扬州大学环境科学与工程学院毕业设计
专业给水排水工程
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完成日期2008年6月11 日
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扬州大学毕业设计
摘要
本设计为江苏省苏州市浦庄镇二期扩建工程设计。该工程水量目标，预计水厂的总规模为1*104m3/d。
整个工程包括三大部分：取水工程、输配水工程和净水工程。
取水工程主要的设计内容为地表取水位置的选择、取水型式的确定及取水泵站的设计。
净水工程的主要设计内容为净水厂的设计计算。包括水处理工艺流程的确定、处理构筑物的设计计算以及水厂的平面和高程布置。
通过技术和经济比较，确定净水厂的工艺流程选用方案一：
方案一：太湖水一级泵房
液氯
聚合铝网格絮凝斜
管沉淀池
无阀滤池无阀滤池清水池二泵房城市管网
液氯
关键词：取水工程；输配水工程；净水工程；网格絮凝池；斜管沉淀池；无阀滤池；
Abstract
The design is water supply project for the water plant of PuZhuang town of SuZhou City in Jiangsu Province. The total volume of this project is 10 thousand cubic meters.
The whole project consists of three parts which is water diversion project, water transport and allocation project and water treatment project.
The surface water diversion project consists of the selection of water source location, the form of water diversion and the design of pump station.
The water clarification project is the major part in this paper. It consists of the choice of the water plant location, processes selection, water treatment constructions design, plant layout and architectural design. This paper also demonstrates the detail of process of design for each construction or apparatus in the water treatment plant. It is divided into two parts: water treatment plant designing and water proportioning plant designing. According to the surveying about quality of raw water, the raw water can be transmitted to the user only through simple disinfection (add chlorine).
Two sets of program have been compared both technologically and economically. And the first program is preferred. The whole process is as follows: raw water→ pipe-shaped mixing apparatus →mechanical stirring clarifier → water treatment project→ flocculent
tank→ non-valve filter →clear well→ high-service pumping station→ municipal pipe network.
Keywords: water diversion projects; water transport and allocation projects; water treatment project;flocculent tank;slanting canal preciplitank; non-valve filter
目录
绪论 (1)
1 概况 (6)
1.1 设计任务 (6)
1.2 设计原则 (6)
1.3 设计原始资料 (6)
2 供水方案设计 (8)
2.1水源选择 (8)
2.2取水点及取水构筑物型式确定 (8)
2.3厂址选择 (9)
2.4水厂工艺流程确定 (9)
2.5水处理构筑物型式选择确定 (14)
2.6净水厂总体布置 (16)
3 供水方案设计 (20)
3.1给水处理厂用水量设计 (20)
3.2投药系统 (20)
3.3加氯系统 (21)
3.4网格絮凝池设计 (22)
3.5斜管沉淀池设计 (27)
3.6半敞开式无阀滤池 (32)
3.7清水池 (38)
3.8取水工程设计 (40)
3.9二级泵房 (43)
3.10系统高程设计 (46)
3.11平面布置 (48)
致谢 (49)
参考文献 (50)
附录 (51)
绪论
一、课题的意义及目的：
通过毕业设计，熟悉并掌握给水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，学会根据设计原始资料正确地选定设计方案，正确计算, 具备设计中、小城镇水厂的初步能力。对取水工程、净水工程与输配水工程进行设计。
要求对总体布置的设计思想，从工艺流程、操作联系、生产管理以及物料运输等各方面考虑，而进行合理的组合布置设计。掌握设计说明书、计算书的编写内容和编制方法，并绘制工程图。
二、本课题研究内容：
1、取水工程：取水方案及位置的确定、取水构筑物形式和设备的设计计算并绘图。
2、给水处理工程：净水厂场址选择、水处理方案的比较与选择、工艺流程、总平面布置(包括主要辅助建筑物，给排水管道，道路、绿化、冲洗水、排泥水回收等)，各建构筑物型式、尺寸及设备选择，选择，投药、消毒，新工艺及新型构筑物采用原理及效果的设计计算并绘图。
三、给水处理研究现状及发展趋势：
建国以来，我国给水事业无论在科学理论或生产工艺各方面都有了飞跃的发展与进步，并取得丰硕的成果，这些成果有的已经接近或达到国际先进水平，有力地推动了国民经济的发展。但从总体看我国给水工艺与世界先进技术相比还有一定距离。及时了解和总结我国给水工艺水平发展状况及与国外先进水平的差距，才能督促和鼓励给水工作者奋起直追，尽快赶上国际水平。
给水处理的主要任务和目的就是通过必要的处理方法去除水中的杂质，以价格合理、水质优良安全的水供给人们使用，并提供符合质量要求的水用于工业。给水处理的方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求而确定。在逐渐认识到饮用水存在水质污染和危害的同时，人们也开始了长期不懈地对饮用水净化技术的研究和应用。到20世纪初，饮用水净化技术已基本形成了现在被人们普遍称之为常规处理工艺的处理方法，即混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规处理工艺至今仍被世界上大多数国家所采用，成为目前饮用水处理的主要工艺。传统工艺、理论主要是建立在以粘土胶体微粒和
致病细菌为主要工作对象的基础上，随着污染程度的日益加剧和污染源的逐渐增多，污染物品种的多样化，为给水处理工作者带来新的课题。现在给水工程较以往的任何时候都更加注意原水的预处理工作和在传统工艺后面的深度处理，这是当前发展最快的方面，也是我国和国外给水工艺水平主要差距所在。净水厂的工艺改造有以下几种方法：①. 增加深度处理构筑物，如活性炭吸附（或者臭氧－活性炭联用）技术；②. 增加预处理构筑物,如生物预处理(接触氧化池或生物滤池)；③. 不增加常规工艺前、后的净化构筑物，在现有工艺上改造，如强化混凝、强化过滤、优化消毒；④. 综合采用前面几种技术。
（一）预处理
预处理是针对水源水的污染特性，设置在传统处理工艺之前的各种处理措施，包括格栅筛除原水中的漂浮杂物；投加化学氧化剂，如臭氧、高锰酸钾；投加吸附剂，包括粉末活性炭和活化粘土；以及生物氧化技术等。
（二）常规处理
1、混合：理论上早已阐明混合是絮凝的基础，要求快速剧烈的混合，以促进混凝药剂扩散速度和压缩水中胶体的双电层，使胶体脱稳。改造的基本方法可因地制宜选用静态混合器、利用水泵和加装机械搅拌混合器等。
2、絮凝：改造的基本原则是创造适宜的水力条件，使絮凝的各段过程中尽量接近最佳GT值。对打碎絮体的部位需扩大断面积，对GT值过小的部位加装网格或阻流装置。如要适当增加絮凝时间则可适当地占用一些沉淀池空间来解决。目前国内外大部分净水厂采用的絮凝剂仍铝盐和铁盐最为普遍。近几年来，国外正研制和开发应用新型高效絮凝剂方面进展很快。引人注意的是两类絮凝剂。一类是无机聚合物絮凝剂；另一类为有机高分子聚合物絮凝剂。目前美国、英国已有数百家水厂应用流动电流技术控制混凝收到良好效果，最近英国水研究中心和伦敦大学研究人员联合研制了一种新的絮凝控制在线检测仪器(FIOC mate探测器)。对于国外先进的自动控制工艺，我国已开始致力于引进和研究。
3、沉淀：沉淀池除去有机和无机可沉悬浮物和胶体混凝物，可分为平流沉淀池和斜管沉淀池，一般以斜管沉淀池性能为佳。斜管沉淀池是继平流沉淀池之后于60年代末、70年代初发展起来的一种建立在"浅池理论"上的沉淀设施，具有占地面积少、沉淀效率高的特点，在我国经过近20年的应用和发展，使沉淀技术日臻完善，也积累了许多设计和运行经验，是一种成熟工艺。
4、澄清：澄清池在我国使用普通程度仅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。悬浮澄清和水力循环澄清池是早期修建的。现在为了提高效率，大多都进行了不同程度的改进。我国现在建造的澄清池多为机械加速澄清池，用于中小水厂的一级处理，也有的新建水厂选用脉冲澄清池。
5、气浮：气浮处理工艺是净水一级处理的另一种形式。气浮法是一个古老的处理工艺。我国当前在气浮法处理工艺与先进国家相比差距很小，也并非表现在处理工艺水平上，而是污泥的处置。国外有较完善的污泥处理手段和设备，对气浮法产生的污泥处理不成问题，而我国由于国情所致，给水厂的污泥处理还处于未起步阶段，沉淀池产生的污泥一般多重新排入水体，而气浮法产生的污泥则不能排入水体，必须进行处理。当前气浮产生的污泥苦于找不到适于我国国情的费用低廉的污泥处理工艺和设备，而使其普及带来困难。
6、过滤：一般称为二级处理，通常是设于混凝、沉淀、澄清、气浮等一级设备之后，用来进一步降低水中浊度。当前国内外过滤过程多使用快滤池以提高生产效率。快滤池的过滤机理是接触絮凝。快滤池发展历史已百余年，创造出多种池型，有四阀滤池、双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、压滤罐等。大型水厂多使用四阀滤池及其改型的双阀滤池。从滤料上看，使用单层砂滤料和砂、煤双层滤料的较多，三层滤料及三层以上滤料应用较少。可考虑采用轻质（煤或陶粒滤料）、粒径较粗、滤层较厚的均匀滤料。滤池采用气水联合反冲洗，改善冲洗效果，节约冲洗水量。
7、消毒：很长一个时期以来，传统的消毒杀菌剂主要是采用氯及其化合物。二氧化氯用于给水处理消毒，近年来受到广泛的注意，主要是由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃。臭氧消毒被认为是在水处理过程中替代加氯的一种行之有效的消毒方法。据有关资料介绍，通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论：从消毒效果后，臭氧化>二氧化氯>氯>氯胺。而从消毒后水的致突变性看则氯>氯胺>二氧化氯>臭氧。由此可显示出采用臭氧消毒的优点。
（三）强化技术
1、强化混凝：指向水中投加过量的混凝剂并控制一定的pH值，从而提高常规处理中天然有机物（NOM）去除效果，最大限度地去除消毒副产物的前体物（DBPFP），保证饮用水消毒副产物符合饮用水质标准。方法有：1）增加混凝剂的投加量，使有机物的水化壳压缩，水解的阳离子与有机物阴离子电中和，消除由于有机物对无机胶体的影响，从而使无机胶体脱稳。不同的水质对混凝剂用量的要求不同，混凝剂对水中大分
子有机物和增水性有机物有较好效果。2）调整pH值。水的pH值对有机物去除影响明显。当原水pH值较高时，可通过加酸来降低pH值，一般有机物较多时，pH调整到5～6效果较好。加酸一般加在混凝剂投加前，以促使混凝剂水解形成高价正电荷。3）投加絮凝剂，增加吸附、架桥作用，使有机物易被絮体粘附而下沉。4）完善混合、絮凝等设施，从水力条件上加以改进，使混凝剂能充分发挥作用，也是强化混凝的一个措施。
2、强化过滤：指通过选择合适的滤料，采取一定的措施和技术，使得滤料在去除浊度的同时、又能降低有机物，降低氨氮和亚硝酸盐氮的含量。方法有：1）选择合适的滤料：滤料的表面要有利于细菌的生长，并具有足够的比表面积，滤料的粒径和厚度必须保证滤后水浊度的要求。国外已有这方面的专用滤料，国内也正在开发研究。2）滤料的反冲洗既能有效地冲去积泥，又能保存滤料表面一定的生物膜，其冲洗方法（单水或气、水反冲）和冲洗强度应结合选用滤料通过试验确定。3）要求进滤池水有足够的溶解氧：氨氮的硝化过程需要消耗溶解养，如果原水中溶解氧不足，将影响硝化过程的进行，因此，当原水溶解氧较低时，可通过曝气措施增加溶解氧。4）由于余氯的存在会抑制细菌生长，因此不能在滤前进行加氯，滤池的反冲洗水也不应含余氯。由于取消了预加氯，为了保证出厂水细菌指标的合格，必须注意滤后水的消毒工艺。5）滤池去除氨氮的效果与温度有密切关系。夏季水中饱和溶解氧低，氨氮去除主要受溶解氧控制；冬季水温低，滤料的生物作用减弱，去除效果明显降低。
（四）水的深度处理
深度处理通常是指在常规处理工艺以后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除,提高和保证饮用水质目前水的深度处理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和生物活性炭。国外采用深化处理较为普遍，我国在水的深化处理方面还处于起步阶段，大部分老水厂均未采用深度处理，只是部分新水厂采用了活性炭吸附处理。
四、本课题解决问题
1、通过水厂处理工艺的设计使太湖水经处理后达《生活饮用水卫生标准》中的规定。
2、合理设计絮凝沉淀池和滤池，节省土建费用、便于管理与维护；采用无阀滤池提高水厂运行的自动化程度。
3、通过对水厂的合理设计，使工程投资和运行费用较低，使工程具有一定的可靠
度，满足用户对水质，水量，水压的要求。
4、提高仪表自动化监控设计水平以保证水厂的安全运行、供水质量和系统性的经济调度。
除此以外，我们仍应继续发展高效率的新工艺、新技术和新设备，以进一步提高我国净水厂设计的技术水平，为开创我国给水事业的新局面做出更大贡献。
1概况
1.1 设计任务
工程名称：浦庄镇水厂二期扩建工程
工程类别：市政供水工程
浦庄镇现有地表水厂一座，供水能力为2500m3/d。近年来，随着社会经济的不断发展，镇区人口不断增加和城镇居民生活水平的逐步提高，居民生活用水量大幅增长，特别是镇区内各工业企业陆续开工上马，必将严重制约该镇的社会经济发展，加紧进行地表水厂的二期扩建工程的建设，已成当务之急。
设计依据为给水工程毕业设计任务书及相关资料。
1.2 设计原则
（1）净水厂工艺根据太湖水水质的特点，所采用的工艺流程力求技术先进、经济合理、节约能耗、节省造价，水厂运行操作安全可靠、管理维修方便，确保出厂水水质达到饮用水标准。
（2）根据现有水厂空地情况，净水厂平面布置尽量做到布局合理，工艺流程顺畅，处理构筑物衔接紧凑，便于操作管理。
（3）为提高科学管理水平、确保安全生产，适当采用先进设备，配置先进的加药加氯系统。
1.3 设计原始资料
1.3.1城镇现有给水工程概况
浦庄镇现有地表水厂一座，供水能力为2500m3/d。近年来，随着社会经济的不断发展，镇区人口不断增加和城镇居民生活水平的逐步提高，居民生活用水量大幅增长，特别是镇区内各工业企业陆续开工上马，必将严重制约该镇的社会经济发展，加紧进行地表水厂的二期扩建工程的建设，已成当务之急。
浦庄镇原有水厂位于太湖边，取用太湖水。水量充足，但水体受到污染，藻类含量很高，按地面水环境质量标准，勉强可作为集中供水水源。
1.3.2设计任务及要求
（1）工程规模：根据对远期用水量的测算，并考虑未预见用水量及管网损失水量按总水量的10%计算，预计水厂总规模为d m /10134 。
（2）水质：出厂水水质达到中华人民共和国国家标准《生活饮用水卫生标准》 （GB5749-2006）
（3）水压：根据浦庄镇总体规划及管网改扩建规划，水厂设计出水压力为
0.32——00.35MPa 。供水时变化系数K h =1.5。
（4）应用成熟且适合本项目情况的工艺、技术。工艺合理、布局紧凑、设备运行经济可靠，便于操作和维修。设计说明书条理清晰、层次分明、文字通顺、格式规范。
2供水方案设计
2.1水源选择
设计中水源选择一般要考虑以下原则；
1.所选水源水质良好，水量充沛，便于卫生防护。
2.所选水源可使取水，输水，净化设施安全经济和维护方便。
3.所选水源具有施工条件。
根据所给资料，原水厂水源太湖水满足以上要求，故可选择其作为本工程设计的水源。
2.2取水点及取水构筑物型式确定
2.2.1 取水口位置确定
取水口设计原则：
（1）位于水质较好的地带；
（2）有足够的水深，有良好的工程地址条件；
（3）尽可能不受泥沙、漂浮物等影响；
（4）尽量靠近主要用水地区；
依据上述原则，取水口选择在太湖水边。根据现场查看，取水点处河道岸边地质条件好，河水深且水质好，故采用水泵穿过堤坝直接从河道中吸水的取水方式。
2.2.2 取水构筑物
在各类地表水取水构筑物中，固定式取水构筑物因具有取水安全可靠、维护管理简单、适用范围广等优点而被广泛采用。故本设计采用固定式取水构筑物，选用河床式。
（1）取水管线
根据现场查看，取水点处河道岸边地质条件好，河水深且水质好，故采用水泵穿过堤坝直接从河道中吸水的取水方式。吸水口处设计标高为-1.5m，吸水管长60m，沿长每隔10m设支撑固定。岸边进行块石护砌。取水管流速为v=1.78m/s，管径为d=300mm 的钢管。
（2）取水泵房
主要工程内容：水源厂在原水厂旁新建一座取水泵房，土建规模10000m3/d，泵房平面定为m
6 。
m5.7
设备按10000m3/d规模配置，即两台250S14A离心泵，一用一备，单泵流量Q=216~342m3/h，扬程H=48~35m，配用电动机Y200L-4，功率N=30kw。
取水泵房的地面标高为-2.3m，操作平台离地面0.2m。取水泵房的总高都为7.5m。在一级泵房中设SG-1型手动单轨小车一台，起重为1t。
（3）输水管线
取水泵站设在厂区内，出水管后铺设两根Φ300输水钢管接至网格絮凝池，距离L≈40m。输水管流速v=0.86m/s，水力坡降为3.91‰。
2.3厂址选择
2.3.1 厂址选择原则
净水厂厂址的选择，应符合城市总体规划和相关专项规划，并根据下列因素，通过技术经济比较确定：
（1）给水系统布局合理；
（2）不受洪水威胁；
（3）有较好的废水排除条件；
（4）有良好的工程地质条件；
（5）有便于远期发展控制用地的条件；
（6）有良好的卫生环境，并便于设立护地带；
（7）少拆迁，不占或少站良田；
（8）施工、运行和维护方便。
根据上述原则，具体厂址选在原水厂旁边，新建一座完整的水厂。
2.4水厂工艺流程确定
2.4.1 净水工艺选择
浦庄镇二期扩建工程方案与技术路线的选择取决于原水水质和处理后的水质要求。只能勉强作为集中供水水源。
2.4.2 净水工艺方案
浦庄镇原有水厂位于太湖边，取用太湖水。水量充足，但由于太湖水水质只能达到
国家地面水环境标准的三类水体水质标准，藻类高，并含有一定的有机物。
净水厂工艺选择考虑的重点应是去除原水浊度、藻类及杀菌。根据上述净水工艺分析，现采用预处理+常规处理的工艺流程。本工艺的设计重点在于经济合理的组合构筑物、优化设备选型，以期净水工艺达到投资经济合理、运行安全可靠、节能将耗、便于运行、维护和管理的工程建设目的。现设计提出，两种工艺方案：
方案一：太湖水一级泵房液氯聚合铝网格絮凝斜管沉淀池无阀滤池无阀滤池清水池二泵房城市管网液氯液氯城市管网二泵房清水池普通快滤池机械搅拌澄清池聚合铝液氯
一级泵房
方案二：太湖水
1、混合
混合设备的基本要求是，药剂与水的混合必须均匀，混合设备种类较多，常用的有水泵混合，管式混合，机械混合。
水泵混合：混合效果较好，不易消耗动能，设备简单，但距离太长不宜用，而本设计不存在这个问题。
管式静态混合器：混合效果较好，设备简单，不需单建构筑物，但混合效果随管道内流量的变化而变化，随水流速度的减小而减低，故水头损失较大。
机械混合：混合效果好，且不受水量变化的影响，适用于各种规模的水厂，缺点是耗能大，增加机械设备并且管理维护复杂。
本设计采用水泵混合。
2、预处理
预处理包括生物预处理和化学预处理
(1)水源厂预氧化
水源预氧化的目的主要是抑制藻类以及微生物等水生动植物在原水输水管道内的繁殖。因此从水源厂的现状环境条件看，只能选择化学药剂液氯或高锰酸钾氧化剂。臭氧由于单独在水源厂建设从经济上还是管理上均不适宜。所以不考虑臭氧预氧化。
(2)技术可靠性分析
液氯在国内外使用有丰富的经验，成本低廉，管理简单。因此液氯对生产运行更有利
(3)水源安全性比较
造成致突变活性增强的主要原因是水源水的有机物浓度较高。一般对Ⅳ类、Ⅴ类或劣Ⅴ类水体的影响更大，但是即使这样目前国内还是将预氧化作为水质污染影响。净水工艺运行的有效的处理工艺，而本项目的水源水质基本属于Ⅲ类，投加液氯对水质的影响不大。
(4)运行管理
投加高锰酸钾要严格控制投加量，否则出水锰含量会超过水质标准，锰含量高的水，其色度较高；当水质变化大时，高锰酸钾投加量的控制较困难，必须运行相应的烧杯试验。
液氯是一种有害的物质，大量泄露会对环境及周围居民的身体健康甚至生命造成危害，但是，投加液氯是水厂常用的方法，有着丰富的建设、管理经验以及安全保护措施，不会发生这些危害，也是目前普遍使用的方法。
(5)经济比较
高锰酸钾预氧化的一般投加量是0.5mg/L，液氯1~2mg/L左右。高锰酸钾单价在14000元/t,液氯2200元/t。
综合以上技术分析、运行管理、实践经验及生产安全比较，本设计在水源厂投加液氯作为预氧化剂，以抑制藻类及生物滋长，来确保原水输水管道的安全运行。
3、絮凝
国内采用的絮凝形式很多，可分为机械和水力两大类，水力絮凝又有隔板，折板，网格（栅条）等多种形式。
机械絮凝池：效果较好，水头损失小，可适应水质、水量的变化，但增加了机械设备，维修工作量大。因此考虑水力絮凝形式。
隔板絮凝池：适用于产水量大于3万吨/天的水厂，虽然隔板反应池构造简单，管理方便，反应效果好，但出水量不易分配均匀。而该项目水厂产水量为1万吨/天，因此不选用隔板絮凝池；