华中科技大学(水质工程学一)课程设计

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 1 2 3 4 5 项 目 PH值 色度 浊度 肉眼可见物 总硬度 单位 / 度 NTU / mg/L，CaCO3 6 7 8 氯化物 氟化物 硝酸盐 mg/L mg/L mg/L 页脚内容 数量 ～7.6 ～20 65～2000 较浑 117 备 注 正常 <15 <3 不得含有 正常 5.0 <1.0 <1.0 正常 正常 正常 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 9 10 11 12 13 14 15 18

1.2.3 厂区地形

总溶固物 铁 锰 铜 砷 锌 铅 菌落总数 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 个/mL 147 0.23 <0.1 <0.5 <0.05 <0.5 <0.05 1.3×104 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 <100 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 1m 1.5m 1 m 2 m 0.8m 1 m 2 m 砂岩石层 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 1 2 3 4 5 项 目 历年最高水位 历年最低水位 历年平均水位 历年最大流量 历年最小流量 单位 m m m m3/s m3/s 页脚内容 数量 备 注 34.38 黄海高程系统，下同 21.47 24.64 14600 180 频率1％ 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 6 7 8 9 10

历年平均流量 历年最大含砂量 历年最大流速 历年每日最大水位涨落 m3/s kg/m3 m/s m/d 1340 4.82 4.00 5.69 1.04 历年三小时最大水位涨落 m/3h 地下水位：在地面以下1.8m 1.2.6 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）Ⅱ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： 混凝剂消毒剂原水混 合絮凝沉淀池滤 池清水池二级泵房用户

图2-1 工艺流程图

2.2 处理构筑物及设备型式选择

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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 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20—40℃。当精制硫酸铝 Al2(SO4)3.18H2O 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。 制造工艺简单，价格低；设计时，含无水粗制硫酸铝 Al2(SO4)3.18H2O 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。 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（尤三氯化铁 FeCl3.6H2O 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=6.0—8.4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 净化效率高，用药量少，出水浊度低，色[Al2(OH)nCl6n]m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 处理高浊度水池效果显著，既可保证水聚合氯化铝 简称PAC 又名三号絮凝剂，简聚丙烯酰胺 写PAM 被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一，适质，又可减少混凝剂用量和沉淀池容积，目前页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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：

加水 加水 固体药剂 溶解池 溶液池 计量投加设备 搅拌 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。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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 优点：混合简单，无需建混合设 施。 适用条件 适用于中等规模的水管道混合 缺点：当混合效果不稳定，流速 厂。 低时混合不充分。 优点：构造简单，无运动部件， 静态混合器 安装方便，混合快速均匀。 缺点：当流量降低时，混合效果下降。 优点：混合效果好，不需增加混合设施，节省动力。 水泵混合 缺点：使用腐蚀性药剂时对水泵厂。 有腐蚀作用。 优点：混合效果好，且不受水量 变化影响，适用于各种规格的机械混合 水厂。 缺点：需增加混合设备和维修工作。 适用于各种规模的水厂。 适用于一级泵房离处理构筑物120米以内的水 适用于水量变化不大的各种规模的水厂。 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告

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 往 施工方便。 复 式 转折处矾花易碎。 隔板絮凝池 优点：絮凝效果好，水头损失小，回 构造简单，管理方便。 转 缺点：出水流量不易分配均匀，式 出口处易积泥。 优点：容积小，水头损失较小。 旋流式絮凝池 缺点：池子较深，地下水位高处施工较困难，絮凝效果较差。 优点：絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小。 折板絮凝池 缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价较高。 优点：絮凝时间短，容积小，造涡流式絮凝池 价较低。 水量小于30000m3/d的水厂。 流量变化较小的中小型水厂。 一般用于中小型水厂。 建旧池时适用。 水量大于30000m3/d的水厂，水量变动小者，改建和扩 水量大于30000m3/d的水缺点：容积较大，水头损失较大，厂，水量变动小。 优缺点 优点：絮凝效果好，构造简单， 适用条件 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 缺点：池子较深，锥底施工较困 难，絮凝效果较差。 优点：絮凝池效果好，水头损失 格板、栅条絮凝池 小，凝聚时间短。 缺点：末端池底易积泥。 优点：絮凝效果好，水头损失小，机械絮凝池 可适应水质、水量变化。 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

水量变化不大的水厂，单池能力以1.0--2.5万m3/d为宜。 小水量均适用，并能适应水量变动较大者。 方式 优缺点 优点：造价较低，操作管理方便，施工较简 适用条件 一般适用于大中型水厂。 平流式沉淀池 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。 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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。 优点：沉淀效率高，池体小，占地小。 缺点：斜管（板）耗材多，对原水浊度适应斜管（板）沉淀池 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。 优点：排泥较方便，占地面积小。 缺点：上升流速受颗粒下沉速度所限，出水竖流式沉淀池 量小，一般沉淀效果较差，施工较平流式低时。 困难。 优点：沉淀效果好。 辐流式沉淀池 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

尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜。 一般用于小型净水厂，常用于地下水位较 一般用于大中型净水厂，在高浊度水地区，作预沉淀池。 形式 优缺点 适用条件 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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，水质单层砂滤料 好。 缺点：阀门多，价格高，易损坏，需设有全套冲洗设备。 优点：含污能力大，可采用较大滤速；可采 适用于大中型水厂，普通快滤池 无烟煤石英用减速过滤，水质好，冲洗用水少。 宜采用大组理赔水系统， 一般用于大中水厂，单池面积不宜大于100m2。 砂双层滤料 缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易单池面积不宜大于100 m2，积泥球。 需要采用助冲设备。 优点：含污能力大，可采用较大滤速；可采 使用于中型水厂，宜砂煤重质矿用减速过滤，水质好，冲洗用水少。 采用中阻力配水系统，单石三层滤料 缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易池面积不宜大于50-60 m2，积泥球。 优点：不需大型阀门，易于自动化操作，管理方便。 虹吸滤池 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。 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，水质双阀滤池 好，减少两只阀门。 缺点：必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备。 优点：造价低，不需要大型阀门设备，池深移动罩滤池 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。 适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2。 适用于中型水厂，单池面积不宜大于25-30m2。 需要采用助冲设施。 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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。 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V型滤池 采用长柄滤头冲洗过程自动控制。 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

适用于大中型水厂。 消毒方法 分子式 优缺点 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 适用条件 液氯供应方液氯 Cl2 缺点：1、原水有机物高时会产生有机氯化物 便的地方 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 适用于有机的杀菌效果好 3、具有强烈的氧化作用，污染严重时 页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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 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 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，不会生紫外线消毒 成有机氯化物和氯酚味 用水，不适用管缺点：1、没有持续的消毒作用，易受重复污路过长的供水

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。

适用于工矿企业，集中用户染2、电耗较高、灯管寿命还有待提高

三.混凝沉淀

3.1 混凝剂投配设备的设计

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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：

W2aQ； 417cn式中W2－溶液池容积，m3； Q－处理水量，m3/h；

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n＝2。

aQ64(((1041.0624.06m3（考虑水厂的代入数据得：W2417cn41710224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：H＝H1＋H2＋H3=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L×B×H=5.0m×4.2m×1.4m，溶液池实际有效容积：

W=5.0×4.2×1.15=24.15m3满足要求。

池旁设工作台，宽1.0－1.5m，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=0.3×24.06=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：H＝H1＋H2＋H3=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。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 单池尺寸为：L×B×H=2.8m×2.8m×1.2m，溶液池实际有效容积：W=2.8×2.8×0.95=7.45m3满足要求。

溶解池的放水时间采用t＝15min，则放水流量：

7.451034.14L/s； q260t215600

W1查水力计算表得放水管管径:d0＝80mm，相应流速V=0.75m/s。溶解池底部设管径d＝100mm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W22100024606024.06210000.557L/s；

246060查水力计算表得投药管管径：d＝25mm，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 =

W222.06==1.84 m3/h ； 1212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1－2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0.5×0.4×0.2m3,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： Q24utQut； N0.0241000WW式中: Q水厂设计水量，m3/h；

u混凝剂最大投加量，mg/L；

t药剂的最大储存期，d；

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 W每袋药剂的质量，kg；

7.110464303408袋。 将相关数据代入上式得，N=0.0242440有效堆放面积A：

ANV；

H1e式中:H药剂得堆放高度，m；

V每袋药剂得体积，m3；

e堆放孔隙率，袋堆时e20%

代入数据得:

A=

34080.50.40.285.2m2；

2(10.2)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:

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 药剂管道DN800DN25混合单元体管道DN800原水静态混合器图3-1 管式静态混合器

设计流量:

(((1041.060.436m3/s； Q=

2243600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0.436=0.74m；

3.141.0采用D=800mm，则实际流速v=0.868m/s

混合单元数: N2.36v-0.5D-0.3=2.36/(0.8680.50.80.3)=2.71取N=3，则混合器的混合长度为：

L=1.1ND=1.130.8=2.64m；

混合时间:

T=L/v=2.64/0.868=3.04s；

Q20.436230.180m； 水头损失: h0.11844.4N0.11844.4D0.8校核GT值

GhT98000.1801759.8s(700) 31.005103.04GT=759.83.04=2310(2000) 水力条件符合要求。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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：

33(((1041.06m0.436m1567.9Q ； hs242絮凝时间 T=20min;絮凝池有效容积：

WQT601567.920522.6m3；

60

为配合沉淀池尺寸，絮凝池分三组，每组四格，每格尺寸：3.4m×3.4m； 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=343.43.43.7=513.3m3； 实际絮凝时间：T=W／Q=513.3／0.436=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=66.7％＜75％)； 桨板宽度取：b=0.14m(1/15＜b/l＜1/10)； 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：

82.00.1417.81％；

3.43.7四块固定挡板宽×高=0.10m×2.0m，其面积与过水断面面积之比为：

42.00.106.36％；

3.43.7桨板总面积占过水断面面积的百分比为：

图3—2 垂直轴搅拌设备

17.81％+6.36％=24.17％＜25％；

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 叶轮桨板中心点旋转直径：

D0=［（1500-680）/2+680］×2=2180mm=2.18m；

叶轮旋转角速度分别为：w1=2v1/D0=2×0.5/2.18=0.459rad/s，w2=0.367rad/s， w3=0.275rad/s， w4=0.183rad/s；

桨板宽长比：b/l=0.14/2＜1，查《给水排水设计手册.第三册》表7-25得： ψ=1.10，则：

k=ψρ/2g=1.10×1000/2×9.81=56； 桨板旋转时克服水的阻力所耗功率：

第一格搅拌功率：

N1yklw14084562.00.45931.5041.3640.8240.6840.200kw408R42r24R14r14 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，μ=1.005×10-3N S/m2

N1第一格G1=μv0.2001061 68.2s21.0053.43.7第二、三、四格G值分别为：48.7s-1、31.6s-1、17.6s-1；

N絮凝池平均速度梯度：G=μ3v0.3581061

52.6s1.0053.423.7GT=52.6×19.62×60=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：

33((((1041.06Q1567.9m0.436m ；

hs242页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 沉淀时间T=2.0h，沉淀池容积：W=QT=1567.9×2=3135.8m3； 考虑絮凝池尺寸，沉淀池池宽B=3.4×3+0.2×2=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/(10.6×3.5)=84.52m,取L=85m；

此时，沉淀池水平流速：v=L/3600T=85/（3600×2）=0.0118m/s=11.8mm/s 在10～25mm/s范围内。

沉淀池长宽比：L/B=85/10.6=8.02＞4，长深比：L/h=85/3.5=24.28＞10 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： 0.5 d0.7BLH0.710.6853.50.5T236000.40m；

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=ω/χ=3.5×3.4/(3.5×2+3.4)=1.14m

弗劳德数：Fr=v2/2g=0.01182/(2×9.81)=1.24×10-5 (在1×10-5～1×10-4之间) 雷诺数：Re=vR/γ=0.0118×1.14/(1.007×10-6)=1.33×104 (在4000～15000之间) 沉淀池示意见下图：

图3-3 平流沉淀池示意图

页脚内容

318国道青平段沥青段改建工程施工报告

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0.3～0.5m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：15cm×8cm； 单个孔眼的面积:w00.150.080.012m2 ； 孔眼流速采用：v10.1m/s；

孔眼总面积：0=q/v1=0.436/0.1=4.36m2；

孔眼总数：n0=0/ω0=4.36/0.012=363.3个，取364个； 孔眼实际流速：v=q/n0ω0=0.436/(364×0.012)= 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：52×0.08+51×0.1=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7×0.15+6×0.2+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=10.6/7≈1.5m；

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=0.0623×1.2=0.0747 m3/s；

4．指形槽的尺寸

指形槽的槽宽：b=0.9q00.4=0.9×0.07470.4=0.32m，为便于施工，取b0.4m； 取堰上负荷为q0=250m3/m.d，则指形槽长度：

L=1.2Q/q0=1.2×7.1×104×1.06/(250×2)=180.6m

7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=0.75×0.4=0.3m； 终点槽中水深：H2=1.25b=1.25×0.4=0.5m；

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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=0.9×0.4360.4=0.64m，采用1.0m，则出水渠起端

2Q水深：H=1.7331.732gB30.43620.46m；29.811

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=0.46＋0.1＋0.5＋0.1＋0.1＋0.5＝1.76m；

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=1.343×0.052.47=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=75.8≈76个三角堰； 三角堰的中心距：d=13×2/76=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l＝11000mm。 排泥管采用和放空管相同的管径：DN500mm。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告

四．过滤

4.1 设计参数

设计水量为：Q=7.1×104×1.06=75260m3/d=0.871 m3/s； 设计滤速采用v=9.5m/h，强制滤速v≤20m/h；

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

（sm气2=16L/

2）,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t：

t=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=Q／vt=75260／(9.5×23.9)=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,

2每座面积f84m,总面积336m2；

4. 校核强制滤速v':

v'=Nv／(N-1)=4×9.5／3=12.67m/h﹤20m/h的要求；

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 5. 滤池的高度确定

滤池超高H6=0.4m，滤层上水深H51.5m,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:

H清180g1m0m0321l0v d0

2式中: H清水流通过清洁滤料层的水头损失,cm;

水的运动黏度,cm2/s,20℃时为0.0101cm2/s;

g重力加速度,981cm2/s2； m0-滤层空隙率，取0.5；

d0与滤料体积相同的球体直径,cm,根据厂家提供的数据0.1cm. l0-滤层厚度，cm，l0=120cm； v-虑速，cm/s，v=9.5m/h=0.26cm/s；

滤料颗粒球度系数，天然砂粒为0.75-0.8,取0.8. 所以：

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 H清0.01011-0.511801200.2618.07cm39810.50.80.122

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h0.22m,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:H开始0.30.220.52m。

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2m×2m,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=9.5×84=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:

h水封Q单1.84b堰230.2221.842230.15m；

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2×f=6×84=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=2×84=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。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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0.11m×0.11m。

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

16L/s.m2,Q反气=q气f=16×84=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=1.344／10=0.1344m2； 每个布气小孔面积:A气孔=0.1344／40=0.00336m2； 孔口直径:d气孔＝40.00360.065m；

每孔配气量: q气孔=Q反气／40=1.344／40=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=4×84=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=16×84=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:

12A反气水Q反水v反水Q反气v反气0.3361.3440.4928m2 1.55页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告

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0.5

／40=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+0.5—1.5=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.5=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+0.5—1.0=0.75+0.1+0.05+1.2+0.5—1.0=1.6m；

底坡:（1.6—1.1）／12≈0.0417

0

3．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=1.1－0.3=0.8m, 槽宽：b=0.9Q0.4=0.9×0.8710.4=0.85m，取b=1.0m； 湿周：χ=b+2h=1.0+2×0.8=2.6m； 水流断面：A=bh=1.0×0.8=0.8m； 水力半径：R=A／χ=0.8／2.6=0.308m； 水流速度：v23122312Rin0.3080.04170.0137.16m/s

过流能力：Q=Av=0.8×7.16=5.728m3/s

实际过水量：Q实际=Q反水+Q表水=0.504+0.168=0.672m3/s＜Q=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0.8－1.2m/s，取v＝

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 1.0m/s。

强制过滤流量：

Q强=7.1×104×1.06／3=25087m3/d=0.292m3/s （滤池工作时间t＝23.9h）； 进水支渠水流断面积:A支=Q强／v=0.292／1=0.292m2；

进水支渠宽：b=0.9Q0.4强=0.9×0.2920.4=0.55m，取b=0.6m，则高：h=A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=7.1×104×1.06=75260m3/d=0.875m3/s （滤池工作时间t＝23.9h）； 进水总渠水流断面积:A总=Q总／v=0.875／1=0.875m2；

进水总渠宽：B=0.9Q0.4总=0.9×0.8750.4=0.85m，取b=1.0m，高：H=A总／B=0.875

进／b=0.292／0.6=0.49m，取h=0.5m考虑超高0.3m。则进水渠高为0.8m，考虑到施

／1.0=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Q0.64A2gh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,

A总孔Q强0.642gh0.2920.6429.810.10.32m2；

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=0.32×0.168／0.292=0.18m2； 孔口宽:

b中孔=0.9Q0.4表水=0.9×0.1680.4=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=（0.32－0.18）／2=0.07 m2； 孔口宽：

0.4=0.9×0.4≈0.30m， b侧孔=0.9（Q强／2－Q表水／2）（0.292／2－0.168／2）

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,

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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Q1.84bh得,

bQ0.2922.7m 3/23/21.84h1.84h32 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Q强/2)：

V配水渠=Q强／2b配水渠L配水渠=0.292／（2×0.4×0.4）=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20～30mm，过孔流速为2.0m/s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：

Av孔Q表水0.1680.084m2 vv孔2.0每座滤池V型槽的水平布水孔总数为：

N孔Av孔1dv孔240.08413.140.02524168个

每座滤池单侧V型槽的水平布水孔数为n孔80个，布水孔间距为0.15m。

2．V型槽垂直高度的确定

滤池冲洗时槽内水面低于斜壁顶约50～100mm，本设计采用：h1=0.1m。 根据孔口出流公式Q0.64A2gh，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：

2Qh2表水20.64A表孔

0.168/2g0.55m 2g20.640.042页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 扫洗水布水孔中心一般低于用水单独冲洗时池内水面50～150mm，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Q1.84bh3/2求得，其中b为集水槽长，bL12m；Q反单为单格滤池反冲洗水量：

QQ反单＝反＝0.6720.336m3/s，

22则反冲洗时排水集水槽的堰上水头h5为：

Q0.336h5＝反单0.06m 1.84b1.84122323V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45。

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0.6m/s。 V型槽过滤时始端的截面积为：

1Av始0.9520.451m2

2 单格滤池过滤时V型槽的流量为：

q=Q／8=0.871／8=0.109m3/s 滤池过滤时V型槽始端流速为：

vv始= q／Av始=0.109／0.451=0.242m/s＜0.6m/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0.6m/s。 V型槽反冲洗时始端的截面积为： 1Av始0.8520.36m2

2单格滤池反冲洗时V型槽的流量为： q=Q表水／2=0.168／2=0.084m3/s

滤池反冲洗时V型槽始端流速为：

vv始= q／Av始=0.084／0.36=0.23m/s＜0.6m/s，满足要求。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告

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h1

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

hfiL0.00288500.144m

主要配件及局部阻力系数见下表： 配件名称 90º弯头 DN600闸阀 等径四通 数量/个 2 2 2 局部阻力系数 21.022.04 20.150.3 23.06.0 8.34  22v1.31hj8.340.73m

2g2g则冲洗水泵到滤池配水系统的管路损失：

h1hfhj0.1440.730.874m

2. 清水池最低水位与排水槽堰顶的高差H05m

3. 滤池配水系统的水头损失h2

（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，Q反气水＝0.336m3/s0.34m3/s则气水分配渠内的水面高为：

h反水＝Q反气水v水干b气水＝0.341.50.40.57m

水力半径R反水＝b气水h气水2h反水＋b气水＝0.40.5720.570.40.15m 水力坡降i反渠＝nv渠R渠23＝0.0131.50.150.005

2223渠内的水头损失h反水＝i反水l反水＝0.00512=0.06m （b）气水分配干渠底部配水方孔水头损失h方孔

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，Q＝0.8A2gh计算。其中Q为Q反气水，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A方孔＝0.576m2。则:

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 h方孔＝0.340.80.5762g0.028m Q反气水0.8A方孔2g（c）查手册，反洗水经过滤头的水头损失h滤0.22m

22（d）气水同时通过滤头时增加的水头损失h增

气水同时反冲洗时气水比n1543.75，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

v柄＝Q反气水1.25%f0.341.25%840.3m/s 通过滤头时增加的水头损失

h增＝9810n0.010.01v0.12v298103.750.010.010.30.120.32 655Pa0.067mH2O则滤池配水系统的水头损失h2

4. 砂滤层的水头损失h3

滤料为石英砂，容重1＝2.65t/m3，水所谓容重为1t/m3，石英砂滤料膨胀前的孔隙率m00.41，滤料层膨胀前的厚度H31.0m。则滤料层的水头损失

h3111m0H32.6511－0.411.00.97m

5. 富裕水头h4取1.5m，则反冲洗水泵的最小扬程为：

H水泵＝H0＋h1h2h3h450.870.380.971.58.72m

h2h反水＋h方孔＋h滤＋h增＝0.060.0280.220.0670.38m

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576m3/h。

4.6 反洗空气的供给

1．长柄滤头的气压损失p滤头

气水同时反冲洗时，反冲洗用空气流量Q反气＝长柄滤头采用网状1.344m3/s。布置，约55个/m2,则每座滤池共计安装长柄滤头n55844620个

每个滤头的通气量1.344100046200.29L/s

根据厂家提供的数据，在该气体流量下的压力损失最大为：

p滤头＝3000Pa3kPa

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 2. 气水分配渠配气小孔的气压损失p气孔

反冲洗时气体通过配气小孔的流速:

v气孔Q气孔A气孔＝0.03360.0033210.12m/s；

压力损失按孔口出流公式Q3600A2g式中：

p计算

－孔口流量系数，＝0.6;

A－孔口面积，m2；

p－压力损失，mm水柱；

2g－重力加速度，g9.8m/s；

Q－气体流量，m3/h；

－水的相对密度，1。

则气水分配渠配气小孔的气压损失:

p气孔＝Q气孔22360022A气孔2g 113.422360020.620.0033229.814.5mmH2O

3.配气管道的总压力损失p管 （a）配气管道的沿程压力损失p1

、

反冲洗空气流量1.344m3/s，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:

9.8 p气压＝（1.5H气压）式中，p气压－空气压力，kPa;

H气压－长柄滤头距反冲洗水面的高度，m，H气压＝1.5m。

则反冲洗时空气管内的气体压力:

p空气＝1.5H气压9.81.51.59.829.4kPa

空气温度按30℃考虑，查表，空气管道的摩阻为9.8kPa/1000m。 则配气管道沿程压力损失为p19.85010000.49kPa （b）配气管道的局部压力损失p2

主要配件及长度换算系数K见下表：

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 配件名称 DN60090º弯头 DN600闸阀 等径三通 数量/个 4 3 2 长度换算系数K 0.742.8 0.2530.75 1.3322.66 6．21 K 式中:l0－管道当量长度，m；

当量长度的换算公式：l055.5KD1.2

D－管径，m；

K－长度换算系数。

空气管配件换算长度l055.5KD1.255.56.210.61.2186.7m 则局部压力损失p2186.79.810001.83kPa 配气管道的总压力损失

p管＝p1p20.491.832.32kPa

4. 气水分配室中的冲洗水水压p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）

p水压＝H水泵－h1h反水－h小孔9.818.320.870.060.0289.8176.1kPa

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：

p出口＝p管＋p气＋p水压＋p富

式中：

p管－输气管道的压力总损失，kPa; p气－配气系统的压力损失，kPa，本设计

p气＝p滤头＋p气孔＝3＋0.143.14kPa；

p水压－气水冲洗室中的冲洗水水压，kPa; p富－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：

p出口＝p管＋p气p水压＋p富＝2.323.1476.14.986.46kPa

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C90－1.5型离心鼓风机2台，一用一备。风量为90m3/min，风压为100kPa，电动机功率

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 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）。加氯系统采用全真空加氯系统，氯源切换采用自动压力切换，真空调节器安装在氯库内，加氯机采用自动投加方式，水射器安装在加氯投加点处，还应设置漏氯的处理装置。消毒部分的设计内容包括加氯间的设计和氯库的设计，加氯间和氯库的面积按远期规划进行设计，购入设备时按近期规划。加氯间和氯库设置在水厂最小频率风向的上风向。

5.1 加氯量计算

滤前加氯量采用1.0～2.0 g/ m3，滤后加氯量为0.5～1.0 g/ m3。本设计中采用滤前和滤后加氯的方式，取：b滤前=1.5g/m3，b滤后=1.0g/ m3

则滤前加氯量：

q滤前=b滤前Q=1.5×7.1×104×1.06=112890 g/d＝4.70kg/h；

滤后加氯量：

q滤后=b滤后Q=1.0×7.1×104×1.06=75260g/d＝3.14kg/h；

总加氯量：

q总=q滤前+q滤后=4.70+3.14=7.84kg/h。

5.2 加氯设备

5.2.1 自动加氯机选择

近期选用REGAL 2101型自动加氯机（手动，5kg/h）2台，1用1备，ALLDOS－C117 GECO型加氯机（0.2～4kg/h）2台，1用1备，

加氯机的外型尺寸为：宽×高＝350mm×400mm，宽×高＝280mm×340mm。

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 加氯机安装在墙上，安装高度在地面以上1.5m，两台加氯机之间的净距为0.8m。

5.2.2 氯瓶

采用容积为500kg的氯瓶，氯瓶外形尺寸为：外径600mm，瓶高1800mm。氯瓶自重146kg，公称压力2MPa。近期远期氯瓶各采用两组，每组8个（详细计算见后面内容），2组交替使用，使用周期约为40d。

5.2.3 加氯控制

根据余氯值，采用计算机进行自动控制加氯量。

5.2.4 加氯间和氯库

加氯间是安装加氯设备的操作间，氯库是贮备氯瓶的仓库，在本设计中按远期处理水量设计计算，采用加氯间与氯库合建的方式，中间用墙隔开，但留有供人通行的小门。加氯间平面尺寸为：长3.5m，宽3.0m；氯库平面尺寸为：长12.5m，宽15.4m，墙厚0.3m。

加氯间按远期库存20天的氯量设计，则库存总量为：

M=q总T=7.84×24×20=3763.2kg； 因选用氯瓶容量为500kg，则氯瓶个数为：

n=M／500=3763.2／500≈8个；

液氯的储备于8个1吨氯瓶（H×D=2020mm×800mm）。 则实际使用周期为T=8×500／（7.84×24）≈21天；

在氯库设置时，具体平面布置的各种的尺寸如下图所示：

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图5-1 加氯间与氯房平面布置图

注：其中考虑近期设置氯瓶16个（2组，均为实线表示），另外预留远期16个氯瓶的用地（2组，均为虚线表示）。图中平面尺寸单位均为cm。

此外，加氯间还有几点注意要点：

（1）氯瓶中的氯气气化时，会吸收热量，一般采用自来水管喷淋在氯瓶上，以供给热量。设计中在氯库内设置DN25mm的自来水管，位于氯瓶上方，帮助液氯气化。

（2）在氯库和加氯间内安装排风扇，设在墙的下方。同时安装测定氯气浓度的仪表和报警设施。

（3）为了使氯气与水混合均匀，在加氯点后安装静态混合管道混合器。 （4）在加氯间的出入口处，设置工具箱、抢修用品箱及防毒面具。照明和通风设备开关设置在室外。

（5）加氯间和氯库内的管线不宜外露，应敷设在沟槽里。

（6）设置磅秤等校核设备时，磅秤面宜与地面相平，便于放置氯瓶。 （7）当加氯间或氯库需要采暖时宜用暖气。如用火炉时火口应设置在室外。暖气

散

热

片

或

火

炉

应

离

页脚内容 开氯瓶和加氯机。

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六．其他设计

6.1清水池的设计

6.1.1清水池设计 1．清水池有效容积

近期设置两座清水池以适应水厂7.1×104的产水量，远期再增设两座同等规模的清水池。

清水池调节容积取设计水量的18%，清水池单池容积：

V=18％Q／2=18％×7.1／2×104=6390m3； 设计两个，相互联通。

2．清水池的平面尺寸

有效水深取h=4.0m。

则单池面积：F=V／h=6390／4=1597.5 m2； 采用正方形平面，超高取0.5m。 单池的尺寸为：40m×40m×4.5m。

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6.1.2管道设计 1．进水管设计

为防止形成气阻，进水管进池后应用弯管下弯。 进入单个清水池内的流量：

Q1＝7.1／2×104×1.06／（24×3600）＝0.436m3/s；

进水管管内流速，一般为0.7～1 m/s，本设计取：V1＝1.0 m/s； 则进水管管径为：

D14Q1v40.4360.745m ；

3.141.0采用D=800mm的管，则反算出真实流速v=868m/s。

2．出水管设计

由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水最高日最高时流量确定,取时变化系数K=1.5，则最高日最高时的流量：

Q2=7.1／2×104×1.5／（24×3600）=0.616m3/s； 出水管管内流速取：V2=1.2 m/s； 则出水管管径为：

D24Q1v40.6160.809m；

3.141.2采用D=800mm管，则反算出真实流速为v=1.23m/s。

3．溢水管设计

为防止流量过大时，顶板承受托力，管径一般与进水管相同， 采用D=800mm。管端为喇叭口，管上不得安装闸阀，溢流管应包扎尼龙网罩，以防止爬虫沿溢流管进入清水池。清水池溢流管的出口接入水厂下水道。

溢流管上的喇叭口直径D≥(1.3～1.5)Dg=1.3×800=1040mm，取D=1000mm，喇叭口设于最高水位之上0.1米处。

4．放空管设计

清水池内的水在检修时需要放空，因此应设排空管并采用2％坡度并设排水集水坑。

排空管的管径按2h内将池水放空计算。放空管内流速按1.2m/s估计，需排空流量为：

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 3340404mmQ332000.889 ； hs2则排空管的管径D3：

D34Q3v40.8890.971m；

3.141.2采用D=1000mm管，则反算出真实流速为v=1.13m/s。

6.1.3附属设备 1．导流墙

导流是促使新旧水量交替、消除死角，加强加氯和水体混合提高消毒效率及保证水质的必要条件，导流墙顶砌筑到清水池的最高水位，使顶部空间保持畅通，有助于空气流通，导流墙底部每隔移民开一个过水方孔，尺寸为200mm100mm，便于排泄洗池废水，由于水中加有气氯气，故导流墙采用的材料应防止氯的腐蚀。

2．通风管

池顶设Ф=200的通风管，管顶高出池顶覆土面0.7米，且用防护网，防止虫，蝇，雨水进入水中。 3．检修孔

检修孔应靠近溢流管和出水管处.便于安装和检修，人孔上缘高出池顶覆土面0.2米，防止脏水进入，人孔直径为1000mm，设置两个，人孔内设爬梯，靠池壁而定。

4．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0.7m。

6.2 二泵房设计

6.2.1 泵的选型

1．最高日平均时流量为Q=7.1×104m3/d=2958 m3/h；

2．日变化系数Kd一般为1.1～1.5，本设计取Kd=1.4,则平均日平均时流量为：

Q平均日=Q／Kd=7.1×104／1.4=50714m3/d=2113m3/h；

3．时变化系数Kh一般为1.3～1.6，本设计取Kh=1.5,则最高日最大时流量为：

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 Q最大时=QKh=7.1×104×1.5=106500m3/d=4474m3/h；

4．查设计手册选择水泵型号，供水水泵采用500S59型单级离心水泵，（2用1备）和300S58B型单级离心水泵1台，水泵的特性参数如下：

表6-1 离心泵特性参数表

流量Q 型号 扬程H 转速n 轴功率P （kw） 391 100 电动机 型号 Y450-46-6 Y315M=4 效率η 气蚀余量 外形尺寸 L/B/H/ 1638/1640/1300 1073/1070/855 （m3/h） （m） （r/min） 500S59 300S58B 2340 684 47 43 970 1450 功率（kw) （%） （NPSH）t 450 132 83 80 6 4.4 一台500S59型单级离心水泵可满足平均日平均时用水量；一台500S59型单级离心水泵和一台300S58B型单级离心水泵一起工作可满足最高日平均时用水量；两台500S59型单级离心水泵可满足最高日最大时用水量。

6.2.2 泵房平面布置

泵房采用水泵单行布置，水泵房宽9.0m，水泵间距约为3.0m，配电间采用尺寸5 m×17.5m，考虑到可能存在的其他因素，泵房采用如下图所示尺寸：

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图6-1 二泵房平面布置图

与泵房配套的吸水井采用L×B=30m×3m，其池底低于清水池池底1.0m，水面低于清水池水面0.2m，有效水深4.8m，超高0.3m，池子总高度：H=5.1m。

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七．水厂总体布置

7.1 厂址的选择

厂址的选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在厂址选择时，一般应考虑以下问题：

(1)厂址的选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载较大、湿陷等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和和便于施工。

(2)水厂尽量选在不受洪水威胁的地方，否则应考虑防洪措施。

(3)水厂应尽量选在交通方便、靠近电源的地方、以利于施工管理和降低输电线路的造价，并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排出方便。

(4)当取水点距离用水区较近时，水厂一般设在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案，一是将水厂建在取水构筑物附近；二是将水厂建在离用水区较近的地方。

7.2 水厂平面布置

水厂的平面布置应考虑以下几点要求：

（1）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，给水排水管间距最小为1.5m；给水排水管距建筑物基础最小净距3.0m；

（2）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； （3）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； （4）建筑物布置应注意朝向和风向；

（5）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；

（6）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。

参考以上要求，此次设计本着按照功能，分区集中，因地制宜，节约用地的原则，同时考虑物料运输、施工要求以及远期扩建等因素来安排布置的。首先，将办公楼、化验楼、宿舍楼、食堂、运动场、澡堂、维修车间、车库建筑物组合为一区,即生活区；其次，絮凝池、沉淀池、滤池、清水池、泵房、加药间、家氯间和反冲洗泵房等布置在一起，为生产区，用一条6米宽的道路把生活区和生

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 产区隔开。

7.2.1生产区的布置

生产区由混合器、机械搅拌絮凝池、平流式沉淀池、V型滤池、清水池、二级泵房、加药间、加氯间、反冲洗泵房和堆料场等组成，各个处理构筑物之间的间距在10—20米之间。具体的布置见水厂平面布置图所示。

7.2.2生活区的布置

净水厂生活区的建筑按功能分生产性和生活性两大类。生产性包括：化验室，机修间，车库，办公用房等；生活性包括：食堂，浴室，锅炉房，传达室，宿舍等。此外水厂内其他一些建筑物；如堆场，停车库，围墙，篮球场。它们集中布置在城市主导风向的上风向。各个建筑物的尺寸如下所示：

表7-1 水厂生活区建筑物一览表

建筑物名称 传达室 办公楼 化验室 车库 食堂 锅炉房 浴室 机修间 宿舍 仓库 管配件堆场 建筑物面积（m2） L×B=6.0×4.0 L×B=25.0×10.0 L×B=15.0×8.0 L×B=10.0×10.0 L×B=6.0×5.0 L×B=10.0×5.0 L×B=10.0×5.0 L×B=15.0×10.0 L×B=12.0×5.0 L×B=20.0×11.0 L×B=25.0×10.0

7.2.3道路和绿化

（1）道路须能到达主要构筑物和建筑物。连接厂外道路的主车道宽度，一般为6.0～8.0m，厂区内主要构筑物和建筑物之间，用以输送物资的车道的车行道路宽常采用6.0m，并布置成环状以便回撤。

（2）车行道路面一般采用混凝土、沥青混凝土等，人行道采用水泥路面、混凝土制板块等；

（3）新建水厂绿化面积宜大于水厂总面积的20%。绿化包多绿地、花坛和绿

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 带。水厂地下管道错综复杂，绿化时可选用根浅四季常青的树种，沿围墙的管道较少，可种植高大树种。清水池面积较大，池顶覆土较浅，可铺植草皮。厂前区和建筑物门前可设大小不同的花坛，按季节种植不同草木类为主的花卉。

为了使水厂整体效果比较好，所以要求建筑物和构筑物的外形设计尽量协调，颜色的选用也应考虑用同一色系

7.2.4水厂管线布置

（1）原水管线：进入沉淀池之前的原水管线一般为两根，本设计原水管线采用球墨铸铁管，净水构筑物之间的连接管可用架空管渠或地下管道。

（2）清水管线：本设计设有2座清水池，故清水池之间设有联络管线，可采用虹吸管在池顶上予以联通；

（3）排水管线：厂内生活污水与雨水采用和流制，雨水和污水一起排入城市下水道。

（4）加药管线：加矾和加氯管线往往做成浅沟敷设，上做盖板，加药管线的管材采用塑料管，以防腐蚀。

（5）超越管线：考虑到某一环节由于事故检修而停用时，不影响整个水厂的运行而设的管道，一般设超越滤池或超越清水池管线，本设计不采用超越清水池的管线。

（6）自用水管线：水厂自用水均单独成为管系，自二级泵房出水管接出，厂用水关口径应满足消防要求，本设计忽略自用水管线。

水厂排水管线用以排除雨水、生产废水（沉淀池排泥，滤池冲洗废水等）和生活污水。生活污水系统可单独设置，并经处理后排放，其余废水在另一系统中排除。但考虑到水厂排泥水对环境的淤积影响，排泥水应能单独排入污泥脱水处理系统。

7.2.5水厂平面布置图布置示意图

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7.3高程布置

在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流，两构筑物之间的水面差，即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道计量设备水头损失。水头损失通过计算确定，并留有发展余地

为使土方量平衡，在进行高程布置时，以清水池最高水面与地面相平为依据。

7.3.1处理构筑物水头损失

处理构筑物中的水头损失与构筑物的型式和构造有关，具体根据设计手册第3册表15-13（P865）进行估算，估算结果如下表所示：

表7-2 净水构筑物水头损失估算值

构筑物名称 管式静态混合器 机械絮凝池 平流沉淀池 V型滤池 水头损失（m）

0.3 0.1 0.2 2.5 7.3.2构筑物之间的水头损失

水头损失一般应通过计算确定，也可参照规范进行估算，并考虑水头跌落损失，本次设计构筑物内部的水头损失参照规范，构筑物之间的水头损失通过计算，计算公式如下所示：

v2hhfhjil ；

2g式中hf - 两构筑物之间的沿程损失，m；

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 h j - 两构筑物之间的局部损失，m； i - 管道坡度； l - 管道长度，m； v - 管道流速，m/s；

最终的结果见下表所示：

表7-3 水厂各构筑物 名称 絮凝池至沉淀池 沉淀池至滤池 滤池至清水池 清水池至吸水井

水头损失（m） 0.1 0.36 0.32 0.3 当各项水头损失确定之后，便可进行构筑物高程布置。构筑物高程布置与水厂地形、地质条件及所采用的构筑物形式有关。当地形有自然坡度时，有利于高程布置，当地形平坦时，高程布置既要避免清水池埋入地下过深，又应避免絮凝池沉淀池或澄清池在地面上抬高而增加造价，尤其当地质条件差、地下水位高时。

本设计把水厂地面标高定位清水池的水面标高。由此来计算其他各个构筑物的高程。

7.3.3高程计算 1．清水池的高程计算

清水池的水面标高=地面标高=32.00m；

清水池的池底标高=清水池的水面标高－有效水深=32.00－4.00=28.00m； 超高采用0.3m。

2．V型滤池的高程计算

滤池的水面标高=清水池的水面标高＋滤池至清水池之间的水头损失＋滤池自身的水头损失=32.00+0.32+2.5=34.82m；

滤池的池底标高=滤池的水面标高－有效水深=34.82－3.6=31.22m； 超高采用0.4m。

3．平流沉淀池的高程计算

页脚内容 318国道青平段沥青段改建工程施工报告 沉淀池的水面标高=滤池的水面标高＋沉淀池至滤池之间的水头损失＋沉淀池自身的水头损失=34.82+0.36+0.2=35.38m；

沉淀池的池底标高=沉淀池的水面标高－有效水深=35.38－3.5=31.88m； 超高采用0.5m。

4．絮凝池的高程计算

絮凝池的水面标高=沉淀池的水面标高＋絮凝池至沉淀池之间的水头损失＋絮凝池自身的水头损失=35.38+0.1+0.1=35.58m；

絮凝池的池底标高=絮凝池池的水面标高－有效水深=35.58－3.7=31.88m； 超高采用0.3m。

5．吸水井的高程计算

吸水井的水面标高=清水池的水面标高－清水池至吸水井之间的水头损失=32.00－0.3=31.70m；

吸水井的池底标高=吸水井的水面标高-有效水深=31.70-4.8=26.90m；

净水构筑的高程布置采用目前常用的高架式布置形式，因为高架式布置时，主要净水构筑物池底埋设地面下较浅，构筑物大部分高出地面，从而造价较低。

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八．设计体会

本次《水质工程学》的课程设计使我获益良多，感慨颇多，其中辛酸苦辣一言难尽，更觉此时无言胜有言，前面七节就是我的体会，相信老师能意会。

参考文献

[1] 水处理工程设计计算.韩洪军等.中国建筑工业出版社.

[2] 给水排水设计手册（第3册）城市给水.上海市政工程设计院. 中国建筑工业出版社.

[3] 给水排水设计手册（第10册）器材与装置.中国市政工程华北设计院. 中国

建筑工业出版社.

[4] 给水排水设计手册（第11册）给水排水设备.中国市政工程西北设计院. 中国

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[5]《给排水快速设计手册-- 基础知识卷》、《给排水快速设计手册--设备卷》 [6]《给排水制图标准GBT50106-2001》 [7]《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)

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