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1、水质工程学（一）课程设计某城市自来水厂的设计绪论本设计是关于某城市自来水厂的设计，该设计包括水厂规模的确定，水厂规模的设计，水厂工艺方案的确定，水厂的平面布置，以及水厂的高程布置等。水厂规模根据设计人口的人均最高日用水量标准计算城市生活用水量，并根据一般工业用水占用的比例，计算一般工业用水量，根据三产用水比例，确定三产用水量，大型工厂按所提供的资料作为集中流量。根据所确定的水厂规模和原始资料及生活饮用水卫生标准，选择了三种方案进行技术比较，确定最佳方案。根据所选方案，对单体构筑物进行计算，确定平面尺寸，高程尺寸，各细部尺寸。确定单体构筑物尺寸后，按照尽量以直线方式放置的原则放置构筑物，并且根据
2、水厂规模确定附属构筑物的尺寸，合理规划生活区，并使水厂达到一定的绿化面积。第一章 水厂设计基础要求1.1 水厂设计要求a. 确定水厂的设计规模，进行厂址确定及方案论证。b. 确定水厂的设计工艺方案二到三个，进行方案技术经济比较，并进行初步可行性研究，根据原水水质和处理达到的饮用水水质标准，选择最佳设计方案。c. 根据确定的工艺，进行单体构筑物的设计计算及附草图。d. 进行水厂平面布置和高程布置，水厂平面布置包括处理构筑物及附属构筑物的位置大小，主要生产管线及控制阀门，其他管线布置，厂区道路，构筑物之间道路，绿化等也要相应确定。高程图要根据地形特点，确定水厂地面标高，并进行土方平衡，一般清水池的
3、水面标高在地面上00.5m，依此确定水厂高程。而合建式清水池则不按此方式确定。高程图要标明构筑物名称，管径，池顶标高，各水面标高。水厂平面图要列表表明各工艺名称，数量，尺寸，构筑物位置一般采用坐标标明其位置。e. 进行个单体构筑物的平面图、剖面图及大样图的绘制。1.2 水厂设计步骤水厂设计和其他工程设计一样，一般分两阶段进行：扩大初步设计和施工图设计。对于大型的或复杂的工程，再扩初设计之前，往往还需要进行工程可行性研究或所需特定的实验研究。可行性研究经有关专家评估并得到主管部门批准后，方可进行下一步工作初步设计。以上提到的可行性研究内容仅就一般情况而言，不同工程项目，研究内容和要求也往往不同。
4、大型工程或复杂工程所涉及到的问题很多，每一个问题（当然不是细节问题）均需在可行性研究中得到解答。简单的小工程，可行性研究比较简单，甚至可直接进行扩初设计。扩初设计是在可行性研究基础上进行的，内容和要求比可行性研究更具体一些。在扩初设计阶段，首先要进一步分析研究调查和核实已有资料。所需主要资料包括：地形、地质、水文、水质、地震、气象、编制工程概算所需资料、设备、管配件的价格和施工定额，材料、设备供应状况，供电情况，交通运输状况，水厂排污问题等。需要时，还应参观了解类似水厂的设计、施工和运行经验。在此基础上，可提出几种设计方案进行技术经济比较。这里所提的方案比较是在可行性研究 所提大方案下的具体方
5、案比较。最后确定水厂位置、工艺流程、处理构筑物型式和初步尺寸及其他生产和辅助设施等，并初步确定水厂总平面图布置和高程布置。在水厂设计中，通常还包括取水工程设计。因此，水源选择、取水构筑物位置和型式的选择以及输水管新等，都需经过设计方案比较予以确定。初步设计的最后成果一般包括设计说明书一份和若干附图等。设计说明书的主要内容一般包括：设计要求概述，方案比较情况，各构筑物及建筑物的形式、尺寸和结构形式等。有关设计资料也应附在说明书内。附图数量应按工程具体情况决定，但至少应包括：水厂总平面布置图，高程布置图及主要处理构筑物简图等。1.3水厂设计原则有关水厂设计原则，在设计规范中已作了全面规定。重点提出
6、以下几点：a. 水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以原水水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗及沉淀池或澄清池排泥等方面。自用水量取决于所采用的处理方法、构筑物类型及原水水质等因素。城镇水厂自用水量一般采用供水量的 5%10%，必要时应通过计算确定。b. 水厂应按照近期设计，考虑远期发展。根据使用要求和技术经济合理等因素，对近期工程既可做分期建造的安排。对于扩建、改建工程，应从实际出发，充分发挥原有设施的效能，兵营考虑与原有构筑物的合理配合。c. 水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时，仍能满足用水要求。例如，主要设备（如水泵
7、机组）应有备用量。城镇水厂内处理构筑物一般虽不设备用量，但通过适当的技术措施，可在涉及允许范围内提高运行负荷。d. 水厂自动化程度，应本着提高供水水质和供水可靠性，降低能耗、药耗，提高科学管理水平和增加经济效益的原则，根据实际生产要求，技术经济合理性和设备供应情况，妥善确定。e. 设计中必须遵守设计规范的规定。如果采用现行规范中尚为列入的新技术、新工艺、新设备，则必须通过科学论证，确证行之有效，方可付诸工程实际。但对于确行之有效、经济效益高、技术先进的新工艺、新设备和新材料，应积极采用，不必受先行设计规范的约束。1.4水厂选址厂址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
8、较确定。在选择厂址时，一般应考虑以下几个问题：a. 厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载力较大、湿陷性等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。b.水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。否则应考虑防洪措施。c. 水厂应尽可能设置在交通方便、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除方便。d. 当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两个方案，一是将水厂设置在取水构筑物附近；另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。前一种方案主要优点是：水厂和
9、取水构筑物可集中管理，节省水厂自用水（如滤池冲洗和沉淀池排泥）的费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除，特别对浊度较高的水源而言。但从水厂至主要用水区的输水管道口径要增大，管道承压较高，从而增加了输水管道的造价，特别是当城市用水量逐时变化系数较大及输水管道较长时；或者需在主要用水区增设配水厂（消毒、调节和加压）,净化后的水由水厂送至配水厂，再由配水厂送至管网，这样也增加了给水系统的设施和管理工作。后一种方案优缺点于前者正好相反。对于高浊度水源，也可将预沉构筑物与取水购筑物建在一起，水厂其余部分设置在主要用水区附近。以上不同方案应综合考虑各种因素并结合其它具体情况，通过技术经济比较确定。第二章 设
10、计基本资料及任务要求2.1设计基本资料设计人口14.6万人均用水量标准（最高日）240SS最高/(mg/l)580SS平均/(mg/l)380最大日时变化系数1.20工厂A（万m/d）0.3工厂B（万m/d）0.9工厂C（万m/d）1.7工厂D（万m/d）0.6一般工业用水占生活用水180第三产业用水占生活用水80未预见用水及漏水系数取%水厂自用水系数取%15102.2原水水质及水文地质资料原水水质情况序号名称最高数平均数备注1色度40152PH值7.57.03DO溶解氧9.66.384BOD1.50.75COD3.21.66其余均符合国家地面水水源I级标准水文地质及气象资料1、河流水文特征
11、最高水位5.20m，最低水位1.10m，常年水位3.50m2、气象资料历年平均气温：16，年最高平均气温：32，年最低平均气温：0。年平均降水量：1056mm，年最高降水量：1765mm，年最低降水量：870mm。常年风向：东南风，频率：12.8 。历年最大冻土深度：20cm。3、地质资料第一层：回填、松土层，承载力8kg/cm，深11.5m；第二层：粘土层，承载力10kg/cm，深34m；第三层：粉土层，承载力8kg/cm，深34m；地下水位平均在粘土层下0.5m。4、平均地面标高：7.0m2.3设计任务1.确定水厂建设规模、位置；2.水厂方案确定及方案比较；3.水厂工艺设计计算,完成水厂平
12、面布置图、高程图(完成设计图2 张以上,其中手工图1张以上)；4.设计计算说明书1份.第三章 水厂设计规模确定1.近期规模已知:该地区现有人口14.6万,人均用水量标准(最高日)为240L/capd工厂A：0.3万m/d；工厂B：0.9万m/d工厂C：1.7万m/d；工厂D：0.6万m/d一般工业用水量占生活用水量的180%第三产业用水量占生活用水量的80 %最大日时变化系数为1.20可得:Q生活 = 14.6240L/capd= 3.504(万m/d)Q集中 = 0.3 + 0.9 + 1.7+ 0.6 = 3.500(万m/d)Q生产 = Q生活180% = 3.504180 % = 6.
13、307(万m/d)Q三产 = Q生活90 % = 3.50480 % = 2.803 (万m/d)Q生活 + Q生产 + Q三产 + Q集中 = 16.114(万m/d)考虑管网漏失水量和未预计水量(系数1.151.25)考虑水厂自用水量(系数1.051.10)9.8751.151.10 = 20.384(万m/d)近期水厂用水约为21.000(万m/d)2.水厂设计规模为:近期规模21.000万 m3 /d.水处理构筑物按照近期处理规模进行设计.水厂的主要构筑物分为3组，每组构筑物类型相同。每组处理规模为7万m3 /d.近期建造3组。第四章 水厂工艺方案的确定水处理构筑物类型的选择，应根据原
14、水水质，处理后水质要求、水厂规模、水厂用地面积和地形条件等，通过技术经济比较确定.初步选定三套方案如下:方案一:取水一级泵站管式静态混合器往复隔板絮凝池平流沉淀池普通快滤池清水池二级泵房用户 消毒剂方案二:取水一级泵站管式扩散混合器折板絮凝池平流沉淀池V型滤池清水池二级泵房用户消毒剂 方案三:取水一级泵站机械搅拌澄清池普通快滤池清水池二级泵房用户 消毒剂 方案一方案二方案三类别管式静态混合器管式扩散混合器机械搅拌澄清池优点构造简单，安装方便。混合快速均匀管式孔板混合器前加装一个锥形帽，水流合药剂对冲锥形帽后扩散形成剧烈紊流，使药剂和水达到迅速混合。不需外加动力设备，不需土建构筑物，不占用地处理效率高，力度大。对原水浊度的适应性强，处理效果较稳定。将混合，絮凝和沉淀分离工艺放在一个构筑物中进行，节约占地及建造费用。缺点混合效果受水量变化有一定影响1.水头损失稍大2.管中流量过小时，混合不充分需要有一套机械搅拌设备，耗电，费用大。三合一的池子，维护比较麻烦。絮凝区较小，絮凝过程不完善，药耗较高。适用条件适用于水量变化不大的各种规模水厂适合于中等规模只适用于中、小型水厂。类别往复隔板絮凝池折板絮凝池优点1.
