兰州理工大学给安排水课程设计

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兰州理工大学的《给排水课程设计》是给排水科学与工程专业的重要实践教学环节，旨在培养学生综合运用所学理论知识解决实际工程问题的能力。本课程设计围绕城市供水系统、排水管网设计及污水处理工艺等内容展开，使学生掌握从需求分析到方案设计的完整流程。

在设计过程中，学生需要结合具体工程项目背景，完成如泵站选型、管径计算、水力坡降分析以及水质处理工艺选择等任务。通过使用AutoCAD、鸿业市政管线大师等专业软件，提高绘图技能和现代化工具的应用水平。同时，课程强调规范标准的学习，要求学生熟悉国家现行的给排水设计规范，确保设计方案科学合理且符合实际工程要求。

此外，《给排水课程设计》还注重培养学生的团队协作精神与创新能力，让学生在实践中理解理论知识的重要性，为将来从事给排水工程的设计、施工和管理等工作奠定坚实基础。此环节不仅是专业知识的一次全面复习巩固，也是对学生职业素养的一次重要锻炼。

归结起来，可以认为主要是三方面的作用：

db3710／t 155-2021 住宅设计规范(附条文说明)3.1.1．1.1压缩双电层作用

水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的ζ电位。如能消除或降低胶粒的ζ电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。在水中投加电解质——混凝剂可达此目的。例如天然水中带负电荷的粘土胶粒，在投入铁盐或铝盐等混凝剂后，混凝剂提供的大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变，增加扩散层及吸附层中的正离子浓度，就使扩散层减薄，ζ电位降低。当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时，ζ电位为零，称为等电状态。在等电状态下，胶粒间静电斥力消失，胶粒最易发生聚结。实际上，ζ电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚结，这时的ζ电位称为临界电位。胶粒因电位降低或消除以致失去稳定性的过程，称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。

压缩双电层作用是阐明胶体凝聚的一个重要理论。它特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。但是，如仅用双电层作用原理来解释水中的混凝现象，会产生一些矛盾。例如，三价铝盐或铁盐棍凝剂投量过多时效果反而下降，水中的胶粒又会重新获得稳定。又如在等电状态下，混凝效果似应最好，但生产实践却表明，混凝效果最佳时的ζ电位常大于零。于是提出了第二种作用。

3.1.1.2 吸附架桥作用

三价铝盐或铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大．当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。

3.1.1.3 网捕作用

三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。

3.2 药剂的选择及用量的确定

混凝剂品种选择和用量，应根据相似条件下的水厂运行经验或原水混凝沉淀试验结果，结合当地药剂供应情况，比较后确定。混凝剂的选用原则是，混凝效果好，适应性强，使用方便，货源可靠和价格低廉。

常见絮凝剂的性能见表2.1：

表2.1 常见絮凝剂性质

该市水源pH值偏碱性，浊度较大；因此应该选择水温和pH值适应范围都较宽的技术上可行经济上合理的混凝剂。通过比较，本设计中采用PAC，即碱性氯化铝，它具有如下特点：混凝效果好，生成的矾花大，投药量少，效率高，沉降快，适用范围广，还能去除水中所含的铁、锰、铅等重金属以及氯化物，尤其对高浓度水的处理效果显著，且适应性强，水温较低时仍能维持稳定的混凝效果。

药剂的投加量参照以往经验，再加上设计手册确定最高投加量为80mg/L。

常用药剂投加方法有固体投加和液体投加两种，本设计中采用目前国内普遍采用的液体投机。

投加方式一般有泵前投加、高位溶液池重力加投、水射器投加和泵投加等四种，本设计中采用重力投加。

3.4 混合工艺设计

原水与药液的混合采用管式静态混合器。其优点是混合均匀、快速、效果好；无活动部件，故不需要大型设备及大的空间，因此投资最低；易于维修、管理和安装；在管道中混合，产品与外界大气隔绝，有效防止环境的污染；可以使混合装置内流体的残留量减少到最低，处理量很大；操作连续化，节约劳动力和劳动费用；易于控制反应温度、适合于微量混合；与搅拌器混合相比，混合速度快。

管式静态混合器是在管道内设置多节固定叶片，使水流成对分流，同时产生涡旋反向旋转及交叉流动，从而获得混合效果。该混合器的水头损失与管道流速、分流板节数及角度等有关。实测损失往往与理论计算有较大出入，一般当管道流速为1.0~1.5m/s，分节数为2~3段时的水头损失约为0.5~0.8m。

反应采用折板絮凝，反应时间为15min，设两组反应池，单组平面尺寸为5.5m×7.2m，有效水深3.5m。反应池分为三段，水流为竖向流。三段折板均采用异波折板，折板夹角为90°。第一段流速：0.25~0.35 m/s，第二段流速：0.15~0.25 m/s，第三段流速为0.10~0.15m/s。反应池与斜管沉淀池合建。

沉淀采用斜管沉淀池，底部配水区高度设为2m，以便均匀配水。整流配水区流速设为0.15m/s，倾斜角度设为60度。过渡段长度设为200mm。斜管长度采用1000mm，斜管材料使用厚约0.4~0.5mm的薄塑料板制成蜂窝状块体，块体平面尺寸为1m×1m。分两池进行设计，近期建一池，设计水量为12000m3/d.

滤速V=10m/s，冲洗强度，冲洗时间6min。

滤料层高： 砂面上水深：

超高： 滤池总高：

3.8清水池和高位水池

清水池容量按扩建水厂设计规模的13.3%设置，总有效容积2000m3，清水池2座，每座有效容积1000m3。按地下埋设设计。

清水池为矩形钢筋砼结构，平面尺寸22.0×13.6m，有效水深3.8m，池体高4.8m，池顶设通气管，池内设导流墙。

投药间设置氯酸钠原料间、盐酸原料间、二氧化氯制取室、矾库、加矾间、化验室、值班室、办公室，总建筑面积360m2，为三层框架结构。投药间内配备有二氧化氯、混凝剂的储存、配制、投加系统。

3.9.1二氧化氯的投加及储存

氯酸钠、盐酸贮存量按10天考虑，盐酸由盐酸槽车运送。氯酸钠原料间设有氯酸钠储罐、化料器、计量泵，盐酸原料间设有盐酸储罐、卸酸泵、计量泵。氯酸钠原料间、盐酸原料间、二氧化氯制取室通风设备为轴流风机，电器设备为防爆电器。二氧化氯发生器自带泄漏检测及故障报警装置。

3.9.2 混凝剂的投加及储存

加矾间内设溶液池二格，每格平面尺寸1.0x1.68m，池深1.0m。加矾设2台计量泵加注（一用一备），加注点一个，位于静态混合器前，混凝剂最大投加量为80mg/l。

经水力计算，为满足配水管网水压控制点要求，设计清水池底板高程定为22.8m，因此需设二级泵站。二级泵站采用单层框架结构，拟定长19.5m，宽7.1m，建筑面积138.45 m2。配备水泵设计参数计算如下：

二级泵站是由清水池向用户输水，时变化系数取1.6。

Q=1.6×12000/24=800m3/h

H=H1+H2+H吸+H泵+H自由

式中：H1——最低吸水位与水泵基准面的几何高差,2.0m；

H2——水泵基准面与管网压力控制点的几何高差,13.0m；

H吸——水泵吸水管水头损失,0.21m；

H泵——至最不利点输水管路总水头损失,14.0m；

H自由——输水管出口自由水头,12.0m。

经计算，H=41.21m。

由于是新建水厂，考虑建办公综合楼、配电室、机修间、仓库、传达室、堆场等附属建筑。

厂区生产废水主要是反应沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，由于排放时间集中，流量较大，建议建污水收集沉淀池，沉淀池设在厂外，具体视场地情况决定。拟将经沉淀后的上清液排走供附近农田灌溉，污泥经干化后另行处理，厂区雨水和生产废水采用合流，与生活污水分流。

第四章 各处理构筑的计算

设管中流速为1.2m/s，混合时间为4~5s，总水头损失0.5m。

W1=uQ/417bn 式（3.1）

式中 Q——处理水量（m3/h）；

u——混凝剂最大投量（mg/L），取80；

b——溶液浓度（％），一般5~20，取18；

n——每日调制次数，一般不宜超过3次，取2次。

W1=80×12000/（417×18×2）＝63.84（m3）

溶液池分两池，每池容积32 m3。

4.1.2 溶药池容积

有粘结预应力工程施工工艺 式（3.2）

计算得， W2=0.25W1 ＝0.25×63.84＝15.96（m3）。

4.2 折板絮凝

反应采用折板絮凝，反应时间为15min，设两组反应池，单组平面尺寸为5.5m×7.2m，有效水深5.4m。反应池分为三段，水流为竖向流。三段折板均采用异波折板，折板夹角为90°。第一段流速：0.25~0.35 m/s，第二段流速：0.15~0.25 m/s，第三段流速为0.10~0.15m/s。絮凝池与斜管沉淀池合建。

设计单池水量为12000m3/d的斜管沉淀池，水厂自用水量按5%计。

杭州湾大桥建设工程施工组织设计设计流量Q=12000m3/d×1.05=12600 m3/d=525 m3/h=0.15 m3/s

表面负荷取q=10m3/(m2·h)=2.8mm/s

A=Q/q=0.15/0.0028=52.08m2