给水处理厂净水构筑物设计计算示例

给水处理厂净水构筑物的设计计算1设计规模给水处理厂的设计水量以最高日平均时流量计。设计处理水量175000m3/d，水厂自用水量占5％，故设计总进水量为Q=175000×1.05=183750m3/d=7656.26m3/h=2.12m3/s。根据处理水量，水厂拟分为2个系列，平行布置。2配水井设计2.1配水井设置一般按照设计规模一次建成，停留时间取30s。2.2配水井有效体积V=Qt=2.12×30=63.6m3=64m32.3配水井尺寸确定设进厂原水管道经济流速为2.0m/s，则水厂进水管管径D进水=1161mm，实际取D进水=1100mm，对应流速为2.23m/s。设计其高为H=2m，其中包括0.5m超高。则配水井底面积为；2435.1mVSmSD4.714.327414.34，取D=7.5m。池子的有效容积为332064665.1214.3mmDV，满足要求。4.3药剂投配设备设计4.3.1溶液池容积W1ncQaW4171=31041726.765650=30.60m332m3式中：a——混凝剂的最大投加量，本设计取50mg/L（查设计手册得）；Q——设计处理的水量，7656.26m3/h；c——溶液浓度（按商品固体重量计），一般采用5%-20%，本设计取10%；n——每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。设计容积取32m3，溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2个，以便交替使用，保证连续投药。单池尺寸为L×B×H=4.0×4.0×2.5，高度中包括超高0.5m，有效高度2.0m，置于室内地面上。溶液池实际有效容积：L×B×H=4.0×4.0×2.0=32m3，满足要求。池旁设工作台，宽1.0-1.5m，池底坡度为0.02。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。4.3.2溶解池容积W2W2=（0.2～0.3）W1=0.2×32=6.4m3式中：2W——溶解池容积（m3），一般采用（0.2-0.3）1W；本设计取0.21W。溶解池分1个，单个溶解池尺寸：L×B×H=2.1×2.0×1.8，高度中包括超高0.3m，有效高度1.5m，池底坡度采用0.02。溶解池实际有效容积：W2=L×B×H=2.1×2.0×1.5=6.3m3溶解池的放水时间采用t＝10min，则放水流量：q0=W2/（60t）=6.3×1000/（60×10）=10.5L/s。查水力计算表得放水管管径0d＝150mm，相应流速v=0.59m/s，管材采用硬聚氯乙烯管。溶解池底部设管径d＝100mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。4.3.3．投药管投药管流量q=606024100021W=6060241000232=0.74L/s查水力计算表得投药管管径d＝40mm，相应流速为0.59m/s。4.3.4.计量投加设备本设计采用计量泵投加混凝剂。计量泵每小时投加药量:q=121W=2.67m3/h式中：1W——溶液池容积，m3。计量泵型号为，选用两台，一备一用。4.3.5．药库的设计(1)药剂仓库与加药间宜连接在一起，存储量一般按最大投加量期的1个月用量计算。(2)仓库除确定的有效面积外，还要考虑放置泵称的地方，并尽可能考虑汽车运输方便，留有1.5米宽的过道。(3)应有良好的通风条件，并组织受潮，同时仓库的地坪和墙壁应有相应的防腐措施。仓库容积考虑存放15天的混凝剂用量。仓库靠近加药间。每日混凝剂用量为50×183750/106=9.19t药剂通道系数采用15%，则面积为115%药品堆放高度按2.0m计，则所需面积为（9.19×15×1.15）/3=52.84m2取54㎡，平面尺寸为9×6㎡。4.3.6．需用空气量（1）溶液池所需空气量Q=nFq=2×（3×2.7）×8=129.6L/s式中：Q——溶液池所需空气量；F——药池平面面积，m2；q——空气供给强度，L/（s.m2），取8L/（s.m2）；n——每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。（2）溶解池所需空气量Q=nFq=2×（2.1×1.0）×5=21L/s式中：Q——溶液池所需空气量；F——药池平面面积，m2；q——空气供给强度，L/（s.m2）,取5L/（s.m2）；n——每日调制次数，一般不超过3次，本设计取3次。4.4混合设备的设计本设计分两个系列，采用机械混合池，在机械混合池内安装搅拌装置，用电动机驱动搅拌器。混合池采用方形。混合池时间取60s，G值为600~1000s-1，混合池池深和池宽之比为1:1~3:1。4.4.1混合时间T=60s4.4.2混合池流量Q=2.12m3/s4.4.3混合池有效容积及尺寸W=QT=2.12×60=63.6m³混合池深取4.3m，故混合池尺寸为6.1×4.8×4.3m3。4.4.4搅拌机转速，旋转角速度和轴功率（1）搅拌机转速n0=60𝑣𝜋𝐷0=60×3/（π×2.3）=24.91（r/min）n0——搅拌机垂直轴转速；v——浆板外缘线速度，1~5m/s，本设计取3m/s；D0——搅拌机直径（1/3~2/3）D，其中D为矩形混合池等效为圆形的直径为4.6m，本设计中D0取2.3m；（2）搅拌机旋转角速度w=v/r=5/1.15=4.35(rad/s)w——搅拌机旋转角速度；v——浆板外缘线速度，5m/s；r——搅拌机半径，r=D0/2=1.15m；（3）轴功率a.计算轴功率𝑁2=𝐶𝛾𝜔3𝑍𝑒B𝑅04408𝑔=0.51000×4.353×2×2×0.29×1.154408×9.81=22.86（kw）N2——计算轴功率；w——搅拌机旋转角速度,4.35rad/s；C——阻力系数，0.2~0.5,取0.5；γ——水的容重,1000kg/m3；Z——搅拌器叶数，取2；e——搅拌器层数，取2层；B——搅拌器宽度，B=（0.1~0.125）D0，本设计中B=0.125×2.3=0.29m；R0——搅拌器的半径，1.15m；b.需要轴功率𝑁1=𝜇𝑊𝐺21000=0.9691×10−363.6×60021000=22.19（kw）N1——需要轴功率；μ——水的动力粘度，查手册知，22℃时为0.9691×10-3；W——混合池容积，63.6m³；G——设计速度梯度，取600s-1；N1≈N2，故满足要求。c.电动机功率𝑁3=N2𝑛=22.860.85=26.89（kw）N3——电动机轴功率；n——传动机械效率，一般取0.85；N2——计算轴功率；4.5絮凝设施的设计本设计絮凝反应池采用隔板往复式絮凝池4.5.1设计参数絮凝池设计n=2组，每组设1池，每池设计流量为Q=7656.26/2=3818.13m3/h=1.06m³/s，絮凝时间T=20min。4.5.2设计计算1.絮凝池有效容积3313828.13201276128060VQTmm絮凝池平均水深取2.5m，池宽平流沉淀池池宽相等，取B=15.0m。2.絮凝池有效长度128024.42.515VLmHB式中：H——平均水深(m);本设计取超高0.5m，H=2.5m；3.隔板间距絮凝池起端流速取0.5/vms，末端流速取0.2/vms。首先根据起，末端流速和平均水深算出起末端廊道宽度，然后按流速递减原则，决定廊道分段数和各段廊道宽度。起端廊道宽度：11.060.60.53.5QamvH末端廊道宽度：11.061.53.50.2QamHv廊道宽度分成4段。各段廊道宽度和流速见表2-1。应注意，表中所求廊道内流速均按平均水深计算，故只是廊道真实流速的近似值，因为，廊道水深是递减的。四段廊道宽度之和3.64.86.06.020.4bm取隔板厚度=0.20m，共26块隔板，则絮凝池总长度L为：260.220.4260.225.6LLm4.水头损失计算2222itiiiiiivvhmlgCR式中：vi——第i段廊道内水流速度（m/s）；itv——第i段廊道内转弯处水流速度（m/s）；mi——第i段廊道内水流转弯次数；——隔板转弯处局部阻力系数。往复式隔板（1800转弯）=3；il——第i段廊道总长度(m)；iR----第i段廊道过水断面水力半径（m）；iC——流速系数，随水力半径Ri和池底及池壁粗糙系数n而定，通常按曼宁公式161iiCRn计算。12340.600.801.001.500.50.380.300.2077753.604.806.006.00表4-1廊道宽度和流速计算表各段廊道总净宽（m）廊道分段号各段廊道宽度a（m）各段廊道流速（m/s）各段廊道数1112aHRaH=0.63.50.623.5=0.28m116611110.2862.220.013CRn，213871.32C絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，粗糙系数为n=0.013。其他段计算结果得：2340.360.440.61RRR23464.8867.0970.84CCC2223244209.414501.075018.31CCC廊道转弯处的过水断面面积为廊道断面积的1.2-1.5倍，本设计取1.4倍，则第一段转弯处流速：13818.130.3611.436001.40.63.53600itiQvaHm/s式中：itv——第i段转弯处的流速（m/s）；1Q——单池处理水量（m3/h）；ia——第i段转弯处断面间距，一般采用廊道的1.2-1.5倍；H——池内水深（m）。其他3段转弯处的流速为：2340.271/0.216/0.144/tttvmsvmsvms各廊道长度为：各段转弯处的宽度分别为0.84m；1.12m；1.4m；2.1m（1.4倍的廊道宽度）；1234(0.7)7(150.84)99.12(0.84)7(151.12)97.16(1.12)7(151.4)95.2(1.75)5(152.1)64.5lnBmlnBmlnBmlnBm第1段水头损失为：22221111122110.3610.53799.120.162229.862.220.28tvvhmlgCRm5.GT值计算(t=200C时)与核算1410000.32152.5460600.96911020hGsT601s,符合设计要求；52.54206063048GT（在104-105范围之内）絮凝池与沉淀池合建，中间过渡段宽度为1.5m。4.6沉淀池的设计与计算本设计采用平流沉淀池。4.6.1设计流量本设计采用两组池子，每组设计流量为Q=7656.26/2=3828.13m3/h=1.06m3/s4.6.2平面尺寸计算1.单池容积为：V=QT=3828.13×1.0=3828.13m3段数miliRivitviCiCi2hi1799.120.280.3610.5062.223871.330.1622797.160.360.2710.3864.884209.410.0883795.20.440.2160.3067.094501.070.0544564.50.610.1440.2070.845018.310.017合计h=∑hi=0.321m表4-2各段水头损失表式中：V——沉淀池的有效容积，m3；T——停留时间，h，一般采用1.0～3.0h，设计中取为1.0h。2.沉淀池长为：L=3.6vT=3.6×20×1=72m。式中：L——沉淀池长度，m；v——水平流速，mm/s，一般采用10～25mm/s设计中取为20mm/s。3.沉淀池宽为：B=V/LH=3828/（72×3.5）=15.0m，取为15m式中：B——沉淀池宽度，m；H——沉淀池有效深度，m，一般采用3.0～3.5m,设计中取为3.5m。4.6.3校核a.长宽比沉淀池长宽比为L/B=72/1