5000吨水厂设计说明

某师净水厂设计

一．设计原始资料

1.净产水量：5000m3/d

2.水源为河水，

3.（1）最高浑浊度为2000NTU

（2）碱度为5mg/L

（3）总硬度：月平均最高368mg/L, 月平均最低156mg/L

（4）PH值：6.9—7.6

（5）色度：12度

（6）大肠菌群数：1800CFU/100ml

（7）水温：月平均最高27.7℃月平均最低6.9℃

4．净化出水要求：达到《国家生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求。

5．净水厂地形图：比例尺1：200

6．地形资料：拟建水厂厂址地形平坦，地质为砂质粘土，地基承载力特征值fa=600kPa,无地下水

7．各种材料均可供应。

二、水厂工艺流程选择

（一）．确定净水厂的设计水量

根据GB50013—2006规定：水处理构筑物的设计水量，应按最高日供水量加水厂自用水量确定。

水厂自用水率应根据原水水质、所采用的处理工艺和构筑物类型等因素通过计算确定，一般可采用设计水量的5％～10％。当滤池反

冲洗水采取回用时，自用水率可适当减小。

考虑滤池反冲洗水采取回用及用水安全，自用水率取8% 则设计水量G=5000×(1+0.08)=5400 m3/d

（二）确定净水厂工艺流程和净化构筑物的型式

原水的含沙量或色度、有机物、致突变前体物等含量较高，臭味明显或为改善凝聚效果，可在常规处理前增设预处理。原水来自河水含沙量较低，色度12度，满足GB5749-2006 《生活饮用水卫生标准》，可以不进行原水的预处理。

设计工艺流程：

取水→一级泵站→管式静态混合器→穿孔旋流絮凝池→斜管沉淀池→无阀滤池→消毒剂→清水池→二级泵站→用户

三、混凝剂的投配

根据最高浊度，此河水水质与长江水类似，则混凝剂PAC采用碱式氯化铝（含三氧化二铝10%），投加量最高为20mg/L,无需助凝剂。沉淀或澄清时间1.2h。每天工作时间为18h。

1.溶解池W1和溶液池W2的确定

W2=aQ/417cn=18×100×20×5400/18 /(1000×1000×10×2)=0.54m3

n----液体投加混凝剂时，溶解次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定，每日不宜超过3次,取2次。

c----混凝剂投配的溶液浓度，可采用5%—20%（按固体重量计算）取10％．

溶液池采用矩形砖混结构，设置1个0.643m，保证连续投药。池子尺寸为L×B×H=0.8×0.8×1.1（其中超高0.25m）。

W1=(0.2-0.3)W2

取0.3，则W1=0.3W2=0.16 m3

溶解池设置为1池，容积为0.23m，用圆柱形耐腐蚀强化塑料桶。溶解池底部设管径d=100mm排渣管一根，选两台JBY型移动式调速搅拌机。

2．药库设计

（1）设计参数：

水量Q=3003m/h最大加药量a=20mg/l仓库储量按15d计且与加氯合并布置

（2）设计计算

加药量 R=15×20/1000×5400

=1620 kg

固体每袋40kg，需1620/40=40.5≈41袋

（3）加药间和药库

加药间和药库合并布置，布置原则为:药剂输送投加流程顺畅,方便操作与管理。储存量一般按最大投药量的期间的15天的用量计算。设每袋的体积为0.5×0.4×0.2 m3，药剂堆放高度为1.5m。

有效堆放面积A = NV/1.5

=41×0.5×0.4×0.2/ 1.5=1.08㎡

（4）絮凝剂投加：

采用计量泵投加，不必另备计量设备，泵有计量标志，可过改变计量泵行程改变药液投量，适用于絮凝剂自动控制系统。混合器采用管式静态混合器。

四、絮凝设备的确定

目前我国正在推广应用穿孔旋流絮凝池，所以本设计采用穿

孔旋流絮凝池。一般分格数不少于6格，起点孔口流速宜取

1.0-1.5m/s,末端孔口流速宜取0.05-0.1m/s，絮凝时间

15-25min,絮凝时间10-20min,其优点构造简单，施工方便，

造价低，可用于中小型水厂，所以选择穿孔旋流絮凝池，分

1个池，每池格数取为6格。

（1）絮凝池设计流量Q=5400/（18×3600）=0.083m3/s,

则絮凝池体积W=0.0８３×２０×60=１００m3

（2）设平均水深为3m,则絮凝池面积为S=１００/3=３３

m２。

每格面积s=３３/6=５.５m2

则每格边长a=２.３６m，为方便施工取２.４m

（3）孔口流速

起点孔口流速V0取１.０m/s,末端孔口流速V6取０.1m/s

其它孔口流速按照公式V i=V0+V6-V

V1=0.71m/s;V2=0.56m/s;V3=0.44m/s;V4=0.34m/s;

V5=0.25m/s。

（4）孔口水头损失

计算式为h i =1.06g

v i

22

求得h 0=0.0５3m ，h 1-2=0.026m ，h 2-3=0.0１7m ，h 3-4=0.01m ，

h 4-5=0.0０6m ，h 5-6=0.0０3m,h 6=0.001m

(5)孔口尺寸及位置

出口孔口尺寸的长取边长a ，高l =Q/(v 6×a)=0.0627/(0.08

×1.85)=0.42m;其中它孔口尺寸按长高比3：2计算（进口孔口除外），

l i =

i

v Q 5.1，计算其孔口高度依次为0.2m,0.24m,0.27m,0.31m,0.35m ，

０.4ｍ，０.64。

孔口上边缘宜在水面下至少２0cm ，孔口下边缘宜在泥斗上

30cm 。

（6）泥斗

泥斗设在穿孔旋流絮凝池下，对应一格一个，共六个。倾角

取45。，泥斗下孔口为正方形，边长取0.30m 。泥斗高为1.05m 。

（7）总高度

保护高0.30m ，平均水深3.00m ，泥斗高度取1.05m 。则总

高为0.30+3.00+1.05＝４.35m 。

五、沉淀设备的确定

本设计采用斜管式沉淀池，具体参数如下： 3.1设计数据：

（1）设计流量Q=0.083m 3/s ；

（2）表面负荷取q=9m 3/(m 2.h)=２.５mm/s ；

（3）颗粒沉降速度μ0：0.4mm/s ；

（4）采用蜂窝形斜管，D30，L1000，θ60。 （5）沉淀区的平面尺寸 每个沉淀池的沉淀区表面积F ＝

0.08333.2

0.0025

= m 2，其中斜管结构

占用面积按3%计，则实际清水区需要面积：

F ’=３３.２×1.03=３４.２m 2.

为了配水均匀，采用清水区平面尺寸７.６×５m ，有效面积为7.6×4.5使进水区沿７.6m 长一边布置；

每个沉淀池实际沉淀面积７.6×（５－０.５）＝３４.２m 2； 沉淀池清水区实际上升流速为： V 上＝

0.08321.8/Q m m s

F ==38

（6）沉淀池的总高度

超高0.30m ，清水区高度1.20m ，布水区高度1.50m ，泥斗高度1.05m,斜管高度h=l ×sin θ=1×sin60。=0.87m 。因此，沉淀池总高度为：

H ＝0.30＋1.20＋1.50＋0.87＋1.1＝4.97m （7）穿孔集水槽计算

一个沉淀池设有5个集水槽，集水槽间距1.52m ，每个集水槽流量q ＝

3

0.0830.0166/m s

=5

；

集水槽宽 b ＝0.9（βq ）0.4（β一般取1.2~1.5）

＝0.9（1.２×0.0138）0.4＝0.188m ，取0.2m ； 集水槽水深：h 1＝0.75b ＝0.15；h 2=1.25b ＝0.25

为了施工方便，采用平底集水槽，集水槽水深h ＝0.2m ； 集水槽深 H ＝h+ h 3 +h 4 +h 5

=0.2+0.07+0.05+0.07

=0.39m

h 3-------跌水高度，70mm ； h 4-------孔口上水头，50mm ； h 5-------超高，70mm

（8）孔眼计算 孔径d 取25mm 每孔流量4

1

2gh

q

μω=

05

.08.92000491.02.0???=６

=0.00030１m 3/s 其中ω为孔口面积 每根集水槽孔眼数

1

1.0.00.0003q n q β?=

=

=２16666

01

个；

两侧交错开孔，每侧开孔数33个； 集水槽上孔距00033

l m m

=

=５152

排泥斗斗底坡度

经验算：斗底坡度为50~55°，排泥顺畅。

六、过滤设备的确定

选用重力式无阀滤池,两个无阀滤池合用一个冲洗水箱。

4.1设计数据 （1）设计水量

净产水量为5４00/１8=３00m 3/h ，滤池分为2格，每格水量为

150m3/h=0.042m3/s。设计滤速采用７.５m/h；

4.2主要计算

（1）滤池面积

Q=150/７.５=20m2；

过滤面积f1=

v

连通渠考虑采用边长为0.3m等腰直角三角形，其总面积

f2=４×0.5×0.4×0.4=0.32m2

并考虑连通渠斜边部分混凝土壁厚为80mm，则每边长=ａ′+2×0.08=0.4m，ａ′＝０.29面积为：

f′2=４×0.5×0.2９×0.2９=0.168 m2

故要求滤池面积f= f1+ f2=2０+0.32=20.32m2

滤池为正方形，每边长L=f=4.51m，为了便于施工取用4.5m；

滤池实际面积F=4.5×4.5=20.25 m2

实际过滤面积F′=20.25-0.32=19.93 m2

实际滤速v′=Q/ F′=150/19.93=7.53m/h

（2）滤池高度

底部集水区高度采用H1 0.40m；

滤板高度采用H2 0.10m；

承托层高度采用H3 0.20m；

滤料层高度采用H4 0.70m；

净空高度采用H5 50%×0.70+0.10=0.45m；

顶盖高度采用H6 0.5×4.5×tan12。=0.48m；

冲洗水箱高度H7：为降低高度，采用两格共用一个冲洗水箱。

（1）水箱容积

按冲洗一次所需水量，同时考虑在一个冲洗时，另一格滤池向水箱供水。所以：V=Ft（3.6q-v）/60

式中:q-----冲洗强度, 取15L/s·m2

t-----冲洗历时,5min

v-----滤速（m/h）,7.53m/h

F-----滤池总面积,20.25m2

计算得V=78.42m3

=V/2F=1.94m

水箱有效水深H'

7

（3）水箱连通管水头损失，取为0.05m

冲洗水箱高度为H7=1.94+0.05=1.99m

超高H8采用0.15m

池顶板厚度0.10m

故滤池总高度为：

0.4+0.1+0.2+0.7+0.48+0.48+1.99+0.15+0.10=4.6m。

3进水系统

（1）进水分配槽面积

f=Q/v=0.042/0.05=0.84m2

采用长方形分配槽，规格为1m×0.84m

（2）进水管

滤池进水管由沉淀池总出水渠接出，进水管流量Q=150m3/h，取流速0.6m/s,管径d=)

=299mm，选用DN300管道，流速

4Q/(v

v j =0.567m/s ，水力坡度降i j =1.83‰，管长l j =14m ；

进水管水头损失：h=∑il+∑ξ

g

v

22

考虑局部阻力，包括管道进口，90°弯头3个的损失，三通一个则

h j = 0.00183×14+（0.5+3×0.6＋１.５）g

2.

02

５６７

=0.0879m 4.配水系统

小阻力，采用孔板或陶瓷滤板 5.几个控制标高

滤池出水口（即冲洗水箱水位）高程=滤池总高度-滤池底板入土埋深-超高=4.6-0.50-0.15=+3.95m 。

虹吸辅助管管口高程=滤池出水口高程+期终容许水头损失值=3.9５+1.70=5.65m 。

进水分配槽槽低标高一般与滤池出水口标高相同或再降低

10cm

进水分配槽堰顶标高=虹吸辅助管管口标高+进水管水头损失+安全高度 = 5.65+0.0879+0.1=5.838m

进水分配槽槽顶标高=堰顶标高+堰上水头=5.838+0.2=6.038m 6.虹吸管管径

（1）连通渠的水头损失取h l =0.07m （2）配水系统的水头损失h 2

h 2 =q

2

/[ 2g(10 μα) 2]

=152/[2×9.81（10×0.75×1.1）2]

=0.168m

μ——流量系数，取0.75

α——开孔比，取1.1% （3）承托层水头损失h 3

h 3=0.022qH 3

=0.022×15×0.2

=0.066m

H 3——承托层厚度，0.20m

（4）滤料层水头损失h 4

h 4=（

2

1γ

γ-1）（1-m 0）H 4

=(2.65/1-1)（1-0.4）×0.7

=0.693m

（5）挡水板的水头损失h 5 ，取0.05m

（6）虹吸管的沿程水头损失，假设冲洗时不停止进水，因冲

洗时不停止进水Q j =41.6L/s

Q=qA+ Q j =15×19.93+41.6=340.55L/s

滤池水量为340.55L/s ，假设虹吸管上升管D 1=400mm ，下降管D 2=400mm ，查水力计算表得, v 1=v 2=0.73m/s, i 1=i 2=1.96‰。 沿程水力损失：

h y =i 1l 1+i 2l 2

l1——上升管的长度，取3m

l2——下降管的长度，取6m

则h y =0.00196×3+0.00196×6=0.0176m

局部水头损失：

h j =δ进口v02/2g+(δ三通°+δ60°+δ120°) v12/2g+(δ缩小+δ出口)v22/2g

=[0.5×0.5672+（0.1+0.5+2+0.17+1.0）×0.732]/2×9.81

=0.11m

h6= h y +h j =0.0176+0.11=0.1276m

（7）∑h=0.07+0.168+0.066 +0.693+ 0.05+0.0176+0.1276

=1.19 m

滤池出水口标高=滤池高度—超高

=4.6—0. 15

=4.45m

冲洗水箱平均水位标高=出水口标高—H7/2

=4.45-1.19/2=3.855m

平均冲洗水头Ha=冲洗水箱平均水位标高—排水井堰顶标高

=3.855—0.7=3.155m

Ha >∑h虹吸水位差大于反冲洗水量时的总水头损失，可以

保证冲洗。

（6）排水管径

排水流量Q ha=83.3L/s，采用砼管，管径D300，该时流速v p=1.2m/s.

七、消毒设备的确定

1.加氯量

已知条件: 设计水量Q1=5400 m3/d=300m3/h（按一天24小时计算），

清水池最大投加量a为1.5mg/L.

预加氯量为0

清水池加氯量Q= 0.001aQ1= 0.001×1.5×300=0.45kg/h

二泵站加氯量不做考虑

2.加氯间

仓库储备量按15d最大用量计算：

M= 0.45×20×18= 121.5kg

选用350kg的氯瓶2个，一用一备。氯瓶长L=1335mm，直径D=350mm，氯甁自重350kg。加氯机选用LS80-4转子真空加氯机，安装2台，1用1备，加氯量为0.45kg/h，外型尺寸为B×H=610mm ×260mm，两台加氯机的间距在0.8m，安装高度高出地面0.9m。

加氯间中将氯瓶和加氯机分隔布置.加氯间有直接通向外部的门,保持通风. 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. 按照GB50013-2006。加氯（氨）间及其仓库应设有每小时换气8～12次的通风系统。所以在加氯间、氯库低处各设排气扇一个，换气量每小时10次，并安装漏气探测器，其位置在室内地面以上30cm，设报警仪，当检测的漏气量达到2~3mg/kg自动报警。为搬运氯瓶方便，氯库内设CD11-60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。

八、清水池的设计 设计规模，Q=5400m 3/d ；

清水池的容积取为最高日供水量的15%；

则清水池的容积为V=5400×15%=810m 3；清水池内用导流隔墙导流；

清水池分两个矩形钢筋混凝土池，尺寸为：B H L=11.00×10.00×4.2m ，有效水深：3.7m ；

故其有效容积V 有效=2×11.00×10.00×3.7=814m 3； 清水池各管管径的确定

清水池进水管与出水管流速取1.2m/s ，进水管管径按最高日平均时水量计算，出水管管径按最高日最高时用水量计算。由用水量变化规律可知，最高日最高时用水量为： Q h =K h ×Q d /24=1.15×5400/18=345m 3/h=95.8L/s 式中：

h

K —时变化系数，取1.3

进水管管径为：d 1=π

π??=

2.108

3.044v Q p

=0.297m ，取300mm 出水管管径为：d 2=

π

π??=

2.10958.044v

Q h

=0.318m ，取300mm 。

溢流管与进水管直径相同取300mm ，放空管管径可按2小时内将池中水泄空计算，取d 3=300mm ，放空流速取2.0m/s 。

设两个检修孔，检修孔直径为650mm ，检修孔靠近进水管和出水管。池顶设6个通气管，均匀布置，通气管直径为100mm ，池顶的覆土厚度为0.7m 。

九、泵房的设计

二级泵房水泵吸水管管径为DN200，喇叭口外形尺寸查标准图集S311-（32-27），DN200吸水管的喇叭口直径为300，由此可得吸水井宽度为：

依据吸水喇叭口据池壁距离和泵站吸水管路布置，得出吸水井长度为：

L×B=14.50×2.10m。

十、水厂高程计算

各构筑物水头损失

穿孔旋流絮凝池：0.4m

斜管沉淀池：0.3m

无阀滤池：2.579 m

清水池：0.0m

连接各构筑物的生产管线管内流速及水头损失

沿程水头损失计算表

局部水头损失计算表

构筑物间总水头损失计算表

十一、设计总结

随着课程设计的结束，经过一个多星期的设计，使我对给排水专

业有了更深刻的认识。在我的整个课程设计过程中，从课题的确定到设计工作的展开以及方案的修改和审阅，始终得到了指导老师的悉心指导和关心支持，设计的每个环节都凝结了恩师大量的心血。在此，谨向指导老师致以衷心的感谢！

通过本次课程设计，使我熟悉并掌握了给水工程设计程序、方法和相关技术规范，提高了我对给水工程设计计算、CAD绘图和设计计算说明书的编写能力，培养了严肃认真的科学态度和严谨求实的科学作风，同时，老师渊博的知识和严谨的治学态度，必将使学生终生收益。

在唐老师孜孜不倦的教诲下，我把四年所学的知识汇集起来，用理论系统地解决实际问题。经过这次模拟训练，使我对给水工程设计有了清晰的认识，为以后的学习和工作奠定了良好的基础。由于缺乏实际工程经验，加之设计者水平有限，设计中不妥之处在所在所难免，请各位老师给予批评指正。

在整个设计过程中，我也得到了学校其他老师的悉心指导，他们也给我提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢！