福州市某給水工程30萬噸每天畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書?一、工程概況福州市某給水工程旨在滿足城市日益增長的用水需求。該工程設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬噸/天，將從水源地取水，經(jīng)過一系列處理工藝后，向城市供水。

二、水源選擇與取水工程1.水源分析對福州市周邊的水源進(jìn)行調(diào)查，綜合考慮水質(zhì)、水量、取水便利性等因素。最終選定某河流作為水源，該河流常年徑流量穩(wěn)定，水質(zhì)符合國家地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。對水源水質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，主要指標(biāo)如下：渾濁度：約20NTU。色度：約15度。溶解性固體：約300mg/L。細(xì)菌總數(shù)：約1000CFU/mL。大腸桿菌群：每升水樣中含有若干個(gè)。2.取水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)采用岸邊式取水構(gòu)筑物。根據(jù)水源水位變化情況，確定取水頭部的高程和形式。取水頭部采用喇叭口形狀，以增大進(jìn)水面積，減少水頭損失。計(jì)算取水頭部的進(jìn)水流量：已知設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬噸/天，換算為秒流量$Q=300000\div(24\times3600)\approx3.47m^3/s$。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，考慮取水頭部的進(jìn)水不均勻系數(shù)等因素，確定取水頭部的設(shè)計(jì)進(jìn)水流量$Q_0=1.2Q=1.2\times3.47=4.16m^3/s$。計(jì)算取水頭部的尺寸：喇叭口直徑$D$的計(jì)算：根據(jù)流量公式$Q_0=\frac{\pi}{4}D^2v$，其中$v$為進(jìn)水口流速，取$v=1.5m/s$。則$D=\sqrt{\frac{4Q_0}{\piv}}=\sqrt{\frac{4\times4.16}{\pi\times1.5}}\approx1.9m$，實(shí)際取$D=2m$。取水管道設(shè)計(jì)：取水管道采用鋼管，管徑根據(jù)流量和流速確定。選取流速$v=2m/s$，則管徑$d=\sqrt{\frac{4Q_0}{\piv}}=\sqrt{\frac{4\times4.16}{\pi\times2}}\approx1.63m$，實(shí)際取$d=1.6m$。計(jì)算取水管道的水頭損失：采用謝才公式$v=C\sqrt{Ri}$，其中$C$為謝才系數(shù)，$R$為水力半徑，$i$為水力坡度。對于鋼管，$C=85$。水力半徑$R=\fracz3jilz61osys{4}=0.4m$。根據(jù)流量$Q_0=4.16m^3/s$，可得流速$v=2m/s$，代入謝才公式可得$i=\frac{v^2}{C^2R}=\frac{2^2}{85^2\times0.4}\approx0.00014$。取水管道長度$L=50m$，則水頭損失$h_f=iL=0.00014\times50=0.007m$。

三、水處理工藝流程設(shè)計(jì)1.混凝沉淀選用聚合氯化鋁（PAC）作為混凝劑，根據(jù)原水水質(zhì)和處理要求，確定投加量為30mg/L。計(jì)算每天所需的PAC量：$30\times300000\div1000=9000kg$?；旌显O(shè)備采用機(jī)械攪拌混合池，混合時(shí)間為15s。反應(yīng)設(shè)備采用隔板反應(yīng)池，分為三段，各段長度分別為$L_1=10m$，$L_2=12m$，$L_3=15m$。計(jì)算隔板反應(yīng)池的流速：第一段流速$v_1=\frac{Q}{A_1}$，其中$A_1$為第一段過水?dāng)嗝婷娣e。設(shè)池寬$B=5m$，則$A_1=B\timesh_1$，$h_1$為第一段水深，取$h_1=2m$，$A_1=5\times2=10m^2$，$v_1=\frac{3.47}{10}=0.347m/s$。同理可得第二段流速$v_2=\frac{3.47}{5\times2.2}=0.315m/s$，第三段流速$v_3=\frac{3.47}{5\times2.5}=0.278m/s$。沉淀設(shè)備采用平流式沉淀池，池長$L=50m$，池寬$B=10m$，有效水深$h=3m$。計(jì)算平流式沉淀池的表面負(fù)荷：$q=\frac{Q}{A}=\frac{3.47}{10\times10}=0.0347m^3/(m^2\cdots)$。沉淀時(shí)間$t=\frac{h}{v_0}$，其中$v_0$為顆粒沉降速度。根據(jù)原水渾濁度和顆粒特性，通過試驗(yàn)確定$v_0=0.0005m/s$，則$t=\frac{3}{0.0005}=6000s=1.67h$。2.過濾過濾設(shè)備采用普通快濾池，濾池尺寸為$L\timesB\timesH=10m\times8m\times3m$。濾料選用石英砂，粒徑為$0.51.2mm$，濾層厚度$H_f=0.7m$。計(jì)算濾速：$v=\frac{Q}{A}=\frac{3.47}{10\times8}=0.0434m/s$。反沖洗強(qiáng)度采用$15L/(m^2\cdots)$，反沖洗時(shí)間為5min。計(jì)算反沖洗水量：$Q_f=15\times10\times8\times5\times60\div1000=360m^3$。3.消毒采用液氯消毒，根據(jù)水質(zhì)和水量，確定加氯量為3mg/L。計(jì)算每天所需的液氯量：$3\times300000\div1000=900kg$。加氯設(shè)備采用真空加氯機(jī)，通過計(jì)算確定加氯機(jī)的型號(hào)和數(shù)量。

四、清水池與送水泵房設(shè)計(jì)1.清水池設(shè)計(jì)清水池有效容積按最高日用水量的10%計(jì)算，$V=300000\times0.1=30000m^3$。清水池尺寸為$L\timesB\timesH=100m\times30m\times4m$。清水池設(shè)進(jìn)水管、出水管、溢流管、放空管等管道。進(jìn)水管管徑與取水管道相同，為$d=1.6m$；出水管管徑根據(jù)送水泵房的設(shè)計(jì)流量確定，取$d=1.8m$。2.送水泵房設(shè)計(jì)送水泵房采用自灌式泵房，水泵選用離心泵。根據(jù)設(shè)計(jì)流量$Q=3.47m^3/s$和揚(yáng)程$H$計(jì)算水泵參數(shù)。揚(yáng)程計(jì)算：包括取水頭部至清水池的靜揚(yáng)程$H_1$、取水管道水頭損失$h_f$、清水池至管網(wǎng)控制點(diǎn)的地形高差$H_2$、管網(wǎng)水頭損失$h_{w}$等。假設(shè)靜揚(yáng)程$H_1=10m$，管網(wǎng)水頭損失$h_{w}=20m$，地形高差$H_2=5m$。則總揚(yáng)程$H=H_1+h_f+H_2+h_{w}=10+0.007+5+20=35.007m$，取$H=35m$。水泵選型：根據(jù)流量和揚(yáng)程，選用型號(hào)為[具體型號(hào)]的離心泵，該泵流量$Q=3.6m^3/s$，揚(yáng)程$H=35m$，效率$\eta=80\%$。水泵機(jī)組布置：采用單排布置，相鄰機(jī)組之間的間距為2m，機(jī)組與墻壁之間的間距為1.5m。吸水管和壓水管設(shè)計(jì)：吸水管管徑根據(jù)水泵吸口直徑確定，取$d_1=2m$；壓水管管徑根據(jù)流量和流速確定，取$d_2=1.8m$。計(jì)算吸水管和壓水管的水頭損失。吸水管水頭損失：采用海曾威廉公式計(jì)算，對于鋼管，$C=100$。假設(shè)吸水管長度$L_1=5m$，管徑$d_1=2m$，水力半徑$R_1=\frac{d_1}{4}=0.5m$。流量$Q=3.47m^3/s$，則流速$v_1=\frac{Q}{A_1}=\frac{3.47}{\pi\times(1)^2}\approx1.11m/s$。水頭損失$h_{s}=\frac{10.67L_1v_1^{1.852}}{C^{1.852}R_1^{0.852}}=\frac{10.67\times5\times1.11^{1.852}}{100^{1.852}\times0.5^{0.852}}\approx0.02m$。壓水管水頭損失：同理，假設(shè)壓水管長度$L_2=10m$，管徑$d_2=1.8m$，水力半徑$R_2=\frac{d_2}{4}=0.45m$。流速$v_2=\frac{Q}{A_2}=\frac{3.47}{\pi\times(0.9)^2}\approx1.35m/s$。水頭損失$h_{p}=\frac{10.67L_2v_2^{1.852}}{C^{1.852}R_2^{0.852}}=\frac{10.67\times10\times1.35^{1.852}}{100^{1.852}\times0.45^{0.852}}\approx0.05m$。

五、管網(wǎng)設(shè)計(jì)1.管網(wǎng)布置形式采用環(huán)狀與樹狀相結(jié)合的管網(wǎng)布置形式。根據(jù)城市地形和用水分布情況，將管網(wǎng)分為若干個(gè)區(qū)域，在主要供水區(qū)域采用環(huán)狀管網(wǎng)，以提高供水可靠性；在次要區(qū)域采用樹狀管網(wǎng)，降低造價(jià)。2.管徑計(jì)算根據(jù)各管段的流量，采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算管徑。例如，某管段流量$Q_1=0.5m^3/s$，選取經(jīng)濟(jì)流速$v=1.5m/s$。則管徑$d=\sqrt{\frac{4Q_1}{\piv}}=\sqrt{\frac{4\times0.5}{\pi\times1.5}}\approx0.65m$，實(shí)際取$d=0.6m$。3.水頭損失計(jì)算采用海曾威廉公式計(jì)算水頭損失：$h=\frac{10.67LQ^{1.852}}{C^{1.852}d^{4.87}}$，其中$L$為管段長度，$Q$為管段流量，$C$為海曾威廉系數(shù)（鋼管$C=100$），$d$為管徑。例如，某管段長度$L=1000m$，管徑$d=0.6m$，流量$Q=0.5m^3/s$，則水頭損失$h=\frac{10.67\times1000\times0.5^{1.852}}{100^{1.852}\times0.6^{4.87}}\approx20m$。

六、工程投資估算1.取水工程投資岸邊式取水構(gòu)筑物：包括取水頭部、取水管道等，投資約500萬元。取水設(shè)備及附屬設(shè)施：如閘門、閥門等，投資約100萬元。取水工程總投資約600萬元。2.水處理工程投資混凝沉淀：包括混合池、反應(yīng)池、沉淀池等，投資約800萬元。過濾：普通快濾池及附屬設(shè)備，投資約600萬元。消毒：加氯設(shè)備及相關(guān)設(shè)施，投資約100萬元。水處理工程總投資約1500萬元。3.清水池與送水泵房投資清水池：投資約1000萬元。送水泵房：包括泵房建筑、水泵機(jī)組、管道等，投資約1200萬元。清水池與送水泵房總投資約2200萬元。4.管網(wǎng)投資管道材料及安裝：根據(jù)管徑和長度計(jì)算，投資約3000萬元。附屬設(shè)施：如閥門、消火栓等，投資約300萬元。管網(wǎng)總投資約3300萬元。5.工程總投資工程總投資為取水工程投資、水處理工程投資、清水池與送水泵房投資、管網(wǎng)投資之和，即$600+1500+2200+3300=7600$萬元。

七、運(yùn)行成本分析1.藥劑費(fèi)用PAC費(fèi)用：每天9000kg，單價(jià)2000元/噸，則每天費(fèi)用$9000\div1000\times2000=18000$元。液氯費(fèi)用：每天900kg，單價(jià)3000元/噸，則每天費(fèi)用$900\div1000\times3000=2700$元。藥劑總費(fèi)用每天$18000+2700=20700$元。2.電費(fèi)水泵功率$P=\frac{\rhogQH}{\eta}$，其中$\rho=1000kg/m^3$，$g=9.8m/s^2$，$Q=3.47m^3/s$，$H=35m$，$\eta=80\%$。$P=\frac{1000\times9.8\times3.47\times35}{0.8}\approx1.48\times10^6W=1480kW$。每天運(yùn)行24小時(shí)，電費(fèi)單價(jià)0.6元/kWh，則每天電費(fèi)$1480\times24\times0.6=21312$元。3.人工費(fèi)用運(yùn)行管理人員10人，每人月工資5000元，則每天人工費(fèi)用$10\times5000\div30\approx1667$元。4.運(yùn)行成本總計(jì)運(yùn)行成本為藥劑費(fèi)用、電費(fèi)、人工費(fèi)用