3mg/l)
2、药剂的调剂剂投加
常用的药剂投加方法有干投法和试投法两种,湿投法是将混凝剂溶解后再配成一定浓度的溶解定量投加;干投法是将固体药剂破碎成粉末后惊醒定量投加,由于试投法在实际中用较多,药剂易于原水充分混合,不易堵塞入口,计量管理方便,且投量少,易于调节,因此本设计采用湿投法投药过程如下:
药剂→溶解池→溶解液→转子流量计→水射器投加→管道
溶液池溶积(W2)
W2—溶解池容积
u—混凝剂最大的投加量mg/l取25mg/l
Q---处理的水量m3/h
b---溶液浓度,取15%
n—每日调制次数取2
代入数据得:
W2=7.2m3
为了便于检修时停换使用,将分为两个池子。
N=2,
则每个池子容积W1’=3.6m3
单池尺寸1×2.0×1.8m
溶解池容积(W1)
取溶液池的20%,设置两池,交替使用
W1=W1×0.2=0.2×7.2=1.44m3
单池尺寸=0.5×1.0×2.88m(超高取0.3m)
为了便于投加药剂,溶解池高程一般以设置在地下为宜,池顶高出地面0.2米;溶药池底坡不小于0.02,池底应有排渣管,池壁须设超高防止搅拌溶液时溶液溢出。
采用钢筋混凝土池体,内壁涂衬环氧玻璃钢、辉绿岩、耐酸胶混贴瓷砖或聚氯乙烯板等。
3、投加方式:
本设计采用高位溶液池重力投加。
4、计量设备:
采用隔膜式加药计量泵。
5、采用药库和药间合建
加药间和药剂仓库建在一起,设在投药点附近,药库储存量按最大投药量的30天用量计算。
6、混合方式:
本设计采用管式静态混合器混合。
此方式设备简单,维护管理方便,不需土建筑物,混合效果好,不需外加动力设备。
⑴.设计要点:
①混合速度要快,药剂应在水中流造句裂纹懂得条件下投入,一般混合时间(10~20s)
②本设计采用一点连续投药
③混合设备里后备处理构筑物越近越好,尽可能和构筑物相连接。
⑵.混合方式
ⅰ根据各水厂运行经验,本设计采用水利混合,采用静态混合器。
ⅱ静态混合器的特点,适用条件。
特点:
①投资省,在管道上安装容易,维修工作量小。
②能快速混合,效果良好。
③产生一定的水头损失。
使用条件:
①适用于水量变化小的水厂。
②混合器内采用1-4个分流单元
⑶.将静态混合器仿如絮凝赤金水管即可,可适应投产适合今后流量的变化,应有曾见混合数的可能投药点应靠近水流方向的第一节混合数,投药管插入管内径的1/3处,管内径较大时,采用多孔投药,使药液均匀分布。
⑷.静态混合器的水头损失
h=0.1184nQ2/d4.4
式中Q-流量m3/s
d-进水管径d=1m
n-混合器单体数n=3
代入数据得:
h=0.1184×3×1/1=0.36m
2、往复式隔板絮凝池
A、设计要点
(1)絮凝池一般不少于2个。
(2)絮凝池廊道中的流速,起端为0.5~0.6m/s,末端为0.2~0.3m/s,一般分为4~6段确定各段的流速v流速逐渐由大到小变化。
转弯处过水断面积为廊道过水
断面积的1.2~1.5倍。
(3)为方便施工和维护,隔板间净距一般应大于0.5m。
当采用活动隔板时适当减小。
(4)絮凝池应有2%~3%的底坡,坡向排泥口,排泥管直径大于150mm。
(5)絮凝时间一般为20~30min。
(6)速度梯度取决于原水水质条件,一般由50~70s-1降低至10~20s-1。
GT值需要达到10000~100000。
(7)一般往复式隔板絮凝池的总水头损失为0.3~0.5m。
B、设计计算:
(1)絮凝池净长度
设置两个絮凝池,每个絮凝池的设计流量为
Q1=Q/2=3587.5/2=1793.75m3/h=0.5m3/s
絮凝池和沉淀池合建,宽度取15m,平均水深为H=2.8m,超高为0.2m,絮凝时间取20min,则絮凝池净长度L=14.24m
(2)廊道宽度设计:
絮凝池起端流速取v=0.55m/s,末端流速取v=0.25m/s,首先根据起末端流速和平均水深算出起末廊道宽度,然后按流速递减原则,决定廊道分段数和各廊道宽度
起端廊道宽度b=0.5÷2.8÷0.55=0.3m
末端廊道宽度b=0.5÷2.8÷0.25=0.7m
廊道宽度和流速计算表
廊道分段号
1
2
3
4
5
各廊道宽度(m)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
各廊道流速(m/s)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
各廊道数
6
6
6
6
5
各廊道总净宽(m)
1.8
2.4
3.0
3.6
3.5
四段廊道宽度之和=1.8+2.4+3.0+3.6+3.5=14.3m
取隔板厚度&=0.1m,一共19快隔板,则絮凝池总长度L=14.3+1.9=16.2m
各段水头损失:
hn——各段水头损失,m;
Sn——该段廊道内水流转弯次数;
——转弯处局部阻力系数,往复式隔板为3.0;
V0——该段转弯处的平均流速,m/s;转角处断面过水面积取廊道断面面积的1.3倍
Cn——流速系数;
槽壁粗糙系数n=0.013
Rn——廊道断面的水力半径,m;
ln——该段的廊道总长度,m。
段数
Sn
ln
Rn
V0
Vn
Cn
hn
1
6
90
0.14
0.46
0.6
55.43
0.140
2
6
90
0.19
0.38
0.5
58.32
0.079
3
6
90
0.23
0.31
0.4
60.21
0.047
4
6
90
0.27
0.23
0.3
61.84
0.024
5
5
75
0.31
0.15
0.2
63.28
0.008
h=0.3
GT值计算:
G——平均速度梯度,s-1;
———水的密度,1000kg/m3;
——水的动力粘度,kg·s/m2
h——总水头损失,m。
G=15.77s-1
G值在15-70s-1,范围内,GT值为18924,在104-105范围内,故设计合理。
3、斜管沉淀池
本设计采用两座斜管沉淀池,具体计算如下
设计数据
进水量:
Q=86100=3587.5m3/h=1.00m3/s
表面负荷q=10m3/(m2.h)=2.8mm/s
斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成正六角形,内切圆直径d=25mm,长1000mm,水平倾角θ=60º。
计算
采用两座斜管沉淀池,则一个清水区面积
A=Q/(2v)=1.00/(2×0.0028)=178.6㎡
一个沉淀池尺寸设计为9×20=180㎡,为了配水均匀,进水区布置在20m长的一侧。
在9m的长度中扣除无效长度0.5m,因此净出口面积(考虑斜管结构系数1.03);
A’=(9-0.5)×20÷1.03=165㎡
采用保护高度:
0.3米
清水区:
1.2米
配水区:
1.5米
穿孔排泥斗槽高:
0.8米
斜管高度:
h=Lsinθ=1×sin60°=0.87m
池子总高:
H=0.3+1.2+1.5+0.8+0.87=4.67m
沉淀池进口采用穿孔墙,排泥采用穿孔管,集水系统采用穿孔管。
核算
1)雷诺数Re
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