1. 研究目的与意义
设计（论文）的研究背景：
随着城市的快速发展，城市用水量日益增加。为了满足城市用户对水量、水质、水压的需求，并做到经济合理、安全可靠，必须新建水厂，为此进行给水工程规划设计。
设计（论文）的目的和意义：
2. 研究内容与预期目标
1、毕业设计任务
（1）给水工程管网规划设计和水厂工艺设计,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1张，纵断面图2张以上，手工图至少1张）；
3. 研究方法与步骤
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：
1、给水管网设计方案
本次设计规划范围为咸宁市城区，到2015年城区面积规模达60km2,远期服务人口70万人，远期日供水量33.15万吨。规划区分布图如下图所示。
咸宁市属幕阜山脉北缘的丘陵地带，地势东南高，西北低。且王英水库在咸宁市东部48.5km处，因此考虑净水厂选址为咸宁城区东北部地区，尽可能减少原水输水管线长度，降低经济成本。
根据给水管网的布置要求，为保证供水安全可靠，并考虑分期建设的可能，采用环状管网。这种形式的管网中，管线连接成环状，任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门和其余管线隔开，进行检修，而水还可从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而提高了供水的可靠性。同时，环状网还可大大减轻因水锤作用产生的危害，而在树状网中，则往往因此而使管线损坏。此外，树状网供水可靠性较差，在末端，因用水量很少，管中的水流缓慢，而水质容易变坏。
根据城市规划图及各区用水情况初步拟定两套供水方案，具体如下：
方案一：本设计中大用户有4个，即A，B两个工厂和咸宁高铁北站，咸宁火车站。4个大用户中，高铁北站最远，设计主流向为由东北向南，流向高铁北站。同时兼顾东南方向居民、科教文娱等用水需求。干管从用水量较大的街区通过，用水大户的道路上都敷设了干管。干管间距约主要为500~800m，由于道路过于复杂，部分干管间距适当扩大到800~1000m。同时在干管与干管之间设置链接管，连接管间距为800~100m从而形成环状管网，以保证供水安全。干管主要在规划道路定线，尽量减少单侧配水和穿越铁路的频次，干管除西部地区一侧为单侧供水外，均为双侧供水，降低经济成本的同时保障供水安全，本次设计共穿越铁路3次。
方案二：考虑到城市西侧有两条铁路，以此条铁路为界将规划区分为两个区，采用并联分区供水，以此在减少干管穿越铁路的同时也使管网中水压分布更为均匀，有效的避免了靠近水厂部分的管道水压过大，减少漏水量和减少泵站能量的浪费。干管间距设置在500~800米之间，干管连接管间距在800~1000米之间，根据不同要求适当放大间距以减少穿越铁路次数，设计干管共穿越铁路1次。
对比方案一和方案二，并联分区供水相较于统一供水穿越铁路次数减少2次，管网水压相较于统一供水也更为均匀。但是在供水安全方面进行对比，采用并联分区向铁路西侧用户输水，输水干管必然穿越西侧的铁路线，一旦输水管线出现问题，维修方面相较于方案一更为复杂，耗时更长，很可能导致整个西区长时间停水，并且因为咸宁市人口密度较大，方案一的管网布线更为密集，保障了用水安全，综上，经供水可靠性和运行管理等多方面对比，选定方案一作为最终方案。
2、净水处理工艺方案
初步选择两种净水处理工艺方案。
方案一：原水从王英水库通过泵站输送至配水井，在管式静态混合器中，与絮凝剂充分混合，进入折板絮凝池进行絮凝反应，再进入平流沉淀池进行泥水分离，污泥进入排泥池，清液进入V型滤池进一步过滤，滤后水进入臭氧接触池进行氧化处理，再进入活性炭吸附池进一步去除杂质，经次氯酸钠消毒后进入清水池，再送至二泵站，最后送入城市管网。
方案二：原水从王英水库通过泵站输送至配水井，在机械混合池中，与絮凝剂充分混合，进入机械絮凝池进行絮凝反应，再进入斜板管沉淀池进行泥水分离，污泥进入排泥池，清液进入普通快滤池进一步过滤，滤后水进入臭氧接触池进行氧化处理，再进入活性炭吸附池进一步去除杂质，经次氯酸钠消毒后进入清水池，再送至二泵站，最后送入城市管网。
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| 方案一 | 方案二 | |
| 类别 | 管式静态混合器 | 机械混合池 | |
| 优点 | 1. 设备简单，维护管理方便； 2. 不需土建构筑物﹔ 3. 在设计流量范围，混合效果较好； 4. 不需外加动力设备 | 1. 混合效果较好； 2. 水头损失较小； 3. 混合效果基本不受水量变化影响 | |
| 缺点 | 1. 运行水量变化影响效果﹔ 2. 水头损失较大 3. 混合器构造较复杂 | 1. 需耗动能﹔ 2. 管理维护较复杂； 3. 需建混合池厂 | |
| 适用条件 | 适用于水量变化不大的各种规模的水厂 | 适用于各种规模水厂 | |
| 类别 | 折板絮凝池 | 机械絮凝池 | |
| 优点 | 1. 絮凝时间较短﹔ 2. 絮凝效果好 | 1. 絮凝效果好； 2. 水头损失小； 3. 可适应水质、水量的变化 | |
| 缺点 | 1. 构造较复杂； 2. 水量变化影响絮凝效果 | 需机械设备和经常维修 | |
| 适用条件 | 水量变化不大的水厂 | 大小水量均适用，并适应水量变动较大的水厂 | |
| 类别 | 平流沉淀池
| 斜板管沉淀池
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| 优点 | 1. 出水水质稳定，造价低； 2. 抗冲击负荷能力强； 3. 池体构造简单，施工方便 | 1. 沉淀效率高； 2. 池体体积小、占地面积少 | |
| 缺点 | 1. 不采用机械排泥时，排泥困难； 2. 机械排泥设备维护复杂 | 1. 单池处理能力小，抗冲击负荷能 力差； 2. 池体构造复杂，施工困难﹔ 3. 斜板管区易堵塞 | |
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| 适用条件 | 一般用于大、中型净水厂 | 1. 适用于各种规模净水厂； 2. 适用于冬季需要保温的地区； 3. 适用于平流沉淀池的改造挖潜 | |
| 类别 | V 型滤池 | 普通快滤池 | |
| 优点 | 1. 均粒滤料，含污能力高； 2. 气水反洗、表面冲洗结合，反洗效 果好； 3. 单池面积大 | 1. 运行管理可靠，运行经验成熟； 2. 池深较浅； | |
| 缺点 | 1. 池体结构复杂，滤料贵； 2. 增加反洗供气系统； 3. 造价高 | 1. 阀件较多； 2. 一般为大阻力冲洗﹐需设冲洗设 备 | |
| 适用条件 | 1. 进水浊度一般不超过 20NTU； 2. 大、中型水厂均可适用 | 1. 进水浊度一般不超过 20NTU； 2. 各类水厂均可适用； 3. 单池面积一般不大于 100m2 |
续
| 类别 | 臭氧接触池 | 臭氧接触池 |
| 优点 | 1. 利用臭氧极强的的氧化性，氧化水中有机物，还原产物为水，对环境无污染； 2. 利用活性炭较强的吸附性除杂质， 显著提高除污能力，延长活性炭使用周期。 | 1. 利用臭氧极强的的氧化性，氧化水中有机物，还原产物为水，对环境无污染； 2. 利用活性炭较强的吸附性除杂质， 显著提高除污能力，延长活性炭使用周期。 |
| 缺点 | 成本较高 | 成本较高 |
| 适用条件 | 适用于任何规模 | 适用于任何规模 |
1 混合器
（1）管式静态混合器
Q=1.05232000m3/d=243600m3/d=10150m3/h=2.82m3/s
进水管采用两根DN1600球墨铸铁管，根据d=1600mm，m3/h，查水力计算表得：v=0.706m/s＞0.6m/s。
（2）机械混合池
搅拌池有效容积V=2.82 20=56.4m3
一般池身与池宽之比为 1:1~3:1，现采用 1:1，即搅拌池池长池宽=7m7m。
搅拌池当量直径 D=8m
2 絮凝池
（1）折板絮凝池
本设计拟建2座絮凝池，采用絮凝池与沉淀池的方式合建，絮凝池分2组，每
组4格，絮凝时间t=12min，水深H=4.2m，超高0.3m，总高度4.5m。
每组絮凝池流量Q： 1.41m3/s
每格絮凝池流量q：0.3524m3/s
单组怒凝池容积W：1015m3
单组怒凝池面积f：225.56m2
单组沉淀池净宽B'：
为了与沉淀池配合，絮凝池净长度 L'=22.6m，则池子净宽度11.3m
每格2.82m
（2）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5075m3/h
絮凝池尺寸：絮凝时间取 20min，絮凝池有效容积：845.883m3
水深 H 取 3.6m，采用三排搅拌器，则水池长度：
L=1.533.6=16.2m
池子宽度：14.5m
3 沉淀池
（1）平流沉淀池
本设计拟建2座沉淀池，沉淀时间T=1.5h；沉淀池平均水平流速v=16mm/s；
池的有效水深采用H=3.7m 。
设计流量：1.41m3/s
沉淀池长：L=3.8vt=3.8161.5=91.2m
沉淀池单池容积：W=QT=50751.5=7612.5m3
沉淀池宽B： 22.6（与絮凝池池长一致）
校核长宽比L/B91.2/22.6=4.03＞4
校核长深比L/H91.2/3.7=24.65＞10
沉淀池水力条件复核：
水力半径：R=2.787
Fr=0.936 10-5
（3）斜管沉淀池
拟建4座斜管沉淀池，
设计流量： 0.71m3/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=60
清水区面积：355m2
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3551.03=365.65
斜管区平面尺寸为 16m23m，进水区沿 23m 长边布置。
管内流速： 2.31mm/s
斜管长度：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
复算管内雷诺数以及沉淀时间：
水力半径： R=0.75cm
运动粘度μ=0.01cm2/s(t=20C时）
Re=17.33mm
沉淀时间：5.77min沉淀时间T一般在4~8min之间，符合要求。
4 滤池
（1）V型滤池
设计参数：V型滤池的正常滤速为8～14m/h，设滤速v=9m/h；第一步气冲，强度 15 L/s.m2，第二步气水同冲，气冲强度同前，水冲强度 2.8 L/s.m2，第三步单水冲强度5 L/s.m2，表面扫洗利用l个滤池的过滤水量。冲洗周期24h，冲15min。气源由鼓风机提供冲洗水由水泵提供。
池体设计，设 2 座 V 型滤池：
设计流量：Q=121800m3/d
滤池面积F：569.83m2
表 3-2 V 型滤池个数
| 总过滤面积 | lt;80 | 80-150 | 150-250 | 250-350 | 350-500 | 500-800 |
| 滤池个数 | 2 | 2-3 | 4 | 4-5 | 5-6 | 5-8 |
确定采用6个滤池，每个滤池为双格，单格尺寸为5m9.6m，每格净尺寸定为25m9.6m。
实际单个过滤面积
f实际 =259.6=96m2
实际滤速:8.9m/h
池冲洗时强制滤速7.42m/h
滤池高度：
气水室高度H1采用0.8m；滤板厚度：H2 采用0.lm；承托层厚度：H3采用0.lm；滤料层厚度H4 采用1.2m；滤层上面水深：H5 采用1.25m进水系统跌差：H6采用 0.25m；进水总渠超高：H7采用 0.5m
滤池总高度：
H=0.8 0.1 0.1 1.2 1.25 0.25 0.5=4.2m
普通快滤池
设计参数：
滤速 v=10m/h，冲洗强度 q=14L/(sm2)；冲洗时间为 6min；滤池工作时间为 24h，冲洗周期为 12h。
设计流量：
Q=1.05232000m3/d=243600m3/d=10150m3/h=2.82m3/s
滤池实际工作时间：23.8h
滤池面积F：1024
采用滤池数N=10，布置成对称双行排列，每个滤池面积f：102.4m2
采用滤池长宽比 L/b=1.5 左右，故单个滤池尺寸为：L=12.5m，B=8.5m。
校核强制滤速：11.1m/h
均匀级配滤料正常滤速 8~10m/h，强制滤速 10—13m/h，故滤速符合要求。
滤池高度 H：
支承层高度H1=0.45m；滤料层高度H2=0.7m；砂面上水深H3=1.7m；超高H4=0.3m。
故滤池高度:
H=H1 H2 H3 H4=3.15m
净水处理工艺方案选择
（1）混合器比较分析
管式态混合器混合效果好，构造简单，无活动部件，制作安装方便，其主要由数个混合元件组成，将其放入絮凝池进水管即可。水和药剂通过混合器时，被单元体多次分割，改向并形成涡旋，以达到混合的目的。机械搅拌混合耗能大，管理复杂，相比之下，管式静态混合器静具有占地极小、投资省、设备简单、混合效果好和管理方便等优点而具有较大的优越性。
本次设计采用管式静态混合器。
（2）絮凝池比较分析
折板絮凝池絮凝时间短、絮凝效果好，是大多数水厂选择的对象。
本次设计采用折板絮凝池。
（3）沉淀池比较分析
平流沉淀池造价低，操作、管理方便，且对原水浊度适应性强。
本次设计采用平流沉淀池。
（4）滤池比较分析
V型滤池占地面积小，除节省能耗外，气、水反冲洗加横向表面扫洗，冲洗效果更好，普通快滤池占地面积大，且存在冲洗效果差、反冲洗频繁、水耗和电耗高、管理操作复杂等缺点。
本次设计采用V型滤池。
综上所述，结合当地实际情况，日处理量约18万吨的水厂，且水量变化量不大， 原水水质较好，根据净水工艺方案一和方案二技术性能比较，选定方案一。
4. 参考文献
[1]《室外给水设计标准》．gb50013-2018.北京:中国建筑工业出版社；
[2]《生活饮用水卫生标准》．gb5749-2006.北京:中国建筑工业出版社；
[3]《地表水环境质量标准》．gb3838-2002.北京:中国建筑工业出版社；
5. 工作计划
（1） 2022年1月15日~2022年2月27日（0~1教学周），毕业实习，收集资料；
（2）2022年2月28日~2022年3月6日（2~2教学周），管网规划方案及水厂规模确定；
（3）2022年3月7日~2022年3月20日（3~4教学周），管网设计计算和绘图；
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