给水处理课程设计

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1 综述

1.1 课程设计目的

给水处理课程设计是“水质工程学”课程的重要实践教学环节。通过课程设计，使学 生能够巩固所学理论知识，热练掌握一般给水工程的设计要点、方法和步骤，学会使用有 关标准图集和设汁规范，提高运算和制图能力，培养解决实际问题的能力，能完成一般给 水厂施工图初步设计。

1.2 设计内容及要求

1.2.1 设计内容

1）设计计算说明书 水源的选择；厂址的选择；给水处理方案的选择；构筑物的选型、定位、竖向布置； 一个主要水处理构筑物计算说明。 2）设计图纸 水厂平面布置图；工艺流程图、净水构筑物高程布置图；一个主要水处理构筑物的施 工图（平面、剖面图） 。

1.2.2 设计要求

1）通过调查研究与收集有关资料，拟定设计方案，选择合理的设计方案。 2）课程设计说明书，应包括工程设计的主要原始资料、方案比较以及各系统的设备 选型分析，说明，参数选择，工艺设计计算与有关简图等，要求内容系统完整，计算正确， 论述简洁明了，文理通顺，书写工整，装订整齐。说明书一般应包括目录、前言、正文、 小结及参考文献等。 3）课程设计图纸应能较准确地表达设计意图，图面力求布局合理、紧凑、正确清晰， 符合制图标准，专业规范及有关规定，用工程字注文。图纸不少于 3 张（按 1 号图纸） 。

1.3 基本资料

该城市地处江苏北部地区，是一座中等城市，该市实施 10 年规划，规划拟建一座给 水处理厂，采用统一供水方式供给该市的工业企业及居民用水。 水厂设计基本资料如下： （1）水厂设计产水量：63250m3/d，考虑到水厂自用水和水量的损失，要乘以安全系 数 K=1.06，总处理水量 Q=63250×1.06=67045m3/d 。取为 6.8 万 m3/d=2834m3/h。 （2）水文及水文地质资料： 1）河流最高洪水位：32.50m 2）河流常水位： 3）枯水位： 30.50m 28.70m 最大流量：25.65m3/s 平均流量：14.85m3/s 最小流量：9.28m3/s

4）设计地面标高：37.5m

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（3）原水水质如下： 名称 浑浊度 色度 总硬度 PH 值 水温 溶解性固体 细菌总数 大肠菌群 ℃ mg/L 个/mL 个/L 计) 单位 NTU 度 mg/L(以 CaCO3 右 7.2 0～20 800 40000 290 检测结果 10－60 30 450（mg/L）左

（4）厂区地形：按平坦地形设计，水源口位于水厂西北方向 80m，水厂位于城市北 面 1km。 （5）自然状况 城市土壤种类为砂质黏土，地下水位 6.00m，冰冻线深度 0.38m，年降水量 980mm， 最冷月平均为-5.2℃ ，最热月平均为 25.5℃ ；极端温度：最高 39.5℃ ，最低-7.5℃ 。主导风向： 夏季西南，冬季西北。

2 总体设计

2.1 工艺流程的

确定

根据《地面水环境质量标准》 （GB－3838－02） ，原水水质符合地面水Ⅲ类水质标准， 除浊度、菌落总数、大肠菌数偏高外，其余参数均符合《生活饮用水卫生标准》 （GB5749 －2006）的规定。 水厂水以地表水作为水源，工艺流程如图 1 所示。

混凝剂 原水 混 合 絮凝沉淀池

消毒剂 滤 池 清水池 二级泵房 用户

图 1 水处理工艺流程

2

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2.2 处理构筑物及设备型式选择

2.2.1 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。 投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵，不必另备计量设备，泵上有计量标志， 可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。

2.2.2 混合设备

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。

2.2.3 絮凝池

反应池作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。 目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、栅 条絮凝和折板絮凝。这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、 水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，从 工程造价来说，栅条造价为折板的 1/2，而隔板絮凝池占地较大，因此采用栅条絮凝。

2.2.4 沉淀池

原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离 出来以完成澄清的作用。

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设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应 性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因 采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。

2.2.5 滤池

采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜； 采用大阻力配水

系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大， 冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤 池作为过滤处理构筑物。

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。 采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管 网中有持续消毒杀菌作用。 虽然二氧化氯， 消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间， 但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应 用尚不多。

3 加药间设计计算

3.1 混凝剂投配设备的设计

水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂） ，通过混凝剂水解产物压缩胶体 颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高 聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。 混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投 法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺 流程如图 2 所示。

图 2 湿投法混凝处理工艺流程

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据试验： 图 3-1 不同混凝剂处理效果对比

已知计算水量 Q=6.8 万 m3/d=2834m3/h。 根据原水水质， 参考上图， 选碱式氯化铝 （PAC） 为混凝剂，据原水水质浊度判断，混凝剂的最大投药量 a=20mg/L，药容积的浓度 b=15%， 混凝剂每日配制次数 n=2 次。

混凝剂投加量参考值:

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。 1）溶液池容积按下式计算： aQ 16  2834   3.63 取 4m3 W 1= 417 bn 417  2 15 式中：a—混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/L） ，本设计取 18mg/L; Q—设计处理的水量，2834m3/h; B—溶液浓度（按商品固体重量计） ，一般采用 5%-20%，本设计取 15%； n—每日调制次数，一般不超过 3 次，本设计取 2 次。 溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置 2 个，每个容积为 W1（一备一用） ，以便交 替使用，保证连续投药。单池尺寸为 L  B  H  2.0  2.0 1.5 ，高度中包括超高 0.3m，置 于室内地面上.

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溶液池实际有效容积： W  2.0  2.0 1.2  4.8 m3 满足要求。 池旁设工作台，宽 1.0-1.5m，池底坡度为 0.02。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采用给水管 DN60mm，按 1h 放满考虑。 2） 溶解池容积 W 2

W 2  0.3W 1  0.3  4.0  1.2 m

3

式中： W 2 ——溶解池容积（m3 ） ，一般采用（0.2-0.3） W1 ；本设计取 0.3 W1 溶解池也设置为 2 池，单池尺寸： L  B  H  1.5 1.0 1.5 ，高度中包括超高 0.2m，底 部沉渣高度 0.2m，池底坡度采用 0.02。 溶解池实际有效容积： W  1.5 1.0 1.1  1.65 m3 溶解池的放水时间采用 t＝10min，则放水流量： W 1.2 1000 q0  2   2.0 L / s 60t 10  60 查水力计算表得放水管管径 d 0 ＝63mm， 相应流速 d0  0.73m / s , 1000 i  10.99 ,管材采用 硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径 d＝100mm 的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。 溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。 3)投药管 投药管流量

q W1  2 1000 4  2 1000   0.093 L / s 24  60  60 24  60  60

查水力计算表得投药管管径 d＝15mm，相应流速为 0.75m/s。 4) 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。 5) 计量投加设备 混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加 和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量， 浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。 计量泵每小时投加药量:

q W1 4   0.34 m 3 / h 12 12

式中： W1 ——溶液池容积（m3） 耐酸泵型号 25FYS-20 选用 2 台，一备一用.

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6) 药剂仓库 估算面积为 150m2，仓库与混凝剂室之间采用人力手推车投药,药剂仓库平面设计尺 寸为 10.0m× 15.0m。

4 混合设备设计计算

4.1 设计参数

设计总进水量为 Q=63250m3/d，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元， 投药管插入管径的 1/3 处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流 速 v=1m/s。计算草图如图 3-2。

图 4.2 管式静态混合器计算草图

4.2 设计计算

4.2.1 设计流量

Q=6.8 万 m3/d=2834m3/h=0.787m3/s

4.2.2 设计流速

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

4  0.787  1.00m 3.141.0

取 D=1000mm，则实际流速 V=1.12m/s.

4.2.3 混合单元数

按下式计算

N  2.36v -0.5 D -0.3  2.36  2.23 1.12 0.5 10.3

取 N=3，则混合器的混合长度为： L=1.1N*D=1.1×3×1=3.3m

4.2.4 混合时间

T L 3.3   2.95 s V 1.12

4.2.5 水头损失

2 1.43  2 1.43 1.122 h  N  0.4  N  0.4   3  0.275m 2g D 2g 1 2  9.8

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4.2.6 校核 GT 值

G gh 9800 0.275 -1  103

 895.192s  700 ~ 1000 -1） （ s T 1.14  2.95

水力条件符合要求

GT=895.192×2.95=2640.81（≥2000）

5 絮凝池

在絮凝池内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，当水流通过竖井内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。

5.1 平面布置

絮凝池分为两组 每组设计流量 Q=0.5×0.787=0.3935m/s 平面布置形式：采用 18 格，如下图 1 所示。

图 1 栅条絮凝池平面示意图

设计参数选取： 絮凝时间： T=12min=720s ，有效水深

H 0  4.5m （与后续沉淀池水深相配合） ，超高

0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高 0.6m； 絮凝池总高度为 H=4.5+0.3+0.6=5.4m 。 絮凝池分为三段： 前段放密栅条，初设过栅流速 中段放疏栅条，初设过栅流速

v1栅  0.25m / s

v2栅  0.22m / s

，竖井平均流速 ，竖井平均流速

v1井  0.12m / s

v2井  0.12m / s

； ；

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末段不放栅条，初设竖井平均流速 0.12m / s 。

5.2 平面尺寸计算

每组池子容积 单个竖井的平面面积

V  0.39 3  7 2 0 28 3 . 33 m 5  V 283.3 2 V0    3. 5 m 18H 0 18 4.5

竖井尺寸采用 1.8m*1.8m，内墙厚度取 0.2m，外墙厚度取 0.3m 池子总长 L=6*1.8+6*0.2+0.3*2+1.5*1.8=15.3m 宽 B=1.8*3+0.2*2+0.3*2=6.4m

5.3 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

0.3935  1.57 m 2  0.25 竖井中栅条面积为：. A1栅  2.9 -1.57  1.33m2

竖井过水断面面积为： A1水 

Q



单栅过水断面面积为： a1栅  1.8 0.05  0.09m A 1.33 所需栅条数为： ，取 M1=15 根 M1  1栅   14.8 （根） a1栅 0.09

2

两边靠池壁各放置栅条 1 根，中间排列放置 13 根，过水缝隙数为 16 个 平均过水缝宽 S1=(1800-19×50)/16=53.125mm 实际过栅流速 v1=0.3935/(16*1.8*0.053)=0.253m/s 中段放置疏栅条后 竖井过水断面面积为： A 2水 

Q

 2栅



0.3935  1.79m2 0.22

竖井中栅条面积为：A2 栅=2.9-1.79=1.11m2 2 单栅过水断面面积为： a1栅  1.8 0.05  0.09m

a2 栅=a1 栅

所需栅条数为：M2=1.11/0.09=12.3（根） ，取 M2=13 根 两边靠池壁各放置栅条 1 根，中间排列放置 11 根，过水缝隙数为 14 个 平均过水缝宽 S2=(1800-17*50)/15=63.33mm 实际过栅流速 v2=0.3935/(15*1.8*0.063)=0.231m/s

5.4 竖井隔墙孔洞尺寸

流量 竖井隔墙孔洞的过水面积＝ 过孔流速

竖井的孔洞面积为 0.3935/2*0.3=0.656m2 Q/2 0.3935 / 2   0.386 m 孔洞高度 h  V 1

.7 1.7  0.3

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5.5 各段水头损失

v12 v2 2 h   h1   h2   1   2 (m) 2g 2g

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；

1 －栅条阻力系数，前段取 1.0，中段取 0.9；

 2 －孔洞阻力系数，取 3.0；

v1 －竖井过栅流速，m/s；

v2 －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 3 个，单个竖井栅条层数 3 层，共计 9 层； 过栅流速 v1栅 =0.27m/s； 竖井隔墙 3 个孔洞，过孔流速分别为 v1孔  0.3m / s ， v2孔  0.28m / s ， v3孔  0.25m / s

则

 9 1.0  0.272 3  (0.32  0.282  0.252 )  m 2  9.81 2  9.81

2）第二段计算数据如下： 板层数=2+2+1=5；

竖井数 3 个，前面两个竖井每个设置栅条板 2 层，后一个设置栅条板 1 层，总共栅条 过栅流速 v2栅 =0.24m/s

竖井隔墙 3 个孔洞，过孔流速分别为 v1孔  0.22m / s ， v2孔  0.20m / s ， v3孔  0.18m / s v2 v2 h   h1   h2   1 1   2 2 2g 2g 则

 9 1.0 

0.272 3  (0.32  0.282  0.252 )  m 2  9.81 2  9.81

3）第二段计算数据如下：

v4孔  0.1m / s ， v5孔  0.1m / s

水流通过的孔洞数为 5，过孔流速为 v1孔  0.15m / s ， v2孔  0.12m / s ， v3孔  0.12m / s ，

h

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v2 2 h   h2    2 2g

则

 3 (0.32  0.28 2  0.25 2 )  m 2  9.81

5.6 各段停留时间

第一段 t1=V1/Q=1.8*1.8*4.5*3/0.3935=111.16≈2min 第二段和第三段 t2=t3=2min

6 沉淀池

采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底 部滑出。斜管材料采用厚 0.4mm 蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径 d=25mm，长 l=1000mm，斜管倾角θ = 60 。 如下图 1 所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。斜管与水平面成 60 0 角， 放置于沉淀池中。原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。水流自下向上流动，清水在池顶 用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。

图1

斜管沉淀池剖面图

6.1 设计水量

斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量 Q=0.3935m3/s 表面负荷取 q=9m/(m³/h)=2.5mm/s

6.2 沉淀池面积

1)清水区有效面积 F’ F’=0.3935/0.0025=157.4m2

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2)沉淀池初拟面积 F 斜管结构占用面积按 5％计，则 F= 1.05* F’ =1.05*157.4=165.27m2 初拟平面尺寸为 L1*B1=16m*10m 3)沉淀池建筑面积 F 建 斜管安装长度 L2  l cos  0.5m 考虑到安装间隙，长加 0.07m，宽加 0.1m L=L1 +L2 +0.07=16+0.5+0.07=16.57m 取 17m B=B1+0.1=10.1m 由于长度上已经考虑加长

，取 B=10m F 建=L*B= 17*10=170m2 >165.27m2 ,符合要求

6.3 池体高度

保护高 h1 =1.0m； 斜管高度 h2 = l  sin   1 sin 60 =0.87m； 配水区高度 h3 =1.5m； 清水区高度 h4 =1.2m； 池底穿孔排泥槽高 h5=0.75m. 则池体总高为

H  h1  h2  h3  h4  h5  1.0  0.87  1.5  1.2  0.75  5.32m

6.4 复核管内雷诺数及沉淀时间

1）管内流速 v 0  2.5 0    2.89 mm / s sin  sin 60 0 2）斜管水力半径 R c5 R  d / 4 0 . 6 2 m 3）雷诺数 Re R 0 0.625  0.289 Re    18.1  0.01 4）管内沉淀时间 t l 1000 t   346s  5.77 m i n  0 2.89

6.5 配水槽

配水槽宽 b=1m

6.6 集水系统

1) 集水槽个数 n=9 2) 集水槽中心距 a=L/n=16/9=1.78m

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3) 槽中流量 q0 = Q/n=0.3935/9=0.044m3/s 4) 槽中水深 H2 槽宽 b= 0.9q0 0.4=0.9*0.0440.4=0.26m 起点槽中水深 0.75b=0.195m，终点槽中水深 1.25b=0.33m 为方便施工，槽中水深统一按 H2=0.33m 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=0.58m 6) 孔眼计算 a.所需孔眼总面积ω 由 式中

q0   2 g h 得  

q0

 2 gh

q 0 －集水槽流量， m 3 / s ；

 －流量系数，取 0.62

h －孔口淹没水深，取 0.05m；

所以



0.044  0.07m 0.62 2  9.81 0.05

b.单孔面积 0 孔眼直径采用 d=30mm，则单孔面积  0  d 2  0.0007 m 2 4 c.孔眼个数 n   / 0 =0.07/0.0007=100(个) d.集水槽每边孔眼个数 n’ n’=n/2=50(个) e.孔眼中心距离 S0 S0=B/50=10/50=0.20m

6.7 排泥

采用穿孔排泥管，沿池宽（B=10m）横向铺设 6 条 V 形槽，槽宽 1.5m，槽壁倾角 450， 槽壁斜高 1.5m，排泥管上装快开闸门。

7 过滤池

7.1 滤池的布置

采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。

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7.2 滤池的设计计算

7.2.1 设计水量

Q=0.787m3/s 滤速 v=10m/h

7.2.2 冲洗强度

冲洗强度 q 按经验公式计算

q

式中

d m －滤料平均粒径；

43.2d m1.45 (e  0.35)1.632 (1  e) 0.632

e－滤层最大膨胀率，取 e=50%；

 －水的运动黏滞度，  1.44mm2 / s 。

砂滤料的有效直径 d10 =0.5mm 与 d m 对应的滤料不均匀系数 u=1.5 所以， d m =0.9u d10 =0.9×1.5×0.5=0.675mm 1.6 43.2  0.6751.45  0.5  0.35） 32 （ q  12L /( s  m 2 ) 0.632 （  0.5） 1.14 1 

7.2.3 滤池面积及高度

滤池总面积 F 

Q





0.787  3600  283 m 2 10

滤池个数采用 N=6 个，成双排对称布置 单池面积 f=F/N=283/6=47m2 每池平面尺寸采用 L×B=8m×6m 滤池高度 H H=H1+H2+H3+H4 其中： H —滤池高度 m

H 1 —承托层高度 m H 2 —滤料层高度 m

H 3 —

滤料层上水深 m

H 4 —超高 m

所以 H=0.45+0.7+1.8+0.3=3.25m

7.2.4 单池冲洗流量

q冲  fq  4712  564L / S

7.2.5 洗砂排水槽

(1)断面尺寸 两槽中心距采用 a=2.0m 排水槽个数 n1=L/a=8/2.0=4（个） 槽长 l=B=6m

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槽内流速，采用 0.6m/s 排水槽采用标准半圆形槽底断面形式。 2)设置高度 滤料层厚度采用 H n  0.7m 排水槽底厚度采用δ =0.05m

x

q0 1 2 1 0 0v0 0

槽顶位于滤层面以上的高度为：

H e  eHn  2.5x    c  1.075m C 取 0.075m e 取 0.5

7.2.6 集水渠

集水渠采用矩形断面，渠宽采用 b=0.75m (1)渠始端水深 Hq Hq=0.81(fq/1000b)2/3 =0.81*(47*12/1000*0.75)2/3 =0.67m (2)集水渠底低于排水槽底的高度 Hm Hm=Hq+0.2=0.67+0.2=0.87

7.2.7 配水系统

采用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠结构。 (1)配水干渠 干渠始端流速采用 v干  1.5m / s 干渠始端流量 Q 干=q 冲=0.564m³/s 干渠断面积 A=Q 干/ν (2)配水支管 支管中心距采用 s=0.25m 支管总数 n2=2L/S=2×8/0.25=64（根） 支管流量 Q 支=Q 干/n2=0.564/64=0.009m³/s 支管直径采用 d支  75mm ，流速 v支  2.15m / s B  (0.6  2  0.1)  2.55m 支管长度 l1  2 核算 l1 / d支  2.55/ 0.075  34  60 (3)支管孔眼 孔眼总面积Ω 与滤池面积 f 的比值 a，采用   0.24% ，则 Ω =α f=0.0024×47=0.113 孔径采用 d0  12mm  0.012m 单孔面积ω =π d0²/4=3.14*0.012²/4=113*10-6m²

干

=0.564/1.5=0.376 m 2 ，取 0.36 m 2

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孔眼总数 n3=Ω /ω =0.113/113*10-6 =1000(个) 每一支管孔眼数（分两排交错排列）为： n4=n3/n2=1000/64≈16(个) 孔眼中心距 s0=2l1/n4=2*2.55/16=0.32m 孔眼平均流速ν =q/(10α )=12/(10*0.24)=5m/s

7.2.8 冲洗水箱

冲洗水箱与滤池合建，置于滤池操作室屋顶上。 (1)容量 V 冲洗历时采用 t 0 =6min

V  1.5  (qft0  60) /1000  0.09qft0

=1.5*12*47*6*60/1000=305m³ 水箱内水深，采用 h箱  3.5m 圆形水箱直径 D 箱=（4V/π h 箱）=(4*305/π *3.5)½ =10.5m (2)设置高度 水箱底至冲洗排水箱的高差Δ H，由以下几部分组成。 a.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失 h1 管道流量 Q 冲=q 冲=0.564m/s 管径采用 D 冲=400mm，管长 l  70m 查水力计算表得： v冲  2.55m / s ， 1000i  13.5 冲洗管道上的主要配件及其局部阻力系数合计Σ ξ =7.38

h1  il冲   v2 / 2g  13.5 70/1000  7.38 2.552 /(2  9.81)  3.39 mH2O

b.配水系统水头损失 h2

h2 按经验公式计算 h2  8v干2 /(2g) 10v支2 /(2g)  8 1.52 /19.62  10  2.152 /19.62

=3.28mH2O

c.承托层水头损失 h3 d.滤料层水头损失 h4 式中

承托层厚度采用 H0=0.45m h3  0.022H0q  0.022  0.45 12  0.12 mH O 2 h4=ρ 2/(ρ 2-ρ 1)(1-m0)L0

2 －滤料

的密度，石英砂为 2.65t / m3 ；

1 －水的密度， t / m3 ；

m0 －滤料层膨胀前的孔隙率（石英砂为 0.41） ； L0 －滤料层厚度，m。

所以 h4=2.65/(2.65-1)(1-0.41)0.7=0.66mH2O e.备用水头 h5=1.5mH2O

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则Δ H=h1+h2+h3+h4+h5≈9.0mH2O

8 消毒

8.1 加药量的确定

水厂设计 6.8 万 m3/d=2834m3/h 最大投氯量为 a=3mg/L 加氯量为：

q  Qb

式中 q-每天的投加量（g/d） Q-设计水量（ m3 / d ）,Q=68000 m3 / d ; b-加氯量（ g / m3 ） ，一般采用 0.5~1.0 g / m3 ，b=1.0 g / m3 。

q  1.0  68000 68000 / d  68kg / d  2.84kg / h g

储氯量（按一个月考虑）为： G=30*24Q=30*24*8.50=6120Kg/月 可取 6000kg

8.2 加氯间的布置

设水厂所在地主导风向为夏季西南，冬季西北 ，按平坦地形设计，水源口位于水厂 西北方向 80m，水厂位于城市北面 1km。 在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每小时 8～12 次，并安装漏气探测器， 其位置在室内地面以上 20cm。设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到 2～3mg/kg 时即报 警，切换有关阀门，切断氯源，同时排风扇动作。 为搬运氯瓶方便，氯库内设单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶正上方，轨道通到氯库大 门以外。 加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关。 在加氯间引入一根 DN50 的给水管，水压大于 20mH2O，供加氯机投药用；在氯库引 入 DN32 给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用。

9 清水池

9.1 清水池的设计

(2)清水池的容积 水池的总有效容积

v  kQ

清水池的有效容积，包括调节、消防储水量和水厂自用水量，清

式中 k--经验系数， 10%~20%，取 10%； V--清水池总有效容积 （ m 3 ） Q--设计流量（ m3 / d ） ，Q=63250 m3 / d 。

v  0.1 63250 3  6325 3 m m

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清水池共建 2 座，则每座容积为

v1  6325/ 2m3  31625m3 .

（2）清水池尺寸设计 清水池单池面积

A v1 h

式中 A--每座清水池的面积（ m 2 ） ； h--有效水深（m） ，取 4.0m。

A V1 3162 .5   790 .6m 2 h 4

取清水池宽 B=15m，则清水池长 L 为 A 790 .6 L  m  52 .71m ，取 53m B 15 则清水池实际容积为 53×15×4 m 3 =3180 m 3 清水池超高 h1 取 0.5m，则总高为

H  h1  h2  4.5m

（3）管道系统 1）清水池进水管。 没池设 1 根进水管，则 Q=31625 m3 / d =366 L / s 管内流速 0.7~ 1.0 m / s ,取 0.8 m / s 。 则 D1 =0.79m，取 DN=800mm。 设计中取进水管径为 DN800，金属管实际流速 0.81 m / s 。 2）清水池出水管道。由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最大流 量计算

Q1  KQ 24

式中 Q1 --最大流量（ m3 / h ） ； K--时变化系数，一般采用 1.3~2.5； Q--

设计水量（ m3 / d ） 。 设计中取时变化系数 K=1.5，则 KQ 1.5  68000 Q1    4250 m3 / h  1.18m3 / s 24 24 没池一根出水管道，则 Q=0.59 m 3 / s ，出水管管内流速一般采用 0.7~1.0 m / s ，设计中 取 v1 =0.8 m / s ，则 D2 =0.96m， ；设计中取出水管管径为 DN1000，则流量最大时出水管内的 流速为 0.84 m / s 。 3)溢流管。溢流管直径与进水管相同，采用 DN800 的管径，在溢流管管端设喇叭口， 管道上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。

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4）放空管。清水池内的水在检修时需要放空，因此应设放空管。放空管按 2h 将池内 水放空计算，管内流速 v 取 1.2 m / s ，则管径为

D3 

式中

v v2  t  3600 0.785

D3 --放空管管径（m）

v2 --放空管管内流速（ m / s ）

t--放空时间（h） ，取 t=2h。

D3 

3180 m  0.685m 1.2  2  3600 0.785

设计中去排水管管径为 DN700。 5）清水池布置。 a.导流墙。在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间不 小于 30min。每座清水池内导流墙设置 2 条，间距为 5.0m，将清水池分成 3 格。在导流墙 底部每隔 1.0m 设 0.1×0.1m 的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。 b.检修孔。在清水池顶部设圆形检修孔 2 个，直径为 1200mm。 c.通气管。为了使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气孔，通气孔每 池共设 12 个，每格设 4 个，通气管的管径为 200mm，通气管伸出地面的高度高低错落， 便于空气流通。 d.覆土厚度。清水池顶部应有 0.5~1.0m 的覆土厚度，并加以绿化美化环境。此处取覆土厚 度为 1.0m。

10 水厂总体布置

10.1 水厂的平面布置

水厂的平面布置应考虑以下几点要求： 布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操作管理。但各构筑物之 间应留处必要的施工和检修间距和管道地位； 充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用； 各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此 外，有时也需要设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水 量采取应急措施； 建筑物布置应注意朝向和风向； 有条件时最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以 确保生产安全； 对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合 理性。还应该考虑分期施工方便。

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致谢

在以前的给水工程学习过程中，虽然对于水厂的一般工艺流程有了一个大概得了解， 但所学到的知

识仅限于课本上和老师在上课的时候所讲授的知识，只能对给水厂的设计有 一个知识轮廓，但是对于具体的设计方法还是不能很好的理解与掌握，仅仅依照于课本上 的知识来想象一个具体的水厂的设计，无异于“纸上谈兵” ！ 通过一周的给水工程课程设计，使我熟悉了给水工程的工艺流程，在做设计的过程中 能够把以前所学到的抽象的知识应用于具体的实践当中，对于以前知识的掌握也就更加牢 固。同时，在设计过程中不可避免的会遇到课本上没有见到或者是涉及到的知识点，这就 需要我们查阅各种资料来解决在现实的工程设计中所遇到的各种难题，比如说，许多的规 范，由于课本知识的侧重点可能有所不同，很多的具体规范课本上是没有的，或者不是最 新的。再比如，很多在具体工程中所用到的阀件也需要我们查阅具体的设计手册！在查阅 资料的过程中，我们不但解决了我们在设计过程中所遇到的难题，同时我们也学到了新的 关于给水工程工艺设计在具体的工程设计中能够用到的各种知识！ 通过课程设计锻炼了我们多方面的能力，为我们以后走入社会奠定了良好的基础，在 整个设计过程中得到了老师和同学的热情帮助，在此！再一次对他们表示诚挚的感谢！

参考文献

[1]给水排水设计手册（第 3、14 册） 北京：中国建筑工业出版社，1986 [2]崔玉川. 净水厂设计知识. 北京：中国建筑工业出版社，1999 [3]崔玉川. 给水厂处理设施设计计算. 北京：化学工业出版设，2003 [4]严煦世，范瑾初. 给水工程（第四版） 北京：中国建筑工业出版社，1999 [5]李亚峰，尹世君. 给水排水工程专业设计指南 北京：化学工业出版社 2003 [6]《室外给水规范》 （GB50013-2006）

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1 综述

1.1 课程设计目的

给水处理课程设计是“水质工程学”课程的重要实践教学环节。通过课程设计，使学 生能够巩固所学理论知识，热练掌握一般给水工程的设计要点、方法和步骤，学会使用有 关标准图集和设汁规范，提高运算和制图能力，培养解决实际问题的能力，能完成一般给 水厂施工图初步设计。

1.2 设计内容及要求

1.2.1 设计内容

1）设计计算说明书 水源的选择；厂址的选择；给水处理方案的选择；构筑物的选型、定位、竖向布置； 一个主要水处理构筑物计算说明。 2）设计图纸 水厂平面布置图；工艺流程图、净水构筑物高程布置图；一个主要水处理构筑物的施 工图（平面、剖面图） 。

1.2.2 设计要求

1）通过调查研究与收集有关资料，拟定设计方案，选择合理的设计方案。 2）课程设计说明书，应包括工程设计的主要原始资料、方案比较以及各系统的设备 选型分析，说明，参数选择，工艺设计计算与有关简图等，要求内容系统完整，计算正确， 论述简洁明了，文理通顺，书写工整，装订整齐。说明书一般应包括目录、前言、正文、 小结及参考文献等。 3）课程设计图纸应能较准确地表达设计意图，图面力求布局合理、紧凑、正确清晰， 符合制图标准，专业规范及有关规定，用工程字注文。图纸不少于 3 张（按 1 号图纸） 。

1.3 基本资料

该城市地处江苏北部地区，是一座中等城市，该市实施 10 年规划，规划拟建一座给 水处理厂，采用统一供水方式供给该市的工业企业及居民用水。 水厂设计基本资料如下： （1）水厂设计产水量：63250m3/d，考虑到水厂自用水和水量的损失，要乘以安全系 数 K=1.06，总处理水量 Q=63250×1.06=67045m3/d 。取为 6.8 万 m3/d=2834m3/h。 （2）水文及水文地质资料： 1）河流最高洪水位：32.50m 2）河流常水位： 3）枯水位： 30.50m 28.70m 最大流量：25.65m3/s 平均流量：14.85m3/s 最小流量：9.28m3/s

4）设计地面标高：37.5m

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（3）原水水质如下： 名称 浑浊度 色度 总硬度 PH 值 水温 溶解性固体 细菌总数 大肠菌群 ℃ mg/L 个/mL 个/L 计) 单位 NTU 度 mg/L(以 CaCO3 右 7.2 0～20 800 40000 290 检测结果 10－60 30 450（mg/L）左

（4）厂区地形：按平坦地形设计，水源口位于水厂西北方向 80m，水厂位于城市北 面 1km。 （5）自然状况 城市土壤种类为砂质黏土，地下水位 6.00m，冰冻线深度 0.38m，年降水量 980mm， 最冷月平均为-5.2℃ ，最热月平均为 25.5℃ ；极端温度：最高 39.5℃ ，最低-7.5℃ 。主导风向： 夏季西南，冬季西北。

2 总体设计

2.1 工艺流程的

确定

根据《地面水环境质量标准》 （GB－3838－02） ，原水水质符合地面水Ⅲ类水质标准， 除浊度、菌落总数、大肠菌数偏高外，其余参数均符合《生活饮用水卫生标准》 （GB5749 －2006）的规定。 水厂水以地表水作为水源，工艺流程如图 1 所示。

混凝剂 原水 混 合 絮凝沉淀池

消毒剂 滤 池 清水池 二级泵房 用户

图 1 水处理工艺流程

2

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2.2 处理构筑物及设备型式选择

2.2.1 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。 投药设备采用计量泵投加的方式。采用计量泵，不必另备计量设备，泵上有计量标志， 可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量，最适合用于混凝剂自动控制系统。

2.2.2 混合设备

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。

2.2.3 絮凝池

反应池作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。 目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、栅 条絮凝和折板絮凝。这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、 水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，从 工程造价来说，栅条造价为折板的 1/2，而隔板絮凝池占地较大，因此采用栅条絮凝。

2.2.4 沉淀池

原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离 出来以完成澄清的作用。

3

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设计采用斜管沉淀池，沉淀效率高、占地少。相比之下，平流式沉淀池虽然具有适应 性强、处理效果稳定和排泥效果好等特点，但是，平流式占地面积大。而且斜管沉淀池因 采用斜管组件，使沉淀效率大大提高，处理效果比平流沉淀池要好。

2.2.5 滤池

采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜； 采用大阻力配水

系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大， 冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤 池作为过滤处理构筑物。

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。 采用被广泛应用的氯及氯化物消毒，氯消毒的加氯过程操作简单，价格较低，且在管 网中有持续消毒杀菌作用。 虽然二氧化氯， 消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间， 但是由于二氧化氯价格昂贵，且其主要原料亚氯酸钠易爆炸，国内目前在净水处理方面应 用尚不多。

3 加药间设计计算

3.1 混凝剂投配设备的设计

水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂（或絮凝剂） ，通过混凝剂水解产物压缩胶体 颗粒的扩散层，达到胶粒脱稳而相互聚结；或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高 聚物的强烈吸附架桥作用，使胶粒被吸附粘结。 混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种，干投法指混凝剂为粉末固体直接投加，湿投 法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者，采用湿投法时，混凝处理工艺 流程如图 2 所示。

图 2 湿投法混凝处理工艺流程

4

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据试验： 图 3-1 不同混凝剂处理效果对比

已知计算水量 Q=6.8 万 m3/d=2834m3/h。 根据原水水质， 参考上图， 选碱式氯化铝 （PAC） 为混凝剂，据原水水质浊度判断，混凝剂的最大投药量 a=20mg/L，药容积的浓度 b=15%， 混凝剂每日配制次数 n=2 次。

混凝剂投加量参考值:

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。 1）溶液池容积按下式计算： aQ 16  2834   3.63 取 4m3 W 1= 417 bn 417  2 15 式中：a—混凝剂（碱式氯化铝）的最大投加量（mg/L） ，本设计取 18mg/L; Q—设计处理的水量，2834m3/h; B—溶液浓度（按商品固体重量计） ，一般采用 5%-20%，本设计取 15%； n—每日调制次数，一般不超过 3 次，本设计取 2 次。 溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置 2 个，每个容积为 W1（一备一用） ，以便交 替使用，保证连续投药。单池尺寸为 L  B  H  2.0  2.0 1.5 ，高度中包括超高 0.3m，置 于室内地面上.

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溶液池实际有效容积： W  2.0  2.0 1.2  4.8 m3 满足要求。 池旁设工作台，宽 1.0-1.5m，池底坡度为 0.02。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采用给水管 DN60mm，按 1h 放满考虑。 2） 溶解池容积 W 2

W 2  0.3W 1  0.3  4.0  1.2 m

3

式中： W 2 ——溶解池容积（m3 ） ，一般采用（0.2-0.3） W1 ；本设计取 0.3 W1 溶解池也设置为 2 池，单池尺寸： L  B  H  1.5 1.0 1.5 ，高度中包括超高 0.2m，底 部沉渣高度 0.2m，池底坡度采用 0.02。 溶解池实际有效容积： W  1.5 1.0 1.1  1.65 m3 溶解池的放水时间采用 t＝10min，则放水流量： W 1.2 1000 q0  2   2.0 L / s 60t 10  60 查水力计算表得放水管管径 d 0 ＝63mm， 相应流速 d0  0.73m / s , 1000 i  10.99 ,管材采用 硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径 d＝100mm 的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。 溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。 3)投药管 投药管流量

q W1  2 1000 4  2 1000   0.093 L / s 24  60  60 24  60  60

查水力计算表得投药管管径 d＝15mm，相应流速为 0.75m/s。 4) 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。 5) 计量投加设备 混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加 和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量， 浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。 计量泵每小时投加药量:

q W1 4   0.34 m 3 / h 12 12

式中： W1 ——溶液池容积（m3） 耐酸泵型号 25FYS-20 选用 2 台，一备一用.

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6) 药剂仓库 估算面积为 150m2，仓库与混凝剂室之间采用人力手推车投药,药剂仓库平面设计尺 寸为 10.0m× 15.0m。

4 混合设备设计计算

4.1 设计参数

设计总进水量为 Q=63250m3/d，水厂进水管投药口靠近水流方向的第一个混合单元， 投药管插入管径的 1/3 处，且投药管上多处开孔，使药液均匀分布，进水管采用两条，流 速 v=1m/s。计算草图如图 3-2。

图 4.2 管式静态混合器计算草图

4.2 设计计算

4.2.1 设计流量

Q=6.8 万 m3/d=2834m3/h=0.787m3/s

4.2.2 设计流速

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

4  0.787  1.00m 3.141.0

取 D=1000mm，则实际流速 V=1.12m/s.

4.2.3 混合单元数

按下式计算

N  2.36v -0.5 D -0.3  2.36  2.23 1.12 0.5 10.3

取 N=3，则混合器的混合长度为： L=1.1N*D=1.1×3×1=3.3m

4.2.4 混合时间

T L 3.3   2.95 s V 1.12

4.2.5 水头损失

2 1.43  2 1.43 1.122 h  N  0.4  N  0.4   3  0.275m 2g D 2g 1 2  9.8

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4.2.6 校核 GT 值

G gh 9800 0.275 -1  103

 895.192s  700 ~ 1000 -1） （ s T 1.14  2.95

水力条件符合要求

GT=895.192×2.95=2640.81（≥2000）

5 絮凝池

在絮凝池内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，当水流通过竖井内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。

5.1 平面布置

絮凝池分为两组 每组设计流量 Q=0.5×0.787=0.3935m/s 平面布置形式：采用 18 格，如下图 1 所示。

图 1 栅条絮凝池平面示意图

设计参数选取： 絮凝时间： T=12min=720s ，有效水深

H 0  4.5m （与后续沉淀池水深相配合） ，超高

0.3m，池底设泥斗及快开排泥阀排泥，泥斗高 0.6m； 絮凝池总高度为 H=4.5+0.3+0.6=5.4m 。 絮凝池分为三段： 前段放密栅条，初设过栅流速 中段放疏栅条，初设过栅流速

v1栅  0.25m / s

v2栅  0.22m / s

，竖井平均流速 ，竖井平均流速

v1井  0.12m / s

v2井  0.12m / s

； ；

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末段不放栅条，初设竖井平均流速 0.12m / s 。

5.2 平面尺寸计算

每组池子容积 单个竖井的平面面积

V  0.39 3  7 2 0 28 3 . 33 m 5  V 283.3 2 V0    3. 5 m 18H 0 18 4.5

竖井尺寸采用 1.8m*1.8m，内墙厚度取 0.2m，外墙厚度取 0.3m 池子总长 L=6*1.8+6*0.2+0.3*2+1.5*1.8=15.3m 宽 B=1.8*3+0.2*2+0.3*2=6.4m

5.3 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

0.3935  1.57 m 2  0.25 竖井中栅条面积为：. A1栅  2.9 -1.57  1.33m2

竖井过水断面面积为： A1水 

Q



单栅过水断面面积为： a1栅  1.8 0.05  0.09m A 1.33 所需栅条数为： ，取 M1=15 根 M1  1栅   14.8 （根） a1栅 0.09

2

两边靠池壁各放置栅条 1 根，中间排列放置 13 根，过水缝隙数为 16 个 平均过水缝宽 S1=(1800-19×50)/16=53.125mm 实际过栅流速 v1=0.3935/(16*1.8*0.053)=0.253m/s 中段放置疏栅条后 竖井过水断面面积为： A 2水 

Q

 2栅



0.3935  1.79m2 0.22

竖井中栅条面积为：A2 栅=2.9-1.79=1.11m2 2 单栅过水断面面积为： a1栅  1.8 0.05  0.09m

a2 栅=a1 栅

所需栅条数为：M2=1.11/0.09=12.3（根） ，取 M2=13 根 两边靠池壁各放置栅条 1 根，中间排列放置 11 根，过水缝隙数为 14 个 平均过水缝宽 S2=(1800-17*50)/15=63.33mm 实际过栅流速 v2=0.3935/(15*1.8*0.063)=0.231m/s

5.4 竖井隔墙孔洞尺寸

流量 竖井隔墙孔洞的过水面积＝ 过孔流速

竖井的孔洞面积为 0.3935/2*0.3=0.656m2 Q/2 0.3935 / 2   0.386 m 孔洞高度 h  V 1

.7 1.7  0.3

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5.5 各段水头损失

v12 v2 2 h   h1   h2   1   2 (m) 2g 2g

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；

1 －栅条阻力系数，前段取 1.0，中段取 0.9；

 2 －孔洞阻力系数，取 3.0；

v1 －竖井过栅流速，m/s；

v2 －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 3 个，单个竖井栅条层数 3 层，共计 9 层； 过栅流速 v1栅 =0.27m/s； 竖井隔墙 3 个孔洞，过孔流速分别为 v1孔  0.3m / s ， v2孔  0.28m / s ， v3孔  0.25m / s

则

 9 1.0  0.272 3  (0.32  0.282  0.252 )  m 2  9.81 2  9.81

2）第二段计算数据如下： 板层数=2+2+1=5；

竖井数 3 个，前面两个竖井每个设置栅条板 2 层，后一个设置栅条板 1 层，总共栅条 过栅流速 v2栅 =0.24m/s

竖井隔墙 3 个孔洞，过孔流速分别为 v1孔  0.22m / s ， v2孔  0.20m / s ， v3孔  0.18m / s v2 v2 h   h1   h2   1 1   2 2 2g 2g 则

 9 1.0 

0.272 3  (0.32  0.282  0.252 )  m 2  9.81 2  9.81

3）第二段计算数据如下：

v4孔  0.1m / s ， v5孔  0.1m / s

水流通过的孔洞数为 5，过孔流速为 v1孔  0.15m / s ， v2孔  0.12m / s ， v3孔  0.12m / s ，

h

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v2 2 h   h2    2 2g

则

 3 (0.32  0.28 2  0.25 2 )  m 2  9.81

5.6 各段停留时间

第一段 t1=V1/Q=1.8*1.8*4.5*3/0.3935=111.16≈2min 第二段和第三段 t2=t3=2min

6 沉淀池

采用上向流斜管沉淀池，水从斜管底部流入，沿管壁向上流动，上部出水，泥渣由底 部滑出。斜管材料采用厚 0.4mm 蜂窝六边形塑料板，管的内切圆直径 d=25mm，长 l=1000mm，斜管倾角θ = 60 。 如下图 1 所示，斜管区由六角形截面的蜂窝状斜管组件组成。斜管与水平面成 60 0 角， 放置于沉淀池中。原水经过絮凝池转入斜管沉淀池下部。水流自下向上流动，清水在池顶 用穿孔集水管收集；污泥则在池底也用穿孔排泥管收集，排入下水道。

图1

斜管沉淀池剖面图

6.1 设计水量

斜管沉淀池也设置两组，每组设计流量 Q=0.3935m3/s 表面负荷取 q=9m/(m³/h)=2.5mm/s

6.2 沉淀池面积

1)清水区有效面积 F’ F’=0.3935/0.0025=157.4m2

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2)沉淀池初拟面积 F 斜管结构占用面积按 5％计，则 F= 1.05* F’ =1.05*157.4=165.27m2 初拟平面尺寸为 L1*B1=16m*10m 3)沉淀池建筑面积 F 建 斜管安装长度 L2  l cos  0.5m 考虑到安装间隙，长加 0.07m，宽加 0.1m L=L1 +L2 +0.07=16+0.5+0.07=16.57m 取 17m B=B1+0.1=10.1m 由于长度上已经考虑加长

，取 B=10m F 建=L*B= 17*10=170m2 >165.27m2 ,符合要求

6.3 池体高度

保护高 h1 =1.0m； 斜管高度 h2 = l  sin   1 sin 60 =0.87m； 配水区高度 h3 =1.5m； 清水区高度 h4 =1.2m； 池底穿孔排泥槽高 h5=0.75m. 则池体总高为

H  h1  h2  h3  h4  h5  1.0  0.87  1.5  1.2  0.75  5.32m

6.4 复核管内雷诺数及沉淀时间

1）管内流速 v 0  2.5 0    2.89 mm / s sin  sin 60 0 2）斜管水力半径 R c5 R  d / 4 0 . 6 2 m 3）雷诺数 Re R 0 0.625  0.289 Re    18.1  0.01 4）管内沉淀时间 t l 1000 t   346s  5.77 m i n  0 2.89

6.5 配水槽

配水槽宽 b=1m

6.6 集水系统

1) 集水槽个数 n=9 2) 集水槽中心距 a=L/n=16/9=1.78m

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3) 槽中流量 q0 = Q/n=0.3935/9=0.044m3/s 4) 槽中水深 H2 槽宽 b= 0.9q0 0.4=0.9*0.0440.4=0.26m 起点槽中水深 0.75b=0.195m，终点槽中水深 1.25b=0.33m 为方便施工，槽中水深统一按 H2=0.33m 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=0.58m 6) 孔眼计算 a.所需孔眼总面积ω 由 式中

q0   2 g h 得  

q0

 2 gh

q 0 －集水槽流量， m 3 / s ；

 －流量系数，取 0.62

h －孔口淹没水深，取 0.05m；

所以



0.044  0.07m 0.62 2  9.81 0.05

b.单孔面积 0 孔眼直径采用 d=30mm，则单孔面积  0  d 2  0.0007 m 2 4 c.孔眼个数 n   / 0 =0.07/0.0007=100(个) d.集水槽每边孔眼个数 n’ n’=n/2=50(个) e.孔眼中心距离 S0 S0=B/50=10/50=0.20m

6.7 排泥

采用穿孔排泥管，沿池宽（B=10m）横向铺设 6 条 V 形槽，槽宽 1.5m，槽壁倾角 450， 槽壁斜高 1.5m，排泥管上装快开闸门。

7 过滤池

7.1 滤池的布置

采用双排布置，按单层滤料设计，采用石英砂作为滤料。

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7.2 滤池的设计计算

7.2.1 设计水量

Q=0.787m3/s 滤速 v=10m/h

7.2.2 冲洗强度

冲洗强度 q 按经验公式计算

q

式中

d m －滤料平均粒径；

43.2d m1.45 (e  0.35)1.632 (1  e) 0.632

e－滤层最大膨胀率，取 e=50%；

 －水的运动黏滞度，  1.44mm2 / s 。

砂滤料的有效直径 d10 =0.5mm 与 d m 对应的滤料不均匀系数 u=1.5 所以， d m =0.9u d10 =0.9×1.5×0.5=0.675mm 1.6 43.2  0.6751.45  0.5  0.35） 32 （ q  12L /( s  m 2 ) 0.632 （  0.5） 1.14 1 

7.2.3 滤池面积及高度

滤池总面积 F 

Q





0.787  3600  283 m 2 10

滤池个数采用 N=6 个，成双排对称布置 单池面积 f=F/N=283/6=47m2 每池平面尺寸采用 L×B=8m×6m 滤池高度 H H=H1+H2+H3+H4 其中： H —滤池高度 m

H 1 —承托层高度 m H 2 —滤料层高度 m

H 3 —

滤料层上水深 m

H 4 —超高 m

所以 H=0.45+0.7+1.8+0.3=3.25m

7.2.4 单池冲洗流量

q冲  fq  4712  564L / S

7.2.5 洗砂排水槽

(1)断面尺寸 两槽中心距采用 a=2.0m 排水槽个数 n1=L/a=8/2.0=4（个） 槽长 l=B=6m

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槽内流速，采用 0.6m/s 排水槽采用标准半圆形槽底断面形式。 2)设置高度 滤料层厚度采用 H n  0.7m 排水槽底厚度采用δ =0.05m

x

q0 1 2 1 0 0v0 0

槽顶位于滤层面以上的高度为：

H e  eHn  2.5x    c  1.075m C 取 0.075m e 取 0.5

7.2.6 集水渠

集水渠采用矩形断面，渠宽采用 b=0.75m (1)渠始端水深 Hq Hq=0.81(fq/1000b)2/3 =0.81*(47*12/1000*0.75)2/3 =0.67m (2)集水渠底低于排水槽底的高度 Hm Hm=Hq+0.2=0.67+0.2=0.87

7.2.7 配水系统

采用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠结构。 (1)配水干渠 干渠始端流速采用 v干  1.5m / s 干渠始端流量 Q 干=q 冲=0.564m³/s 干渠断面积 A=Q 干/ν (2)配水支管 支管中心距采用 s=0.25m 支管总数 n2=2L/S=2×8/0.25=64（根） 支管流量 Q 支=Q 干/n2=0.564/64=0.009m³/s 支管直径采用 d支  75mm ，流速 v支  2.15m / s B  (0.6  2  0.1)  2.55m 支管长度 l1  2 核算 l1 / d支  2.55/ 0.075  34  60 (3)支管孔眼 孔眼总面积Ω 与滤池面积 f 的比值 a，采用   0.24% ，则 Ω =α f=0.0024×47=0.113 孔径采用 d0  12mm  0.012m 单孔面积ω =π d0²/4=3.14*0.012²/4=113*10-6m²

干

=0.564/1.5=0.376 m 2 ，取 0.36 m 2

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孔眼总数 n3=Ω /ω =0.113/113*10-6 =1000(个) 每一支管孔眼数（分两排交错排列）为： n4=n3/n2=1000/64≈16(个) 孔眼中心距 s0=2l1/n4=2*2.55/16=0.32m 孔眼平均流速ν =q/(10α )=12/(10*0.24)=5m/s

7.2.8 冲洗水箱

冲洗水箱与滤池合建，置于滤池操作室屋顶上。 (1)容量 V 冲洗历时采用 t 0 =6min

V  1.5  (qft0  60) /1000  0.09qft0

=1.5*12*47*6*60/1000=305m³ 水箱内水深，采用 h箱  3.5m 圆形水箱直径 D 箱=（4V/π h 箱）=(4*305/π *3.5)½ =10.5m (2)设置高度 水箱底至冲洗排水箱的高差Δ H，由以下几部分组成。 a.水箱与滤池间冲洗管道的水头损失 h1 管道流量 Q 冲=q 冲=0.564m/s 管径采用 D 冲=400mm，管长 l  70m 查水力计算表得： v冲  2.55m / s ， 1000i  13.5 冲洗管道上的主要配件及其局部阻力系数合计Σ ξ =7.38

h1  il冲   v2 / 2g  13.5 70/1000  7.38 2.552 /(2  9.81)  3.39 mH2O

b.配水系统水头损失 h2

h2 按经验公式计算 h2  8v干2 /(2g) 10v支2 /(2g)  8 1.52 /19.62  10  2.152 /19.62

=3.28mH2O

c.承托层水头损失 h3 d.滤料层水头损失 h4 式中

承托层厚度采用 H0=0.45m h3  0.022H0q  0.022  0.45 12  0.12 mH O 2 h4=ρ 2/(ρ 2-ρ 1)(1-m0)L0

2 －滤料

的密度，石英砂为 2.65t / m3 ；

1 －水的密度， t / m3 ；

m0 －滤料层膨胀前的孔隙率（石英砂为 0.41） ； L0 －滤料层厚度，m。

所以 h4=2.65/(2.65-1)(1-0.41)0.7=0.66mH2O e.备用水头 h5=1.5mH2O

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则Δ H=h1+h2+h3+h4+h5≈9.0mH2O

8 消毒

8.1 加药量的确定

水厂设计 6.8 万 m3/d=2834m3/h 最大投氯量为 a=3mg/L 加氯量为：

q  Qb

式中 q-每天的投加量（g/d） Q-设计水量（ m3 / d ）,Q=68000 m3 / d ; b-加氯量（ g / m3 ） ，一般采用 0.5~1.0 g / m3 ，b=1.0 g / m3 。

q  1.0  68000 68000 / d  68kg / d  2.84kg / h g

储氯量（按一个月考虑）为： G=30*24Q=30*24*8.50=6120Kg/月 可取 6000kg

8.2 加氯间的布置

设水厂所在地主导风向为夏季西南，冬季西北 ，按平坦地形设计，水源口位于水厂 西北方向 80m，水厂位于城市北面 1km。 在加氯间、氯库低处各设排风扇一个，换气量每小时 8～12 次，并安装漏气探测器， 其位置在室内地面以上 20cm。设置漏气报警仪，当检测的漏气量达到 2～3mg/kg 时即报 警，切换有关阀门，切断氯源，同时排风扇动作。 为搬运氯瓶方便，氯库内设单轨电动葫芦一个，轨道在氯瓶正上方，轨道通到氯库大 门以外。 加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱，照明和通风设备在室外设开关。 在加氯间引入一根 DN50 的给水管，水压大于 20mH2O，供加氯机投药用；在氯库引 入 DN32 给水管，通向氯瓶上空，供喷淋用。

9 清水池

9.1 清水池的设计

(2)清水池的容积 水池的总有效容积

v  kQ

清水池的有效容积，包括调节、消防储水量和水厂自用水量，清

式中 k--经验系数， 10%~20%，取 10%； V--清水池总有效容积 （ m 3 ） Q--设计流量（ m3 / d ） ，Q=63250 m3 / d 。

v  0.1 63250 3  6325 3 m m

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清水池共建 2 座，则每座容积为

v1  6325/ 2m3  31625m3 .

（2）清水池尺寸设计 清水池单池面积

A v1 h

式中 A--每座清水池的面积（ m 2 ） ； h--有效水深（m） ，取 4.0m。

A V1 3162 .5   790 .6m 2 h 4

取清水池宽 B=15m，则清水池长 L 为 A 790 .6 L  m  52 .71m ，取 53m B 15 则清水池实际容积为 53×15×4 m 3 =3180 m 3 清水池超高 h1 取 0.5m，则总高为

H  h1  h2  4.5m

（3）管道系统 1）清水池进水管。 没池设 1 根进水管，则 Q=31625 m3 / d =366 L / s 管内流速 0.7~ 1.0 m / s ,取 0.8 m / s 。 则 D1 =0.79m，取 DN=800mm。 设计中取进水管径为 DN800，金属管实际流速 0.81 m / s 。 2）清水池出水管道。由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最大流 量计算

Q1  KQ 24

式中 Q1 --最大流量（ m3 / h ） ； K--时变化系数，一般采用 1.3~2.5； Q--

设计水量（ m3 / d ） 。 设计中取时变化系数 K=1.5，则 KQ 1.5  68000 Q1    4250 m3 / h  1.18m3 / s 24 24 没池一根出水管道，则 Q=0.59 m 3 / s ，出水管管内流速一般采用 0.7~1.0 m / s ，设计中 取 v1 =0.8 m / s ，则 D2 =0.96m， ；设计中取出水管管径为 DN1000，则流量最大时出水管内的 流速为 0.84 m / s 。 3)溢流管。溢流管直径与进水管相同，采用 DN800 的管径，在溢流管管端设喇叭口， 管道上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。

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4）放空管。清水池内的水在检修时需要放空，因此应设放空管。放空管按 2h 将池内 水放空计算，管内流速 v 取 1.2 m / s ，则管径为

D3 

式中

v v2  t  3600 0.785

D3 --放空管管径（m）

v2 --放空管管内流速（ m / s ）

t--放空时间（h） ，取 t=2h。

D3 

3180 m  0.685m 1.2  2  3600 0.785

设计中去排水管管径为 DN700。 5）清水池布置。 a.导流墙。在清水池内设置导流墙，以防止池内出现死角，保证氯与水的接触时间不 小于 30min。每座清水池内导流墙设置 2 条，间距为 5.0m，将清水池分成 3 格。在导流墙 底部每隔 1.0m 设 0.1×0.1m 的过水方孔，使清水池清洗时排水方便。 b.检修孔。在清水池顶部设圆形检修孔 2 个，直径为 1200mm。 c.通气管。为了使清水池内空气流通，保证水质新鲜，在清水池顶部设通气孔，通气孔每 池共设 12 个，每格设 4 个，通气管的管径为 200mm，通气管伸出地面的高度高低错落， 便于空气流通。 d.覆土厚度。清水池顶部应有 0.5~1.0m 的覆土厚度，并加以绿化美化环境。此处取覆土厚 度为 1.0m。

10 水厂总体布置

10.1 水厂的平面布置

水厂的平面布置应考虑以下几点要求： 布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，并便于操作管理。但各构筑物之 间应留处必要的施工和检修间距和管道地位； 充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用； 各构筑物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此 外，有时也需要设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时，为保证必须供应的水 量采取应急措施； 建筑物布置应注意朝向和风向； 有条件时最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以 确保生产安全； 对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合 理性。还应该考虑分期施工方便。

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致谢

在以前的给水工程学习过程中，虽然对于水厂的一般工艺流程有了一个大概得了解， 但所学到的知

识仅限于课本上和老师在上课的时候所讲授的知识，只能对给水厂的设计有 一个知识轮廓，但是对于具体的设计方法还是不能很好的理解与掌握，仅仅依照于课本上 的知识来想象一个具体的水厂的设计，无异于“纸上谈兵” ！ 通过一周的给水工程课程设计，使我熟悉了给水工程的工艺流程，在做设计的过程中 能够把以前所学到的抽象的知识应用于具体的实践当中，对于以前知识的掌握也就更加牢 固。同时，在设计过程中不可避免的会遇到课本上没有见到或者是涉及到的知识点，这就 需要我们查阅各种资料来解决在现实的工程设计中所遇到的各种难题，比如说，许多的规 范，由于课本知识的侧重点可能有所不同，很多的具体规范课本上是没有的，或者不是最 新的。再比如，很多在具体工程中所用到的阀件也需要我们查阅具体的设计手册！在查阅 资料的过程中，我们不但解决了我们在设计过程中所遇到的难题，同时我们也学到了新的 关于给水工程工艺设计在具体的工程设计中能够用到的各种知识！ 通过课程设计锻炼了我们多方面的能力，为我们以后走入社会奠定了良好的基础，在 整个设计过程中得到了老师和同学的热情帮助，在此！再一次对他们表示诚挚的感谢！

参考文献

[1]给水排水设计手册（第 3、14 册） 北京：中国建筑工业出版社，1986 [2]崔玉川. 净水厂设计知识. 北京：中国建筑工业出版社，1999 [3]崔玉川. 给水厂处理设施设计计算. 北京：化学工业出版设，2003 [4]严煦世，范瑾初. 给水工程（第四版） 北京：中国建筑工业出版社，1999 [5]李亚峰，尹世君. 给水排水工程专业设计指南 北京：化学工业出版社 2003 [6]《室外给水规范》 （GB50013-2006）

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