20万吨净水厂设计计算说明书
目录
一、总论 (2)
1.设计任务及要求 (2)
2.设计原始资料 (2)
二、总体设计概况 (3)
1、水厂规模 (3)
2、总体设计 (3)
2.1确定给水处理厂工艺流程 (3)
2.2水厂工艺方案确定及技术比较 (3)
三、给水单体构筑物设计计算 (5)
（一）、混凝剂配制和投加 (5)
（1）、设计参数 (5)
（2）、溶液池设计及计算 (5)
（二）、混合设备的设计 (6)
（三）、反应设备的设计 (6)
1、回转式隔板絮凝池 (6)
2、平流沉淀池 (9)
3、滤池 (12)
4、进出水系统 (20)
四、消毒 (21)
五、其他设计 (21)
1、清水池 (21)
2、吸水井的设计 (24)
3、二级泵房的设计 (24)
4、辅助建筑物面积设计 (24)
5、水厂管线 (24)
6、道路及其它 (24)
六、水厂总体布置 (25)
参考文献 (25)
一、总论
1.设计任务及要求
给水处理课程设计的目的，一方面在于培养学生的工程思想，另一方面在于学习给水处理工艺设计的基本方法。具体表现为巩固与运用所学的理论知识，熟悉设计步骤与内容，培养分析问题和解决问题的能力。
2.设计的原始资料
该城镇地处北京东部，是北京的一座重要的卫星城市，现有一座地下水源水厂和相应配套的供水系统。近年来，由于人口的增多及工业发展，城镇规模不断扩大，现有的城市基础设施，特别是城市供水系统难以满足供水要求。目前生活供水严重不足，大部分地区采用定时供水措施勉强维持，楼房二层无水，一些平房在高峰用水时也常发生停水现象，严重影响了市民的正常生活和工业生产发展，急需开发新水源以解决供水不足的问题。
（1）地理条件：地形平坦，稍向西倾斜，地势平均标高为22米（河岸边建有防洪大堤）（2）厂位置占地面积：水厂位置距河岸200米，占地面积充分。
（3）水文资料：河流年径流量3.76――14.82亿立方米，河流主流量靠近西岸。
取水点附近水位：五十年一遇洪水位：21.84米；
百年一遇洪水位：23.50米；
河流平常水位：15.80米；
河低标高：10米。
（4）气象资料及厂区地质条件：全年盛行风向：西北；全年雨量：平均63毫米；冰冻最大深度：1米。厂区地基：上层为中、轻砂质粘土，其下为粉细砂，再下为中砂。地基允许承载力：10～12t/m2。厂区地下水位埋深：3～4米。地震烈度位8度。
（6）水质、水量及其水压的要求：
设计水量：根据资料统计，目前在原地下水源继续供水的情况下，每天还需20万立方米。
水质：满足现行生活饮用水水质标准。
水压：二级泵站扬程按50米考虑。
二、总体设计概况
1.水厂规模
根据资料，水厂净水产量20万m3/d，考虑到水厂自用水和水量的损失，确定安全系数为K=1.06。这总处理水量Q=1.06*20万=21.2万m3/d=8833.33 m3/h，取为8850 m3/h。
2.总体设计
2.1确定给水处理厂工艺流程
根据水源水质和《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85）及《生活饮用水卫生规范》（卫生部，2001年6月），根据设计的相关原始资料如水厂所在地区的气候情况、设计水量规模、原水水质和水文条件等因素，通过调查研究，参考相似水厂的设计运行经验，经技术经济比较确定采用地表水净化工艺：
原水→（混凝剂、助凝剂）混合→絮凝池→沉淀池→过滤池→（消毒）→清水池→提升泵站（二级泵房）→城市管网→用户
2.2水厂工艺方案确定及技术比较
（1）、给水处理厂工艺流程方案的选择及确定
方案一：原水→一泵房→静态混合器→往复式隔板絮凝池→平流沉淀池→普通快滤池→清水池→二泵房→用户
方案二：原水→一泵房→扩散混合器→折板絮凝池→斜板沉淀池→ V 型滤池→清水池→二泵房→用户
（2）、方案技术比较：
综上所述：方案一较合理。
三、给水单体构筑物设计计算
（一）、混凝剂配制和投加
（1）、设计参数
根据原水水质及水温，参考有关水厂的运行经验，选精致硫酸铝为混凝剂。最大投加量为20mg/L ，精致硫酸铝投加浓度为10%。采用计量投药泵投加。
（2）、溶液池设计及计算
溶液池设计为以高架式设置，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）.确定溶液池容积：
根据《给水排水设计手册第3册第二版城镇给水》P455页
2）.溶液池容积 按下式计算：
2417aQ
W bn
=
式中 2W －溶液池容积，m 3；
Q －处理水量，3
/m h ；本设计Q=88503
/m h
a －混凝剂最大投加量，20mg/L ；
b －溶液浓度（5%-20%），取10%； n －每日调制次数，取n ＝3。
代入数据得：2W =14.148m 3，取14.15m 3
取有效水深H 1＝1.0m ，总深H ＝H 1+H 2+H 3（式中H 2为保护高，取0.2m ；H 3为贮渣深度，取0.1m ）＝1.0+0.2+0.1＝1.3m 。
溶液池形状采用矩形，尺寸为长×宽×高＝4.2m ×2.6m ×1.3m 。溶液池设置两个，每个容积为2W ，以便交替使用，保证连续投药。 3）.溶解池容积计算：
溶解池容积3120.350.3514.15 5.0W W m ==?=
溶解池一般取正方形，有效水深H 1＝1.0m ，则：
面积F ＝W 1/H 1，有边长a ＝F 1/2＝2.236m ；取边长为2.3m 。
溶解池深度H ＝H 1+H 2+H 3 （式中H 2为保护高，取0.2m ；H 3为贮渣深度，取0.1m ） H ＝1.0+0.2+0.1＝1.3m
和溶液池一样，溶解池设置2个，一用一备。 溶解池的放水时间采用t ＝10min ，则放水流量
2050008.3/606010W q L s t ===?
查水力计算表得放水管管径0d ＝100mm ，溶解池底部设管径d ＝100mm 的排渣管一根（钢
管或铸铁管）。
溶解池搅拌装置采用机械搅拌：以电动机驱动浆板或涡轮搅动溶液。
4）.投药管：
投药管流量 22100014.152000
0.33/243600243600
W q L s ???===??
查水力计算表得投药管管径d ＝20mm ，相应流速为0.8m/s 。
（二）、混合设备的设计
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%，构造如图所示。
管式静态混合器
设计流量：
Q=21.2万m 3/d 取Q=8850m 3/h=2.46m 3/s
根据《水处理工程设计计算》（韩洪军、杜茂安主编，中国建筑工业出版社）中P 62页混合设施静态混合器计算：
静态混合器水头损失 h=0.1184 n Q 2/d 4.4
设计中h=0.5m ，d=1.5m,Q=2.46 m3/s,则n=1.29，取n=2个，即设2个混合单元，长度L=1.1ND=1.1*1.5*2=3.3m ，实际流速v=1.39m/s,选DN1500内装2个混合单元的静态混合器。
（三）、反应设备的设计
根据常用絮凝池的特点、本设计相关资料和类似水厂的工艺特点，经综合比较，选用4个回转式隔板絮凝池较合适。
1、回转式隔板絮凝池：
设计水量： Q 1=Q/24n
设计中取n=4个， 31212000
2208.3/424Q m h =
=? 絮凝池有效容积： 1V=T Q 设计中T=20min
32208.3
V 20736.160
m =
?=。取V=740 m 3
絮凝池长度： V L'H'B =
设计中取H=2.5m,B=25m,则740
L'11.22.525
m =
=?
隔板间距 ：
Q
3600v '
i
i
a
n H =
式中
i
a -----第i 档廊道内隔板间距（m ）
第一档流速取0.5m/s,池内水深2.5m
则第一档隔板间距： 12208.3
0.463360010.5 2.5m a ==???
取10.47m a =，则按上式计算得，实际流速10.493'm v =； 20.6m a =，实际流速20.386'm v =；
3
0.8m a =，实际流速30.289'm v =；
4
1.2m a
=，实际流速40.193'm v =。
絮凝池总长度：
隔板厚度0.1m ，隔板总共19道，则长度：L=L'+190.1=11.2+190.1=13.1m ??
水头损失计算：
絮凝池为钢混结构，水泥砂浆抹面，粗糙系数n=0.013。第一段1R 、1C 、2
1C 、1t v 计算
结果为：
R i =a i H'/(a i +2H') Ci=R i 1/6/n
V lt =v i a i H'/(a i 2+a i+12)0.5H'
有
10.47 2.5
0.2150.472 2.5
R ?=
=+?
1
611
59.540.0130.215C =?=
21
C
=3544.8
122
0.304/2.5
0.470.6
t m s v =
=+?
其余三段
i
R 、i
C 、2i
C
、
it
v
分别为：
20.268R =、261.765C =、2
23814.97C =、20.2316/t m s v = 30.345R =、364.421C =、2
34150.05C =、30.1603/t m s v =
40.484R =、468.160C =、2
44645.81C =、40.1221/t m s v =
最后隔板水流分两股回流，考虑水量平衡，流量分配为45%和55%，廊道间距近端一股为
0.55m 。另外一股为0.65m 。
回转式隔板絮凝池布置图
各段水头损失计算
水头损失按1.0m 计算。 GT 值校核
水温t 在20℃时GT 值校核：G=(ρ?h/60μT)0.5 设计中取T=20.65s ，h=0.2m ，μ=60?1.029?10-4Pa ?s
1139.6(30~60)G s s --=
=在内 GT=39.6*20.65*60=49064.4(在104—105范围内)
在隔板墙底部设排泥孔，外圈每道隔墙设两个，内圈设一个，尺寸为200mm*200mm 。在配水廊道设DN200排泥管。
2、平流沉淀池
1. 已知设计水量（包括自耗水量）：Q=8850 m 3/h =
2.46 m 3/s 沉淀池个数：n=4，每组设计流量为2212.5 m 3/h 沉淀池沉淀时间：T=2.0h 池内平均水平流速：v=15mm/s 有效水深：H=2.0m ，超高：0.3m 原水平均浑浊度为68mg/l 2. 设计计算 (1)池体尺寸
①单池容积V
V=Qt/n=8850*2/4=4425 m3
②池长L
L=3.6vT=3.6×15×2=108 m
③池宽B
池的有效水深采用H=2.0m，超高采用0.3m，则池深为2.3m。则池宽
B=V/LH=4425/(108*2)=20.5 m,采用25m（为配合絮凝池的宽度）
每池中间设三道导流墙，导流槽采用砖砌，导流槽宽为240mm,
(2)校核池子尺寸比例
长宽比：L/B=108/25=4.32>4 符合要求
长深比：L/H=108/2.0=54>10 符合要求
(3)进水穿孔墙
沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长25m，墙高2.5m，有效水深2.0m，用虹吸式机械吸泥机排泥，其积泥厚度为0.1m，超高0.2m。
穿孔墙孔眼形式采用矩形的半砖孔洞，其尺寸为15cm×8cm。孔洞处流速采用v0=0.2m/s,则
穿孔墙孔洞总面积 ：Ω=Q/3600v0= 2212.5/（3600*0.2）=3.07m3
孔洞个数：N=Ω/（0.15*0.8）=3.07/（0.15*0.08）=256 个
(4)出水渠
①采用薄壁堰出水，堰口保证水平
②出水渠宽度采用1m，则渠内水深
h=1.73*（q2/gb2)1/3=1.73*[Q2/(3600n)2gb2]1/3=≈0.58 m
为保证堰口自由溢水，出水渠的超高为0.1m，则渠道深度
为0.7m。
堰口溢流率按400m3/(m?d)计算，出水堰长度L=Q/400=5.53m<25m，无需增加堰长度。
(5)排泥设施
为了取得较好的排泥效果，可采用机械排泥。即在池末端设集水坑，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。
由于平流沉淀池的池底沉泥主要集中在近絮凝池的前端1/3左右沉淀池池长范围，因此沉淀池后端2/3池长范围排出的泥水往往含固率很低，导致水厂平流沉淀池的排泥水量消耗较多，实施水厂排泥水处理时就会相应增加排泥水处理成本。为了减少不必要的排泥水量消耗，必须通过合理排泥来提高沉淀池排泥水的整体含固率。池内存泥区高度为0.1m，池底有1.5‰的坡度，坡向末端积泥坑（每池一个），坑的尺寸为50cm×50cm×50cm.
排泥管兼沉淀池放空管，其管径d应按下式计算：
d=（0.7BLH00.5/t）0.5=0.52m 采用550mm
式中：H0—池内平均水深，m，此处为2.3+0.1=2.4m；
t—放空时间，s，此处按3h计。
(6)沉淀池水力条件复核
1、水流截面积 w=BH=25×2.3=57.5m3
2、水流湿周χ=2H+B=2×2.3+25=29.6m
3、水力半径 R=w/χ=1.98 m
4、雷诺数 Re
Re=vR/γ=1.5×198/0.01=29700
5、弗劳德数 Fr
Fr=v 2/（Rg ）=1.52/（198×981）=1.16×105-
（在规定范围1×10-5～10-4内）
3、滤池
滤池由进水系统，滤料、承托层，清水（集水）系统，冲洗、配水系统，排水系统等组成。根据《给排水快速设计手册—给水工程》P278，对比常见的滤池类型和参考类似水厂，选用普通快滤池。其每一个池上装有浑水进水阀、清水出水阀、反冲洗进水阀、反冲洗排水阀共4个阀门。普通快滤池运行稳妥，出水水质较好；适用于各种规模水厂，单池面积不宜大于100平方米，以免冲洗不均匀，在有条件时尽量采用表面冲洗或空气助冲设备。考虑技术效果和经济因素，所以滤料选择：无烟煤石英砂双层滤料。滤速与要求的滤过水水质和工作周期有关，根据相似条件的运转经验或者实验资料确定。本设计按照正常滤速设计。 普通双层滤料快滤池
（1）平面尺寸计算 滤池总面积：
Q F vT
=
1
nt nt T T =--
F ：滤池总面积 m 2 Q ：设计水量 m 3/d
V ：设计滤速 m/h ，双层滤料，采用10m/h T ：每日实际工作时间 h
t 0：滤池每日冲洗后停用和排放初滤水的时间 h t 1：滤池每日冲洗时间 h n ：每日冲洗次数
设计中取n=2次，10.1h t =，不考虑排放初滤水时间，即取00t =
2420.123.8T h =-?=
设计采用无烟煤石英砂双层滤料，滤速参照类似水厂运行资料，取v=12m/h 2
212000840.336840.41023.8
F m ==≈?
单池面积：
F f N
=
f ：单池面积 m 2
F ：滤池总面积m 2 N:滤池个数
设计中取N=12，布置成对称双行排列
2
840.470.0312
F f N m =
==（小于100平方米，符合要求） 设计中取L=10.0m,B=7.0m,滤池的实际面积为10.0*7.0=70平方米，实际滤速 212000
10.00/127023.8
v m h =
=??
当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速：
1210.0
'10.9/1121
Nv v m h N ?=
==-- 滤池高度： H=H 1+H 2+H 3+H 4 H 1 ：承托层高度 m H 2 ：滤料层高度m
H 3 ：滤层上水深m 一般采用1.5~2.0m H 4 ：超高m
设计中取12340.40,0.70, 1.80,0.30m m m m H H H H ==== H=0.40+0.70+1.80+0.30=3.20m 反冲洗强度：
根据《给水排水设计手册03册城镇给水》P641页，冲洗强度可采用13~16 L/（s ?m 2），
为防止反冲洗时煤粒流失，在全年不同水温时，应使滤层的膨胀率基本相同。因此一年内，至少在高水温和低水温时应采用两种冲洗强度。
本设计取用高水温时反冲洗强度
2
15/()L s q
m =g ，低水温时反冲洗强度为
2
'13/()L s q
m =g 。
则相应的反冲洗水流量根据：q g =f ?q f 为单滤池实际面积。
配水系统根据水温较高时的反冲洗强度来配置。 水温较高时：
70151050/g
f q L s q
==?=g
干管始端流速： v g =4*q g *10-3/π?D 2
（一般采用1.0—1.5m/s ）
式中， q g 反冲洗水流量
D 干管管径，设计中取D=1m
4 1.05
1.34m/s 3.141
g v ?=
=?
配水支管根数： nj=2L/a
L ：滤池长度 m
a ：支管中心间距 m ，一般采用0.25—0.3m ，设计中取a=0.25m
10
2800.25
j n =?
=根， 单格滤池的配水系统如下图所示：
单根支管入口流量：
q j =q g /n j （L/s ）
1050
13.125/80
g j
j
L s q q n
=
=
= 支管入口流速： v j =q*10-3/0.25π?D j
2
一般采用1.5—2.0m/s
D j ：支管管径 m ，设计中取0.1m
413.1250.001
1.67/3.140.01
j m s v ??=
=?
单根支管长度： l j =0.5（B-D ） L j ：单根支管长度 m
B ：单个滤池宽度 m D ：配水干管管径 m
设计中取B=7m ，D=1.0m
1(7.0 1.0) 3.02j m l =?-=
配水支管上孔口总面积：
设计中取K=0.25%
22
0.25%700.175175000k m mm F =?==
配水支管上孔口流速 V k =q g /F k V k 一般取5~6m/s
有 1.050
6.0/0.175
k m s v =
= 单个孔口面积：
设计中取10k mm d =
2
0.785101078.5k
f
mm =??=
孔口总数：
175000
222978.5
k N =
≈个 每根支管上的孔口数：
2229
2780
k n =
≈个 支管上孔口布置成二排，与垂线成45°夹角向下交错排列，如图右所示。
孔口中心距：
a k =2l j /n k
设计中取 3.0j m l =，27k n =个 有a k =0.22m 孔口平均水头损失：
h k =（q/10μK ）2/2g
式中，q 冲洗强度 μ 流量系数
K 直观上空口总面积与滤池面积之比，一般采用0.002—0.0025
设计中取5,0.25%;2k mm K d δδ
===则孔口直径与壁厚之比，查表选用流量系数μ=0.67，则：
115 4.629.8100.670.25%k m h ??
=
= ??????
配水系统校核：
对大阻力配水系统，要求其支管长度j l 与直径j d 之比不大于60
/ 3.0/0.13060j
j
l d
==<
对大阻力配水系统，要求配水支管上孔口总面积k F 与所有支管横截面积之和的比值小于0.5，
0.175
0.280.53.14800.100.10
4
k j
j
F f
n =
=
洗砂排水槽
根据《给排水设计手册第三册城镇给水》P641页关于普通快滤池双层滤料的滤池，洗砂排水槽顶距滤层表面高度H ：
设计中取145%e =，255%e =，0.05m δ=，255%e =，255%e =，砂层和无烟煤的厚度和最大粒径选择14000.4mm m H ==，24000.4mm m H ==， 计算x ：
a.洗砂排水槽中心距：
a 0=L/n 1
因洗砂排水槽长度不宜大于6m ，故在设计中将每座滤池中间设置排水渠，在排水渠两侧对称布置洗砂排水槽，每侧洗砂排水槽数14n =条，池中洗砂排水槽总数28n =条，L=10m
010
2.54
m a =
= b.每条洗砂排水槽长度:
l 0=（B-b ）/2
设计中取b=0.8m ，B=7m
070.8
3.12
m l -=
= c.每条洗砂排水槽的排水量:
q 0=q g /n 2
设计中取28n =条，
1050
131.25/8
L s q
=
= d.洗砂排水槽断面模数:
洗砂排水槽断面模数设计中取00.6/m s v = 则计算出x ：
0.23x m ==
综上计算出：
洗砂排水槽顶距滤层表面高度H
45%0.455%0.4 2.50.230.050.075 1.1H m =?+?+?++=
排水槽总平面面积：
F 0=2xl 0n 2+b ·L
20.23 3.180.81019.41F
=???+?=
校核排水槽总平面面积与滤池面积之比，
19.41
100%27.7%25%70
f
F
=
?=≈，基本满足要求。 （5）中间排水渠：
1.730.97e
m H
==
单格滤池的反冲洗排水系统布置如下图所示：
（6）滤池反冲洗方式：
滤池反冲洗水可由高位水箱或专设的冲洗水泵供给。设计中按水泵供水反冲洗方式进行计算
单个滤池的反冲洗用水总量：
W=q ·f ·t/1000
设计中取t=7min=420s,q=15L/(s*m 2)
3
15704204411000
W m ??=
=
水泵反冲洗：
根据《给水排水工程快速设计手册—给水工程》P274， 水泵流量：
Q ’=f ·q
有 '70151050/Q L s =?= 水泵扬程：
H=H 0+h 1+h w2+h w3+h w4+h 5
H 0 ----排水槽顶与清水池最低水位高差，一般取7m
h5----安全水头，一般采用1-2m
2
w h ----配水系统水头损失，m ，设计中为大阻力系统，取2w h =4.0m ； 3
w h ----承托层水头损失，m ，设计中取3w h =0.14m ； 4
w h
----砂滤层和煤滤层水头损失，m ，设计中取4w h =1.2m ；
设计中取0157, 2.0, 1.5m m m h h H ===：
7240.14 1.2 1.515.84H m =+++++=
根据水泵流量进行选泵，最终确定水泵型号为20sh-28A,泵的扬程为15.2~10.6m ，流量为650~950L/s 。配套电机选用JS-117-6;共选两台泵，一用一备。
水泵吸水管采用钢管，吸水管直径1000mm ，管中流速v=1.33m/s,符合要求。水泵压水管也采用钢管，压水管直径800mm ，管中流速v=2.09m/s ，基本符合要求。 4、进出水系统 进水总渠：
根据《给排水设计手册第1册常用资料》P872，进水总渠选用梯形明渠（m=2.0），设计中取进水总渠渠宽1B =1200mm ，滤池的总进水量为Q=20万立方米/每天=2.315立方米/每秒，水深为0.8m ，渠中水流速为1.125m/s 。 单个滤池进水管：
单个滤池进水管流量3
2
2.315/120.193/s Q m ==，根据《给排水设计手册第1册
常用资料》P362采用进水管直径2600mm D =，管中流速20.662/m s v =。 反冲洗进水管：
冲洗水流量1050/g
L s q =，采用管径3800mm D =，管中流速3 2.09/m s v =。
清水管：
清水总流量3
2.315/Q s m =，为了便于布置，清水渠断面采用和进水渠断面相同尺寸。 单个滤池清水管流量
3
20.193/s Q m =，采用管径
5
600mm D
=，管中流速
5
0.662/m s v
=。
排水渠：