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摘 要
我國是一個水資源非常匱乏、緊缺的國家，人均占有量僅為世界人均的四分之一，而且時空分布極不均衡。給水工程是關(guān)系到國家發(fā)展和人們生活的一項舉足輕重的工程，本設計是北方地區(qū)的一個小型城市規(guī)劃完善的給水預處理廠。設計內(nèi)容包括四部分：
（1）根據(jù)對水質(zhì)的要求及經(jīng)濟技術(shù)比較選出最佳給水預處理方案。
（2）取水工程設計，根據(jù)原始資料，確定取水水源地及取水方式。
（3）凈水廠設計，對各凈水構(gòu)筑物選型，并具體設計各構(gòu)筑物的參數(shù)，使整套凈水流程最優(yōu)。本設計根據(jù)原水水質(zhì)選擇的工藝流程為：原水，配水井，靜態(tài)管式混合器，往復式隔板絮凝池，斜管沉淀池，氣水反沖洗快濾池，清水池，二級泵房，市政管網(wǎng)。
（4）給水工藝高程計算及給水廠平面布置。
工程設計則是對擬建工程的實施在技術(shù)上和經(jīng)濟上所進行的全面詳盡安排。它不但關(guān)系著工程的質(zhì)量和將來的使用效果，還包括計算為完成建設工程所需消耗的人力、物力和財力的預算文件。工程設計是基本建設綜合的技術(shù)經(jīng)濟文本。
本文結(jié)合圖表及計算數(shù)據(jù)對整體設計作了一個系統(tǒng)的說明，它是本設計所繪圖紙的繪制依據(jù)，也是將來施工時的參考。
關(guān)鍵詞：給水工程；取水工程；凈水構(gòu)筑物
Abstract
Water resource of our country becomes extremely short,which is standing of great maldistribution in different areas and different time.The per capita consumption of water in our country is only one quarter of which is in the world. Water-treatment project playing an active role in our life affects the development of our country a lot.This project is about a compact water-treatment plant that is located in a well laid-out town of north state.The project can be divided into four sections.
（1）working out the benefit version of the project based on the water-quality index that is required and the cost-effectiveness analysis.
（2）the EDP(engineering design plan) of intake.Locating the intake zone and building the inlet system based on the water source.
（3）the process design fixing the types and the parameters of water purification units for the sake of good operation.Based on raw water-quality constituents the craft processes are to be designed as: Raw water , Tubular static mixer , Reciprocating clapboard flocculating, Inclined pipe traps, Gas water backwash fast ponds, clear water tank, Secondary pump station, Municipal pipeline.
（4）elevation computation of the process and the general arrangement of the plant.
The EDP which also includes the construction budget documents about man power construction objects and financial capability gives us detailed arrangements about economic and technical cooperation.Thus it is the EDP that makes an notable impact on the construction quality and the returns on investment can be regarded as a integrated document of general project on technical economy.
As a reference material on drawing practices and constructions this paper makes a integrated report on entire engineering design plan in assistant with diagrams and datum.
Keywords: water treatment; inlet system; water purification unit
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目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 城市概述 1
1.2 原始資料 1
1.3 設計內(nèi)容 1
第2章 方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 2
2.1 給水處理方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 2
2.2 方案確定 4
2.3 本章小結(jié) 5
第3章 取水構(gòu)筑物的設計計算 6
3.1 取水構(gòu)筑物位置及形式的選擇 6
3.2 取水頭部的設計計算 6
3.3 取水泵站的設計與計算 11
3.4 本章小結(jié) 13
第4章 凈水廠設計 14
4.1 水源地及廠址的選取 14
4.2 投藥系統(tǒng)的設計 14
4.3 混合設備設計 17
4.4 絮凝池設計 18
4.5 沉淀池設計 21
4.6 濾池的設計與計算 25
4.7 消毒處理 27
4.8 污泥處理構(gòu)筑物 31
4.9 本章小結(jié) 31
第5章 二級泵房設計計算 32
5.1 水泵選擇的設計的計算 32
5.2 水泵間布置 34
5.3 本章小結(jié) 39
第6章 給水處理工程布置 40
6.1 凈水廠平面布置 40
6.2 凈水廠高程布置 40
6.3 給水處理工程總估計表 41
6.4 本章小結(jié) 42
結(jié)論
致謝
參考文獻
外文資料
中文翻譯
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天津大學仁愛學院2011屆本科生畢業(yè)設計
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第1章 緒論
1.1 城市概述
該給水廠位于我國北方地區(qū)，冬季最低氣溫為-35℃,夏季最高氣溫34℃,常年主導風向為西北風，地震裂度為5級。
1.2 原始資料
原水條件： 處理量Q=12000。夏季高濁時濁度為100－150，冬季最低濁度30。
出水水質(zhì)：出廠水濁度<1。
圖紙條件： 廠地平整，以室外地坪標高（±0.00，）為基礎標高。出水通往市政管網(wǎng)，洪水水位以-10.00m計。
1.3 設計內(nèi)容
（1）本次設計包括以下內(nèi)容：給水一次提升泵房的初步設計、混凝沉淀池、濾池及清水池的設計、二次提升泵房的初步設計。
（2）給水處理方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，方案確定。
（3）計算說明書的編制。
（4）給水處理廠（站）的總體布置。
（5）給水處理廠（站）管道布置。
（6）給水處理系統(tǒng)的工藝流程及高程計算。
（7）主要給水處理構(gòu)筑物的詳圖設計。
（8）主要設備單體圖設計。
第2章 方案的技術(shù)經(jīng)濟比較
2.1 給水處理方案的技術(shù)經(jīng)濟比較
給水處理方案的技術(shù)經(jīng)濟比較包括多方面，通過對比從中選出最佳方案，下表2-1，2-2，2-3，分別從不同方面對各方案進行了比較。
表2-1 給水鑄鐵管開槽埋管經(jīng)濟指標(單位：100延長m)
管徑
第一部分費用(元)
主要材料
管材每米重量
建成區(qū)
非建成區(qū)
水泥
管
長
閥門
配件
埋深1
埋深2
埋深1
埋深2
100
21707
22935
18775
19581
0.28
101
0.05
0.44
25.0
150
28480
29851
25160
26044
0.28
101
0.09
0.60
35.3
200
34994
36458
31836
32854
0.36
101
0.11
0.62
50.7
300
55843
57722
51427
52731
0.43
101
0.17
0.84
88.5
400
88664
91182
82688
84492
0.78
101
0.34
1.41
135
500
121755
126154
115028
118583
1.03
101
0.47
1.53
191
600
150309
154984
143528
147332
1.13
101
0.72
1.65
225
700
186714
192217
178328
182762
2.08
101
0.80
1.77
330
800
224726
230756
216925
222088
2.40
101
0.88
1.91
415
900
270699
278012
261896
268087
2.42
101
1.04
1.98
510
1000
315361
323496
306418
313419
2.87
101
1.14
2.02
614
1200
416664
425993
406402
404434
3.25
101
1.73
2.08
845
表2-2 主要構(gòu)筑物投資(第一部分費用)指標
名稱
投資，元/
地表水一級泵房(岸邊半地下式)
19.96
地表水一級泵房(岸邊涂井式一級泵房)
80.90
沉砂池
15.03
斜管式沉淀池
53.03
平流式沉淀池
42.22
折板反應水平沉淀池
58.52
疊合池(雙閥濾池+清水池)
85.45
疊合池(V型濾池+清水池)
36.88
疊合池(沉淀池+清水池)
126.30
疊合池(絮凝沉淀池+清水池)
89.40
機械攪拌澄清池
66.07
水力循環(huán)澄清池
54.84
粒吸濾池
55.21
四閥濾池
101.15
無閥濾池
43.50
雙閥濾池
55.15
移動罩沖洗濾池
38.87
普通快濾池
88.48
普通氣水反沖洗
48.32
續(xù)表
V型濾池
54.24
氣水反沖V型濾池
40.08
吸水井
1236.99，元/
二級泵房
38.13
清水池
347.27，元/
鍋爐房
1872.96
鼓風機房
3220.38，元/
變配電間
1225.88，元/
投劑室
1490.79，元/
綜合樓
1108.63，元/
機修間
885.51，元/
藥劑庫
1548.83，元/
倉庫
854.95，元/
表2-3 凈水構(gòu)筑物使用條件
凈水工藝
構(gòu)筑物名稱
允許進水含沙量，
或懸浮物量值，
出水懸浮物含量，
高濁度
水沉淀
天然預沉池
=10~30
≈2000
平流或輻流預沉池
10~20
水旋澄清池
<60~80
機械攪拌澄清池
<20~40
一般<20
懸浮澄清池
<25
一般沉淀
和澄清
機械攪拌澄清池
<3000，短時允許5000
平流沉淀池
<3000，短時允許5000
斜管(板)沉淀池
300~1000，短時允許3000
水力循環(huán)澄清池
<2000，短時允許5000
一般<10
脈沖澄清池(單層)
<3000，短時允許5000
懸浮澄清池(雙層)
3000~10000
氣浮
氣浮池
<100，原水中含有藻類和密度接近與水的懸浮物
一般<10
過濾
各種興水濾池
一般不大于15
一般<3
接觸過濾
各種形式濾池
一般不大于70
吸附
活性炭池
原水有臭味，有機物污染
嚴重時一般<5
消毒
漂白粉
小型水廠
液氯
有液氯供應時
氯氨
原水含有機物較多時
次氯酸鈉
適用于小水廠
2.2 方案確定
2.2.1 工藝流程的選擇
水廠工藝流程的選擇是水廠設計最為關(guān)鍵的問題，直接關(guān)系到工程造價、運行成本和出水水質(zhì)、當前的常規(guī)水處理工藝流程如表2-4，可供參考選擇。
可供選擇的凈水工藝流程
適用條件
1．原水→簡單處理(如用篩網(wǎng)格濾)
水質(zhì)要求不高，如某些工業(yè)冷卻用水，只要求去處粗大雜質(zhì)
2．原水→混凝，沉淀或澄清
一般進水懸浮物量應小于2000~3000，短時間內(nèi)允許到5000~10000，出水濁度約為10~20度，一般用于水質(zhì)要求不高的工業(yè)用水
3．原水→混凝沉淀或澄清→過濾→清毒
1．一般地表水廠廣泛采用的常規(guī)流程，進水懸浮物允許含量同上，出水濁度小于3度。
2．山溪河流濁度經(jīng)常較低，洪水時含泥沙量大，也可采用此流程，但在第濁度時可以不加絮凝劑或超越沉淀直接過濾。
3．含藻，低溫低濁處理時沉淀工藝可采用氣浮池或浮沉池。
4．原水→接觸過濾→消毒
1．一般可用于濁度和色度低的湖泊水或水庫處理，比常規(guī)流程省去沉淀工藝。
2．進水懸浮物含量一般應小于100，水質(zhì)穩(wěn)定變化較小且無藻類繁殖時。
3．可根據(jù)需要預留建造沉淀池(澄清池)的位置，以適應今后原水水質(zhì)的變化。
表2-4 凈水處理工藝流程
2.2.2 工藝流程的確定
工藝簡圖如下圖2-1所示。
一級泵房
管式靜態(tài)
往復式隔板絮凝池
斜管沉淀池
氣水反沖洗快濾池
清水池
二級泵房
原
水
絮凝劑 加氯
出
水
圖2-1 給水處理工藝流程
2.3 本章小結(jié)
給水處理工藝流程及方案的選擇與原水水質(zhì)和處理后的水質(zhì)要求有關(guān)并與經(jīng)濟技術(shù)分析相結(jié)合。一般來講，地下水只需要經(jīng)消毒處理即可，對含有鐵、錳、氟的地下水，則采用除鐵、除錳、出氟的處理工藝。地表水為水源時，通常采用混合、絮凝、沉淀、過濾、消毒的處理工藝。
第3章 取水構(gòu)筑物的設計計算
3.1 取水構(gòu)筑物位置及形式的選擇
3.1.1 取水構(gòu)筑物位置及形式的確定
3.1.1.1 地表水取水構(gòu)筑物位置的選擇
地表水取水構(gòu)筑物位置的選擇，應根據(jù)下列基本要求，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定：
1．位于水質(zhì)較好的地帶；
2．靠近主流，有足夠的水深，有穩(wěn)定的河床及岸邊，有良好的工程地質(zhì)條件；
3．盡可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮等影響；
4．不妨礙航運和排洪，并符合河道、湖泊、水庫整治規(guī)劃的要求；
5．盡量靠近主要用水地區(qū)；
6．供生活飲用水的地表水取水構(gòu)筑物的位置，應位于城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)上游的清潔河段。
3.1.1.2 取水構(gòu)筑物形式的選擇
我國寒冷北方地區(qū)，流域多年平均年降雨量都較小，而且季節(jié)性變化大。河水濁度小，但河流冰凍期長，冰情嚴重。上游的河段及支流屬半山區(qū)河流，河道彎曲，而河床基本穩(wěn)定，河底多為大塊卵石和砂碩。在上游河段，取水構(gòu)筑物的形式一般為自流管式。中游段屬平原河流，具有較寬的河漫灘，下游河段河床蜿蜒曲折，河面寬闊，主流穩(wěn)定，河岸沒有顯著的沖刷現(xiàn)象，可采用河床自流管取水構(gòu)筑物形式。
3.2 取水頭部的設計計算
3.2.1 設計參數(shù)
平均日用水量；
最高日用水量，日變化系數(shù)宜采用1.1~1.5；
最高日最高水用水量，最高日城市綜合用水的時變化系數(shù)宜用1.2~1.6。
3.2.1.1 取水量
式中：—一級泵站中水泵所供給的流量，；
—供水對象最高日用水量，；
—輸水管漏水及凈水構(gòu)筑物自身用水系數(shù)，一般取=1.05~1.1，取1.1；
—一級泵站在一晝夜內(nèi)工作小時數(shù)。
3.2.1.2 河流水位
以地面標高（±0.00）為基礎標高，洪水水位以-10.00m計。設最高水位為-10.00m，常水位為-13.00m，最低水位-19.00m。
3.2.2 取水頭部計算
因為城市位于北方地區(qū)，冬季江水中有潛水，且水深較小，故采用箱式取水頭。
3.2.2.1 設計參數(shù)
格柵及進水面積按設計取水量=0.168計算，格柵進水室分兩格，共兩個進水孔。進口流速采用，格柵采用扁鋼，厚度=10，柵條凈距，格柵阻塞系數(shù)。
柵條引起的面積減小系數(shù)為：
3.2.2.2 格柵及進水孔面積計算
格柵面積為：
式中：—設計取水量；
—為面積減小系數(shù)；
—為格柵阻塞系數(shù)；
—為進口流速，則：
每個進水孔面積為：
設計采用每個進水孔為；
格柵采用給水標準圖90S321-1，格柵尺寸為B×H=1000×800mm，有效面積為0.55m2，格柵間孔數(shù)為10，柵條根數(shù)為11根。
因為有潛水冰蓋厚，取水頭部上緣的最小埋設水深為1.4m，進水孔下緣距河底高度取0.8m，進水箱底部埋入河底下深1.2m，因此取水頭部設置處河水水深為3.6m，該處與集水間距離為30m，取水頭部的形式和尺寸見下圖3-1。
圖3-1 箱式取水頭部
頭部迎水面為尖三角形，用鋼筋混凝土分兩節(jié)預制，吊裝下沉后，水下拼裝，頭部周圍拋石，防止河床沖刷。
3.2.3 自流管計算
自流管設置兩條，設計水量為=0.168/2=0.084；
自流管中的流速采用0.8，進水管設計流速一般不小于0.6，則自流管的管徑為：
，取0.4
采用D=400的黑鐵管，管中實際流速：
考慮到自流管日后可能結(jié)垢或淤積，粗糙系數(shù)采用=0.016；
自流管長度為=30；
自流管水力半徑為；
流速系數(shù)；
水力坡度；
自流管的沿程水頭損失；
局部阻力系數(shù)：喇叭管進口1=0.1；
焊接90°彎頭2=1.07；
閘門3=0.15；
出口4=1.0；
則自流管的局部損失：
則正常工作時，自流管的總水頭損失為：
3.2.4 集水間計算
3.2.4.1 格網(wǎng)計算
采用平板格網(wǎng)，過網(wǎng)流速采用1=0.3，網(wǎng)眼尺寸采用5×5，網(wǎng)絲直徑=2。
平板格網(wǎng)面積：
式中：—平板格網(wǎng)所需面積，；
—通過格網(wǎng)的流速，；
—格網(wǎng)面積減少系數(shù)，，為網(wǎng)眼尺寸，；為網(wǎng)絲直徑，；
—格網(wǎng)阻塞后面積減少系數(shù)，一般采用0.5；
—水流收縮系數(shù)，一般采用0.64~0.80,采用0.7。
設置四個格網(wǎng)，則每個格網(wǎng)需要的面積為3.14/4=0.79，格網(wǎng)采用標準圖90S321-5，進水口尺寸為；格網(wǎng)有效過水面積為0.81，平板格網(wǎng)尺寸為。
3.2.4.2 集水間平面尺寸
集水間分為兩個獨立分格，在分隔墻上設置連通管和閥門，根據(jù)集水間內(nèi)閥門和平板格網(wǎng)的尺寸確定集水間平面尺寸，水泵吸水管的直徑和布置，檢修清洗和使水流均勻平穩(wěn)等要求，來決定各部分尺寸。
3.2.4.3 集水間標高計算
1．集水間頂面標高
集水間采用非淹沒式，
故進水間頂面標高=河流設計最高水位+浪高+0.5
2．進水間內(nèi)最低動水位標高
進水間內(nèi)最低動水位標高=河流最低水位標高
-取水頭部到進水間的水頭損失
=-19.00-(0.1487+0.1)
=-19.25
3．集水間內(nèi)最低動水位標高
集水間內(nèi)最低動水位標高=進水間最低動水位標高
-進水間到吸水間的水頭損失
=-19.25-0.1 =-19.35
4．集水間內(nèi)最高水位標高
集水間內(nèi)最高水位標高＝河流設計最高水位＝-10.00
5．集水間底部標高
平板格網(wǎng)凈高1.1，其上緣應淹沒在吸水間最低動水位以下，取0.1 ，其下緣高出底部，取0.2。
故集水間底部標高=
6．集水間深度為：
頂部標高-井底標高=
3.2.4.4 格網(wǎng)起吊設備計算
1．起重量
式中：—平板格網(wǎng)和鋼繩重量，共約103
—格網(wǎng)前后水位差所產(chǎn)生的壓力，取水位差為0.2m，則；
—每格網(wǎng)的面積，；
—格網(wǎng)與導槽之間的摩擦系數(shù)，?。?
—安全系數(shù)，采用1.5，則：
2．起吊架高度計算
格網(wǎng)起吊高度最大為，最大起重重量為采用型電動葫蘆起重機，起重重量為1T，這種電動葫蘆具有重量輕體積小結(jié)構(gòu)簡單，形式多樣化的優(yōu)點，它可以是直的或是彎曲的，循環(huán)的工字梁軌道起提升和運輸作用。
其性能參數(shù)為：起重量1T，起升高度12，起升速度8/，運行速度30，主起動機功率1.5，轉(zhuǎn)速1380，鋼絲繩直徑7.4mm。
主要尺寸：，，，，最小的
。
平板格網(wǎng)高1.2，格網(wǎng)吊環(huán)高0.25，電動葫蘆吊鉤至工字梁最小距離為0.685，格網(wǎng)吊至操作平臺以上的距離取0.2，操作平臺的標高即為集水間頂部標高-9.25則起吊量工字梁下緣的標高應為：
3.3 取水泵站的設計與計算
3.3.1 設計流量的確定和設計揚程的估算
3.3.1.1 設計流量
3.3.1.2 水泵所需靜揚程
式中：—泵站設計揚程，；
—水泵所需凈揚程，；
—泵站吸水管路的水頭損失，；
—泵站壓水管路的水頭損失，；
—安全水頭，一般為1~2。
1．水泵所需凈揚程的計算：
已知集水間最低水位為-19.35；絮凝池中的最高水位為-7.35。
2．吸水管水頭損失：
沿程水頭損失：由設計計算選擇的吸水管，查水利計算表得，估計吸水管長度為，則
，得
局部水頭損失： ?????
式中：喇叭口局部阻力系數(shù)，0.5；????????????
90°彎頭局部阻力系數(shù)，，1.08；
手動蝶閥局部阻力系數(shù)，0.20；
漸縮管局部阻力系數(shù)，，，0.19
則。
綜上可知：，取為0.44。
3．壓水管路水頭損失： ????
泵站內(nèi)的管路水頭損失估計為2.0。設壓水管采用的鑄鐵管，查水利計算表可知：
，估計
沿程水頭損失
局部水頭損失計算： ???
其中：吐出錐管局部阻力系數(shù)，0.20；
電動閘閥局部阻力系數(shù)，DN=300，0.20；
三通局部阻力系數(shù)，DN=(400，300)，1.60；
止回閥局部阻力系數(shù)，DN=300，1.7；
伸縮管局部阻力系數(shù)，0.21；
閘閥局部阻力系數(shù)，0.06； ??????
則 ??????????
，取為3.1。
4．安全水頭
估計為2.0，則水泵設計揚程為。
3.3.1.3 水泵的選擇
1．設計流量；
2．繪制水泵特性曲線；
3．初擬水泵選用3臺150~800S型單級雙吸離心泵型號為250S24A，其中一臺備用。性能參數(shù)為：
Q=342，揚程=22.2，轉(zhuǎn)速=1450，軸功率=25.8。
電動機：型號Y200L-4，功率=30，效率η=80﹪，氣蝕余量=3.8。
3.3.1.4 吸水管路的計算
吸水管流速v一般取1.0~1.6m/s，流量 Q=0.168/2=0.08m3/s，選定DN300mm，查水力計算表v=1.13m/s，1000i=6為防止積氣，吸水管設7‰ 的坡度坡向水泵，吸水管上的漸縮管采用偏心減縮管。吸水管路上壓力較小，設置手動蝶閥即可。
吸水管中的配件選擇：手動閘閥采用Z45-2.5暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為：
=8，=320，=520，=30，z=24。
3.3.1.5 壓水管路配件
1．止回閥：采用HH44X-10緩閉止回閥，其規(guī)格為：
L=600mm，D1 =1180mm，z =20mm，d =30mm。
2．電動閘閥：設在聯(lián)絡管上的電動閘閥，采用Z945T-10電動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為DN=900mm，L=780mm。設置在壓水管路上的另一個電動閘閥，采用Z945T-10電動暗桿楔式閘閥，其規(guī)格為DN=600mm，L=500mm，D1=725mm，d =30mm，z=20mm，w=1400kg。
3．手動閘閥：分別有兩種手動閘閥，設置在壓水管路上的手動閥，采用 WZ545T-10傘形齒輪轉(zhuǎn)動暗桿楔式單閘板閘閥，其規(guī)格分別為DN=600mm，L =560mm，d=27mm，z=12mm，W=1500kg。設置在聯(lián)絡管路上的手動閥，采用采用Z445T-10暗桿楔式閘閥，其規(guī)格分別為：
DN=900mm，L=780mm，D1=1050mm，d=34mm，z=28mm，w=940kg。
4．同心漸擴管：DN 300×400mm；
。
3.3.1.6 機組基礎尺寸的確定
根據(jù)水泵外形尺寸和安裝尺寸可求得其基礎尺寸：
基礎長：
基礎寬：
基礎重量：
基礎高：
取基礎高：
3.3.1.7 一泵房各部分標高的確定
1．水泵軸標高的確定：
由所選水泵知：允許吸上真空高度Hs=3.8m。
為減小泵房高度，充分利用水泵允許吸上真空高度，則：
泵軸標高＝集水間內(nèi)最低水位+HSS=-19.35+3=-16.35m
2．泵房中各標高確定：
泵房內(nèi)底標高＝泵軸標高-H1-0.3= -16.35-0.75-0.3= -17.5m
泵基礎頂標高＝泵軸標高-H1 = -16.35-0.75= -17.1m
電機基礎頂標高＝-16.35-H8 = -16.35-0.25= -16.6m
水泵進水口中心標高＝泵軸標高-H3 = -16.35-0.4= -16.75m
水泵出口中心標高=泵軸標高-H4= -16.35-0.43= -16.77m
地下部分筒體高度＝最高水位+浪高/2+0.5－泵房內(nèi)底標高
＝-10+0.3/2+0.5-(-17.5)
＝8.15m
泵房上層建筑高度：根據(jù)起吊高度和采光，通風要求，從操作平臺到
房頂樓板間距設計為5m。
操作平臺標高＝泵房內(nèi)底標高+地下部分筒體高度
＝-17.5+8.15＝-9.35m
泵房頂標高＝操作平臺標高+泵房地上部分高度＝-9.35+5＝-4.35m
筒體高度＝泵房頂標高－泵房內(nèi)底標高＝-4.35-(-17.5)＝13.15m
3.4 本章小結(jié)
取水工程是給水工程的重要組成部分之一。它的任務是從水源取水，并送至水廠。取水工程從給水水源和取水構(gòu)筑物兩方面進行研究。本設計為地面水水源，取水構(gòu)筑物由集水間、泵房及閘閥井（又稱閘閥切換井）等三部分組成。通過查閱資料，借鑒先例，最后完成對取水構(gòu)筑物的設計計算。
第4章 凈水廠設計
4.1 水源地及廠址的選取
4.1.1 水源地的選取
選取地表水為水源，在近代的城市給水工程中，由于城市水源的污染,市政規(guī)劃的限制等諸多因素的影響，水源取水點常遠離市區(qū)，一般設在城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)的上游。水量可靠，除滿足當前的生產(chǎn)、生活需要外，還要考慮到發(fā)展的需要。水質(zhì)良好，應達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838-2002）中的II類水質(zhì)標準。全面考慮、統(tǒng)籌安排、綜合利用。
4.1.2 廠址的選擇
應結(jié)合城市建設，在整個給水系統(tǒng)設計方案中進行全面規(guī)劃，綜合考慮，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。在廠址選擇時，一般應考慮一下幾個問題。
1．廠址應選擇在工程地質(zhì)條件較好的地方。一般選在地下水位較低,承載力較大、濕陷性等級不高、巖石較少的地層，以降低工程造價和便于施工。
2．水廠盡可能選擇在不受洪水威脅的地方，否則應考慮防洪措施。水廠的防洪標準不應低于城市防洪標準，并留有適當?shù)陌踩６?。應充分考慮周圍環(huán)境的衛(wèi)生和安全防護條件。
3．水廠應少占農(nóng)田或不占良田，并留有適當?shù)陌l(fā)展余地。要考慮周圍環(huán)境衛(wèi)生條件和《生活飲用水水質(zhì)標準》（GB5769-2006）中規(guī)定的衛(wèi)生防護要求。
4．水廠應設置在交通方便、靠近電源的地方，以利于施工管理，降低輸電線路的造價。還應考慮沉淀池排泥及濾池沖洗水排放方便。
5．當取水點離用水區(qū)較遠時，水廠可建在離取水區(qū)較近處或設置在離用水區(qū)較近處。以上兩個方案應綜合考慮各種因素并結(jié)合其他具體情況，通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定。
4.2 投藥系統(tǒng)的設計
混凝階段所處理的對象，主要是水中懸浮物和膠體雜質(zhì)。是水處理工藝中一個重要步驟，其完善程度對后續(xù)處理工藝如沉淀、過濾影響很大。水質(zhì)的混凝處理是向水中加入混凝劑，通過混凝劑水解產(chǎn)物壓縮膠體顆粒的擴散層，達到膠體脫穩(wěn)而相互凝聚，或者通過混凝劑的水解和縮聚反應而形成的高聚物的強烈吸附架橋作用，使膠體被吸附粘結(jié)，從而達到去除膠體顆粒的目的。
4.2.1 混凝劑的選用混凝劑的選擇應根據(jù)
1． 原水水質(zhì)條件
2． 取水量的大小
3． 價格
4． 運行的方便性
5． 貨源供應條件
6． 對身體康無害等方面綜合考慮。
常用混凝劑有：鋁鹽和鐵鹽；鋁鹽混凝劑有：AlCl3和Al2(SO4)3·18H2O；常用的鐵鹽混凝劑有：FeCl3和FeSO4。
硫酸鋁混凝劑的特點是：混凝劑效果較好，使用方便，對處理后的水質(zhì)無任何不良影響。但水溫低時，硫酸鋁水解困難，形成的絮凝體比較松散。FeCl3混凝劑的特點是：形成的絮凝體較緊密，易沉淀，處理低溫水或低濁水效果較鋁鹽好。但三氯化鐵腐蝕性較強，且容易吸水潮解，不易保管。因本設計主要去除濁度，且原水色度不高，原水pH為7.2，故而采用Al2(SO4)3·18H2O，Al2(SO4)3·18H2O有精致和粗制兩種，考慮經(jīng)濟，采用粗制Al2(SO4)3·18H2O作混凝劑，粗制Al2(SO4)3·18H2O中無水硫酸鋁為20~25%。
4.2.2 混凝劑投藥量的確定
影響混凝效果的因素極為復雜，除混凝過程的水力條件外，還應考慮原水懸浮物含量，粒徑組成，膠體顆粒性質(zhì)等以及原水pH值和堿度、水溫的影響。除濁時Al2(SO4)3·18H2O適宜pH值為6.4~7.8，本設計為6.7~7.2。該市冬季水溫最低，此時Al2(SO4)3·18H2O水解緩慢，混凝效果不好，此時可多投混凝劑或投加液體活性硅酸作為助凝劑來改善絮凝效果。按照《給水排水設計手冊》第三冊，選取相似水體，相近濁度時所用的混凝劑及其投量，因為設計地區(qū)為北方城市，且濁度為20~150，則混凝劑用投加量為61.3mg/L投藥量折合成為61.316%=9.808mg/L，相當于 9.808/102=0.096mmol/L (其中分子量為102)。
則藥劑用量為：
式中：—藥劑重量，mg/d；
—藥劑投加量，；
—日處理水量，m3/d。
G=61.3×10-3×12000=735.6mg/d
按照儲存30天藥劑計算藥劑體積，袋裝硫酸鋁，每袋40，尺寸0.80.40.2，按堆高1.5計算：=29。
冬季混凝劑投加量為1.16投藥量折合成為1.162%=0.023 則藥劑用量為：=1.1610-3×12000=13.92mg/d
按照儲存30天藥劑計算藥劑體積，袋裝硫酸鋁，每袋40，尺寸0.80.40.2，按堆高1.5計算：=3.78。
則儲藥間尺寸為67。
4.2.3 石灰投量計算
式中：CaO—純石灰CaO投量，當量/；
a—混凝劑投量，當量/；
x—原水堿度，當量/，本設計取3.0；
δ—剩余堿度，一般取0.5~1.0當量/，本設計取0.8。
市售粗制硫酸鋁含Al2（SO4）3約為16%，Al2O3當量為17；所以投藥量相當于（16%×61.3）/17=0.58當量/，=0.58-3.0-0.8= -3.22當量/所以不用投加石灰。
4.2.4 混凝劑的投加及加藥間設計
表4-1 干式與濕式投藥方法的比較
方法
優(yōu)點
缺點
干
投
法
1． 設備占地面積小
2． 投配設備無腐蝕問題
3． 藥劑較為新鮮
1． 當用藥量大時，需要一套破碎混凝劑設備
2． 當用藥量小時，不易調(diào)節(jié)
3． 勞動條件差
4． 不適用吸濕式混凝劑
5． 藥劑與水不易均勻混合
濕
投
法
1．容易與水充分混合
2．適用于各種混凝劑
3．投量易與調(diào)節(jié)
4．運行方便
1． 設備較復雜，占地面積大
2． 設備易受腐蝕
3． 當要求投藥量突變時，投量調(diào)整較慢
因此投加方式采用濕投法，濕投法藥液和原水易混合，不易堵塞入口，管理方便，且投量易調(diào)節(jié)，但濕投法也存在著占地面積大，設備容易腐蝕等的缺點，因此在設計中，各管路及設備采用耐腐蝕的材料。
藥劑→溶解池→溶液池→定量投加設備
4.2.4.1 溶液池容積
式中：—處理的水量，=13200/24=550；
—混凝劑最大投量，本設計為61.3，與哈爾濱市近似；為溶液濃度，一般取5~20%，本設計取13%；
—每日調(diào)制次數(shù)，本設計取3次。
則=（61.3550）/（417133）=2.07
取2.5m3，尺寸為L×B×H=1.41.51.4m取超高0.30m，沉渣高0.1m，則池高為1m，在池底有0.025m/m的坡度，在1.00m處設置溢流管，在池底設有排渣管，設兩個溶液池，一池為備用池，以便實現(xiàn)連續(xù)投藥。溶液池是配置一定濃度溶液的設施。通常用內(nèi)腐蝕泵或射流泵或靠重力將溶解池內(nèi)的溶液送入溶液池，同時用自來水稀釋到所需濃度以備投加，本設計采用重力流實現(xiàn)這一操作溶解池底要高于溶液池頂。
4.2.4.2 溶解池容積
溶解池容積取溶液池容積的20%，即=0.2=0.22.5=0.50尺寸為=0.511。
設兩座溶解池，其中一座備用，取超高0.3，則池高為1.3，池底設有孔眼，以便溶解的藥液直接進入溶液池，溶解池采用鋼筋混凝土池體，內(nèi)壁進行防腐處理，設聚氯乙稀板。該池放水時間采用5，則放水流量為：
0.50/(60×5)＝1.7()
查水力計算表得放水管徑＝125，相應流速=0.114，池底坡度設為0.0094，底部設管徑＝200的排渣排水管一根。
4.2.4.3 投藥和計量設備
投加和計量設備本設計采用計量泵投加，水泵流量為：
＝2.07/8=259
泵型號選用JZ型柱塞計量泵J-Z320/1.3，其性能參數(shù)為流量=320，電機功率=0.75，排出口壓力=06~1.3，轉(zhuǎn)速=102r/min，設置兩臺，一用一備，藥劑用手推車搬運，水力淋溶。
4.3 混合設備設計
在混合階段，水中雜質(zhì)顆粒較小，要求混合速度快，劇烈攪拌的主要目的并非為了造成顆粒的劇烈碰撞，而是使藥劑迅速而均勻的擴散于水中以利于混凝劑快速水解和聚合顆粒脫穩(wěn)并借助于布朗運動進行異向絮凝. 由于混凝劑在水中化學反應，顆粒脫穩(wěn)和異向絮凝速度都相當快。因此混合要快速劇烈。在10~30s之多不超過2min中完成。
本設計采用管式靜態(tài)混合器混合，該混合器構(gòu)造簡單，安裝方便，占地小，維修方便，混和充分，效果好，不增加動能消耗。根據(jù)水量及輸水管管徑，決定采用DN=500mm的靜態(tài)混合器，水在管中流速為1.01m/s。
靜態(tài)混合器的水頭損失一般小于0.5m，根據(jù)水頭損失計算公式：
式中：—水頭損失，；
—處理水量，；
—管道直徑，；
—混合單元，個。
設計中取=500，=0.2，當為0.4時，需5個混合單元，當為0.5時，需6個混合單元，選DN500內(nèi)裝6個混合單元的靜態(tài)混合器。加藥店設于靠近水流方向的第一個混合單元，設藥管插入管徑的1/3處，且投藥管上多處開孔，使藥液均勻分布?？紤]絮凝池的進水設計，設置了一個靜態(tài)混合器。
4.4 絮凝池設計
4.4.1 設計要求及絮凝池型選擇
4.4.1.1 設計要求
1．原水在絮凝池中，原水中的顆?；ハ嗯鲎材?，結(jié)成比較緊密的絮凝體，由于絮凝體有小變大時，絮凝體承受剪力的能力由大變小。故而，流速應由大減小。
2．為了保證沉淀池的沉淀效果，要有足夠的反應時間，一般取20~30，并控制反應速度，使其平均梯度達10~75s-1，使值達到104~105，以保證反應過程的充分與完善。
3．絮凝池一般與沉淀池合建，避免已形成的絮粒在水流經(jīng)連接管渠時被打破。
4．為便于排除積泥，池底應有0.02~0.03坡度，并設排泥管。
5．為使絮粒不致破壞或沉淀，絮凝池內(nèi)流速必須加以控制。
4.4.1.2 池型及選擇
絮凝池型可分為水力和機械兩大類，前者簡單，但不能適應流量變化，后者能進行調(diào)節(jié)，適應水量變化，反應效果好，節(jié)省藥劑，水頭損失小，但需經(jīng)常養(yǎng)護維修。本設計中采用采用往復式隔板絮凝池。
優(yōu)點：絮凝時間短，絮凝效果好，構(gòu)造簡單。
缺點：水量變化影響絮凝效果。
設計水量為：=13200=550m3/h。
4.4.2 往復式隔板絮凝池設計計算
絮凝池設計兩組。每組設計流量為Q=0.24m3/s。設計絮凝時間為T=20min，設計平均水深取h=3m，絮凝池的寬長比Z=B/L=1.3；
4.4.2.1 絮凝池容積
絮凝池的有效容積V： V=Q×t=0.24×20×60=288
絮凝池的有效面積A： A==96
絮凝池的凈長度： ==
＝＝9（m）
所以，池寬B為 B=ZL=1.3×9=11.7（m）
4.4.2.2 廊道寬度設計
絮凝池起段流速取v=0.55m/s,末段流速取v=0.25m/s，首先根據(jù)起、末段流速和平均水深算出起末段廊道寬度，然后按流速遞減原則，決定廊道分段數(shù)和各廊道寬度。
起端廊道寬度 b==0.6m
末端廊道寬度 b==1.3m
4.4.2.3 廊道寬度分配
廊道的寬度分配可分為四段，每段均應考慮流速及廊道數(shù)的變化，其各段廊道寬度a分別為0.3、0.5、0.6、0.7m,則廊道平均寬度
==1.025m
則廊道總數(shù)為n==1條
表4-2 各廊道寬度和流速
廊道分段號
1
2
3
4
各段廊道寬度（m）
0.3
0.5
0.6
0.7
各段廊道流速（m/s）
0.55
0.41
0.32
0 .25
各段廊道數(shù)
5
4
4
4
各廊道總凈寬（m）
1.5
2.0
2.4
2.8
由上可知，四段廊道寬度之和=1.5+2.0+2.4+2.8=8.7（m），取隔板厚度l=0.1m，共16塊隔板，則絮凝池的總長度L為：
L=8.7+16×0.1=10.3m
4.4.2.4 池底坡度
根據(jù)池內(nèi)平均水深3.45m，最前端水深取3.2m，最深端水深取3.6m，則池底坡度為：
I==0.025
4.4.2.5 水頭損失計算
按廊道內(nèi)不同流速分成4段進行計算。各段水頭損失按下式計算
式中： ——該段隔板轉(zhuǎn)彎處的平均流速m/s
——該段廊道內(nèi)水流轉(zhuǎn)彎次數(shù)；
——廊道斷面的水力半徑，m；
——流速系數(shù)，根據(jù) 、池底和池壁的粗糙系數(shù)n等因素確定；
——隔板轉(zhuǎn)彎處局部阻力系數(shù)，往復隔板為3.0，回轉(zhuǎn)隔板為1.0；
——該段廊道的長度之和。
絮凝池采用鋼筋混凝土及磚組合結(jié)構(gòu)，外用水泥沙漿抹面，則粗糙系數(shù)n=0.0130
絮凝前三段內(nèi)水流轉(zhuǎn)彎次數(shù)分別為：5、4、4，則第四段的水流轉(zhuǎn)彎次數(shù)為16-13=3
四段中每段總長度分別為：
L1=5B=5×11.7=58.5（m）
L2=L3=4B=4×11.7=46.8（m）
L4=3B=3×11.7=35.1（m）
式中——隔板轉(zhuǎn)彎處面積，寬度取1.2
表4-3各段水頭損失
段
1
5
58.5
0.318
0.491
0.55
64.9
0.213
2
4
46.8
0.437
0.344
0.41
68.1
0.081
3
4
46.8
0.547
0.264
0.32
69.3
0.047
4
3
35.1
0.649
0.215
0.25
70.5
0.023
總水頭損失為：
h==0.213+0.081+0.047+0.023=0.364=3.57
4.4.2.6 GT值校核
水溫T=20℃
此GT值在范圍內(nèi)，說明設計合理。
圖4-1往復式隔板絮凝池
4.5 沉淀池設計
給水處理中的沉淀工藝是指水中懸浮顆粒依靠重力作用，從水中分離出來的過程。原水經(jīng)投藥、混合、反應等過程，水中懸浮物變成較大的絮凝體，由于改絮體顆粒比重大于水，所以沉淀從水中分離出來。沉淀池出水濁度一般為10NTU。
4.5.1 沉淀池池體選擇
根據(jù)本設計水質(zhì)、水量情況，凈水廠平面和高程布置的要求，結(jié)合絮凝池結(jié)構(gòu)形式等因素，本設計采用斜管沉淀池。
斜管沉淀池是把與水平面成一定角度(一般為60°左右)的許多管狀組件(斷面矩形或六角形或直徑很小的圓形)置于沉淀池中形成的一種沉淀池。其特點是，沉淀效率高，池子容積小，占地面積少，斜管的水力半徑大大減小，水力條件得以改善，從而使雷諾數(shù)降低，弗勞得數(shù)提高，滿足水流穩(wěn)定和層流要求。但斜管沉淀池因沉淀時間短，故在運轉(zhuǎn)中遇到水量，水質(zhì)變化時應加強管理，本設計水質(zhì)水量變化幅度很小。采用此類沉淀池時應注意反應的充分和排泥布置的合理。
設計要點：
1．斜管斷面一般采用蜂窩六邊型，其內(nèi)徑或邊距d一般取25~5。
2．斜管長度一般為800~1000mm，目前多采用1000mm。
3．斜管的水平傾角常采用60°。
4．斜管上的清水區(qū)高度不易小于1.0m，較高的清水區(qū)有助于出水均勻和減少日照影響及藻類的繁殖。
5．斜管下部的布水區(qū)高度不易小于1.0m，為使布水均勻，在沉淀池進口除應設置穿孔墻或格柵等整流措施。
6．集泥區(qū)高度應根據(jù)沉泥量，沉泥濃縮程度和排泥方式等確定。排泥方式可采用穿孔管或機械排泥。
7．斜管沉淀池采用側(cè)面進水時，斜管傾斜以反向進水為宜。
8．斜管沉淀池的出水系統(tǒng)應使池子的出水均勻。其布置可采用穿孔管或穿孔集水槽集水。
4.5.2 設計流量
式中：—單池設計水量；
—設計日產(chǎn)水量，；
—水廠用水量占設計日用水量的百分比，一般采用5%~10%；
—沉淀池個數(shù)，一般采用不少于2個。
設計中取，=5%，=2。
4.5.3 平面尺寸計算
4.5.3.1 沉淀池清水區(qū)面積
式中：—沉淀池清水區(qū)面積，；
—流量，；
—表面負荷，，一般采用9.0~11.0 ，設計中取=9。
4.5.3.2 沉淀池長度及寬度
設計中取沉淀池長度L=8，則沉淀池寬度：
式中：—沉淀池寬度，。
B=32.08/8=4，設計中取為4
為了配水均勻，進水區(qū)布置在8m長度一側(cè)。在4的寬度中扣除無效長度0.5，則靜出口面積：
式中：—凈出口面積；
—斜管結(jié)構(gòu)系數(shù)，設計中取=1.03。
4.5.3.3 沉淀池高度
式中：—沉淀池總高度，；
—保護高度，，一般采用0.3~0.5；
—清水區(qū)高度，，一般采用1.0~1.5；
—斜管區(qū)高度，，斜管長度為1.0，安裝傾角60°，則；
—配水區(qū)高度，，一般不小于1.0~1.5；
—排泥槽高度，。
設計中取=0.3，=1.2，=1.5，=0.83，則：
4.5.3.4 進出水系統(tǒng)
1． 進水設計
沉淀池進水采用穿孔花墻，孔口總面積：
式中：—孔口總面積，；
—孔口流速，一般取值不大于0.15~0.20，設計中取。
=0.08/0.15=0.53
每個孔口的尺寸定為，則孔口數(shù)為80個。進水孔位置應在斜管以下、沉泥區(qū)以上部位。進水水頭損失為：
式中：—進口水頭損失，；
—局部阻力系數(shù)，設計中取=2。
2．沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速為v1=0.6m/s，則穿孔總面積：
式中：—出水孔口總面積，。
設每個孔口的直徑為4，則孔口的個數(shù)為：
式中：—孔口個數(shù)；
—每個孔口的面積，，。
N=0.13/0.001256=104個
設每條集水槽的寬度為0.2，間距1.0，共設7條集水槽，每條集水槽一側(cè)開孔數(shù)為13個，孔間距為20。4條集水槽匯水至出水總渠，出水總渠寬度0.5，深度0.8。出水的水頭損失包括孔口損失和集水槽內(nèi)損失?？卓趽p失為：
式中：—孔口水頭損失，；
—進水阻力系數(shù)，設計中取=2。
集水槽內(nèi)水深取為0.4，槽內(nèi)水流速度為0.38，槽內(nèi)水力坡度按0.01計，槽內(nèi)水頭損失：
式中：—集水槽內(nèi)水頭損失，；
—水力坡度；
—集水槽長度，。
設計中取=0.01，=3.4
，設計中取0.08。
3．沉淀池斜管選擇
斜管長度一般為0.8~1.0，設計中取為0.8；斜管管徑一般為25~35，設計中取為25；斜管為聚丙烯材料，厚度0.4~0.5。
4．沉淀池排泥系統(tǒng)設計
采用穿孔管進行重力排泥，每天排泥一次。穿孔管管徑為200mm，管上開孔孔徑為5mm，孔間距15mm。沉淀池底部為排泥槽，共5條。排泥槽頂寬2.0m，底寬0.5m，斜面與水平夾角約為45°，排泥槽斗高為0.83m。
5．核算
雷諾數(shù)Re：
斜管內(nèi)的水流速度為：
式中：—斜管內(nèi)的水流速度，；
—斜管安裝傾角，一般采用~，設計中取。
式中：—水力半徑，R=d/4=25/4=6.25=0.63；
—水的運動黏度，設計中當水溫t=20℃時，水的運動黏度v=0.01。
Re=0.630.36/0.01=22.68<500，滿足設計要求。
弗勞德數(shù)：
介于0.001~0.0001之間，滿足設計要求。
斜管中的沉淀時間：
式中：—斜管長度，設計中取0.8。
T=0.8/0.0036=222.22S=3.7
基本滿足要求(一般在2~5之間)。
4.6 濾池的設計與計算
過濾一般是以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的工藝過程。濾后的水質(zhì)必須達到生活引用水的水質(zhì)標準。濾池的形式有很多，按過濾流向分為上向流、下向流、雙向流等。按濾料及其組合形式有單層濾料濾池，雙層及三層濾料濾池等，從運行管理分為虹吸濾池、普通快濾池等。
4.6.1 濾池形式的選擇
考慮上述各濾池的