PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯1.總論1.1設(shè)計任務(wù)及要求1.1.1設(shè)計題目四川某縣城自來水廠的初步設(shè)計1.1.2設(shè)計目的通過水廠的初步設(shè)計，使學(xué)生熟悉掌握水廠設(shè)計原則、步驟和方法；培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論，分析解決實際工程設(shè)計問題的初步能力，使學(xué)生在設(shè)計運算、繪圖、查閱資料和設(shè)計手冊以及使用設(shè)計規(guī)范等基本技能上得到初步訓(xùn)練和提高。1.2基本資料1.2.1水質(zhì)資料(1)現(xiàn)用水量：50000m3/d(2)給水水源：桃河(3)水質(zhì)資料：原不為穿城河流，取水口在城鎮(zhèn)上游，水質(zhì)較好，含砂量較低（平均含砂量0.4kg/m3），上游無工業(yè)污染和集中生活污水污染。原水水質(zhì)資料如下：項目含量項目含量渾濁度300～1000mg/L耗氧量20mg/L色度10度總硬度3度(德國度)水溫10～20°C暫時硬度3度(德國度)PH值7.5～8.0氯化物21mg/L細菌總數(shù)12000個/mL總固體298mg/L大腸菌數(shù)33000個/L堿度8度臭和味微量1.2.2地質(zhì)資料(1)擬建水廠區(qū)域工程地質(zhì)鉆探資料a.通過工程地質(zhì)鉆探，地層構(gòu)造為：表層為0.5～0.7m厚的耕土，以下均為密實壓粘土，地下12m處才有基巖露頭。b.地下水位在地表8m以下，地下水無浸蝕性。地基耐壓力為15t/m2。(2)該城鎮(zhèn)地震資料a.據(jù)記載，該地區(qū)未發(fā)生過破壞性地震，據(jù)地震監(jiān)測總的記錄，該地區(qū)最大震級為6級，地震裂度為6度。b.由四川地震局推薦，該地區(qū)建筑設(shè)計按地震裂度7度設(shè)防。1.2.3水文資料(1)桃河由西向東穿城而過，拐向鎮(zhèn)東南流出城。河上設(shè)有兩座通行汽車的大橋。(2)河流常年流量較大，上游設(shè)有一大型水庫調(diào)節(jié)，因此河流枯水位及流量變化不大。(3)該河流為通航河流，船舶最大噸位700噸，并有木排放下，取水構(gòu)筑物設(shè)計時應(yīng)考慮放排和通航的影響。a.最高洪水位：188.00mb.最大流量：150m3/sc.常水位：185.40md.年平均流量：75m3/se.枯水位：183.00mf.最小流量：50m3/sg.取水口水深最小達：4.0m1.2.4氣象資料(1)風(fēng)向：見右方風(fēng)玫瑰圖(2)氣溫a.最冷月平均：4.0°Cb.最熱月平均：34.1°Cc.極端最高氣溫：40°Cd.極端最低氣溫：-2°C(3)降水量：年平均降雨量：1185.4mm一日最大降雨：197.1mm(4)土壤冰凍深度：0m1.2.5其它資料(1)該城鎮(zhèn)為縣政治、經(jīng)濟中心，交通便利，鐵路、公路、水運均與省城及埠外相連接，(2)該縣地方材料豐富。2.總體設(shè)計2.1設(shè)計規(guī)模水廠處理水量50000m3/d，考慮水廠自用水量10%，故該設(shè)計水量55000m3/d。2.2處理工藝根據(jù)原水水質(zhì)資料可知，原水濁度為300-1000mg/L，色度10度，pH值為7.5-8.0，細菌總數(shù)為12000個/mL，大腸桿菌數(shù)為33000個/L，氯化物21mg/L，耗氧量20mg/L，水質(zhì)污染較嚴重，微生物數(shù)量嚴重超標。總硬度3度，暫時硬度3度，總固體398mg/L，堿度8度，均已符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準。因此，工藝流程應(yīng)從降低濁度、色度，減少水中大量細菌為目的，并且考慮技術(shù)與成本因素，選擇傳統(tǒng)水處理工藝流程。工藝流程圖：2.3凈水構(gòu)筑物型式(1)取水構(gòu)筑物取水構(gòu)筑物采用岸邊合建式，一泵站安裝三臺機組，兩用一備，便于修檢。(2)藥劑溶解池為便于投置藥劑，溶解池一般設(shè)計為或者半地下式為宜，由于藥液具有腐蝕性，所以盛放藥液的池體和管道及配件都應(yīng)采取防腐措施。投藥設(shè)備采用泵組與轉(zhuǎn)子流量計聯(lián)合的投加方式，可使用中央計算機改變泵組轉(zhuǎn)速實行自動控制。藥劑選用PAC。(3)混合設(shè)備本設(shè)計采用水平軸機械攪拌混合器添加的對藥劑進行混合。在混合池內(nèi)安裝攪拌設(shè)備，以電動機組驅(qū)動攪拌器完成藥劑的混合。(4)反應(yīng)池本設(shè)計采用了往復(fù)式隔板絮凝池，與斜管沉淀池合建。(5)沉淀池因技術(shù)、成本、占地大小等因素綜合考慮，本設(shè)計采用斜管沉淀池，與往復(fù)式隔板絮凝池合建。(6)濾池本設(shè)計采用普通快濾池，大阻力配水系統(tǒng)，配備自動反沖洗系統(tǒng)。(7)消毒設(shè)施本設(shè)計消毒設(shè)施采用常規(guī)氯消毒，操作簡單，價格低廉，且在管網(wǎng)中有持續(xù)消毒能力。(8)二泵站因目標城市數(shù)據(jù)未知，所以二泵站不進行設(shè)計。(9)附屬構(gòu)筑物辦公樓、職工宿舍、停車場等辦公生活建筑集中布置在遠離處理構(gòu)筑物的地方，配電室、機修間、門衛(wèi)室和景觀設(shè)施按需布置。3.混凝沉淀3.1藥劑投配設(shè)備3.1.1溶液池設(shè)計方案式中：W2——溶液池容積，m3；Q——處理水量，m3/h；a——混凝劑最大投加量，取a=25mg/L；c——溶液濃度，取10%；n——每日調(diào)制次數(shù)，取n=2；溶液池設(shè)置兩個，每個容積W2=6.87m3，保證連續(xù)投藥。取有效水深H1=1.5m，超高H2=0.2m，貯渣深度H3=0.1m，則總高度H=H1+H2+H3=1.8m溶液池采用矩形，尺寸為：L×B×H=2.5m×2.0m×1.8mPAC投加攪拌示意圖3.1.2溶解池設(shè)計方案(1)溶解池容積溶解池設(shè)計成正方形，設(shè)計有效水深H1=0.5m，面積S=W1/H1=4.2m2，邊長,取保護高度H2=0.2m,貯渣深度H3=0.1m(2)溶解池高度H=0.5+0.2+0.1=0.8m(3)溶解池尺寸L×B×H=2.05m×2.05m×0.8m溶解池設(shè)置2個，一用一備。溶解池的放水時間采用t=7min，則放水流量：；根據(jù)水力計算表得放水管管徑d0=100mm，流速v0=0.835m/s。溶解池底部設(shè)管徑DN100排渣管一根。溶解池攪拌裝置采用機械攪拌，以電動機驅(qū)動槳板攪動溶液。3.1.3配水井設(shè)計方案(1)配水井體積設(shè)計流量Q=2291.67m3/h，水力停留時間T=4.0min，則配水井體積為：，有效水深設(shè)計為H=3.2m，面積S=V/S=47.74m2，(2)配水井尺寸L×B=7m×7m=49m2超高設(shè)計為0.5m，配水井深3.7m。3.1.4加藥間設(shè)計方案(1)加藥管路投藥管流量根據(jù)水力計算表，投藥管管徑d=20mm，相應(yīng)流速為0.83m/s。(2)加藥間尺寸加藥間內(nèi)含溶液池×2，溶解池×2，還要考慮預(yù)留面積，過路面積，藥品堆積面積，所以加藥間總面積Sj=80m2，尺寸：L×B=10m×8m3.2混合設(shè)備設(shè)計方案因為溶液池平面尺寸：L×B=2.5m×2.0m，總高度Hy=1.8m。擋水板：設(shè)計擋水板寬度0.15m，長度0.8m，距池底0.50m，共4塊。攪拌器：攪拌器分為兩層共4塊葉片，每塊葉片寬B=0.30m，半徑r=0.60m。上下兩層葉片90°交叉安裝，下層葉片距池底0.50m，兩層葉片間距0.5m。攪拌功率：取攪拌器邊緣線速度v=3.0m/s，則旋轉(zhuǎn)角速度：取CD=1.19，則：如果選用的攪拌機旋轉(zhuǎn)速度n=48r/min，則攪拌機實際功率代入公式計算得：電機功率PD=1.2P=6.0kW。3.3反應(yīng)設(shè)備設(shè)計方案本設(shè)計采用往復(fù)式隔板絮凝池往復(fù)式隔板絮凝池設(shè)計草圖(與斜管式沉淀池合建)(1)池組設(shè)計絮凝池設(shè)計n=2組，每組設(shè)1池，每池設(shè)計流量為設(shè)絮凝時間T=20min(2)絮凝池有效容積為：因為考慮到往復(fù)式隔板絮凝池與斜管沉淀池合建，絮凝池平均水深取h1=1.8m，池寬取B=16m。(3)絮凝池有效長度為：取超高h2=0.5m，則往復(fù)式隔板絮凝池總高度為H=2.3m(4)隔板間距計算絮凝池起端流速取，末端流速取。起端廊道寬度：末端廊道寬度：廊道寬度分成4段，廊道水深遞減。廊道流速計算表四段廊道寬度之和：取隔板厚度=0.20m，共27塊隔板，則絮凝池總長度L為(5)水頭損失廊道水頭損失計算公式：式中：——第i段廊道內(nèi)水流轉(zhuǎn)彎次數(shù)——隔板轉(zhuǎn)彎處局部阻力系數(shù)，180°時，90°時——第i段廊道內(nèi)水流轉(zhuǎn)彎處水流流速，等于廊道內(nèi)流速的1/1.5-1/1.2——第i段廊道過水斷面水力半徑——第i段廊道流速系數(shù)，——廊道壁面、池底粗糙系數(shù)，通常取或者速度梯度：式中：——水的重度，——水的動力黏度，，20°時為各段水頭損失計算表符合20°C設(shè)計要求符合要求絮凝池與沉淀池合建，中間過渡段寬度為2.0m。配水廊道底部以2‰的坡度坡向水流流動方向，在每道配水廊道底部設(shè)DN200的排泥管。3.4沉淀澄清設(shè)備設(shè)計方案3.4.1設(shè)計參數(shù)本設(shè)計采用斜管沉淀池，與往復(fù)式隔板絮凝池合建，設(shè)計2座。每座沉淀池設(shè)計流量為27500m3/d，表面負荷q=9m3/m2·h=2.5mm/s，斜管材料采用厚0.4mm塑料板熱壓成正六角形管，內(nèi)切圓直徑d=25mm，長1000mm,水平傾角θ=60°。3.4.2計算草圖斜管沉淀池設(shè)計草圖3.4.3設(shè)計方案(1)尺寸計算a.沉淀池清水區(qū)面積式中：q——表面負荷，一般采用9.0~11.0m3/(m2·h)，本設(shè)計取9m3/(m2·h)b.沉淀池長寬沉淀池寬度設(shè)計為B=16m，則長L=8m，尺寸為L×B=8m×16m=128m2為配水均勻，進水區(qū)布置在16m一側(cè)。在8m的長度中扣除0.05m的無效長度，則凈出口面積為：式中：k1——斜管結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.03c.沉淀池總高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.5+0.87+1.5+0.80=4.97m式中：h1——保護高度，取0.3mh2——清水區(qū)高度，取1.5mh3——斜管區(qū)高度，斜管長度為1.0m，安裝傾角60°，則h3=sin60°=0.87mh4——配水區(qū)高度，取1.5mh5——排泥槽高度，取0.8m(2)進出水系統(tǒng)計算a.進水方案進水采用穿孔花墻方案，孔口總面積為：式中：v——孔口速度，取0.18m/s每個孔口的尺寸設(shè)計為15cm×8cm，則孔口個數(shù)n=148個。進水孔位置應(yīng)在斜管以下、沉泥區(qū)以上部位。(3)出水系統(tǒng)方案a.穿孔總面積出水系統(tǒng)采用穿孔集水槽，出水孔口流速設(shè)計為v1=0.6m/s，則穿孔總面積為：設(shè)每個孔口的直徑為d=5cm，面積為19.63cm2，則孔口的個數(shù)n=270個b.集水槽高度設(shè)沿池長方向布置8條穿孔集水槽，中間為1條集水渠，槽底平坡，集水槽中心距為：L’=8m/8=1m，每條集水槽長L=(16-1)/2=7.5m。沉淀池超載系數(shù)設(shè)計為20%，故槽中流量為：q’=1.2q=1.2×0.018=0.0216m3/s槽寬度：b=0.9q’0.4=0.9×0.02160.4=0.19m起點槽中水深H1=0.75b=0.75×0.19=0.15m終點槽中水深H2=1.25b=1.25×0.19=0.24m因此槽中水深為H2=0.24m。集水方式采用淹沒式自由跌落，淹沒深度取H3=0.05m，跌落高度取H4=0.05m，槽的超高取H5=0.15m。則集水槽總高度為：H=H2+H3+H4+H5=0.35+0.05+0.05+0.15=0.49mc.集水渠高度集水槽為雙側(cè)開孔型，孔徑直徑d=25mm，每側(cè)50個孔，孔間距15cm。8條集水槽匯水至集水渠，集水渠流量按0.17m3/s，集水渠起端的水流截面為正方形，則出水渠寬度為：b=0.9Q0.4=0.9×0.170.4=0.44m起端水深0.44m，集水槽自由跌落高度取H2’=0.05m，則集水渠總高度為：H’=0.05+0.44+0.44=0.93md.水頭損失孔口損失：∑h1=0.037集水槽內(nèi)水深為H2=0.24m，槽內(nèi)水力坡度設(shè)計為i=0.01，槽內(nèi)水頭損失為：∑h2=iL=0.01×7.5=0.075m；總水頭損失為:∑h=∑h1+∑h2=0.037+0.075=0.112m4.過濾4.1濾池設(shè)計方案本設(shè)計采用普通快濾池。普通快濾池設(shè)計草圖4.1.1濾池尺寸(1)濾池面積濾池工作周期設(shè)計為24h，沖洗周期設(shè)計為12h。則濾池的工作時間為：過濾速度設(shè)計為v1=9m/h，則濾池面積為：(2)濾池尺寸每座濾池單格數(shù)為N=8，布置呈對稱雙行排列。則每個濾池的面積為：采用濾池長寬比為4，則濾池的設(shè)計尺寸為12m×3m,實際慮速為8.02m/h(3)校核強制濾速強制濾速為：4.1.2濾池高度承托層高H1=450mm。采用雙層濾料，厚度H2=800mm，其中無煙煤厚360mm，石英砂厚440mm。濾層上最大水深H3=1800mm。超高H4=0.3m。濾池總高度H為：H=H1+H2+H3+H4=450+800+1800+300=3350mm=3.35m4.1.3濾池配水系統(tǒng)(1)支管支管的中心距離為aj=0.2m，每座濾池支管數(shù)量為：每根支管的入口流量為：支管起端流速為2.0m/s,支管管徑為80mm。(2)孔眼支管孔眼總面積與濾池面積之比K采用0.25%，則孔眼總面積：采用孔眼直徑為10mm，每個孔眼總面積為78.54mm2，則孔眼總數(shù)為：每根支管孔眼數(shù)為：每根支管孔眼布置成兩排，與垂線成45°夾角向下交錯排列。每根支管長度為：每排孔眼中心距為：(3)配水系統(tǒng)校核支管長度與直徑之比為：符合要求4.1.4洗砂排水槽洗砂排水槽中心采用a=9/5=1.8m，排水槽設(shè)5根，排水槽總長l0=3m，則每槽排水量為：采用三角形標準斷面，槽中流速設(shè)計為v0QUOTE=0.6m/s，排水槽斷面尺寸為：排水槽底厚度采用，沙層最大膨脹率e=45%，洗砂排水槽頂距砂面高度He為：洗砂排水槽總面積為：校核：4.1.5濾池管路管徑進水管的流量為0.61m3/s，渠中流速為1.09m/s。(1)進水支管進水渠寬設(shè)計為800mm，水深設(shè)計為800mm，每座濾池進水管流量設(shè)計為0.07625m3/s，管中流量設(shè)計為0.95m3/s。進水支管的管徑為：則進水支管管徑管徑取DN350。(2)反沖洗管渠流量設(shè)計為qf=351L/s，管中流速為2.2m/s。管徑為：反沖洗進水渠寬為700mm，水深為260mm，渠內(nèi)水流速為2m/s。(3)清水管清水總渠流量為0.61m3/s，渠中流速為1.09m/s，渠寬為800mm，水深為800mm，渠內(nèi)水為壓力流。每個濾池清水管的流量為0.07325m3/s，流速采用0.95m/s。則清水支管的管徑為：則清水支管的管徑取DN350。(4)反沖洗水排水排水流量為0.351m3/s，管中流速為1.33m/s。反沖洗排水管管徑為：則反沖洗排水管管徑取DN6004.1.6反沖洗水箱本設(shè)計采用高位水箱進行反沖洗(1)反沖洗高位水箱體積設(shè)計水箱水深2.5m，直徑d=12m，超高0.2m。水箱底至配水管間的沿程局部水頭損失之為1.0m，配水系統(tǒng)水頭損失為3.33m。承托層水頭損失的為：(2)濾料層水頭損失安全富余水頭設(shè)計為為1.5m，則沖洗水箱底高出洗砂排水槽高度為：5.消毒5.1消毒設(shè)備設(shè)計方案5.1.1消毒工藝本設(shè)計選用液氯作為消毒劑，氯消毒操作過程簡單，價格低廉，且在管網(wǎng)中有持續(xù)消毒殺菌能力，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的消毒劑之一。5.1.2設(shè)計耗量水廠設(shè)計水量Q=55000m3/d，預(yù)氯化最大加氯量設(shè)計為1.5mg/L，清水池最大投氯量設(shè)計為a=1mg/L=1g/m3。則加氯量為：儲氯量按日最大用量的20天用量計算，則儲氯量：預(yù)加氯量為：清水池加氯量為：總加氯量為：為保證氯消毒時的安全和計量正確，采用加氯機加氯，并設(shè)校核氯量的計量設(shè)備。選用2臺ZJ-2轉(zhuǎn)子加氯機，一備一用。6.其他設(shè)計6.1清水池設(shè)計方案(1)清水池容積清水池的調(diào)節(jié)容積取日設(shè)計水量的10%，則調(diào)節(jié)容積為：V1=55000×10%=5500m3發(fā)生火災(zāi)時的消防流量取45L/s，同時發(fā)生火災(zāi)次數(shù)取1次，火災(zāi)延續(xù)時間取2h,則消防容積：V2=45×1×2×3600÷1000=324m3清水池總?cè)莘e為：V=V1+V2=5500+324=5824m3(2)清水池尺寸有效水深設(shè)計為H=3.5m，則清水池的面積為：S=V/H=5824/3.5=1664m2尺寸設(shè)計為：S’=L×B=50m×34m=1700m2超高取0.3m，則清水池凈高度為3.8m，則清水池設(shè)計容積為：V‘=L×B×H=6460m3清水池內(nèi)導(dǎo)流墻占據(jù)的無效容積為：V3=2×40×0.3×3.5=84m3則清水池的有效容積為V“=V‘-V3=6460-84=6376m3(3)清水池管路清水池進水管管徑設(shè)計為DN800，出水管管徑設(shè)計為DN800。溢流管的直徑與進水管管徑相同，設(shè)計為DN800，在溢流管管端設(shè)喇叭口，管上不設(shè)閥門，出口設(shè)置網(wǎng)罩，清水池放空管管徑設(shè)計為DN600。在清水池內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流墻兩道，間距為10m，防止池內(nèi)出現(xiàn)水流死角，保證氯與水的接觸時間不小于30分鐘。在清水池頂部設(shè)圓形檢修孔2個，直徑為D=1200mm。為使清水池內(nèi)空氣流通，保證水質(zhì)新鮮，在清水池頂部設(shè)通氣孔，通氣孔共設(shè)12個，每格設(shè)4個，通氣管的管徑設(shè)計為DN200，通氣管伸出地面的高度高低錯落，便于空氣流通。清水池頂部覆土厚度為1.0m，并加以綠化。6.2二泵房設(shè)計方案因為設(shè)計任務(wù)書中未涉及供水目標城市的管網(wǎng)水壓情況，因此不涉及二泵房具體的設(shè)計。7.水廠總體布置7.1水廠平面布置綜合考慮地形、地質(zhì)、氣象、水文、遠期發(fā)展、環(huán)境影響等因素，力求達到凈水廠流程合理、節(jié)約用地、建設(shè)投資省、管理方便、環(huán)境優(yōu)美、并能與后期發(fā)展合理結(jié)合。水廠的平面布置考慮以下幾點原則：(1)布置緊湊，以減少水廠占地面積和連接管渠的長度，并便于操作管理，各構(gòu)筑物之間留必要的施工和檢修間距；(2)充分利用地形，力求挖填土方平衡以減少填、挖土方量和施工費用；(3)各構(gòu)筑物之間連接管盡量簡單、短捷，盡量避免立體交叉，并考慮施工、檢修方便。(4)建筑物布置應(yīng)注意朝向和風(fēng)向；(5)把生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)分開，盡量避免非生產(chǎn)人員在生產(chǎn)區(qū)通行和逗留，以確保生產(chǎn)安全；(6)對分期建造的工程，既要考慮近期的完整性，又要考慮遠期工程建成后整體布局的合理性，還應(yīng)該考慮分期施工方便。綜合以上原則，本設(shè)計中水廠的平面布置亮點如下：(1)充分利用地形高差，生產(chǎn)處理構(gòu)筑物呈梯級布置，與等高線平行，盡量減少挖填方；(2)構(gòu)筑物之間緊密連接，盡量做到不浪費每一毫米水的重力勢能，減少跌水能量損耗，以節(jié)約電耗；(3)生產(chǎn)處理構(gòu)筑物與生活區(qū)分開布置，減少相互之間的干擾，保證生產(chǎn)安全；(4)整個水廠布置雙車道7m寬的環(huán)形大道與城區(qū)道路相連，環(huán)形大道連接各生產(chǎn)生活建筑物構(gòu)筑物，并有一條3.5m寬的單車道穿過清水池和濾池，交通順暢，并便于搶險和消防；(5)加藥間、加氯間、藥劑儲存?zhèn)}庫、化驗室集中布置在遠離城市的偏僻的下風(fēng)方向，減少對