濮阳市南水北调城市配套水厂工程及管网初步设计开题报告

1、毕业设计任务

1、确定水厂建设规模、位置，并进行管道系统布置，方案论证；

2、给水管网水力计算，给水管网平面图，部份管道纵断面图（平面布置图，纵断面图共2张及以上，手工图至少1张）；

3、水厂工艺方案确定及可行性研究（进行二种方案比较）；

4、水厂工艺设计计算，完成水厂平面布置图、高程图，单体构筑物工艺图,大样图(完成图纸12张以上,其中手工图1张以上)；

5、设计计算说明书1份，含部份工程工程经济分析、概预算；

6、外文资料翻译1~2篇（3000字以上）；

2、要求

1、完成图纸12张以上，其中至少2张手工图；

2、设计计算说明书80页以上，附计算图表、概预算、可行性研究之方案论证及外文资料翻译；

3、给水管道规划及水厂位置规模，第三周完成；

4、管网设计计算，第五周完成；

5、 管网图纸，第六周完成；

6、水厂方案及可行性，第六周完成

7、工艺设计计算并附草图，第十周完成。

7、水厂图纸，第十三周周完成；

8、设计计算说明书统稿，图纸修改第十四周周完成；

9、毕业答辩，成果完善修改，第十五周完成；

研究方法及步骤：

1、根据设计要求，查阅相关给水设计资料、规范和期刊，外文资料查阅、翻译。

2、明确设计任务书，收集城市现状、水文、地质、气候等所需资料，研究该地区新建水厂的常用设计方案，为毕业设计的后续工作做准备。

3、整理资料后做初步设计，拟定方案，进行多方面（技术、经济、安全等）比较，优化设计。请教指导老师，选定设计方案或对原选定方案略作修改。

4、编写设计计算说明书，根据设计内容给出概算书，并给出毕业设计成果的初稿并上传系统。请教指导教师，讨论设计图及设计合理性，进一步完善设计。

5、成果定稿后按照制图要求完善设计图，完成CAD制图部分及手绘制图部分，打印并装订毕业设计说明书（含外文翻译），完成设计成果的定稿，上传系统，并由指导老师审阅。

6、整理所有设计相关成果，完成毕业设计的纸质材料，准备毕业答辩。

设计方案：

一、管网部分

图3.1 方案一

图3.2 方案二

在供水方式选择上均采用统一给水的方式。

在水厂位置的选择上，方案一选择了在第三濮清南干渠下游靠近大用户的位置。方案二选择了更靠近河流上游的位置。设计区域西高东低，两处选址均位于地势高点。方案一选址位置更靠近大用户，这样可以最大程度的节约扬程，提高管网建设和运行的经济性。方案二更靠近河流上游位置，水质更为优异。参考相关资料可知，河流上游经过濮上园、濮水湿地公园，环境优良；靠近城市边缘位置，在城市远期发展规划中，上游也并无重污染项目。沿途水质受到的影响较小，上下游水质差异不大。

在管线布局上，由于设计区域街道整齐合理，参考地势以及街道走向，方案一采用了沿东西方向道路布设干管,并沿南北方向布设连接管，将干管连接成环状。方案二采用了沿南北方向道路布设干管,并沿东西方向布设连接管，将干管连接成环状。同时，收到地形影响，两方案均在北侧人工河湖区域适当扩大管路间距。方案一的管线布置间距更小，供水可靠性更高，在发生事故时的运行安全性更高。相应的，与方案二相比，其建设成本也就更高，管网敷设投资大。

综合两种方案，同时兼顾供水安全性、管网建设和运行经济性等多方面因素，最终决定选取方案一作为本次设计的供水方案。

二、水厂部分

水处理构筑物类型的选择，应根据原水水质，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。

初步选定两套方案如下:

方案一：

取水→一级泵站→管式静态混合器→折板絮凝池→平流沉淀池→

普通快滤池→臭氧活性炭滤池→清水池→二级泵站→用户

↑ 消毒剂

方案二：

取水→一级泵站→机械搅拌混合池→机械絮凝池→斜管沉淀池→

V型滤池→ 臭氧活性炭滤池 →清水池→二级泵站→用户

↑ 消毒剂

表4-1 不同工艺方案比选

通过表4-1对主要处理构筑物性能、优缺点进行比较，下面通过对两方案的框体尺寸进行计算。

4.2.1 混合工艺比较

⑴ 管式静态混合器

设计总进水量为Q=1222.57 L/s，水厂的进水水管采用两根 DN800 管道，每条管道设计流量为 Q=611.28 L/s。查水力计算表得，设计流速1.21m/s。与输水管管径相配合，采用直径DN800的不锈钢SV型管式静态混合器，分别安装在两个进水管上。

⑵ 机械混合池

采用两座机械混合搅拌池

单座搅拌池有效容积

V=Qt=0.61220=12.24 m³

式中t——混合时间，一般采用10～30s，取20s；

Q——混合搅拌池流量，m3/s。

一般池身与池宽之比为 1:1~3:1，本次设计取采用 1:1，即搅拌池尺寸LB=3.5m3.5m。

4.2.2 絮凝工艺比较

⑴ 折板絮凝池

絮凝池设计水量Q=4401.25m3/h，絮凝池与沉淀池合建，设计采用n=2座絮凝池，每座分两个。

每个絮凝池处理水量：

Q,= 4401.25/4='1100.31'm³/h

每个絮凝池容积W：絮凝时间取

W=Qt/60=(1100.3118)/60=330.09m³

絮凝池有效水深取，超高采用0.3m，积泥深度采用0.1m,实际池深4.4m

每组池面积f：

f=W/H=330.09/4.0=82.52 m²

配合沉淀池，单池宽取B=8m，每组絮凝池长度L：

L=f/B=82.52/8=10.32 m

考虑折板所占宽度为0.035/sin45=0.05 m，絮凝池实际长度L=10.32 40.05=10.57 m，取12m。

⑵ 机械絮凝池

设计流量Q=1.05232000m³/d=243600m³/d=10150m³/h=2.82m³/s

采用水平轴式等径叶轮机械絮凝池拟设计两座絮凝池，单座絮凝池设计流量

Q=4401.25/2=2200.625m³/h

絮凝池尺寸：絮凝时间取 20min，絮凝池有效容积：

W=Qt/60n=(2200.62520)/(602)=366.77m³

水深 H 取 3.5m，采用三排搅拌器，则水池长度：

L=aZH=1.333.5=13.65m 取14m

式中a——系数，一般采用1.0~1.5取1.3。

Z——搅拌轴排数，3排。

H——平均水深，m。

池子宽度：

B=W/LH=366.77/(143.5)=7.48m

4.2.3 沉淀工艺比较

⑴ 平流沉淀池

设计采用n=4个平流沉淀池，两座合建合建，共2座。沉淀时间T=2h，沉淀池内平均水平流速取v=12mm/s，设计有效水深取H=3.5m超高采用0.3m，积泥深度采用0.1m。

⑴ 池体尺寸

单池容积W

W=QT/n=(4401.252)/4=2200.625m3

池长L

L=3.6vt=3.6122=86.4m 取86m

池宽B

每座池设置二条330mm砖砌导流墙，将沉淀池分为2格

B=W/LH=2200.625/(86*3.5)=7.31m,取8m

则单格净宽4m，实际有效水深H

H=W/BL=2200.625/(8*86)=3.2m

超高采用0.3m，积泥深度采用0.1m,实际池深3.6m。

沉淀池设计应符合相关设计规范，对设计的参数校核如下：

沉淀池长宽比长深比

L:B=86:8=10.75:1大于4:1

L:H=86:3.2=26.9:1大于10:1

⑵ 斜管沉淀池

拟建4座斜管沉淀池，

设计流量：

Q=4401.25/4=1100.31m³/h=0.306m³/s

颗粒沉降速度：μ=0.35mm/s=0.00035m/s；

清水区上升流速：v = 2mm/s

采用塑料片热压六边形蜂窝管，管厚0.4mm；斜管内径d=30mm，水平倾角θ=60

清水区面积：

A=Q/V=0.306/0.002=153m²

其中斜管结构占用面积按照3%计，则实际清水区需要面积为1531.03=157.59m²

斜管区平面尺寸取10m16m，进水区沿16m长边布置。

管内流速：

V₀=V/sinθ =2/sin60 =2.31mm/s

斜管长度：

l=（(1.33V₀-μ sinθ)/(μ cosθ)）d

=（(1.332.31-0.35sin60)/(0.35cos60)）30=475mm

过渡区采用250mm，斜管总长，故斜管总长按800mm计。

池子高度：

超高：0.3m；清水区1.2m；布水区 1.5m；穿孔排泥斗槽高：0.8m；

斜管高度

h=l’sinθ=0.87m。

故池子总高度

H=0.3 1.2 1.5 0.8 0.87=4.67m

4.2.4 过滤工艺比选

⑴ 普通快滤池

滤池实际工作时间

T=24-0.124/12=23.8 h

滤池面积

F=Q/vT=105630/(623.8)=739.7m²

采用滤池数N=16，布置成对称双行排列，每个滤池面积为

f=F/N=422.7/16=46.23 m² 取48m²

采用滤池长度比为L/B=2左右

单格滤池尺寸采用LB=8m6m，长宽比为1.33 ：1

⑵ v型滤池

（1）滤池工作时间t’

每天工作时间T’=24-t24/T=24-0.2524/48=23.875h(式中未考虑排放初滤水)

（2）滤池总面积F

F=Q/(V₀T’)=105630/(823.875)=553.04 m²

式中F——所需滤池总面积，m²

Q——滤池设计流量，m³/d

V₀——设计滤速，m/h

T’——滤池每天工作时间，h

（3）滤池的分格

采用双床V型滤池，一般规定V型滤池单床长宽比为2:1~4:1，滤池长度不宜小于11m；单床宽度不宜超过5m。本设计采用单床宽5(m)，长20 (m)，可算出单格面积100m²；共2座，每座分为3格，单排布置，可算出每座面积300m²再算出总面积600m²。每组滤池使用一条进水总渠，2座滤池轮流反冲洗，实现近似的等水头变速过滤，提高滤后水质。

（4）校核强制滤速’

每格滤池设计流量:

Q₁=Q/6=105630/6=17605m³/d

实际滤速(mm/s):

v=Q₁/FT’=17605/（100*23.875）=7.37m/h

强制滤速(m/h):

V_强制=v 6/4 =11.06 m/h

（5）滤池高度的确定

H=H₁ H₂ H₃ H₄ H₅ H₆ H₇

式中H——滤池总高度(m)；

H₁——气水室高度(m)，一般为0.7-0.9m；

H₂——滤板厚度(m),预制板一般采用0.1-0.15m，整浇板一般为0.2-0.3m；

H₃——承托层高度(m)，一般为0.05-0.1m

H₄——滤料层高度(m)，一般为1.2-1.5m；

H₅——砂层上水深(m)，一般为1.2-1.5m；

H₆——进水系统跌差(m)，（包括进水槽、孔眼和进水堰跌水）一般为0.3-0.5m；

H₇——进水总渠超高(m)，一般为0.3-0.5m。

设计中取H₁=0.80m，H₂=0.10m，H₃=0.10m，H₄=1.30m，H₅=1.40m，H₆=0.40m，H₇=0.40m则可算出滤池总高度H=4.5m。

结合工艺处理效果、运行经济性、运行可靠性等多方面因素考虑，确定使用方案一作为本次设计的净水厂工艺。最终确定的工艺流程如下：

取水→一级泵站→管式静态混合器→折板絮凝池→平流沉淀池→

普通快滤池→臭氧活性炭滤池→清水池→二级泵站→用户

↑ 消毒剂

[1]建设部.《室外给水设计规范》（GB50013-2006）.北京:建工出版社

[2]建设部.给水排水设计手册(第三册).北京:建工出版社

[3]许保玖等.给水处理理论. 2000-10.ISBN：9787112043149.北京:建工出版社

[4]赵洪宾等.给水管网系统理论与分析.2003-09.ISBN：9787112056248北京:建工出版社

[5]生活饮用水卫生标准- 中华人民共和国国家标准 GB 5749—2006

[6]中华人民共和国地表水环境质量标准 GB3838-2002

[7]给排水设计手册第三版，中国建筑工业出版社

[8]处理构筑物构造，中国建筑工业出版社

[9]给水工程（上）第五版，中国建筑工业出版社

[10]水工程经济第二版，中国建筑工业出版社

[11]杜茂安.张怡等人，给水工程毕业设计范例，哈尔滨工业大学出版社

[12]给水排水管网系统（第三版），中国建筑工业出版社

[13]建设部.给水排水设计手册(第一册).北京:建工出版社

[14]王迪.水厂工程造价控制方法及措施研究[J].居业,2022(01):150-152.

[15]王晓静. 地表水源水厂设计方案研究[D].东南大学,2019.

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