自来水厂设计说明书.docx
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自来水厂设计说明书
第一章设计基本资料和设计任务
1.1设计基本资料
近期规模1万m3/d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计.水厂的主要构筑物分为1组。
第二章水厂工艺方案的确定
2.1设计基本资料
水处理构筑物类型的选择,应根据原水水质,处理后水质要求、水厂规模、水厂用地面积和地形条件等,通过技术经济比较确定.
初步选定方案如下:
取水→一级泵站→管式静态混合器→竖井式絮凝池→斜管沉淀池→重力无阀滤池→清水池→二级泵房→用户
↑消毒剂
第三章水厂各个构筑物的设计计算
3.1一级泵站
1.一泵房吸水井
水厂地面标高0.000m,河流洪水位标高为-1.000m,枯水位标高为-6.000m,设计一泵站吸水井底标高为-8.000m,进水管标高为-7.000m,一泵站吸水井顶标高为0.500米,宽为6m,长度20m,分为两格。
2.一泵房
一泵房底标高为-9.000m,一泵房顶标高为6.500m.
3.2混凝剂的选择和投加
设计原则:
溶液池的底坡不小于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。
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上或半地下为宜,池顶宜高出地面1.0m左右,以减轻劳动强度,改善操作条件。
溶解池一般采用钢筋混凝土池体来防腐。
已知条件:
水厂构筑物设计流量Q=10000m3/d根据原水水质及水温,参考有关水厂的运行经验,选精致硫酸铝为混凝剂。
最大投加量为30mg/L,精致硫酸铝投加浓度为10%。
采用计量投药泵投加。
计算过程:
1.溶液池容积W1
W1=uQ/(417bn)
式中:
u—混凝剂(精致硫酸铝)的最大投加量,30mg/L;
Q—处理的水量,416.67m3/h;
b—溶液浓度(按商品固体重量计),10%;
n—每日调制次数,2次。
所以:
W1=30×416.67/(417×10×2)=1.5m3
溶液池容积为2m3,有效容积为1.5m3,有效高度为1m,超高为0.3m,溶液池的形状采用矩形,长×宽×高=1.5×1.0×1.3m.置于室地面上,池底坡度采用0.03.
溶液池旁有宽度为1.5m工作台,以便操作管理,底部设放空管。
2.溶解池(搅拌池)容积W2
W2=0.3W1=0.3×1.5=0.45m3
其有效高度为0.5m,超高为0.3m,设计尺寸为1.0×1.0×0.8m,池底坡度为3%。
溶解池池壁设超高,以防止搅拌溶液时溢出。
溶解池为地下式,池顶高出地面0.5m,以减轻劳动强度和改善工作条件。
由于药液具有腐蚀性,所以盛放药液的池子和管道以及配件都采用防腐措施。
溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土材料,壁涂衬以聚乙烯板。
为增加溶解速度及保持均匀的浓度,采用机械搅拌设备。
使用中心固定式平桨板式搅拌机。
3.加药间和药库
加药间和药库合并布置,布置原则为:
药剂输送投加流程顺畅,方便操作与管理,力求车间清洁卫生,符合劳动安全要求,高程布置符合投加工艺及设备条件.储存量一般按最大投药量的期间的15-30天的用量计算。
混凝剂为精制硫酸铝,每袋的质量为40kg,每袋的体积为0.5×0.4×0.2m3,投药量为30g/m3,水厂设计水量为416.67m3/h,药剂堆放高度为1.5m,药剂贮存期为30d。
硫酸铝袋数N=24Qut/1000W
=24×416.67×30×30/(1000×40)≈225袋
有效堆放面积A=NV/1.5(1-e)
=225×0.5×0.4×0.2/(1.5×0.8)=7.5㎡
3.3管式静态混合器
计算过程:
1.设计流量
每组混合器处理水量为:
10000m
/d=416.7m
/h=0.116m
/s
2.水流速度和管径
由流量为416.7m
/h,查水力计算表得:
v=1.21m/s,管径350mm,1000i=6.09.
3.4栅格絮凝池
3.4.1反应设备的设计
在絮凝池水平放置栅条形成栅条絮凝池,栅条絮凝池布置成多个竖井回流式,各竖井之间的隔墙上,上下交错开孔,当水流通过竖井安装的若干层栅条或栅条时,产生缩放作用,形成漩涡,造成颗粒碰撞。
栅条絮凝池的设计分为三段,流速及流速梯度G值逐段降低。
相应各段采用的构件,前段为密网,中段为疏网,末段不安装栅条。
3.4.2平面布置及尺寸确定
水厂设计流量为:
Q=10000m3/d=0.116m3/s
设絮凝时间为12min,得絮凝池的有效容积为:
V=0.116×12×60=83.52m3
设平均水深取4.5m,得池的面积为:
A=
=18.56m2
竖井流速取0.12m/s,得单格面积为:
f=
=0.93m2,取0.93m2
设每格宽0.93m,边长采用1.0m,则每格面积为0.93m2
由此得分格数为:
n=
=20
为配合沉淀池尺寸,采用23格
实际絮凝时间为:
t=
=848s=14.1min
池的平均有效水深为4.5m,取超高0.45m,泥斗深度0.65
得池总高度为:
H=4.5+0.45+0.65=5.6m
平面布置形式:
采用23格,如下图1所示。
图1栅条絮凝池平面示意图
竖井尺寸采用1.0m×0.93,墙用木板厚度取0.03m,外墙厚度取0.2m
池子总长L=0.93×6+0.03×5+0.2×2=6.13m,取6.0m
宽B=1.0×4+0.03×3+0.2×2=4.5m
絮凝池分为三段:
前段放密栅条,过栅流速
,竖井平均流速
;
中段放疏栅条,过栅流速
,竖井平均流速
;
末段不放栅条,竖井平均流速
。
前段竖井的过孔流速为0.3~0.20m/s,中段0.2~0.15m/s,末段0.1~0.14m/s。
过栅流速:
前段0.30~0.25m/s,中段0.25~0.22m/s,
3.4.3栅条设计
选用栅条材料为钢筋混凝土,断面为矩形,厚度为50mm,宽度为50mm。
前段放置密栅条后
竖井过水断面面积为:
A1=
=
=0.464m2
竖井中栅条面积为:
A1栅=0.93-0.464=0.466m2
单栅过水断面面积为:
a1=1.0×0.05=0.05m2
所需栅条数为:
n=
=0.466/0.05=9.32,取10根
两边靠池壁各放置栅条1根,中间排列放置8根,过水缝隙数为9个
平均过水缝宽:
S1=(930-10×50)/9=0.048m2
实际过栅流速:
V=0.116/(9×0.048×1.0)=0.27m/s
1)中段放置疏栅条后
竖井过水断面面积为:
A2=
=
=0.53m2
竖井中栅条面积为:
A2=0.93-0.53=0.4m2
单栅过水断面面积为:
a2=1.0×0.05=0.05m2
所需栅条数为:
n=
=0.4/0.05=8.0,取8根
两边靠池壁各放置栅条1根,中间排列放置6,过水缝隙数为7
平均过水缝宽S1=(930-8×50)/7=0.076m2
实际过栅流速:
v2=0.116/(7×0.076×1.0)=0.22m/s
3.4.4竖井隔墙孔洞尺寸
竖井隔墙孔洞的过水面积=
孔洞高度h=
过水洞流速按进口0.3m/s递减到出口0.1m/s计算
得各过水洞的尺寸流速如下表:
第
一
段
分格编号
1
2
3
4
5
6
7
孔洞高×宽
0.39x1.0
0.41x1.0
0.44x1.0
0.48x1.0
0.52x1.0
0.55x1.0
0.57x1.0
流速(m/s)
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.21
0.20
第
二
段
分格编号
8
9
10
11
12
13
14
孔洞高×宽
0.57x1.0
0.60x1.0
0.64x1.0
0.68x1.0
0.73x1.0
0.75x1.0
0.77x1.0
流速(m/s)
0.20
0.19
0.18
0.17
0.16
0.15
0.15
第
三
段
分格编号
15
16
17
18
19
20
21
孔洞高×宽
0.83x1.0
0.83x1.0
0.89x1.0
0.89x1.0
0.97x1.0
0.97x1.0
1.05x1.0
流速(m/s)
0.14
0.14
0.13
0.13
0.12
0.12
0.11
分格编号
22
孔洞高×宽
1.16x1.0
流速(m/s)
0.10
3.4.5各段水头损失
式中h-各段总水头损失,m;
h1-每层栅条的水头损失,m;
h2-每个孔洞的水头损失,m;
-栅条阻力系数,前段取1.0,中段取0.9;
-孔洞阻力系数,取3.0;
-竖井过栅流速,m/s;
-各段孔洞流速,m/s。
中段放置疏栅条后
1)第一段计算数据如下:
竖井数7个,单个竖井栅条层数3层,共计21层;
过栅流速
=0.258m/s;
竖井隔墙7个孔洞,过孔流速分别为v1孔=0.30m/s,v2孔=0.28m/s,v3孔=0.26m/s,v4孔=0.24m/s,v5孔=0.22m/s,v6孔=0.21m/s,v7孔=0.20m/s,
则
=21×1.0×
+3.0×7×
=0.53m
第二段计算数据如下:
竖井数7个,每个设置栅条板2层,总共栅条板层数=14;
过栅流速
=0.23m/s;
竖井隔墙7个孔洞,过孔流速分别为v1孔=0.20m/s,v2孔=0.19m/s,v3孔=0.18m/s,v4孔=0.17m/s,v5孔=0.16m/s,v6孔=0.15m/s,v7孔=0.15m/s,
则
=14×0.9×
+3.0×7×
=0.25m
2)第三段计算数据如下:
水流通过的孔洞数为8,过孔流速为v1孔=0.14m/s,v2孔=0.14m/s,v3孔=0.13m/s,v4孔=0.13m/s,v5孔=0.12m/s,v6孔=0.12m/s,v7孔=0.11m/s,v8孔=0.10m/s,
则
=3.0×5×
=0.09m
3.4.6各段停留时间
第一段t1=
=
=253s=4.2min
第二段t2=
=
=253s=4.2min
和第三段t3=
=
=288s=4.8min
3.4.7水力校核
G=
当T=20。
C时,
表4水力校核表
段号
停留时间(s)
水头损失(m)
G(S
)
1
253
0.53
82.7
2
253
0.25
56.8
3
288
0.09
32
794
0.87
59.8
GT=59.8×794=4.75×104在10000-100000之间,符合水力要求。
3.5斜管沉淀池
3.5.1池体设计计算:
(1)已知条件:
①单组构筑物进水量:
Q=10000m
/d=416.7m
/h=0.116m
/s
②颗粒沉降速度:
µ=0.35mm/s
(2)设计采用数据:
①清水区上升流速:
v=2.5mm/s
②采用塑料片热压六边形蜂窝管,管厚为0.4mm,边距d=30mm,水平倾角θ=60°
(3)清水区面积:
A=Q/v=0.116/0.0025=46.4㎡,其中斜管结构占用面积按3%计,则实际清水区需要面积:
A’=46.4×1.03=47.8㎡
为了配水均匀,采用斜管区平面尺寸6m×8m,使进水区沿6m短一边布置.
(4)斜管长度l:
①管流速:
v0=v/sinθ=2.5/sin60°=2.5/0.866=2.89mm/s
②斜管长度:
l=(1.33v0-µsinθ)d/(µcosθ)=(1.33×2.89-0.35×0.866)×30/(0.35×0.5)=607mm
③考虑管端紊流,积泥等因素,过渡区采用250mm
④斜管总长:
l’=250+607=857mm,按1000mm计
(5)池子高度:
①采用保护高度:
0.3m
②清水区:
1.2m
③布水区:
1.5m
④穿孔排泥斗槽高:
0.8m
⑤斜管高度:
h=l’sinθ=1×sin60°=0.87m
⑥池子总高:
H=0.3+1.2+1.5+0.8+0.87=4.67m
(6)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.
(7)复算管雷诺数及沉淀时间
Re=Rv0/ν
式中水力半径:
R=d/4=30/4=7.5mm=0.75cm
管流速:
v0=0.289cm/s
运动黏度:
v=0.01cm/s(当t=20℃时),
Re=0.75×0.289/0.01=21.7
沉淀时间:
T=l’/v0=1000/2.89=5.8min(沉淀时间T一般4~8min)
3.5.2配水槽
配水槽宽b’=1.5m
3.5.3集水系统
1)集水槽个数为3
2)集水槽中心间距L=6/4=1.5m
3)槽中流量q0
q0=
=
=0.029m/s
4)槽中水深H2
槽宽b=0.9×q00.4=0.9×0.0290.4=0.22m
起点槽中水深0.75b=0.17m,终点槽中水深1.25b=0.85m
为方便施工,槽中水深统一按H2=0.17m计。
5)槽的高度H3
集水方法采用淹没式自由跌落。
淹没深度取5cm,跌落高度取5cm,槽的超高取0.15m,则集水槽总高度为
H3=H2+0.05+0.05+0.15=0.42m
6)孔眼计算
a.所需孔眼总面积ω
由
得
式中
-集水槽流量,
;
-流量系数,取0.62;
-孔口淹没水深,取0.05m;
所以w=
=0.047m2
b.单孔面积
孔眼直径采用d=30mm,则单孔面积
c.孔眼个数n
n=
=68(个)
d.集水槽每边孔眼个数n’
n’=n/2=68/2=34(个)
e.孔眼中心距离S0
S0=L/n=8/34=0.24m
3.5.4排泥
采用穿孔排泥管DN=200mm,沿池长(L=8m)横向铺设5条V形槽,槽宽1.6m,槽壁倾角450,槽壁斜高0.8m,排泥管上装快开闸门。
3.6重力无阀滤池
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