水质工程学课程设计

xiaoxiao 2月前 25

                                   
                                    给水处理课程设计                                            
 
  给水处理课程设计 
         
                 院系     城市建设学院    
    计算说明书          
专业    给水排水工程专业 班级    给排水11001班   姓名       杨待良        学号      2010002043     
 
  
                  2013年9月   
 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
                    目    录 
 
第一章 设计基本资料和设计任务 ……………………………………3 1.1 设计任务及要求…………………………………………………3 1.2 基本资料…………………………………………………………4 第二章 水厂设计规模 …………………………………………………5 第三章 水厂工艺流程的确定 …………………………………………5 第四章 水厂构筑物的设计计算 ………………………………………7 4.1 配水井……………………………………………………………7 4.2 药剂溶解池  ……………………………………………………9 4.3 反应池  …………………………………………………………10 4.4 混凝………………………………………………………………11 4.5加药间和药库……………………………………………………14 4.6 往复式隔板絮凝池………………………………………………15 4.7 斜管沉淀池………………………………………………………18 4.8 普通快滤池………………………………………………………23 4.9 消毒………………………………………………………………27 4.10 清水池 …………………………………………………………28 4.11 送水泵站 ………………………………………………………28 4.12 附属构筑物 ……………………………………………………29 第五章  水厂平面和高程布置…………………………………………29   5.1 平面布置…………………………………………………………29   5.2 高程布置…………………………………………………………29 第六章  参考文献………………………………………………………30 第七章  致谢……………………………………………………………31 
                                          
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               第1章   设计基本资料和设计任务 
1.1 设计任务及要求 
1.1.1 主要任务 
(1)净水系统的工艺选择和系统的工艺计算,两个单体水处理构筑物的设计计算工作(混合池,反应池,沉淀池,滤池) (2)水厂平面布置图。 
(3)水厂高程(流程)布置图。   (4)设计说明书。 
  1.1.2 具体要求 
(1)说明与计算部分: 
1)说明水厂净水工艺过程以及构筑物型式选择的理由,对水厂的总平面布置及高程设计作深入的阐述。要求主体生产构筑物按近期、远期相同两组并联设计,远期预留;生产附属构筑物及生活建筑物一次建设。 
2)需计(估)算药剂投配设备、混合池、反应池、沉淀(澄清)池、滤池及清水池的主要尺寸,其中选择两个单体水处理构筑物进行工艺构造设计计算工作(混合池,反应池,沉淀池,滤池);应简要说明消毒设备的选用理由及主要参数。 
3)在计算书中,应列出所采用的全部计算公式和采用的计算数据并注明资料来源和选用理由。应附相应的计算草图。说明书说明设计计算方法及计算草图, 内容应完整,简明扼要,文句通顺,字迹端正。     (2) 图纸部分 
    1)水厂总平面图应按初步设计要求完成,图上应绘出主要净水构筑物、水泵站、清水池及附属房屋建筑、道路、绿化地带及厂区界限等,并表示其外形尺寸和相互距离。构筑物管道均以单线条表示。 
2)水厂工艺平面布置图应绘出各种连络管渠、阀门等。 
3)水厂给排水平面布置图应绘出厂区内生产、生活及消防用水管网,厂区雨水、污水管网等。 
4)水厂高程流程图上,应标出各净水构筑物之顶、底及水面的标高;重要构件及管渠的标高等。 
5)图中应注明图名及比例,并有必要的说明。图中文字一律用仿宋体书写。图例的表示
 

                                   
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方法应符合一般规定和标准。图纸应清洁美观。线条粗细应主次分明。 
1.2  基本资料 
     1.2.1  工程概况 
        本设计为一座10万m/d自来水厂,分两期建设,近远期各5万m/d。拟定水厂区域内,地形较平坦,南高北低,标高在49~53.5m。 地质条件:水厂地表层为2.7m的亚粘土,下部4.7m的细纱,以下是基岩。气象条件:该地区主导风向为东北风,冬季最低气温-15度,冰冻深度320mm。水源:取水泵站水源输水管道为两根DN600的管道,位于水厂西北面。 
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    1.2.2  源水水质资料 
  原水主要水质指标: 
PH              7.4~6.9             浊度           200~20度 耗氧量(KMnO4法)(mg/L)7            氟化物(mg/L)       0.04 色度              20~11             Fe(mg/L)  0.04~0.05    总硬度(mgCaCO3/L)    250            溶解性总固体(mg/L)300 ~130 氨氮(mg/L)   2.8~1.0              大肠菌群(个/L)  7500~3500 夏季:最高水温30度,冬季:最低水温3度,平均19度。              
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                     第
2章   水厂设计规模 
2.1  水厂规模 
根据资料,水厂净水产量10万m3/d,其中近、远期各5万m3/d。水处理构筑物按照近、远期处理规模进行设计,水厂的主要构筑物分为2组,每组构筑物类型相同,每组处理规模为5万m/d。 考虑到水厂自用水和水量的损失,乘以安全系数K=1.05。总处理水量Q=1.05×5=5.25万m3/d=2187.5 m3/h。 

              
               第3章   水厂工艺流程 
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→往复隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房→用户                                                                ↑消毒剂          方案二: 
            取水 → 一级泵站→管式扩散混合器→折板絮凝池→平流式沉淀池→V型滤池→清水池→二级泵房→用户   ↑消毒剂       类别  优点 方案一 管式静态混合器 方案二 管式扩散混合器 构造简单,安装方便 。混合快速均匀 管式孔板混合器前加装一个锥形帽,水流合药剂对冲锥形帽后扩散形成剧烈紊流,使药剂和水达到迅速混合。不需外加动力设备,不需土建构筑物,不占用地 缺点 混合效果受水量变化有一定影响 1.水头损失稍大  5 

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2.管中流量过小时,混合不充分 适用条件 类别 优点 适用于水量变化不大的各种规模水厂 适合于中等规模 往复隔板絮凝池 1. 絮凝效果较好 2. 构造简单,施工方便 缺点 1. 絮凝时间较长 2. 水头损失较大 3. 转折处絮粒易破碎 4. 出水流量不易分配均匀 适用条件 1. 水量大于30000 m/d水厂 2. 水量变动小 类别  优点 斜管沉淀池 1.水力条件好,沉淀效率高 2.体积小,占地少 3 停留时间短 平流沉淀池 1.造价较低 2.操作管理方便,施工较简单; 3.对原水浊度适应性强,潜力大,处理效果稳定 4.带有机械排泥设备时,排泥效果好  缺点 1.抗冲击负荷能力差 2.排泥复杂 3.斜管耗用较多材料,老化后尚需要更换,造价费用较高 4.对原水浊度适应性较平流池差 5.处理水量不宜过大  适用条件 一般用于大中型水厂 1. 可用于各种规模水厂 2. 宜用于老沉淀池的改建,扩建和挖潜 3. 适用于需保温的低湿地区 4. 单池处理水量不宜过大 类别 普通快滤池 V型滤池 1.占地面积较大 2.不采用机械排泥装置时,排泥较困难 3.需维护机械排泥设备 3 折板絮凝池 1. 絮凝时间短 2. 絮凝效果好 1.构造较复杂 2.水量变化影响絮凝效果 水量变化不大的水厂  6 
                                   
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  优点 1.可采用降速过滤,过滤效果较好 2.构造简单,造价低 3.运行稳定可靠 4.采用大阻力配水系统,单池面积可做得较大,池深较浅 1.运行稳妥可靠 2.采用较粗滤料,材料易得  3.滤床含污量大,周期长,滤速高,水质好;不会发生水力分级现象,使滤层含污能力提高 4.具有气水反冲洗和水表面扫洗,冲洗效果好。使洗水量大大减少 缺点 1.阀门多 2.单池面积大 3.抗冲击负荷能力差 4.必须设有全套冲洗设备 1.配套设备多,如鼓风机等 2.土建较复杂,池深比普通快滤池深 适用条件 1.进水浊度小于10 2.可适用于大中型水厂 3.单池面积一般不宜大于100㎡ 4.有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备 1.进水浊度小于10 2.适用于大中型水厂 3.单池面积可达150㎡以上 根据技术性能比较,确定选择方案一,即: 
            取水→一级泵站→管式静态混合器→往复隔板絮凝池→斜管沉淀池→普通快滤池→清水池→二级泵房→用户         ↑消毒剂 
               
             第4章   水厂构筑物的计算 
4.1  配水井 
    1. 设计参数 
         配水井设计规模为2187.5m/h。 2. 设计计算 
(1)配水井有效容积 
配水井水停留时间采用2~3min,取T?2.5min,则配水井有效容积为: 
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                      W?QT?(2)进水管管径D1 
2187.5?2.5?91.15m3 
60配水井进水管的设计流量为Q=2187.5m/h=0.61m/s,查水力计算表知,当进水管管径D=600mm时,v=2.16m/s。 
(3)矩形薄壁堰 
配水采用矩形薄壁溢流堰至配水管。 ① 堰上水头H 
因单个出水溢流堰的流量为q=0.61m/s=610L/s,一般大于100L/s采用矩形堰,小于100L/s采用三角堰,所以本设计采用矩形堰(堰高h取0.5m)。 
矩形堰的流量公式为: 
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q?mb2gH3/2 
式中 
   
q——矩形堰的流量,m3/s; 
m——流量系数,初步设计时采用m?0.42; 
b——堰宽,m,取堰宽b?6.28m; H——堰上水头,m。 
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已知q=0.61m/s,m?0.42,b?6.28m,代入下式,有: 
H?(② 堰顶宽度B 
qmb2g)2/3?(0.61)2/3?0.14m 
0.42?6.28?2?9.81根据有关试验资料,当
BB?0.67时,属于矩形薄壁堰。取B?0.05m,这时?0.36HH(在0~0.67范围内),所以,该堰属于矩形薄壁堰。 
(4)配水管管径D2 
由前面计算可知,每个后续处理构筑物的分配流量为q=0.61m/s,查水力计算表可知,当配水管管径D=600mm时,v=2.16m/s 。 
(5)配水井设计 
配水井长为5m,宽为4m,井内有效水深H=4.7m,考虑堰上水头和一定的保护高度0.3m,取配水井总高度为5m。 
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4.2药剂溶解池 
(1)投药设备 
采用计量泵投加的方式。采用计量泵(柱塞泵或隔膜泵),不必另备计量设备,泵上有计量标志,可通过改变计量泵行程或变频调速改变药液投量,最适合用于混凝剂自动控制系统。 
(2)加药间 
加药间应与药剂仓库毗连,并靠近投药点。溶液池边设工作台,工作台宽度以1-1.5米为宜。 
设计药剂溶解池时,为便于投置药剂,溶解池的设计高度一般以在地平面以下或半地下为宜,池顶宜高出地面0.20m左右,以减轻劳动强度,改善操作条件。 
溶解池的底坡不小于0.02,池底应有直径不小于100mm的排渣管,池壁需设超高,防止搅拌溶液时溢出。 
由于药液一般都具有腐蚀性,所以盛放药液的池子和管道及配件都应采取防腐措施。溶解池一般采用钢筋混凝土池体,若其容量较小,可用耐酸陶土缸作溶解池。 
与混凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪,应根据混凝剂性质采取相应的防腐措施。各种管线应设在地沟内。 
加药间需有保障工作人员卫生安全的劳动保护措施。当采用发生异臭或粉尘的混凝剂时,应在通风良好的单独房间内制备,可考虑设置通风设备。 
(3)药剂仓库 
药剂仓库应根据具体情况设置计量工具和搬运设备。药剂仓库的固定储备量,应按当地供应、运输等条件确定,一般可按最大药量的15-30天用量计算。可考虑设置通风设备,并采取防潮防腐措施。 
(4)混合设备 
根据设计规范和参考类似水厂,混合设备使用管式混合器对药剂与水进行混合。在混合方式上,由于混合池占地大,基建投资高;水泵混合设备复杂,管理麻烦,机械搅拌混合耗能大,管理复杂,相比之下,管式混合具有占地极小、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。如下表: 
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采用管式静态混合器  
4.3反应池 
反应池作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。 目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式,主要有隔板絮凝、栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用,都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点,并且都能达到良好的絮凝条件。综合考虑,本设计采用往复式隔板絮池。 
   (1)滤池 
本设计的原水水质条件较好,水源原水浑浊度平均200~20NTU,可采用直接过滤法,滤池应采用多层滤料,所以相应的为提高净化效果,考虑采用高分子助凝剂。 
采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料,材料易得,价格便宜;采用大阻力配水系统,单池面积可较大;降速过滤,效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大,冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响,冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤池作为过滤处理构筑物。滤料考虑用无烟煤石英砂双层滤料。                                    (2)消毒方法 
      水的消毒处理是生活饮用水处理工艺中的最后一道工序,其目的在于杀灭水中的有害病原微生物(病原菌、病毒等),防止水致传染病的危害。 
采用被广泛应用的氯及氯化物消毒,氯消毒的加氯过程操作简单,价格较低,且在管网中有持续消毒杀菌作用。虽然二氧化氯,消毒能力较氯强而且能在管网中保持很长时间,但是由于二氧化氯价格昂贵,且其主要原料亚氯酸钠易爆炸,国内目前在净水处理方面应用尚不多。  
 
 
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4.4混凝 
(1)混凝剂投配设备的设计 
水质的混凝处理,是向水中加入混凝剂(或絮凝剂),通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层,达到胶粒脱稳而相互聚结;或者通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用,使胶粒被吸附粘结。 
混凝剂的投加分为干投法和湿投法两种,干投法指混凝剂为粉末固体直接投加,湿投法是将混凝剂配制成一定浓度溶液投加。我国多采用后者,采用湿投法时,混凝处理工艺流程如图2所示。 
 
 
本设计根据原水水质分析资料,确定合理的混凝剂品种及投药量。 参考分析相似水源有关水厂的经验数据 
(2)混凝剂选用 
根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和《给水排水工程快速设计手册—给水工程》(严煦世主编,中国建筑工业出版社)中表7-1、表7-2,综合各种凝聚剂性质和使用条件,选用精制硫酸铝作为混凝剂为宜。 
(3)助凝剂选用 
根据原水水质资料、类似规模条件给水厂设计和《给水排水工程快速设计手册—给水工程》(严煦世主编,中国建筑工业出版社)中表7-3—常用凝聚剂性质,综合各种凝聚剂性质和使用条件,选用活化硅酸。 
 
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(4)药剂投加 
如下表1所示。 
                  表1 水厂投加药剂参考数值 取水水源 原水悬浮物含量NTU(mg/L) 河水 10~50 最高 聚合氯化铝 32 最低 10 混凝剂种类 混凝剂投加量(mg/L) 助凝剂投加(mg/L) 活化硅酸 2 精制硫酸铝,具有混凝效果好、对人体健康无害、使用方便、货源充足和价格低廉等优点,因而使用硫酸铝作为水处理的混凝剂。取混凝剂最大投加量为32mg/L。 
(5)溶液池设计及计算 
溶液池一般以高架式设置,以便能依靠重力投加药剂。池周围应有工作台,底部应设置放空管。必要时设溢流装置。  确定溶液池容积: 
根据《给水排水设计手册第3册第二版城镇给水》P455页 溶液池容积按下式计算: 
W2?aQ 
417bn式中  W2-溶液池容积,m3; 
      Q-处理水量,m3/h;本设计Q=2187.5m3/h 
a-混凝剂最大投加量,32mg/L; b-溶液浓度(5%-20%),取10%; n-每日调制次数,取n=3。 代入数据得:W2=5.596m3,取5.60m3 
溶液池设置两个,每个容积为W2,以便交替使用,保证连续投药。 
取有效水深H1=1.0m,总深H=H1 H2 H3(式中H2为保护高,取0.4m;H3为贮渣深度,取0.1m)=1.0 0.4 0.1=1.5m。 
溶液池形状采用矩形,尺寸为长×宽×高=2.0m×2.0m×1.5m。置于室内地面上,池底坡度采用0.03. 
溶液池旁有宽度为2.0m工作台,以便操作管理,底部设放空管。 
 
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(6)溶解池容积计算: 
溶解池容积W1=(0.2"0.3)W2,取0.25        故W1=0.25W2=0.25×5.60=1.4m3 溶解池一般取正方形,有效水深H1=1.0m,则: 面积F=W1/H1→边长a=F=1.183m;取边长为1.2m。 
溶解池深度H=H1 H2 H3 (式中H2为保护高,取0.4m;H3为贮渣深度,取0.1m)=1.0 0.4 0.1=1.5m 
和溶液池一样,溶解池设置2个,一用一备。 溶解池的放水时间采用t=10min,则放水流量 
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q0?w12800??4.67 L/s 60t60?10查水力计算表得放水管管径d0=100mm,溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。(钢管或铸铁管) 
溶解池为地下式,池顶高出地面0.5m,以减轻劳动强度和改善工作条件。 
由于药液具有腐蚀性,所以盛放药液的池子和管道以及配件都采用防腐措施。溶液池和溶解池材料采用钢筋混凝土材料,内壁涂衬以聚乙烯板。 
为增加溶解速度及保持均匀的浓度,采用机械搅拌设备。使用中心固定式平桨板式搅拌机。桨直径750mm,桨板深度1000mm。 
(7)管式静态混合器 
在给排水处理过程中原水与混凝剂,助凝剂等药剂的充分混合是使反应完善,从而使得后处理流程取得良好效果的最基本条件,同时只有原水与药剂的充分混合,才能有效提高药剂使用率,从而节约用药量,降低运行成本。 
管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备:具有高效混合、节约用药、设备小等特点,它是有二个一组的混合单元件组成,在不需外动力情况下,水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用,混合效益达90-95%,构
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造如图所示。 
 
 
计算过程:    
1.设计流量 
每组混合器处理水量为:52500 m3/d=2187.5m3/h=0.61m3/s 2.水流速度和管径 
由流量为2187.5 m3/h,查《给水排水设计手册》第1册水力计算表得:v=1.21m/s,管径800 mm, 1000i= 2.11。 
根据《水处理工程设计计算》(韩洪军、杜茂安主编,中国建筑工业出版社)中P62页混合设施静态混合器计算: 
 
设计中h=0.5m,d=0.8m,Q=0.61 m3/s,则n=4.25,取n=5个,即设5个混合单元,长度L=1.1dn=1.1×0.8×5=4.4m,实际流速v=1.214m/s,选DN800内装5个混合单元的静态混合器。 
4.5加药间和药库 
加药间和药库合并布置,布置原则为:药剂输送投加流程顺畅,方便操作与管理,力求车间清洁卫生,符合劳动安全要求,高程布置符合投加工艺及设备条件.储存量一般按最大投药量的期间的15-30天的用量计算。 
    混凝剂为精制硫酸铝,每袋的质量为40kg,每袋的体积为0.5×0.4×0.2 m,投药量为30g/ m,水厂设计水量为2187.5m/h,药剂堆放高度为1.5m,药剂贮存期为30d。 
 
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硫酸铝袋数N = 24Qut/1000W 
             = 24×2187.5×30×30/(1000×40)≈1182袋 有效堆放面积A = NV/1.5(1-e) 
=1182×0.5×0.4×0.2/(1.5×0.8)=39.4㎡  
4.6 往复式隔板絮凝池 
 
 
 
设计原则: 
1. 池数为2 个,絮凝时间20~30分钟,色度高,难于沉淀的细颗粒较多时宜采用高值. 2. 进口流速一般为0.5~0.6m/s,出口流速一般为0.2~0.3m/s. 3. 隔板间净距应大于0.5m,进水口设挡水措施,避免水流直冲隔板. 4. 絮凝池超高一般采用0.3m. 
5. 隔板转弯处过水断面面积,应为廊道断面面积的1.2~1.5倍. 6. 池底坡向排泥口的坡度,一般为2%~3%,排泥管直径不小于150mm. 7. 絮凝效果可用速度梯度G和反应时间T值来控制. 
设计计算: 
(1)已知条件: 
设计水量(包括自耗水量)Q = 105000 m3/d = 4375 m3/h (2)采用数据: 
廊道内流速采用5档: v1=0.5m/s,v2=0.4m/s,v3=0.30m/s, 
v4=0.25m/s,v5=0.20m/s。 
絮凝时间:T=20 min 
 
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池内平均水深:H1=2.5 m 超高:H2=0.3 m 池数:n=2 (3)数据计算 计算总容积: 
W = QT/60 = 4375×20/60 = 1458.33 m 
分为两池,每池净平面面积: 
F’= W/(nH1) = 1458.33/(2×2.5) = 292m 
池子宽度B:按沉淀池宽采用14 m 池子长度(隔板间净距之和): 
L’= 292/14= 21 m 
隔板间距按廊道内流速不同分成5档: 
a1=Q/(3600nv1H1)= 4375/(3600×2×0.50×2.5)= 0.486m 
取a1=0.50 m,则实际流速v1’= 0.486 m/s 
a2=Q/(3600nv2H2)= 4375/(3600×2×0.40×2.5)= 0.608m 
取a2=0.60 m,则实际流速v2’= 0.405m/s 
a3=Q/(3600nv3H3)= 4375/(3600×2×0.30×2.5)= 0.810m 
取a3=0.80 m,则实际流速v3’= 0.304m/s 
a4=Q/(3600nv4H4)= 4375/(3600×2×0.25×2.5)= 0.972m 
取a4=0.95 m,则实际流速v4’= 0.256 m/s 
a5=Q/(3600nv5H5)= 3333.3/(3600×2×0.20×2.5)=1.215m 
取a5=1.2 m,则实际流速v5’= 0.203 m/s 廊道条数:                m?23
l21??5.18 ?ai0.5?0.6?0.8?0.95?1.2     每种间隔采取5条,则廊道总数为25条,水流转弯次数为24次.则池子长度(隔板间净距之和): 
L’=5(a1 a2 a3 a4 a5)=3(0.5 0.6 0.8 0.95 1.2)= 20.25m 隔板厚度按0.15m计,则絮凝池的总长L为: 
L = 20.25   0.15×(15-1) =23.85 m 
 
16 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
     各档流速廊道总长度L=5×14=70m。其中,廊道宽1.20m,最后一道廊道紧挨穿孔过水墙,不计入该档流速廊道的长度,则最后一档廊道总长为70-14=56m。      
  按廊道内的不同流速分成5段,分别计算水头损失: 第一段: 
水力半径:R1=a1H1/(a1 2H1)=0.5×2.5/(0.5 2×2.5)= 0.227 m 槽壁粗糙系数n=0.013,流速系数Cn 
1                   Ci?Ri6 
n1故:              C1??0.2276?60.08 
0.013第一段廊道长度: L1= 5B = 5×14 = 70 m 第一段水流转弯次数:S1=5 
取隔板转弯处的过水断面面积为廊道断面面积的1.25倍,则第一段转弯处v01= v1/1.25= 0.486/1.25= 0.389 m/s 则絮凝池第一段的水头损失为: 
2vi2vnhi?2Li??mi)=3×5×0.389×0.389/(2×9.81) 0.486×0.486×70/(60.08 ×
ciRi2g1160.08×0.227)= 0.136 m 各段水头损失计算结果见下表: 
各段水头损失计算 
段数 1 2 3 4 5  
∑h = 0.136   0.092   0.050   0.035   0.021 = 0.333 m 
Mn 5 5 5 5 4 Ln(m) 70 70 70 70 56 Rn 0.2273 0.2679 0.3448 0.3992 0.4839 v0(m/s) 0.389 0.324 0.243 0.205 0.162 Vn(m/s) 0.486 0.405 0.304 0.256 0.203 Cn 60.09 61.76 64.42 66.01 68.16 Hn/(m) 0.136 0.092 0.050 0.035 0.021  17 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
GT值计算(t=20℃): 
水温t在20℃时GT值校核: 
 
故 G =  54.515 s 
GT = 54.515×20×60 = 65418 (此GT值在10~10的范围内) 池底坡度: i = h/L = 0.333/23.85= 1.39% 
4
5
-1
4.7  斜管沉淀池 
 
设计要点: 
1.斜管断面一般采用蜂窝六角形或山形(较少采用矩形或正方形),其内径或边距d一般采用25~35mm. 
2.斜管长度一般为800~1000mm左右,可根据水力计算结合斜管材料决定. 3.斜管的水平倾角常采用60°. 4.斜管上部清水区高度不宜小于1.0m. 5.斜管下部布水区高度不宜小于1.5m. 
     斜管沉淀池是浅池理论在实际中的具体应用,按照斜管中的水流方向,分为异向流、同向流、和侧向流三种形式。斜管沉淀池具有停留时间短、沉淀效率高、节省占地等优点。本设计沉淀池采用异向斜管沉淀池,设计2组。 
 18 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
4.7.1设计参数 
     设计流量为Q=2187.5m/h,斜管沉淀池与絮凝池合建,池宽为14m,表面负荷q=10 m/ m·h,斜管材料采用厚0.4mm塑料板热压成成六角形蜂窝管,内切圆直径d=25mm,长1000mm,水平倾角θ=60°,斜管沉淀池计算草图见图4-3。  
图4.3  斜管沉淀池计算草图 
排泥集水管2
3
3
清水区斜管区配水区穿孔排泥管积泥区 
 
4.7.2 设计计算 4.7.2.1平面尺寸计算 1.沉淀池清水区面积 
A?Q2187.5??218.75m2 q1032式中 q——表面负荷?一般采用9.0-11.0m3/(m2?h),本设计取10 m3/(m2?h) ?m/(m?h)??,
2. 沉淀池的长度及宽度 
L?A218.75??15.625m,取16m。 B142
则沉淀尺寸为L?B?16×14=224 m ,进水区布置在一个14m的一侧。在16m的长度中扣除无效长度0.5m,因此进出口面积(考虑斜管结构系数1.03) 
A1??L?0.5??B??16?0.5??14?210.68m2 
k11.03式中: k1——斜管结构系数,取1.03 3  沉淀池总高度 
H?h1?h2?h3?h4?h5?0.3?1.2?0.87?1.5?0.80?4.67m 
式中   h1——保护高度(m),一般采用0.3-0.5m,本设计取0.3m; 
 
19 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
       h2——清水区高度(m),一般采用1.0-1.5m,本设计取1.2m; 
       h3——斜管区高度(m),斜管长度为1.0m,安装倾角60,则h3?sin600?0.87m;        h4——配水区高度(m),一般不小于1.0-1.5m,本设计取1.5m;        h5——排泥槽高度(m),本设计取0.8m。 
0
4.7.2.2.进出水系统 
1. 沉淀池进水设计 
沉淀池进水采用穿孔花墙,孔口总面积: 
A2?Q0.61??3.05m2 v0.2A230500??254.167,取255个。进15?815?8式中  v——孔口速度(m/s),一般取值不大于0.15-0.20m/s。本设计取0.2m/s。 每个孔口的尺寸定为15cm×8cm,则孔口数N?水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。 2.沉淀池出水设计 
沉淀池的出水采用穿孔集水槽,出水孔口流速v1=0.6m/s,则穿孔总面积:       A3?Q0.61??1.017m2 v10.6设每个孔口的直径为4cm,则孔口的个数       N?A31.017??809.447,取810个。 F0.0012562
式中  F——每个孔口的面积(m),F??4?0.042?0.001256m2. 
设沿池长方向布置8条穿孔集水槽,中间为1条集水渠,为施工方便槽底平坡,集水槽中心距为:L'=1.3m(集水槽间距等于1"1.2倍清水区高度,本设计取1.3m),每条集水槽长L=L??16?1??2?7.5m, 每条集水量为: 
q?0.61?0.038m3/s,考虑池子的超载系数为20%,故槽中流量为: 2?8q??1.2q?1.2?0.038?0.04575m3/s 
取槽内起端水深等于槽宽,则槽宽b=0.9q?0.4=0.9×0.0380.4=0.243m。 
起点槽中水深 H1=0.75b=0.75×0.243=0.20m,终点槽中水深H2=1.25b=1.25×0.243=0.30m                  为了便于施工,槽中水深统一按H2=0.25m计。集水方法采用淹没式自由跌落,淹没深度取0.02m,跌落高度取0.03m,槽的超高取0.15m。则集水槽总高度: 
 
20 

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                                    给水处理课程设计                                            
3.给水排水工程快速设计手册(第1册) 给水工程分册    严煦世  主编,中国建筑工业出版社  
              第7章   致谢 
课程设计是大学学习生活的一项任务,是巩固所学专业知识的最佳途径。同时,它还是我们大学生理论联系实际的一个重要途径。 
通过学习,我们掌握了给排水工程专业的理论知识,在这次课程设计中,我们又灵活地运用所学知识,遇到并解决了许多实际问题。经此设计,我们认识到我们知识的单一性和理论联系实际的重要性,只有更全面的了解给排水系统的知识和不断的在实际中深化,才能更好的发挥我们的才能。 
通过这次课程设计,我们对水厂的设计有了更深地了解,为今后的工作打下了坚实的基础。在此次设计中,我们得到了老师在很多方面的帮助,胜利完成此次设计,在此表示感谢。  
 31 

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                                    给水处理课程设计                                            
H=H2 0.02 0.03 0.15=0.25 0.02 0.03 0.15=0.45m  
集水槽双侧开孔,孔径为DN=25mm,每侧孔数为50个,孔间距为5cm    
8条集水槽汇水至出水渠,集水渠的流量按0.61m/s,假定集水渠起端的水流截面为正方形,则出水渠宽度为b=0.9Q0.43
=0.9?0.610.4=0.739m,为施工方便采用0.8m,起端水
深0.45m,考虑到集水槽水流进入集水渠时应自由跌落高度取0.02m,即集水槽应高于集水渠起端水面0.02,同时考虑到集水槽顶相平,则集水渠总高度为: 
H?=0.02 0.8 0.45=1.27m                    
出水的水头损失包括孔口损失和集水槽速度内损失。孔口损失: 
v120.62?2??0.037m ?h1??2g2?9.8式中:?——进口阻力系数,本设计取?=2. 
集水槽内水深为0.3m,槽内水力坡度按i=0.01计,槽内水头损失为:     
?h2?il?0.01?7?0.07m 
出水总水头损失     
?h??h??h12?0.037?0.07?0.107m 
4.7.2.3. 沉淀池排泥系统设计 
采用穿孔管进行重力排泥,穿孔管横向布置,沿与水流垂直方向共设8根,双侧排泥至集泥渠。集泥渠长16m,B×H=0.3m×0.3m,孔眼采用等距布置,穿孔管长14m,首末端集泥比为0.5 ,查得k?=0.72。取孔径d=25mm,孔口面积f=0.00049m2,取孔距s=0.4m, 
图4.4   K值对应表 
 
孔眼总个数为: 
l14m??1??1?34 s0.4孔眼总面积为: 
孔眼总面积为:
?w0?34?0.00049?0.01666 m2                     
 21 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
w00.01666?2w  穿孔管断面积为:===0.0231 m                         kw0.72   穿孔管直径为:  D=
0.0231?4?=0.172 m                                              
取直径为200mm,孔眼向下,与中垂线成45角,并排排列,采用气动快开式排泥阀。 
4.7.3  核算 
(1) 雷诺数Re 
d25??6.25mm=0.625m                                   442
当水温t=20℃时,水的运动粘度?=0.01cm/s 
水力半径R=斜管内水流速速为 
v2=
Q0.61==0.0033m/s=0.33cm/s  
A1sin600210.68?0.866Re=
Rv20.625?0.33==20.63<500,符合设计要求    
0.01?0
0
0
式中  ?——斜管安装倾角,一般采用60-75,本设计取60 , (2)弗劳德系数Fr                     
v220.332-4      
Fr===1.78×10
Rg0.625?981    
Fr介于0.001-0.0001之间,满足设计要求。  
(3)斜管中的沉淀时间T 
T=
1l1==300 s=5.0min ,满足设计要求(一般在2~5min之间) v20.0033式中   l1——斜管长度(m),本设计取1.0m。 
    
 
22 
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
4.8 普通快滤池 
 
 
设计要点: 
1.滤池清水池应设短管或留有堵板,管径一般采用75~200mm,以便滤池翻修后排放初滤水. 
2.滤池底部应设有排空管,其入口出设栅罩,池底坡度约0.005,坡向排空管. 
3.配水系统干管的末端一般装排气管,当滤池面积小于25㎡时,管径为40mm,滤池面积为25~100㎡时,管径为50mm.排气管伸出滤池顶处应加截止阀. 4.每个滤池上应装有水头损失计或水位尺以及取样设备等. 设计计算: 
设计2组滤池,每组滤池设计水量为:Q=52500 m/d 滤速:v=10m/h 
反冲洗强度q=14L/(s· m) 
(1)滤池面积及尺寸:滤池工作时间为24h,冲洗周期为12h,滤池实际工作时间为: T= 24 - 0.1×24/12= 23.8h (取冲洗时间为6min)。    滤池面积为:F=Q/(vT)=52500/(10×23.8)=220.59 m   每组滤池单格数为N=6,布置成对称双行排列.    每个滤池面积为: f= F/N= 220.59/6= 36.77 m    采用滤池设计尺寸为: L= 8m, B= 5m。 
   校核强制滤速v’为: v’= Nv/(N-1)= 6×10/(6-1)= 12m/h 
 
23 
2

2
3
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
(2)滤池高度 
  承托层厚度H1  采用0.5 m 滤料层厚度H2  采用0.6 m 砂面上水深H3 采用1.8 m 保护层高度H4  采用0.3 m 
滤池总高度H 为: H= 0.5   0.6   1.8   0.3 = 3.2 m (3)配水系统(每只滤池) ①干管: 
干管流量: qg = fq = 36.77×14 = 514.78 L/s 采用管径: dg = 800mm 干管始端流速: vg = 1.03 m/s ②支管 
支管中心间距:采用aj = 0.25 m 
每池支管数: nj = 2×L/aj = 2×8/0.25 = 64 根 每根支管入口流量: qj = qg /nj = 514.78/64 = 8.04 L/s 采用管径: dj = 100 mm  支管始端流速: vj = 1.05m/s ③孔眼布置: 
支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25% 
孔眼总面积: Fk = Kf = 0.25%×36.77 = 0.09193㎡ = 91930 mm2 
采用孔眼直径: dk = 9 mm  
每个孔眼面积: fk = πdk2/4 = 0.785×9×9 = 63.5 mm 孔眼总数: Nk = Fk/ fk = 91930/63.5 = 1447.72 ,取1448 个 每根支管孔眼数: nk = Nk / nj = 1448/64 = 22.6,取24个 支管孔眼布置设二排,与垂线成45夹角向下交错排列. 每根支管长度: lj = 0.5×(B-dg)= 0.5×(5-0.8)= 2.1m 每排孔眼中心距: ak = lj /(nk/ 2)= 0.175m ④孔眼水头损失: 支管壁厚采用: δ= 5mm  流量系数: μ = 0.68 
 
24 
0
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
水头损失: hk = (⑤复算配水系统: 
141q21)2??3.46m )?(10?0.68?0.252?9.8110??2g支管长度与直径之比不大于60,则lj/dj = 2.1/0.1 = 21 < 60 孔眼总面积与支管总横截面积之比小于0.5,则: 
Fk/(njfj)=0.09193/(48×0.785×0.1×0.1)= 0.24 < 0.5 干管横截面积与支管总横截面积之比,一般为1.75~2.0,则: fg/(njfj)=0.785×0.8×0.8/(48×0.785×0.1×0.1)= 1.33 孔眼中心距应小于0.2,则ak = 0.175 < 0.2m (4)洗砂排水槽 
 冲洗排水槽分布在排水渠两侧,每侧3条,共6条,中心间距2.00m,中间排水渠宽0.8m。排水槽长L0=(L-0.8)/2=3.6m,每槽排水量为:   q0=ql0a=14×3.6×2=100.8 L/s 
  采用三角形标准断面,槽中流速采用v0=0.9m/s   排水槽断面尺寸为:x=0.45(q0/1000)排水槽底厚度,采用δ=0.05m 砂层最大膨胀率:e=45% 砂层厚度H2 = 0.8 m 
   洗砂排水槽顶距砂面高度:He = eH2   2.5x   δ  0.075                            =0.45×0.8 2.5×0.18  0.05 0.075                            =0.935m 
   洗砂排水槽总面积为: F0 =2xl0n0=2×0.18×3.6×6= 7.8 ㎡  
   复算:排水槽总平面面积与滤池面积之比,一般小于25%,则             F0/f=7.8 /40= 19.5 %,符合要求 (5)滤池的各种管渠计算 
①进水: 
进水总流量:Q1 = 52500 m/d= 0.61m/s 采用进水渠断面:渠宽B1= 0.8m,水深0.5m 渠中流速: v1 = 1.53 m/s 
 
25 
3
3 0.4
=0.179m,采用0.18m 

12345678
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
各个滤池进水管流量Q2 = 0.61/6 = 0.11m/s 采用进水管径:D2 = 400mm 管中流速为v2 = 0.88 m/s ②冲洗水 
冲洗水总流量:Q3 =qf =14×36.77= 514.78 L/s=0.52 m/s 采用管径600mm,管中流速为1.78 m/s ③清水 
清水总流量:Q4 = Q1= 0.61 m/s 清水渠断面:同进水渠断面 
每个滤池清水管的流量:Q5 = Q2 = 0.11m/s 采用管径D5 =300mm 管中流速:v5 = 1.51 m/s。 ④排水 
排水流量:Q6 = Q3 = 0.52 m/s 
排水渠断面:宽度B6 =0.8 m,渠中水深0.5 m. 渠中流速:v6 =1.3m/s 采用排水管的管径为600mm。 ⑤冲洗水箱 冲洗时间:t=6 min 
冲洗水箱容积:W=1.5qft=1.5×14×36.77×6×60= 277.98m 水箱底至滤池配水管间的沿途及局部损失之和:h1=1.0 m 配水系统水头损失:h2 = hk = 3.46m 
承托层水头损失:h3 = 0.022H1q=0.022×0.5 ×14= 0.15m 
滤料层水头损失:h4 =(r1/r - 1)(1- m0)H2= 0.78m,其中r1=ρs=2.65g/cm,r=ρ=1g/cm,m0=0.41 
安全富余水头:h5= 1.5m 
冲洗水箱底应高于洗砂排水槽面: H= h1  h2  h3  h4  h5                                  =1.0 3.46 0.15 0.78 1.5                                  =6.89 m 
 
26 
333
3
3
3
3
3
                                   
                                    给水处理课程设计                                            
(6)配气系统设置 
   供气方式采用空压机通过中间储气罐向滤池送气. 
4.9  消  毒 
设计计算: 1.加氯量 
已知条件: 设计水量Q1=105000 m/d=4387 m/h, 清水池最大投加量a为1mg/L. 预加氯量为0 
清水池加氯量Q= 0.001aQ1= 0.001×1×4387= 4.387kg/h 二泵站加氯量不做考虑 2.加氯间 
仓库储备量按30d最大用量计算: 
M= 4.387×30×24= 3158.64kg 
选用1t的氯瓶3个,氯瓶长L=2020mm,直径D=800mm,公称压力2.2Mpa.加氯间中将氯瓶和加氯机分隔布置.加氯间有直接通向外部的门,保持通风. 加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱,照明和通风设备在室外设开关.加氯间靠近氯池和清水池。因与反应池距离较远,无法与加药间合建。其位置在室内地面以上20cm。设置漏气报警仪,当检测的漏气量达到2~3mg/kg时报警,切换有关阀门,切断氯源,同时排风扇动作。为搬运氯瓶方便,氯库内设单轨电动葫芦一个,轨道在氯瓶正上方,轨道通到氯库大门以外。 
称量氯瓶质量的液压磅称在磅称坑内,磅称面和地面齐平,使氯瓶上下搬运方便。并设置报警器,达余氯下限时报警。 
加氯间外布置防毒面具、抢救材料和工具箱,照明和通风设备在室外设开关。 
3
3
4.10  清水池 
设计计算: 
已知条件:设计水量Q =105000m/d 
1.清水池调节容积取设计流量即最高日用水量的10%,则调节容积为:W1=10%×Q=10%×105000=10500 m 
2.消防用水量按同时发生两次火灾,一次灭火用水量取25L/s 
 
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                                    给水处理课程设计                                            
连续灭火为2h,则消防容积为: W2=25×2×3600/1000=180 m 3.水厂自用水(用于冲洗滤池,沉淀池排泥等)的贮备容积为: W3=5%×Q已在设计流量考虑范围内 4.安全储量:不做考虑W4= 0 5.清水池总容积为: 
          W= W1   W2   W3   W4= 10500   180   0= 10680 m
6.水厂内建2座矩形清水池,容量为W/2=5340m 
清水池有效水深取4.5m,超高0.5m,则清水池的平面尺寸为35m×35m. 7.清水池进水管按最高日平均时流量计算Q=52500/(24×3600)=0.61m/s 
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                   D?Q 
4?0.785?v          计算中v一般采用0.7"1.0m/s         故进水管直径取DN800mm. 
清水池出水管按最高日最高时流量计算,直径取DN800mm. 
溢流管与进水管直径相同为800mm,管端为喇叭口,管上不得安装阀门. 排水管直径为600mm。 
8.清水池设2个检修孔,孔顶设有防雨盖板.检修孔直径为600mm.池顶设8个通气管,并设有网罩。通气管直径为200mm. 
9.考虑清水池容积较大,为满足抗浮要求,清水池池顶覆土0.5m. 10.清水池设有水位连续测量装置,供水位自动控制和水位报警之用. 
4.11 泵站的设计计算 
二泵房室内低坪标高为 -2.000m,泵房所在的室外地坪标高为0.000m,二泵房室内地面低于室外2m.泵房为半地下室. 
选用LH5t电动葫芦双梁桥式起重机,泵房地面上高度为:H1=a2 c2 d e h n,其中:a2为行车梁高度,c2为行车梁底至其重钩中心的距离;d为其重钩的垂直长度, e为最大一台机组的高度, h为吊起物底部与泵房进口处平台的距离.泵房地下高度H2=2.000m,则泵房高度H= H1   H2= 7.500   2.000= 9.500m 
   按2187.5m/h,35m扬程计算,选用三台350S44型单级双吸离心泵,两用一备,每台泵吸水量972"1476m/h,扬程37"50m,轴功率173KW。 
 
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4.12 附属构筑物 
附属构筑物包括生产辅助建筑物和生活附属建筑物. 1.生产辅助建筑物: 
主要有机修车间、配电房、药库、氯库和化验间等. 2.生活附属建筑物: 
生活附属建筑物包括水厂的办公楼、车库、值班宿舍、控制室、食堂、值班室等. 水厂内绿化面积为总面积的30%.厂内道路多数为8-12米,包括人行道1.5米.所有道路的转弯半径均为6米.绿地由草地、绿篱、花坛、树木配合构成,面积大的可以在中间设建筑小品和人行走道形成小型花园.在建筑物的前坪,道路交出口的附近都设绿地.在建筑物或构筑物与道路之间的带状空地进行绿化布置,形成绿带.在需要围护的地方设绿篱,既起到隔离的作用,又可以达到美化的效果.水厂四周设置高2.50米的防护围墙,采用砖砌围墙. 
 
第5章 水厂平面和高程布置 
5.1 平面布置 
平面布置时,应考虑一下几点: 
1.布置紧凑,以减少水厂占地和连接管渠的长度,但是各构筑之间应留出必要的施工和检修空间和管道位置. 
2.充分利用地形,力求挖填方平衡以减少施工量. 
3.各构筑物之间连接管应简单、短捷,尽量避免立体交叉,并考虑施工、检修方便. 4.沉淀池排泥及滤池冲洗废水排除方便,力求重力排污. 5.厂区内应有管、配件等露天堆场. 6.建筑物布置应注意朝向和风向. 7.有条件时最好把生产区和生活区分开. 8.应考虑水厂扩建可能. 
9.水厂的工艺流程采用直线型布置,流程力求简短,适当增加绿地,使水厂立面丰富. 
5.2水厂高程计算 
水厂工艺流程中的主要管线有生产管线(DN=600-800mm)、超越管线(DN=800mm)、加药管线(ABS塑料管)、加氯管线(铜管)、自来水管线、排水管线(DN=200mm)。管道在地
 
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                                    给水处理课程设计                                            
下敷设时,主要考虑冰冻线深度。 
管道的直径表 构筑物 混合器-絮凝池 沉淀池-滤池 滤池-清水池 清水池-吸水井  
高程布置采用高架式,清水池顶1.0m,池底标高-5.0m.构筑物水位标高计算见下表: 
构筑物水位标高计算 名称 连接管段  配水井至絮凝池  絮凝池至沉淀池  沉淀池至快滤池  快滤池至清水池  构筑物 配水井  絮凝池  沉淀池  快滤池  清水池  
  
 0.2  0.2  0.1     0.2  2.5 水头损失(m) 沿程及局部  0.7  0.4 构筑物 0.2 相对水位标高(m)  4.5  3.6  3.0  2.6  0.0 管径(mm) 800 800 800 600 流速(m/s) 1.21 1.53 1.21 1.03                第6章 参考文献 
1.给水工程(第4版) 
严煦世,范瑾初主编,中国建筑工业出版社 2.给水排水工程设计手册(第3册) 
中国市政工程毕业设计研究所主编,中国建筑工业出版社 
 
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                                    给水处理课程设计                                            
3.给水排水工程快速设计手册(第1册) 给水工程分册    严煦世  主编,中国建筑工业出版社  
              第7章   致谢 
课程设计是大学学习生活的一项任务,是巩固所学专业知识的最佳途径。同时,它还是我们大学生理论联系实际的一个重要途径。 
通过学习,我们掌握了给排水工程专业的理论知识,在这次课程设计中,我们又灵活地运用所学知识,遇到并解决了许多实际问题。经此设计,我们认识到我们知识的单一性和理论联系实际的重要性,只有更全面的了解给排水系统的知识和不断的在实际中深化,才能更好的发挥我们的才能。 
通过这次课程设计,我们对水厂的设计有了更深地了解,为今后的工作打下了坚实的基础。在此次设计中,我们得到了老师在很多方面的帮助,胜利完成此次设计,在此表示感谢。  
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