水厂设计说明书

设计任务书

一、设计原始资料

1、自然资料

1)气温：平均最高气温35℃，平均最低气温-6℃，平均温度15℃

2)土壤：冻土深度0.8m。

3)全年主导风向：西北风，平均风速是1.6m/s。

2、地质资料：本地区5级地震区，地下水位低于地面10m。

3、水源位置：水源取水口位于水厂北方向5km处，水厂位于城市北面1km。

4、水厂工作情况：昼夜均匀工作，厂区地势平坦。

5、水源水质分析资料：

设计水量3.6万m3/d（不包括水厂自用水量）

二、设计内容

1、选择净水构筑物形式及其组成。

2、进行构筑物与主要管道的水力计算并决定其尺寸。

3、水厂平面布置。

包括：各种生产性构（建）筑物、辅助生产构（建）筑物及附属生活构（建）筑物的平面定位；生产管线、阀门、排水管道、阀门井、检查井的布置定位。

4、水厂高程布置

确定各生产构筑物的标高、水面标高、管线的埋深及标高。

三、设计成果

1、设计计算说明书一份。

2、水厂平面布置图（比例为1:200或1:100）

3、水厂高程布置图（比例为1:100或1:50）

设计说明书

一、设计原始资料

1、自然资料

1)气温：平均最高气温35℃，平均最低气温-6℃，平均温度15℃

2)土壤：冻土深度0.8m。

3)全年主导风向：西北风，平均风速是1.6m/s。

2、地质资料：本地区5级地震区，地下水位低于地面10m。

3、水源位置：水源取水口位于水厂北方向5km处，水厂位于城市北面1km。

4、水厂工作情况：昼夜均匀工作，厂区地势平坦。

5、水源水质分析资料：

二、设计内容

1、原水水质分析及工艺流程的选择

由水源水质分析资料可知，原水最高浊度500度，超过了《生活饮用水水质标准》中的规定，故需去除浊度；细菌总数12000个/ml，大肠杆菌3000个/L，大大超过了《生活饮用水卫生标

准》中的规定，故需进行消毒灭菌；水源PH值为7.0~7.5,符合《生活饮用水卫生标准》中的规定，所以不需处理和调整；原水硬度以及铁锰铜的含量较低（总硬度450mg/L，铁0.3mg/L，锰0.1mg/L,铜1.0mg/L），已经符合水质要求，同时原水色度较高（10~15度）,略有臭味，原水没有受到有机物的污染。

根据以上水质分析，可以确定净水处理工艺流程。合理的净水工艺流程是水厂保证供水水质的关键，净水工艺流程应根据原水水质和设计生产能力等因素综合考虑确定。本设计采用的净水工艺流程如下：

同时考虑安全供水，采用两条生产线，详见水厂平面布置图。

2、各构筑物与主要管道的水力计算并确定其尺寸

(1)混合设备

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基本条件，混合是取得良好絮凝效果的重要前提。影响混合效果的因素很多，如药剂的品种、浓度、原水温度、水中颗粒的性质和大小等。混合设备的基本要求是药剂与水混合快速均匀，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。

混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。由于水力混合难以适应水量和水温等条件的变化，且占地大，基建投资高；水泵混合适用于取水泵房较水厂处理构筑物近（≤150m）的水厂，但由资料可知，水源取水口位于水厂北方向5km处，故不宜采用水泵混合；机械混合耗能大，维护管理复杂，相比之下，管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实现瞬时混合的理想设备，管式混合具有占地小，投资省，设备简单，混合效果好，

管理方便等优点而具有较大的优越性。本设计采用管式静态混合器对药剂与水进行混合，设计两个管式静态混合器。 管式静态混合器的设计

A 、已知条件 设计水量为3.6万m 3

/d ，水厂自用水量取总用水量的10%，则进水量为3.6*1.1=3.96万m 3/d ，水厂进水管投药口至絮凝池距离为5m ，进水管采用两条铸铁管DN500。 时用水量Q H =3.96*10000/24=1650m 3/h B 、设计计算

1)进水管流速v 根据d=500mm ，q=1650/(3600*2)=0.229 m 3

/s

查水力计算表知v=1.17m/s,1000i=3.64,则水头损失为: H=il=3.64*5/1000=0.02m 2）混合器选择

选用管式静态混合器，规格铸铁管DN500，见下图

混合静态混合器

（2）混凝剂

A 、混凝剂的选择: 选择碱式氯化铝（[]m n n Cl OH Al -62)(）（10%）作为水处理用混凝剂。因为碱式氯化铝本身无害，据全国各地使用情况，净化后的生活用水一般符合国家饮用水水质卫生标准，所以选择碱式氯化铝作为水处理混凝剂是一个较好的选择。

B 、混凝剂投加量的确定：据原水浑浊度最高值500 mg/L 以及混凝剂投加量参考值（下表）确定设计投加量为25 mg/L

混凝剂投加量参考值表

为便于自动化管理，本设计选用计量泵投加：计量准确，可以实现自控。

压力管DN500

计量泵

溶液池

DN15

投药管计量泵投加

(3)溶解池和溶液池

A 、 溶液池建设两组，以便于交替使用，即一用一备，保证连续投药。

溶液池的容积 W 2=aQ/417cn ，其中a=25mg/L ，每天补充溶液池药剂的次数为两次，即n=2，溶液浓度为10%。所以有

令溶液池的长宽均为2.0m ，则有效水深为1.3m ，同时，加上0.2m 作为水池的保护高，再加上0.1m 用来贮存残渣，则池深为1.6m 。所以，溶液池的尺寸为2.0x2.0x1.6,容积为6.4。池底坡度为0.02，并设置d=100mm 的排泥管一只，采用硬聚氯乙烯塑料管。

B 、溶解池的容积为溶液池的0.3倍，即W 1=0.3W 2=0.3*6.4=1.92m 3

，溶解池的长宽均为1.4m ，则有效水深为1.0m ，同时，加上0.2m 的保护高，再加上贮存残渣的高度0.1m ，则池深为1.3m 。 所以溶解池的尺寸为 1.4x1.4x1.3。为减小劳动量，同溶液池一样，池底坡度为0.02，设置d=100mm 的排泥管一只, 采用硬聚氯乙烯塑料管。

溶解池放水时间采用10min ，则放水流量为

查水力计算表可得d 0=70mm ，流速v=0.91m/s,比阻i=0.0309。 B 、 溶解池搅拌设备

溶解池搅拌设备采用固定平桨板搅拌机。 C 、 投药管

投药管流量：

q=

606024100022????W =60

60241000

295.4????=0.114L/S 。

查水力计算表可知，投药管管径d=15mm ，相应流速为v=0.69m/s

(2)絮凝设备

絮凝设备的基本要求是，原水与药剂混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体，絮凝池形式较多，应用较普遍的是隔板絮凝池和机械絮凝池。由于隔板絮凝池通常用于大、中型水厂，因为水量过小时，隔板间距过狭不方便施工和维修，而机械絮凝池适用于大、中、小型任何水厂，故此处设计采用机械絮凝池。

将机械絮凝池分为四组，即每一条生产线两组，每组絮凝池分为三个格池，机械絮凝池利用电动机经减速装置驱动搅拌机进行搅拌，故水流的能量消耗来源于搅拌机的功率输入。由于处理规模不大，搅拌轴的安装位置采用垂直轴式，各格均安装一台搅拌机，为适应絮凝体形成规律，第一格搅拌强度最大，而后逐格减小，从而速度梯度G 值也相应由大到小。搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积，由计算决定。

此处采用桨板式机械絮凝池， 设计应符合以下几点要求: ① 絮凝时间一般为15~20min ；

② 池内一般设3~4档搅拌机。各搅拌机之间用隔墙分开以防止水流短路。隔墙上下交错开

孔。开孔面积按穿孔流速决定。穿孔流速以不大于下一档桨板外缘线速度为宜。为增加水流紊动性，在每格池子的池壁上设置固定挡板。

③ 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度通过计算确定。线速度宜自第一档0.5m/s 起逐渐

减小至末档的0.2m/s 。

④ 每台搅拌器上桨板总面积宜为水流截面积的10~20%,不宜超过25%，以免池水随桨板同

步旋转，降低搅拌效果。

A 、絮凝池尺寸

设计流量Q s =1650m 3/h,则每组的池子的设计流量为Q j =Q s /4=412.5m 3

/h 。 絮凝时间取20min ，絮凝池每个格池有效容积为：

取46m

3

长宽均为3.5m ，则水池的水深为3.76m ，超高0.24m ，则水池的池深为4.0 m 。每个格池之间用120mm 的墙体分隔开。所以每组絮凝池的尺寸为3.5x10.8x4.0。

B、搅拌设备

1）叶轮及桨板的尺寸

叶轮直径采用池宽的50%，即D=3.5x0.5=1.75m。

叶轮浆板中心点线速度采v1=0.5m/s,v2=0.35m/s,v3=0.2m/s。

桨板长度l=0.7D=1.75x0.7=1.225m。

桨板宽度b=0.1m

旋转桨板面积为8x0.1x1.225=0.98m2

固定挡板面积为1 m2

挡板面积占总过水断面面积的百分数为（0.98+1）/3.5x3.76=15%符合要求

2）叶轮消耗的能量

外侧桨板r2=0.85m,r2=0.75m;内侧桨板r2=0.45m,r2=0.35m。r0=0.4m。内外桨板各4块。

设浆板相对于水流的线速度等于桨板旋转线速度的0.75倍，则相对于水流的叶轮转速为: ω1=0.75 v1/r0=0.75*0.5/0.4=0.92rad/s

ω2=0.75 v2/r0=0.75*0.35/0.4=0.66rad/s

ω3=0.75 v3/r0=0.75*0.2/0.4=0.37rad/s

则消耗的功率为:

3）絮凝池所需的总功率

P=121.5+44.9+7.9=174.3w

4）校核

第一格

第二格

第三格

絮凝池总平均速度梯度

经核算，G和GT均符合要求

（3）沉淀池

根据浅池理论，增加沉淀面积，减小下降深度，可以提高沉淀效率。为保证沉淀完全，采用斜板沉淀池。沉淀池分为两组，即每条生产线一组。采用侧向流进水，斜板与水平面夹角为60°。同时在池底设置刮泥设备。每组池底有200mm的排泥管四只。

A、设计流量

Q=Q S/2=0.23m3/s

颗粒的沉降速度

B、设计采用数据

有效系数0.75

斜板水平倾角60°

斜板板长 l=1.5m

斜板间距 P=0.1m

沉淀池水平流速v=0.02m/s

C、斜板面积

D、斜板高度

E、沉淀池宽度

池宽B= Q/vh=0.23/(0.02×1.3)=8.8m

F、沉淀池长度

斜板间隔数N=B/P=8.8/0.1=88

斜板组合全长L=A f,/N1=1534/(88*1.5)=11.6=12m

G、沉淀池高度

H=h+保护高+积泥高度+配水区高度+水面=1.3+0.3+0.95+1.45+0.8=4.5m

H、复核颗粒沉降需要长度

颗粒沉降需要的长度12m

可满足沉淀需要的长度

(4)滤池

本厂采用双层滤料滤池。普通快滤池具有历史悠久，工作稳定，方便管理的特点。适合各种规模的水厂。但是，过滤效果不是十分理想，为改善滤后水质，采用双层滤料，分别为石英砂（粒径0.5-1.2mm，厚度为0.3m）和无烟煤（粒径0.9-1.8mm，厚度为0.4m）。同上，分为两组，每条生产线一组滤池。设计数据如下：

设计水量Q=Q s/2=1.1x3.6x104/2=19800m3/d=0.23 m3/s

滤速v=12m/h

冲洗强度q=14L/(s·m2)

冲洗时间为6min

A、滤池面积及尺寸

滤池的工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池的实际工作时间T=24-0.5-0.2=23.3h。滤池的面积为=71m2。

采用滤池数N=4，则每个滤池的面积为

采用滤池的长宽比为L/B=1.5，则滤池尺寸为L=5.2m,B=3.5m

校核强制滤速：满足要求

B、滤池高度

支撑层高度：H1采用0.45m

滤料层高度H2采用0.7m

砂面上水深H3采用1.7m

保护高H4采用0.3m

滤池总高度为H=H1+H2+H3+H4=3.15m

C、配水系统

1）干管

干管流量

采用管径d g=600mm

干管始端流速v g=1.28m/s

2）支管

支管间距：采用a j=0.25m

每池支管数 (每侧21根)

每根支管入口流量：

采用管径d j=65mm

支管始端流速v j=1.46m/s

3）孔眼布置

支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%，则孔眼总面积为

采用孔眼直径d k=9mm

每个孔眼面积

孔眼总数

每根支管孔眼数为

支管孔眼布置设两排，与垂线成45°夹角向下交错排列

每根支管长度：l=(3.5-0.3-0.25)/2=1.475m

每排孔眼中心间距

4）孔眼水头损失

支管壁厚采用

流量系数：

水头损失：

5）复算配水系统

支管长度与直径之比不大于60，则

孔眼总面积与支管总横截面面积之比小于0.5，则

干管横截面与支管总横截面之比一般为1.75~2.0，则

孔眼中心间距应小于0.2则a k=0.176<0.2

D、洗砂排水槽

洗砂槽中心间距采用a0=2.6m

排水槽根数根

排水槽长度l0=B=3.5m。

每槽排水量*14*18=126L/s=0.126m3/s

冲洗排水槽断面采用如图所示形状，计算断面模数：

X=0.45q00.4=0.45*0.1260.4=0.2 m

排水槽底厚度，采用,保护高度0.07m。

沙层最大膨胀率:e=45%

沙层厚度:H2=0.7m

洗砂排水槽顶距砂面高度：

洗砂排水槽总平面面积

复算，排水槽总平面面积与滤池面积之比，一般小于25%,则

排水槽面积满足要求。

E、各种管渠计算

①进水

进水总流量：

采用进水渠断面：渠宽，水深为0.5m

渠中流速 各个滤池进水管流量:

采用进水管直径:300mm 管中流速: ②冲洗水 冲洗水总流量: 采用管径:D 3=400mm 管中流速:v 3=1.58m/s ③清水 清水总流量: 清水渠断面：同进水渠断面 每个滤池清水管流量: 采用管径:D 5=200mm 管中流速:v 5=1.44m/s ④排水

排水流量Q 6=Q 3=

排水渠断面:宽度B 6=0.5m ，水深0.4m 渠中流速:v 6=1.26m/s F 、冲洗水箱或水泵 冲洗时间：t=6min

冲洗水箱容积：W=1.5fqt=1.5x18x14x6x60x10-3=136m 3

水箱底至滤池配水管间的沿途和局部损失之和：h 1=0.8m 配水系统水头损失：h 2=h k =3.5m 承托层水头损失：

滤料层水头损失：

安全富裕水头：h 5=1.5m 冲洗水箱底

应

高

出

洗

砂

排

水

槽

面

：

m

（5）消毒

已知设计水量Q s =1656m 3

/h ，本设计消毒采用液氯消毒，预氯化最大投加量为1.5mg/L ，清水池最大投加量为1.0mg/L 。

预加氯量： 1Q =0.001aQ s =0.001×1.5 ×1656Kg/h=2.484Kg/h 清水池加氯量：2Q =0.001aQ s =0.001×1×1656Kg/h=1.656Kg/h 总加氯量为 Q=1Q +2Q =4.14Kg/h 储氯量（按一个月考虑）为： G=30×24Q=30×24×4.14=2981Kg （6）清水池

已知设计用水量Q=36000m 3/d=1500m 3

/h 。

设计计算过程如下：

清水池调节容积取设计水量的10%，则调节溶积 V 1=36000×10%=3600 m 3

消防用水量按同时发生两次火灾，一次灭火用水量取45L/s，连续灭火时间为2h,则消防容积

V2=45×2×2×3600÷1000=648 m3

水厂自用水量储存于清水池中，其容积为：

V3 =36000×10%×10%=360 m3

则清水池总容积为：

V= V1+ V2+ V3=3600+648+360=4608 m3

清水池设两个,有效水深取H=4m,则单池面积为

A=V/2H=4608÷2÷4=576m2

取B×L=20×30=600 m2。超高取0.5m，则清水池高度取4.5m。

(7)泵站的设计

A、一级泵站

由所给资料可知水源取水口位于水厂北方向5000m处，DN500，1000i=3.64，则输水管线水头损失为:

H=il=5000*3.64*0.001=18.2m

水泵吸水管路和压水管路水头损失和取2m；

一级泵站扬程为：

H1=18.2+2=20.2m

采用两条管线，一级泵站流量为460L/s

根据相关手册选择水泵为KQSN/L300-M13-348，流量为263.3L/s，扬成为28m，转速1480r/min,电机功率为90kw，选择该型号水泵三台，两用一备。

B、二级泵站

由所给资料可知水厂位于城市北面1000m处，DN450，1000i=2.94，则输水管线水头损失为:

H=il=1000*2.94*0.001=2.94m

水泵吸水管路和压水管路水头损失和取2m；

城市的服务水头为45m;

二级泵站扬程为：

H2=2.94+2+45=49.94m

根据相关手册选择水泵为KQSN/L300-N9-418，流量为165L/s，扬程为58m, 转速1480r/min,电机功率为132kw，选择该型号水泵四台，三用一备。

（8）水厂平面布置

水厂的基本组成部分为两部分，即生产构筑物和辅助构筑物。

A、生产构筑物

包括混合池、絮凝池、沉淀池、滤池、清水池、二泵房、药剂室、加氯间、滤料堆场、变电所等。

B、辅助构筑物

净水厂的辅助建筑物包括办公用房、化验室、维修车间、车库、食堂、浴室及锅炉房、传达室、宿舍、等。

C、水厂的工艺流程布置原则：

1）流程力求简短，避免迂回重复，使净水过程的水头损失最小，构筑物应尽量靠近，便于操作管理和联系活动。

2）尽量适应地形，因地制宜地考虑流程，力求减少土方量，在不得已的情况下，才采用台阶式布置。在地质变化较大的厂址中，构筑物应按工程地质情况布置。

3）注意构筑物的朝向，净水厂构筑物一般无朝向要求，但如滤池的操作廊，二级泵房和加药间，化验室，检修间，办公室有朝向要求，尤其是散发大量热量的二级泵房对朝向和通风的要求，更应该注意。

4）考虑近远期的协调，当水厂明确分期进行建设时，流量布置应统筹兼顾，即要有近期的完整性，又要有分期的协调性，布置应避免近期占地过大，为此有分期实施的计划，净水厂构筑物尽量采取平行布置。

D、工艺流程布置类型的选择：

水厂流程布置，通常有三种类型：

1. 直线型

2. 折线型

3. 回转性

本设计采用直线型，即从进水到出水整个流程呈直线型。具体布置详见水厂平面布置图。

（9）水厂高程布置

A、水厂高程布置计算

1）清水池

地面相对标高取0.00m，清水池最高水位标高0.00m，池面超高0.50m，则池顶面标高为0.50m，有效水深4m，则清水池底标高为-4.00m。

2）吸水井

清水池到吸水井的管长为40m，两根，管径DN500，最大时流量为230L/s,水力坡度1000i=3.64,速度v=1.17m/s,沿线设有阀门，中间设有连通管，取局部水头损失为沿程水头损失的30%，则管线中水头损失为:

h=(1+30%)il=1.3*3.64*40/1000=0.20m

因此吸水井水面标高为0-0.20=-0.20m，加上超高0.5，吸水井顶面标高0.30m，吸水井井底标高-4.20m。

3）滤池

滤池到清水池之间的管线长为20m，设两根管，，管径DN500，最大时流量为230L/s,水力坡度1000i=3.64,速度v=1.17m/s,沿线设有阀门，中间设有连通管，取局部水头损失为沿程水头损失的20%，则管线中水头损失为:

h=(1+20%)il=1.2*3.64*20/1000=0.09m

4）沉淀池

沉淀池到滤池管长为10m，设两根管，，管径DN500，最大时流量为230L/s,水力坡度1000i=3.64,速度v=1.17m/s,沿线设有阀门，中间设有连通管，取局部水头损失为沿程水头损失的30%，则管线中水头损失为:

h=(1+30%)il=1.3*3.64*10/1000=0.05m

由以上计算可以得出：

①清水池的最高水位=清水池所在地面标高=0.00m

②滤池水面标高=清水池最高水位+清水池到滤池出水连接管渠的水头损失+滤池的最大作

用水头

滤池水面标高=0.00+0.09+2=2.09m

③沉淀池水面标高=滤池水面标高+滤池进水管到沉淀池出水管之间的水头损失+沉淀池出

水渠的水头损失= 2.09+0.05+0.15=2.29m

④絮凝池与沉淀池连接渠水面标高=沉淀池水面标高+沉淀池配水穿孔墙的水头损失

2.29+0.05=2.34m

B、水厂高程布置应注意的问题

在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两构筑物之间水面高差即为流程中的水

头损失，包括构筑物本身，连接管道、计量设备等水头损失在内，水厂高程布置应满足各个池

子的生产要求。

具体布置见高程布置图。