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一总论1.1 设计任务及要求净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城市净水厂，要求对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图和某个单项处理构筑物（絮凝沉淀池、澄清池或滤池）的工艺设计图（达到初步设计的深度），并简要写出一份设计计算说明书。1.2 基本资料1.2.1 水厂规模该水厂总设计规模为*万m3/d，分两期建设，近期工程供水能力*万m3/d,，远期工程供水能力为*万m3/d。近期工程设计征地时考虑远期工程用地，预留出远期工程用地。1.2.2 原水水质资料水源为河流地面水，原水水质分析资料如下：序号项 目单位数量备 注1PH值/7.6正常2色度度20153浊度NTU65200034肉眼可见物/较浑不得含有5总硬度mg/L，CaCO3117正常6氯化物mg/L5.0正常7氟化物mg/L1.0正常8硝酸盐mg/L1.0正常9总溶固物mg/L147正常10铁mg/L0.23正常11锰mg/L0.1正常12铜mg/L0.5正常13砷mg/L0.05正常14锌mg/L0.5正常15铅mg/L0.05正常18菌落总数个/mL1.31041001.2.3 厂区地形地形比例1:500， 按平坦地形和平整后的设计地面高程32.00m设计，水源取水口位于水厂东北方向150m，水厂位于城市北面1km。1.2.4 工程地质资料(1)地质钻探资料如下表：表土砂质粘土细砂中砂粗砂粗砂砾石粘土砂岩石层1m1.5m1 m2 m0.8m1 m2 m土壤承载力:20 t/m2.(2)地震计算强度为186.2kPa。(3)地震烈度为9度以下。(4)地下水质对各类水泥均无侵蚀作用。1.2.5 水文及水文地质资料序号项 目单位数量备 注1历年最高水位m34.38黄海高程系统，下同2历年最低水位m21.47频率13历年平均水位m24.644历年最大流量m3/s146005历年最小流量m3/s1806历年平均流量m3/s13407历年最大含砂量kg/m34.828历年最大流速m/s4.009历年每日最大水位涨落m/d5.6910历年三小时最大水位涨落m/3h1.04地下水位：在地面以下1.8m1.2.6 气象资料该市位于亚热带，气候温和，年平均气温15.90C，七月极端最高温度达390C，一月极端最低温度15.30C，年平均降雨量954.1mm，年平均降雨日数117.6天，历年最大日量降雨量328.4mm。常年主导风向为东北偏北（NNE），静风频率为12，年平均风速为3.4m/s。土壤冰冻深度：0.4m。二.总体设计2.1 净水工艺流程的确定水厂原水色度约在20度，浊度一般介于65-2000NTU，原水水质毒理学和放射性指标全部达到生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）的要求。总体来说，原水水质较好，为我国地面水环境质量标准（GB3838-200）类水源。而水厂出水水质需满足生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）的要求。综合以上考虑，设计初步采用常规水处理工艺，流程图如下：图2-1 工艺流程图2.2 处理构筑物及设备型式选择2.2.1 药剂溶解池1药剂的选择表2-1 常用混凝剂及其特点名称分子式一般介绍精制硫酸铝.18制造工艺复杂，水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%52%；适用于水温为2040。当PH=4-7时，主要去除有机物；PH=5.7-7.8时，主要去除悬浮物；PH=6.4-7.8时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。粗制硫酸铝.18制造工艺简单，价格低；设计时，含无水硫酸铝一般可采用20%25%；含有20%30%不溶物，其他同精制硫酸铝。三氯化铁.6不受水温影响，絮体大，沉淀速度快，效果好。易溶解，易混合，残渣少。对金属（尤其对铁）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料会因发热而引起变形。原水PH=6.08.4之间为宜，当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著聚合氯化铝，简称PAC净化效率高，用药量少，出水浊度低，色度小，过滤性能好，原水浊度高时尤为显著。温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=5-9），因而可调PH值。操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低聚丙烯酰胺又名三号絮凝剂，简写PAM 处理高浊度水池效果显著，既可保证水质，又可减少混凝剂用量和沉淀池容积，目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一，适当水解后，效果提高，常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂，其单体丙烯酰胺有毒，用于饮用水净化应控制用量PAM等有机高分子混凝剂有毒性，不易控制用量，由于在投混凝剂前加液氯进行预处理，如用硫酸亚铁作混凝剂，易被氧化成三价铁。本次设计的原水水源为河水，其浊度在65-2000之间，PH值为7.6，结合这些特点，选用聚合氯化铝为混凝剂，该混凝剂腐蚀性较小，原料易得，价格便宜，被大多数水厂所采用，有一定的管理经验，并且劳动条件有保障。2投加方式的确定本设计采用湿投法，其优点为：容易与原水充分混合；不易阻塞入口，管理方便；投量易于调节。投加系统示意图见下图所示：固体药剂溶解池溶液池搅拌计量投加设备加水加水搅拌结合上述优缺点，采用计量泵投加混凝剂，因为其使用方便，操作简单，工作可靠，广泛应用于加药系统。3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0.20m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。由于药液一般都具有腐蚀性，所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体，若其容量较小，可用耐酸陶土缸作溶解池。2.2.2 混合设备混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳，以便进一步去除，对混合的基本要求是快速与均匀，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，应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。表2-3 各种混合方式比较 方式优缺点适用条件管道混合优点：混合简单，无需建混合设 施。 适用于中等规模的水厂。缺点：当混合效果不稳定，流速 低时混合不充分。静态混合器优点：构造简单，无运动部件， 安装方便，混合快速均匀。 适用于水量变化不大的各种规模的水厂。缺点：当流量降低时，混合效果下降。水泵混合优点：混合效果好，不需增加混合设施，节省动力。 适用于一级泵房离处理构筑物120米以内的水厂。缺点：使用腐蚀性药剂时对水泵有腐蚀作用。机械混合优点：混合效果好，且不受水量 变化影响，适用于各种规格的水厂。适用于各种规模的水厂。缺点：需增加混合设备和维修工作。综上所述，因为水厂水量变化不大，并且考虑到尽可能的减少能量消耗，以整体经济效益而言是最具有优势的，本设计采用管式静态混合器，它较水泵混合和机械混合能耗低，并且混合效果比管道混合稳定，混合速度快。2.2.3 絮凝处理构筑物的选择不同形式的絮凝池的一般介绍如下所示：表2-4 各种絮凝池的比较形式优缺点适用条件隔板絮凝池往复式优点：絮凝效果好，构造简单， 施工方便。 水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小。缺点：容积较大，水头损失较大，转折处矾花易碎。回转式优点：絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便。 水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小者，改建和扩建旧池时适用。缺点：出水流量不易分配均匀，出口处易积泥。旋流式絮凝池优点：容积小，水头损失较小。一般用于中小型水厂。缺点：池子较深，地下水位高处施工较困难，絮凝效果较差。折板絮凝池优点：絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小。流量变化较小的中小型水厂。缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价较高。涡流式絮凝池优点：絮凝时间短，容积小，造价较低。水量小于30000m3/d的水厂。缺点：池子较深，锥底施工较困 难，絮凝效果较差。格板、栅条絮凝池优点：絮凝池效果好，水头损失 小，凝聚时间短。 水量变化不大的水厂，单池能力以1.0-2.5万m3/d为宜。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，可适应水质、水量变化。 小水量均适用，并能适应水量变动较大者。缺点：需机械设备和经常维修。综上所述，由于水厂水量变化不大，为了达到较好的处理效果，故采用机械絮凝池，可以在机械絮凝池的之间设置隔墙，在隔墙的不同位置开设过水方孔，这样不仅可以减少水流形成短流的可能，而且可以在检修时，利用水在隔墙内的曲线流动达到絮凝效果。2.2.4 沉淀池选择沉淀池类型时，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。经过混凝沉淀的水，在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10度，遇高浊度原水或低湿低浊度原水时，不宜超过15度。设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水，沉淀池积泥区的容积，应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。当沉淀池排泥次数较多时，宜采用机械化或自动化排泥装置，应设取样装置。表2-5 各种沉淀池的比较方式优缺点适用条件平流式沉淀池优点：造价较低，操作管理方便，施工较简 单；对原水浊度适应性强，处理效果稳定，采用机械排泥设施时，排泥效果好。 一般适用于大中型水厂。缺点：采用机械排泥设施时，需要维护机械排泥设备；占地面积大，水力排泥时，排泥困难。斜管（板）沉淀池优点：沉淀效率高，池体小，占地小。 尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。缺点：斜管（板）耗材多，对原水浊度适应性较平流池差；不设排泥装置时，排泥困难，设排泥装置时，维护管理麻烦。竖流式沉淀池优点：排泥较方便，占地面积小。 一般用于小型净水厂，常用于地下水位较低时。缺点：上升流速受颗粒下沉速度所限，出水量小，一般沉淀效果较差，施工较平流式困难。辐流式沉淀池优点：沉淀效果好。 一般用于大中型净水厂，在高浊度水地区，作预沉淀池。缺点：基建投资大，费用高，刮泥机维护管理较复杂，金属耗量大，施工较困难。近年来，平流式沉淀池被越来越多地水厂所采用，它的沉淀效果较好，维护简单，采用机械除泥，除泥效果理想，管理方便等，所以本设计采用平流式沉淀池2.2.5 滤池供生活饮用水的滤池出水水质经消毒后应符合现行生活饮用水卫生标准的要求；供生产用水的过滤池出水水质，应符合生产工艺要求；滤池形式的选择，应根据设计生产能力、原水水质和工艺流程的高程布置等因素，结合当地条件，通过技术经济比较确定。表2-6 各种滤池的比较形式优缺点适用条件普通快滤池单层砂滤料优点：材料易得，价格低；大阻力配水系 统，单池面积较大，可采用减速过滤，水质好。 一般用于大中水厂，单池面积不宜大于100m2。缺点：阀门多，价格高，易损坏，需设有全套冲洗设备。无烟煤石英砂双层滤料优点：含污能力大，可采用较大滤速；可采用减速过滤，水质好，冲洗用水少。 适用于大中型水厂，宜采用大组理赔水系统，单池面积不宜大于100 m2，需要采用助冲设备。缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球。砂煤重质矿石三层滤料优点：含污能力大，可采用较大滤速；可采用减速过滤，水质好，冲洗用水少。 使用于中型水厂，宜采用中阻力配水系统，单池面积不宜大于50-60 m2，需要采用助冲设施。缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球。虹吸滤池优点：不需大型阀门，易于自动化操作，管理方便。 适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2。缺点：土建结构复杂，池深大单池面积小，冲洗水量大；等速过滤，水质不如变速过滤。双阀滤池 优点：材料易得，价格低，大阻力配水系统，单池面积可大，可采用减速过滤，水质好，减少两只阀门。 适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2。缺点：必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备。移动罩滤池优点：造价低，不需要大型阀门设备，池深浅，结构简单；自动连续运行，不需冲洗设备；占地少，节能。 适用于大中型水厂，单格面积小于10m2。缺点：减速过滤，需移动冲洗设备，罩体与隔墙间密封技术要求高；起始滤速较高，因而平均设计滤速不宜过高。V型滤池优点：采用气水反冲洗，有表面横向扫洗作用，冲洗效果好，节水；配水系统一般采用长柄滤头冲洗过程自动控制。 适用于大中型水厂。缺点：采用均质滤料，滤层较厚，滤料较粗，过滤周期长。综上所述，V型滤池适用范围广且采用气水反冲洗，冲洗效果好，节水出水水质较好，虽然滤料较厚较粗，过滤周期长，但冲洗过程自动控制减少人工管理，操作方便。本设计采用V型滤池均质滤料。2.2.6 消毒方法水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序，其目的在于杀灭水中的有害病原微生物（病原菌、病毒等），防止水致传染病的危害。常用消毒方法如下表所示：表2-7 常用消毒方法消毒方法分子式优缺点适用条件液氯Cl2优点：1、具有余氯的持续消毒作用 2、价值成本较低 3、操作简单，投量准确 4、不需要庞大的设备 液氯供应方便的地方缺点：1、原水有机物高时会产生有机氯化物 2、原水含酚时产生氯酚味 3、氯气有毒，使用时需注意安全，防止漏氯二氧化氯ClO2优点：1、不会生成有机氯化物 2、较自由氯的杀菌效果好 3、具有强烈的氧化作用，可除臭、去色、氧化锰、铁等物质 4、投加量少，接触时间短，余氯保持时间长 适用于有机污染严重时缺点：1、成本较高2、一般需现场随时制取使用3、制取设备较复杂4、需控制氯酸盐和亚氯酸盐等副产物紫外线消毒优点：1、杀菌效率高，需要的接触时间短 2、不改变水的物理、化学性质，不会生成有机氯化物和氯酚味 适用于工矿企业，集中用户用水，不适用管路过长的供水缺点：1、没有持续的消毒作用，易受重复污染2、电耗较高、灯管寿命还有待提高在上面所述的各种消毒剂中，液氯是最早被用来作为饮用水消毒的消毒剂，它除了以上的优点之外，在水厂消毒过程中积累的大量的实践经验，可以借鉴，劳动量较小，消毒效果比较稳定。所以，本次设计采用液氯作为消毒剂。三.混凝沉淀3.1 混凝剂投配设备的设计3.1.1 溶液池的设计采用聚合氯化铝混凝剂，根据给水排水设计手册（第三册），查得武汉长江水的混凝剂最高投加量为64 mg/L，平均投加量为24.7 mg/L，采用计量泵投加。水的PH和碱度恰好在混凝剂的最佳PH值范围内，故不需要考虑对PH进行调节。溶液池一般以高架式设置，以便能依靠重力投加药剂。池周围应有工作台，底部应设置放空管。必要时设溢流装置。 溶液池容积按下式计算：；式中溶液池容积，； Q处理水量，；a混凝剂最大投加量，mg/L；c溶液浓度，取10%；n每日调制次数，取n2。代入数据得：（考虑水厂的自用水量6%）溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W2（一备一用），以便交替使用，保证连续投药。取有效水深1.15m, 溶液池深度：HH1H2H3=1.15+0.15+0.10=1.40m。式中H2为保护高，取0.15m；H3为贮渣深度，取0.1m。单池尺寸为LBH=5.0m4.2m1.4m，溶液池实际有效容积：W=5.04.21.15=24.15m3满足要求。池旁设工作台，宽1.01.5m，池底坡度为0.03。底部设置DN100mm放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释给水管DN60mm，按1h放满考虑。3.1.2 溶解池的设计溶解池容积：W1=0.3W2=0.324.06=7.22m3；溶解池采用钢筋混凝土结构，设置2个，每个容积为W1（一备一用）。取有效水深0.95m, 溶解池深度：HH1H2H3=0.95+0.15+0.10=1.20m，式中H2为保护高，取0.15m；H3为贮渣深度，取0.1m。单池尺寸为：LBH=2.8m2.8m1.2m，溶液池实际有效容积：W=2.82.80.95=7.45m3满足要求。溶解池的放水时间采用t15min，则放水流量：q0；查水力计算表得放水管管径:d080mm，相应流速V=0.75m/s。溶解池底部设管径d100mm的排渣管一根,搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。溶解池搅拌装置采用中心固定式平桨板式搅拌机：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。3.1.3 投药管投药管流量 q；查水力计算表得投药管管径：d25mm，相应流速为0.83m/s。3.1.4 投加泵的选择计量泵每小时投加药量:q =1.84 m/h ； 式中：W2溶液池容积（m3）计量泵型号J-D2500/1.6选用2台，一备一用。3.1.5 加药间及药库的设计药剂仓库与加药间应连在一起，储存量一般按最大投药期间12个月用量计算。仓库内应设有磅秤，并留有1.5m的过道，尽可能考虑汽车运输的方便。混凝剂选用聚合氯化铝，每袋质量是40kg,每袋的体积为0.50.40.2m3,药剂储存期为30d，药剂的堆放高度取2.0m。聚合氯化铝的袋数：；式中: 水厂设计水量，；混凝剂最大投加量，；药剂的最大储存期，；每袋药剂的质量，；将相关数据代入上式得，N=袋。有效堆放面积A：；式中:药剂得堆放高度，；每袋药剂得体积，；堆放孔隙率，袋堆时代入数据得:A=m2；考虑目前使用及日后扩容，可按远期设计及，适当增加面积，取A=160m2。3.2 混合设备的设计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。在给排水处理过程中原水与混凝剂，助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善，从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件，同时只有原水与药剂的充分混合，才能有效提高药剂使用率，从而节约用药量，降低运行成本。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3-1所示: 图3-1 管式静态混合器设计流量:Q=m3/s；静态混合器设在絮凝池进水管中，设计流速v=1.0m/s，则管径为： D=0.74m；采用D=800mm，则实际流速v=0.868m/s混合单元数: Nv-0.5D-0.3=2.36/(0.8680.50.80.3)=2.71取N=3，则混合器的混合长度为：L=1.1ND=1.1=2.64m；混合时间: T=L/v=2.64/0.868=3.04s；水头损失: ；校核GT值GGT=759.8=2310(2000)水力条件符合要求。3.3 反应设备的设计3.3.1 机械絮凝池尺寸采用2座机械搅拌絮凝池，则每座池的设计流量为：Q ；絮凝时间 T=20min;絮凝池有效容积： ；为配合沉淀池尺寸，絮凝池分三组，每组四格，每格尺寸：3.4m3.4m；水深：H=3.7m，絮凝池超高0.3m，则池子总高度为4.0m；絮凝池实际容积：W=513.3m3；实际絮凝时间：T=WQ=513.30.436=1177s=19.62min；絮凝池分格隔墙上过水通道上下交错布置，每格设一台搅拌机。为加强搅拌效果，于池子四周壁设置四块固定挡板。3.3.2 搅拌设备尺寸为保证叶轮边缘与池子侧壁间距不大于0.25m，叶轮直径采用：D=3.0m；叶轮中心桨板线速度采用：v1=0.5m，v2=0.4m，v3=0.3m，v4=0.2m；桨板长度取l=2.0m(桨板长度与叶轮直径之比：l/D=2.0/3.0=66.775)；桨板宽度取：b=0.14m(1/15b/l1/10)；每根轴上桨板8块，内外各4块。装置尺寸见右图: 旋转桨板面积与过水断面面积之比为：；四块固定挡板宽高=0.10m2.0m，其面积与过水断面面积之比为：；桨板总面积占过水断面面积的百分比为： 图32 垂直轴搅拌设备 17.81+6.36=24.1725； 叶轮桨板中心点旋转直径：D0=（1500-680）/2+6802=2180mm=2.18m；叶轮旋转角速度分别为：w1=2v1/D0=20.5/2.18=0.459rad/s，w2=0.367rad/s， w3=0.275rad/s， w4=0.183rad/s；桨板宽长比：b/l=0.14/21，查给水排水设计手册.第三册表7-25得：=1.10，则：k=/2g=1.101000/29.81=56；桨板旋转时克服水的阻力所耗功率：第一格搅拌功率： 第二、三、四格搅拌功率分别为：0.102kw，0.043kw，0.013kw。四台搅拌机合用一台电动机，则絮凝池所消耗总功率为： N=0.200+0.102+0.043+0.013=0.358kw。3.3.3 核算平均速度梯度G值及GT值按水温t=200C，=1.00510-3N S/m2第一格G1=第二、三、四格G值分别为：48.7s-1、31.6s-1、17.6s-1；絮凝池平均速度梯度：G=GT=52.619.6260=61920经核算，G值和GT值较合适。3.4 沉淀澄清设备的设计3.4.1 平流式沉淀池尺寸平流式沉淀池分设2座，每组设计流量： ； 沉淀时间T=2.0h，沉淀池容积：W=QT=1567.92=3135.8m3；考虑絮凝池尺寸，沉淀池池宽B=3.43+0.22=10.6m；取沉淀池的有效水深：H=3.5m，超高0.5m，则池子总高度为4.0m；沉淀池长：L=W/Bh=3135.8/(10.63.5)=84.52m,取L=85m；此时，沉淀池水平流速：v=L/3600T=85/（36002）=0.0118m/s=11.8mm/s在1025mm/s范围内。沉淀池长宽比：L/B=85/10.6=8.024，长深比：L/h=85/3.5=24.2810满足设计要求。沉淀池放空时间以2小时计算，则放空管直径为： ； 采用钢制DN500mm，排泥管也采用同样的管径。3.4.2 沉淀池水力条件复核每池中间设两道200mm的隔墙将沉淀池分成三格，每格宽3.4m。水力半径：R=/=3.53.4/(3.52+3.4)=1.14m弗劳德数：Fr=v2/2g=0.01182/(29.81)=1.2410-5 (在110-5110-4之间)雷诺数：Re=vR/=0.01181.14/(1.00710-6)=1.33104 (在400015000之间)沉淀池示意见下图：图3-3 平流沉淀池示意图3.4.3 沉淀池的进水设计进水采用穿孔墙布置，尽量做到在进水断面上水流的均匀分布，避免已形成的絮体破碎。单座池墙长10.6m，墙高4.0m，有效水深3.5m；根据设计手册：当进水端用穿孔配水墙时，穿孔墙在池底积泥面以上0.30.5m处至池底部分不设孔眼，以免冲动沉泥。本设计采用0.5m；孔眼尺寸考虑施工方便，采用尺寸：15cm8cm；单个孔眼的面积: ；孔眼流速采用：；孔眼总面积：=q/v1=0.436/0.1=4.36m2；孔眼总数：=/0=4.36/0.012=363.3个，取364个；孔眼实际流速：v=q/0=0.436/(3640.012)= 0.100m/s；孔眼布置成7排，每排孔眼数为364/7=52个。水平方向孔眼的间距取100mm，则计算的水平长度为：520.08+510.1=9.26m；竖直方向的间距为150mm,最上一排孔眼的淹没深度假定为0.5m，最下一排孔眼距池底为0.5m，则竖向的计算高度为70.15+60.2+0.5+0.5=3.25m。3.4.4 沉淀池的集水系统设计沉淀池的出口布置要求在池宽方向上均匀集水，并尽量滗取上层澄清水，减小下层沉淀水的卷起，目前采用的办法多为采用指形槽出水。1指形槽的个数 ： N=7；2指形槽的中心距 ：a=B/N=10.6/71.5m；3指形槽中的流量：q0=Q/N=0.436/7=0.0623m3/s，考虑到池子的超载系数20，故槽中流量为：q=1.2q0=0.06231.2=0.0747 m3/s；4指形槽的尺寸指形槽的槽宽：b=0.9q00.4=0.90.07470.4=0.32m，为便于施工，取；取堰上负荷为q0=250m3/m.d，则指形槽长度：L=1.2Q/q0=1.27.11041.06/(2502)=180.6m7个集水槽，双侧进水。每根槽长：12.90m，取13m；起点槽中水深：H1=0.75b=0.750.4=0.3m；终点槽中水深：H2=1.25b=1.250.4=0.5m；为便于施工，槽中水深统一取H2=0.5m；5总出水槽宽：B=0.9Q0.4=0.90.4360.4=0.64m，采用1.0m，则出水渠起端水深：H=1.73；为保证自由落水，跌落高度采用0.1m，溢流堰上淹没水头0.1m，沉淀池超高0.5m，则出水渠总深度为：H=0.460.10.50.10.10.51.76m；6.槽的高度集水方法采用锯齿形三角堰自由出流方式，跌落高度取0.05m，槽的超高取0.15m。则指形槽的总高度H=0.5+0.15+0.05=0.70m（说明：该高度为三角堰底到槽底的距离）。7.三角堰的计算每个三角堰的流量：q1=1.343h2.47=1.3430.052.47=0.00082m3/s； 三角堰的个数：n=Q/q1=0.436/0.00082=530.8个； 每个指形槽上有530.8/7=75.876个三角堰； 三角堰的中心距：d=132/76=0.34m。3.4.5 沉淀池排泥排泥是否顺畅关系到沉淀池净水效果，当排泥不畅、泥渣淤积过多时，将严重影响出水水质。排泥方法有多斗重力排泥、穿孔管排泥和机械排泥。机械排泥具有排泥效果好、可连续排泥、池底结构简单、劳动强度小、操作方便可以配合自动化等优点。故本设计采用虹吸式机械排泥。采用SXH型虹吸式吸泥机，轨距l11000mm。排泥管采用和放空管相同的管径：DN500mm。四过滤4.1 设计参数设计水量为：Q=7.11041.06=75260m3/d=0.871 m3/s；设计滤速采用v=9.5m/h，强制滤速；滤池采用单层石英砂均质滤料，冲洗方式采用：先气冲洗，再气-水同时冲洗，最后再用水单独冲洗。根据设计手册第三册P612表9-8确定各步气水冲洗强度和冲洗时间，参数具体如下：1冲洗强度第一步气冲冲洗强度q气1=16L/（sm2）；第二步气-水同时反冲洗,空气强度q气2=16L/（sm2）,水冲洗强度q水1=4L/（sm2）；第三步水冲洗强度q水2=6L/（sm2）。反冲洗横扫强度为q反=2L/（sm2）。2冲洗时间第一步气冲洗时间t气=3min,第二步气-水同时反冲洗时间t气水=4min,单独水冲时间t水=5min；冲洗时间共计为:t=12min=0.2h；冲洗周期T=48h。4.2 池体设计1滤池工作时间：=24-24t/T=24-0.2 24/48=23.9h (式中未考虑排放初滤水)；2. 滤池总面积F:F=Qvt=75260(9.523.9)=331.5m2；3. 滤池分格选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B=3.5m,长L=12m,面积42m2,共四座,每座面积,总面积336m2；4. 校核强制滤速:=Nv(N-1)=49.53=12.67m/h20m/h的要求；5. 滤池的高度确定滤池超高H6=0.4m，滤层上水深,滤层厚度H4=1.2m。承托层厚取H3=0.05m。滤板采用H2=0.1m厚预制板。滤板下布水区高度取H1=0.75m；滤池的总高度为:H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=0.75+0.1+0.05+1.2+1.5+0.4=4.0m；图4-1 滤池高度计算简图6. 水封井的设计滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.95-1.35mm,不均匀系数1.2-1.6。均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算: 式中: 20时为0.0101；m0-滤层空隙率，取0.5；l0-滤层厚度，cm，l0=120cm； v-虑速，cm/s，v=9.5m/h=0.26cm/s；所以：根据经验,滤速为9-10m/h时,清洁滤料层水头损失一般为30-40cm,计算值比经验值低,取经验值的底限30cm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,忽略其他水头损失,则每次反冲洗后刚开始过滤时的水头损失为:。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2m2m,堰底板比滤池底板低0.3m。水封井出水堰总高为:H水封=0.3+H1+H2+H3=0.3+0.75+0.1+0.05=1.2m；因为每座滤池的过滤水量:Q单=vf=9.584=798m3/h=0.222m3/s。所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式:Q=1.84bh3/2计算得:；则反冲洗完毕,清洁滤料层过滤时滤池液面比滤料层高0.15+0.52=0.67m。4.3 反冲洗管渠系统:1. 反冲洗水量按水洗强度最大时计算。单独水洗时反洗强度最大,为6L/(s.m2)，则：Q反水=q水2f=684=504L/s=0.504 m3/s；V型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量：Q表水=q表水f=284=168L/s=0.168m3/s；Q反=Q反水+Q表水=0.504+0.168=0.672m3/s；2. 反冲洗配水系统的断面计算配水干管进口流量应为1.5m/s,配水干管(渠)的截面积:A水干=Q反水/v水干=0.504/1.5=0.336m2；反冲洗配水干管选用钢管DN700,流速为1.31m/s,反冲洗水由反洗配水干管输送到气水分配渠,由气水分配渠底侧的布水方孔配水到滤池底部布水区。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。配水支管或孔口的流速为1-1.5m/s左右,取v水支=1m/s。则配水支管(渠)的截面积:A方孔=Q反水/v=0.504/1=0.504m2；此即配水方孔总面积,沿渠长方向两侧各布置20个配水方孔,共40个,孔中心间距0.6m。面积:A小孔=0.504/40=0.0126m2，每个孔口尺寸取0.11m0.11m。3反冲洗用气量Q气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,Q反气=q气f=1684=1344L/s=1.344m3/s；4配气系统的断面计算 配气干管(渠)进口流速应为5m/s左右,则配气干管(渠)的截面积：A气干=Q反气v气干=1.344/5=0.2688m2；反冲洗配气干管用钢管DN600,流速为4.75m/s,反冲洗用空气,由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40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应为10m/s左右,则配气支管(渠)的截面积为:A气支=Q反气v气支=1.34410=0.1344m2；每个布气小孔面积:A气孔=0.134440=0.00336m2；孔口直径:；每孔配气量: q气孔=Q反气40=1.34440=0.0336m3/s=120.96 m3/h；5气水分配渠的断面设计 对气水分配渠断面面积要求的最不利条件发生在气水同时反冲洗时,亦即气水同时反冲洗时要求气水分配渠断面面积最大,因此气水分配渠的断面设计按气水同时反冲洗的情况设计,气水同时反冲洗时反冲洗水量为:Q反水=q水f=484=336L/s=0.336m3/s；气水同时反冲洗时,反冲洗时用空气的流量:Q反气=q气f=1684=1344L/s=1.344m3/s； 气水分配渠的气水流速均应按相应的配气配水干管流速取值,则气水分配干渠的断面积:4.4 滤池管渠的布置4.4.1 反冲洗管渠1气水分配渠气水分配渠起端宽取1.0m,高取1.5m,末端宽取1.0m,高取1.0m,则起端截面积0.6m2,末端截面积0.4m2。两侧沿程各布置20个配气小孔和20个布水方孔,孔间距0.6m,共40个配气小孔和40个配水方孔。气水分配渠末端所需最小截面积0.540=0.0125m2末端截面积0.4m2,满足要求。2排水集水槽排水集水槽顶端高出滤料层顶面0.5m，气水分配槽起端高度为1.5m,则排水集水槽起端槽高:H起=H1+H2+H3+H4+0.51.5=0.75+0.1+0.05+1.2+0.51.5=1.1m；气水分配槽末端高度为1.0m，则排水槽末端高度为: H末=H1+H2+H3+H4+0.51.0=0.75+0.1+0.05+1.2+0.51.0=1.6m； 底坡:（1.61.1）120.041703排水集水槽排水能力校核由矩形断面暗沟(非满流,n=0.013)计算公式校核集水槽排水能力。设集水槽超高为0.3m,则槽内水位高：h=1.10.3=0.8m, 槽宽：b=0.9Q0.4=0.90.8710.4=0.85m，取b=1.0m； 湿周：=b+2h=1.0+20.8=2.6m； 水流断面：A=bh=1.00.8=0.8m； 水力半径：R=A=0.82.6=0.308m； 水流速度： 过流能力：Q=Av=0.87.16=5.728m3/s 实际过水量：Q实际=Q反水+Q表水=0.504+0.168=0.672m3/sQ=5.728m3/s，满足要求。4.4.2 进水系统1进水渠四座滤池进渠过水流量按强制过滤流量计,渠中流速为0.81.2m/s，取v1.0m/s。强制过滤流量：Q强=7.11041.063=25087m3/d=0.292m3/s （滤池工作时间23.9h）；进水支渠水流断面积:A支=Q强v=0.2921=0.292m2；进水支渠宽：b=0.9Q0.4强=0.90.2920.4=0.55m，取b=0.6m，则高：h=A进b=0.2920.6=0.49m，取h=0.5m考虑超高0.3m。则进水渠高为0.8m，考虑到施工方便，进水渠高与配水渠高相同，故取1.0m。四座滤池公用一个进水总渠，总渠流量：Q总=7.11041.06=75260m3/d=0.875m3/s （滤池工作时间23.9h）；进水总渠水流断面积:A总=Q总v=0.8751=0.875m2；进水总渠宽：B=0.9Q0.4总=0.90.8750.4=0.85m，取b=1.0m，高：H=A总B=0.8751.0=0.875m，取H=0.9m考虑超高0.3m。则进水总渠高为1.2m。2每座滤池的进水孔每座滤池由进水侧壁开3个进水孔。两侧进水孔口在反冲洗时关闭.中间进水孔孔口设手动调节闸板,在反冲洗时不关闭,供给反冲洗表扫用水。孔口面积按孔口淹没出流公式计算.其总面积按滤池强制过滤水量计,孔口两侧水位差取0.1m,；中间孔面积及表面扫洗水量的计算:A中孔=A总孔Q表水Q强=0.320.1680.292=0.18m2；孔口宽: b中孔=0.9Q0.4表水=0.90.1680.4=0.46m，取b中孔=0.5m，则高h中孔=0.4m；两个侧孔口设闸门,采用橡胶囊充气阀,每个侧孔面积: A侧孔=（A总孔A中孔）2=（0.320.18）2=0.07 m2；孔口宽： b侧孔=0.9（Q强2Q表水2）0.4=0.9（0.29220.1682）0.40.30m，则高h侧孔=0.3m。3每座滤池内设的宽顶堰为保证进水的稳定性,进水总渠引来的浑水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠,再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。设宽顶堰堰上水头：H=0.15m,宽顶堰与进水总渠平行设置,与进水总渠侧壁相距0.5m,堰上水头由矩形堰的流量公式得, 取宽顶堰堰宽b=3m。4每座滤池的配水渠进入每座滤池的浑水经过宽顶堰溢流至配水渠,由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽.滤池配水渠宽b配水渠=0.4m,渠高为1.0m,渠总长等于滤池总宽.则渠长L配水渠=7+0.4=7.4m.当渠内水深h配水渠=0.4m时,流速(进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去,每侧流量为)：V配水渠=Q强2b配水渠L配水渠=0.292（20.40.4）=0.9125m/s,基本满足滤池进水管渠流速在0.8-1.2m/s的要求。4.4.3 V型槽的设计1扫洗水布水孔 V型槽底部开有水平布水孔，表面扫洗水经此布水。布水孔沿槽长方向均匀布置，内径一般为2030，过孔流速为左右，本设计采用dv孔=0.025m，vv孔=2m/s。每座滤池V型槽的水平布水孔总截面积为：每座滤池V型槽的水平布水孔总数为：每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为，布水孔间距为0.15m。2V型槽垂直高度的确定 滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50100mm，本设计采用：h1=0.1m。根据孔口出流公式，则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面的高度h2为： 扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50150mm，本设计采用：h3=0.15m。取V型槽槽底的高度低于表扫水出水孔中心为：h4=0.21m；反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式求得，其中为集水槽长，；Q反单为单格滤池反冲洗水量：，则反冲洗时排水集水槽的堰上水头h5为：V型槽的垂直高度为：h1+h2+h3+h5=0.1+0.55+0.15+0.21=1.01m；V型槽斜壁顶与排水集水槽顶的垂直距离为：h1+h2+h5=0.1+0.55+0.06=0.71m；V型槽的倾角采用。3 校核过滤时V型槽流速V型槽在滤池过滤时处于淹没状态，槽内设计始端流速不大于。V型槽过滤时始端的截面积为： 单格滤池过滤时V型槽的流量为：q=Q8=0.8718=0.109m3/s 滤池过滤时V型槽始端流速为：vv始= qAv始=0.1090.451=0.242m/s0.6m/s，满足要求4校核反冲洗时V型槽流速V型槽内设计始端流速不大于。V型槽反冲洗时始端的截面积为：单格滤池反冲洗时V型槽的流量为：q=Q表水2=0.1682=0.084m3/s 滤池反冲洗时V型槽始端流速为：vv始= qAv始=0.0840.36=0.23m/s0.6m/s，满足要求。4.5冲洗水的供应：1冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失反洗配水干管用钢管，DN700,管内流速为1.31m/s,1000i=2.88m，布置管长总计为50m。则反冲洗总管的沿程水头损失主要配件及局部阻力系数见下表：配件名称数量/个局部阻力系数90弯头2DN600闸阀2等径四通28.34则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失：2. 清水池最低水位与排水槽堰顶的高差3. 滤池配水系统的水头损失（a）气水分配渠的水头损失按最不利条件，即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管（非满流，n=0.013）近似计算。气水同时反冲洗时，则气水分配渠内的水面高为：水力半径水力坡降渠内的水头损失（b）气水分配干渠底部配水方孔水头损失气水分配干渠底部配水方孔水头损失按孔口淹没出流公式，计算。其中为，A为配水方孔的总面积。由反冲洗配水系统的断面计算部分内容可知，配水方孔的实际总面积为。则:（c）查手册，反洗水经过滤头的水头损失（d）气水同时通过滤头时增加的水头损失气水同时反冲洗时气水比，长柄滤头配气系统的滤帽缝隙总面积与滤池过滤总面积之比约为1.25%，则长柄滤头中的水流速度通过滤头时增加的水头损失则滤池配水系统的水头损失 4. 砂滤层的水头损失滤料为石英砂，容重，水所谓容重为，石英砂滤料膨胀前的孔隙率，滤料层膨胀前的厚度。则滤料层的水头损失 5. 富裕水头取1.5m，则反冲洗水泵的最小扬程为：选四台250S14单级双吸离心泵，三用一备。扬程为11米时，每台泵的流量为576。4.6 反洗空气的供给1长柄滤头的气压损失气水同时反冲洗时，反冲洗用空气流量。长柄滤头采用网状布置，约55个/,则每座滤池共计安装长柄滤头每个滤头的通气量根据厂家提供的数据，在该气体流量下的压力损失最大为：2. 气水分配渠配气小孔的气压损失反冲洗时气体通过配气小孔的流速:；压力损失按孔口出流公式计算式中：孔口流量系数，0.6;孔口面积，；压力损失，mm水柱；重力加速度，；气体流量，；水的相对密度，1。则气水分配渠配气小孔的气压损失: 、3.配气管道的总压力损失（a）配气管道的沿程压力损失反冲洗空气流量，配气干管用DN600钢管，流速4.75m/s，满足配气干管（渠）流速为为5m/s左右的条件。反冲洗空气管总长为50m，气水分配渠内的压力损失忽略不计。反冲洗管道内的空气气压计算公式: 式中，空气压力，kPa; 长柄滤头距反冲洗水面的高度，m，。则反冲洗时空气管内的气体压力:空气温度按30考虑，查表，空气管道的摩阻为。则配气管道沿程压力损失为（b）配气管道的局部压力损失主要配件及长度换算系数见下表：配件名称数量/个长度换算系数KDN60090弯头4DN600闸阀3等径三通2621当量长度的换算公式：式中:管道当量长度，m；管径，m；长度换算系数。空气管配件换算长度则局部压力损失配气管道的总压力损失 4. 气水分配室中的冲洗水水压（只计算设水塔反冲洗的情况，设水泵反冲洗的计算方法相同）本系统采用气水同时反冲洗，对气压的要求最不利情况发生在气水同时反冲洗时。此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压为：式中：输气管道的压力总损失，kPa;配气系统的压力损失，kPa，本设计；气水冲洗室中的冲洗水水压，kPa;富余压力，4.9 kPa。所以，鼓风机或储气罐调压阀出口的静压为：5. 设备选型 根据气水同时反冲洗时反冲洗系统对空气的压力、风压要求选C901.5型离心鼓风机2台，一用一备。风量为90，风压为100kPa，电动机功率为110kw。五消毒设计消毒方式为加氯消毒，采用液氯为消毒剂。有前加氯和后加氯两种，前者加氯点在管式静态混合器之前的原水管道上，进入混合器之后充分地混合，主要起氧化作用；后者加氯点在滤后出水管上，进入管道后杀灭细菌，主要起消毒作用。后加氯系统可采用串级复合环控制系统以检测和控制水厂出水的余氯量在规范要求的范围之内（出厂水中的余氯量大于0.3mg/L，小于4mg/L，管网末梢中的余氯量大于0.05 mg/L）。加氯系
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