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第一章 总 论1.1 设计任务及要求1设计任务1) 确定水厂的处理工艺流程及净水构筑物的类型和数量；2) 水厂各构筑物的工艺设计计算；3) 水厂各构筑物、建筑物以及各种管渠等的总体布置。2对设计要求1) 通过毕业设计，熟悉并掌握给水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，学会根据设计原始资料正确地选定设计方案，正确计算, 具备设计大、中型水厂的初步能力。2) 要求对总体布置的设计思想，从工艺流程、操作联系、生产管理以及物料运输等各方面考虑，而进行合理的组合布置设计。3) 掌握设计说明书、计算书的编写内容和编制方法，并绘制工程。4) 图纸应清晰美观。1.2设计原始资料1城市地理位置及自然概况该城市位于华北地区，当地主导风向：南风，最高气温为36oC，最低气温为-10 oC。水厂所在地地下水位-7m（水厂相对地面标高定为0.000m），土壤类型为亚粘土。厂区地形起伏不大，设计时考虑在同一平面上布置。 2城市人口数及居住房屋的卫生设备情况第一区：40万人，有室内给排水设施且有热水供应，房屋平均层数7层。第二区：60万人，有室内给排水设施，无热水供应，房屋平均层数6层。该城市有下列工业企业：A厂：日生产总用水量3000T/d，工人总数1800人，分三班工作，热车间人数占30%。每班人数均为600 人，使用淋浴者占70%，其中热车间人数占50%。B厂：日生产总用水量5100T/d，工人总数3000人，分三班工作，热车间人数占30%。每班人数均为1000 人，使用淋浴者占40%，其中热车间人数占30%。3原水水质分析结果编号名 称单位分析结果1水的臭和味级02浑浊度毫克/升70-5003色度度104总硬度度605PH值7.36碱度毫克/升0.087溶解性固体毫克/升5008水的温度度3019细菌总数枚/毫升700010大肠菌群枚/毫升150原水水质符合生活饮用水取水水质标准，经常规处理后可达到生活饮用水水质标准。第二章 设计水量计算2.1最高日用水量计算2.1.1.设计用水量由下列各项组成：1、综合生活用水量，Q1包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。前者指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲侧、洗澡等日常生活用水；公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆浴室、商业、学校和机关办公楼等用水，但不包括城市浇洒道路、绿化和市政等用水；2、工业企业生产用水量和工作人员生活用水量，Q23、消防用水量，Q34、未预计水量及管网漏失量，Q4城市总用水量计算时，应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水；居住区综合生活用水，工业企业生产用水和职工生活用水。消防用水，浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失量，但不包括工业自备水源所需的水量.2.1.2.各项用水量计算1、 综合生活用水量2、 工业企业生产用水量3、 未预见水量和管网漏失水量4、 消防用水量2.1.3.最高日用水量 一般最高日用水量中不计入消防用水量，这是由于消防用水时偶然发生的，其数量占总用水量比例较小，但是对于较小规模的给水工程，消防用水量占总用水量比例较大时，应该将消防用水量计入最高日用水量。本工程最高日设计水量约为30万吨，属于较大规模的给水工程。故最高日用水量不计入消防用水量。2.2.设计规模确定根据以上计算确定水厂设计规模为30万吨/日。2.3.设计流量确定2.3.1最高日平均时用水量2.3.2净水厂的设计流量为了供水的安全可靠，净水厂的设计水量应该按照最高日平均时设计，并计入自用水量如下:2990221.05m3/d313973.1m3/d13082.2m3/h=3.64m3/s第三章 总体设计3.1.净水工艺的确定净水厂工艺流程的确定必须遵循以下几个原则：（1）根据原水的水质，本着出厂水水质必须达到生活饮用水水质卫生规范水质标准，必须充分考虑工艺成熟、先进，运行安全、可靠，节省能耗、降低药耗，管理方便，投资省等因素。（2）根据本工程长距离引水的特点，必须选择生产自用水量较少的工艺，以降低运行费用。（3）在满足工艺布置流畅的前提下，充分考虑水厂的建筑效果，并十分注重一期的分期效果和二期的总体效果的有机结合。（4）水厂生产实现自动化，并对水厂、城市管网实现三遥控制。（5）必须充分重视环境保护和工业卫生、安全生产。水厂布局必须与周围环境相协调。根据水厂原水水质和净化后的出厂水水质标准，可供选择的净水工艺流程有三种，即：工艺I微絮凝过滤处理工艺，见图3-1。工艺II常规处理工艺，见图3-2。工艺III除藻、除嗅加常规处理工艺，见图3-3。工艺I微絮凝过滤处理工艺 加氯 加矾 加氯输配水管网过 滤微 絮 凝清 水 池输 水 管 道取水构筑物原 水 净水厂部分净水厂部分图3-1工艺II常规处理工艺 加氯 加矾 加氯过 滤清 水 池沉 淀输配水管网絮 凝输 水 管 道取水构筑物原 水图3-2工艺III除藻、除嗅加常规处理工艺 加氯 加矾 加氯过 滤清 水 池输配水管网除 嗅沉 淀絮 凝除 藻输 水 管 道取水构筑物原 水图3-3在上个世纪八十年代以前建造的水厂对于水库水源采用工艺I的较多，其出水水质基本能满足我国当时的饮用水水质标准。但是此工艺具有不稳定性。首先，采微絮凝过滤工艺对原水的水质要求较高，其具体表现为：（1）原水浊度与色度均小于25mg/l；（2）浊度低而色度不大于100度；（3）色度低而浊度不大于200mg/l；（4）藻类不大于每毫升1000面积标准单位；（5）纸纤维含量不高；（6）PH=6.06.5。一种工艺流程对原水的限制条件越多，其处理的效果就越不稳定，处理后的水质达不到标准的机率就越高。其次，根据目前采用微絮凝过滤工艺处理水库水的出水水质情况，其水质的浊度均在25NTU之间，较好的在2NTU之内。但当暴雨进库水量较大时，很容易发生紊池现象，原水浊度上升，其水质变化幅度虽没有山区河流这么大，但对出水水质仍会造成一定的影响，直接过滤工艺可能难以保证出水水质的优良。特别是在水厂出厂水水质标准不断提高的情况下。第三，微絮凝过滤工艺对混凝剂的投加点要求较高，投加点的位置与原水水质有密切关系，目前尚无成熟的经验可利用，须通过实践得出，这对微絮凝过滤工艺的处理效果又会带来一定的影响。接触过滤可节省基建投资和日常开支，节约能源，尽可能简化和省略絮凝池和沉淀池，降低混凝剂加注量。直接过滤虽适用于低浊度原水（30NTU，但在实际运转中浊度高峰持续一周以上的只能用于浊度低于15NTU的原水。接触过滤对于有藻类繁殖的原水控制很难，须加氯预处理，否则滤池内藻类繁殖生长且发生臭味。由此可见，微絮凝过滤工艺的运行、管理水平要高于常规工艺的管理水平，稍有失误，就会影响水质。一些对水质要求较高的国家和地区，都规定不得使用接触过滤工艺来处理作为生活饮用水的水。鉴于上述原因，本工程不宜采用微絮凝过滤工艺。对于本设计水质，采用工艺II是完全能够达到出水水质标准。但是有一个不可忽略的问题是藻类和嗅的问题，从国内水库水或者河道水都存在不同程度的富营养问题,藻类问题也时常存在,虽然引供水工程的水源目前虽尚未发现藻类，但在工艺流程选择中应该要考虑藻类问题。而工艺流程II虽对除藻有一定的效果，但实践表明，当藻类大量暴发时则效果不够理想。为了保证水厂出厂水达标，还是应有除藻、除嗅工艺，即宜采用工艺流程III为好。但是目前按工艺流程III建设，不但投资大，运行成本高，而且也没有必要，因为只要水源保护工作落实到实处，在相当长的一段时期内是不会发生藻类问题的。所以本次设计采用工艺流程II，但在总体规划中，宜在水厂周围预留用地，以适应今后水厂规模的变更和增加除藻除嗅的处理构筑物。由此，确定水厂的工艺流程为：加Cl加Al 净水厂部分（本次设计部分）滤 池絮凝、沉淀池输配水管网清 水 池 原 水取水构筑物输 水 管 道沉淀池排泥水滤池反冲洗废水 处理后回用污泥处理图3-43.2.净水构筑物选型净水处理构筑物应适合净水厂的水量规模，适应原水的水质条件 ，具有技术先进、运行安全稳定、投资经济合理的特点。3.2.1混合技术：混合是絮凝的基础，使投入原水的混凝剂迅速扩散于水体，使水中的胶体脱稳，提高絮凝的效果，目前国内外使用混合方式较多的是各种外加能量的机械混合和管式静态合器。外加能量的机械混合处理效果好，受水量变化的影响小，但要增加机械装置的维修工作量。管式静态混合器不需外加动能，且不占用土地。它具有切割分流、反向回流、旋涡混流等三种混合作用，造成二种不同介质在瞬间内达到充分的混合，因此它完全达到了混合的要求迅速、充分，其混合效率可达94%以上。但是如此良好的混合效果是建立在达到设计规模的基础之上，因为水力混合的效果是与流量的1.52.0次方呈直线关系，水量有所变化，处理效果也有变化。近年来静态混合器的种类日见增多，国内水厂对管道混合器的使用也日益广泛，效果明显。较已往的有所改进和提高，因此本工程采用管式静态混合器来完成混合工作。3.2.2絮凝反应：絮凝池的处理效果除了取决于池子的型式外，在很大程度上还受原水水质条件的控制。对于本工程原水，其原水浊度较低，这无论对凝聚还是絮凝都是较困难的。颗粒浓度低，必将减少颗粒的接触机会，而难以完成完善的絮凝。为弥补这一缺陷，就需选用能产生较大速度梯度和达到较长絮凝时间的絮凝形式。按此思路及工程规模，可供选择的絮凝有折板、网格和机械反应。絮凝池中理想的速度梯度要有较大的G值变化范围，但又必须是一种渐变式的，即开始时的速度梯度值最大（150200S-1），随着时间增加，速度梯度值逐渐减少，至出口处为最小（5S-1左右），其变化保持连续而无突变现象。以前，由于在材料使用上受到限制，再加上机械加工水平较低，机械絮凝设备质量较差，维修工作量很大。水厂经一段时间使用后，都纷纷改用水力絮凝池。但近几年来，由于使用优质的材料及加工技术的不断提高，我国的机械絮凝设备已基本过关。机械絮凝的最大优点是能适应水量、水质和药剂品种的变化，但这是有条件的，即宜采用调速传动装置。从我国为数不多的几家使用机械絮凝的水厂情况来看，大多数都没有调速装置，或者没有充分使用调速功能，在水量、水质变化时，机械设备还是以一个恒定的转速运行，因此机械絮凝的优势并没有充分发挥出来。而水力絮凝池通过合理的构筑物分格，也可使运行中构筑物的处理水量变化极其有限，基本能处于最佳设计状态的。从水质上，由于是水库水水质相对较为稳定，因此调速运行意义也不大。鉴于上述理由，在本工程设计中还是选用较为常用的水力絮凝池。网格（栅条）絮凝池在絮凝机理上完全同折板絮凝池。但实际上该池的处理效果不甚理想，主要是网格（栅条）比较薄，当水流穿越时所产生的收缩、扩大现象远不如折板絮凝池明显，因此水头损失（即絮凝强度）不大。另外，由于该池的絮凝效果与网格尺寸、格板间距等因素有关，目前尚无明确参数。为了稳妥起见，不宜采用网格絮凝池，而是采用效果好，又成熟的折板絮凝池。折板絮凝池在隔板絮凝池基础上发展起来的,折板絮凝池通常采用竖流式,折板的形式一般有同波、异波、平板及波纹板。折板絮凝池的布置形式有单通道、单廊道和多通道、多廊道两种，本次设计采用多通道形式，絮凝过程分四段，前两段采用异波折板，第三段采用同波折板，第四段采用平板折板。3.2.3沉淀池：根据沉淀原理、使用效果及工程规模，我们认为适合本工程的沉淀池有平流式沉淀池和斜管（板）沉淀池。平流沉淀池是给水行业最古老的一种池型，大型水厂应用较多，我国与国外技术水平相差无几，所不同的是，国外停留的时间较长，一般为24小时，我国停留时间多为12小时。选择较长的停留时间可以节约药剂，提高沉淀后的水质，并有足够的调节余地，抗冲击负荷能力较强。停留时间短可以节省基建投资，减少占地面积。具体设计停留时间多长为好，这需要根据国家发达程度、沉淀后水质指标要求，并进行经济技术比较后确定，根据我国水质标准和国情，采用1.52.0小时停留时间为好。平流式沉淀池的最大优点是对原水变化的适应性强，沉淀效果好而稳定，操作管理方便，造价也较低，大型水厂应用较多。而斜管沉淀池相对于平流式沉淀池最大的特点是占地少，这在本工程中显得有一定的意义。由于本地区用地比较紧张，因此采用斜管沉淀池是有一定的优势。但是斜管沉淀池也有不足之处，首先它对水质的适应性差，一旦原水浊度升高，便会产生“跑矾花”现象，其次斜管需35年更换一次，日常维护费用大。如采用平流式沉淀池与清水池迭加的形式，则斜管沉淀池也就失去了占地少的优势，所以斜管沉淀池一般只用于挖潜改造。3.2.4过滤：从规模及处理效果上来考虑，有普通快滤池（含双阀滤池）、移动罩滤池、气水反冲的普通快滤池（下简称气水反冲洗滤池）、V型匀质滤池。下面，将通过对V型滤池的认识来分析这四种池子的优缺点。近年来，V型滤池及与其相似的匀质滤池在我国日趋见多，其特点我们认为可归纳为：匀质滤料、恒速过滤、气水反冲，推流式表扫和不膨胀冲洗。（1）匀质滤料 滤池对水中悬浮颗粒的过滤作用主要表现为筛滤作用、迁移作用和吸附作用。普通快滤池、移动罩滤池和气水反冲洗滤池均以筛滤作用为主，即水中粒径大于砂料间孔隙尺寸的杂质首先被阻留下来，随着孔隙逐渐被堵缩小，后续的一些细小悬浮物也相继被截留下来。由于这三种滤池采用的均为不均匀滤料，上细下粗，筛滤作用主要发生在滤料的表层，使其表面产生一层滤膜，局部水头损失很大，因此当要进行反冲洗时，下面部分的滤料往往还没有充分发挥作用，整个滤层的含污率小。V型滤池采用的是匀质滤料，由于整个滤层的滤料粒径基本相同，表面的筛滤作用就受到削弱，增强了迁移、吸附作用，使其成为主要的过滤作用，这样一方面增加了杂质的穿透深度，提高了滤层有效厚度内的截污能力，实现深层截污。另一方面，过滤的水头损失增加速度趋缓，过滤周期延长，提高了产水量，减少了自用水量。所以在滤料的选用上V型滤池要明显优于其他三种滤池。（2）恒速过滤 普通快滤池和气水反冲滤池属变水位的降速过滤，由于人为地调整、控制阀门开启度比较困难，因此在整个过滤过程中出水阀的开启度不变，这就造成了过滤初期由于滤层比较清洁，通过滤层的水头损失小，滤速较快，出水水质较差。随着过滤水头损失的增加，滤速减慢出水水质有所提高，但出水水量变小。对移动罩滤池，就整个池子而言属常水位的恒速过滤，但就每一格的工况来看属常水位的降速过滤，其特征同普通快滤池基本相同，只是由于移动罩滤池分格较多，水质较为好些。V型滤池采用的是常水位下的恒速过滤，它是由不断调节出水阀门的开启度来控制滤速恒定。由于选用的是匀质滤料，水中杂质除一部分被截留下于砂层表面外，由于迁移使用使相当一部分杂质在砂层的深处截留。同样随着过滤的时展，就孔隙而言其孔隙流速在不断增加，当增加到一定程度后，杂质被剪切、脱落转入深层。由于滤料粒径相同，孔隙大小也相同，因此脱落的杂质就被再次截留、吸附，这样就保证了过滤水质不会恶化，实现深层截污。而不均匀滤料由于下面孔隙大，就难以保证杂质的再次截留，水质出现恶化。因此，相比较V型滤池的出水水质要比其它三种滤池来的好，它在整个过程中始终是优质的、稳定的。（3）气水反冲 目前滤池采用的反冲洗方式大致为二种，即高速的水反冲（一般为q=15L/sm2）和低速的气水反冲（q气=16L/sm2、q水=4L/sm2）。普通快滤和移动罩滤池为水反冲，其它二种为气水反冲。据有关资料介绍，单纯水洗在q水=15L/sm2强度下G值为350S-1左右，能量利用率为45%，而气水反冲在q水=4L/sm2，q气=16L/sm2强度下G值可达400S-1左右（其中G水=140S-1、G气=260S-1），能量利用率可提高到65%左右。可见气水反冲在去污能力和能量利用率上都明显优于水反冲。本工程的原水是长距离输送来的，成本高，因此节约生产自用水十分重要。可以认为，在滤池的选择上，反冲洗方式的因素应放在首位。（4）不膨胀冲洗和表扫 传统的滤池均采用膨胀冲洗，膨胀率为45%左右。而V型滤池则采用不膨胀冲洗（严格说是微膨胀冲洗），它主要的优点是滤层不会产生水力自然分级，保持了滤层的稳定，不会产生表面易于堵塞现象。同时砂粒之间由于间隙较小，会产生较大的磨擦作用，有利于砂层冲洗干净。另外，由于不膨胀冲洗可省去膨胀高度，使砂面距排水槽的距离可减少，一般仅为0.5米，而传统的滤池则要1.0米左右。在反冲洗结束过滤开始时，这部分空间内的含污反冲洗废水将作为待滤水而被过滤，可见这部分水越少越好。推流式表扫是一种表面辅助冲洗。以往常见的固定式和旋转式表洗装置，其主要作用是在反冲洗开始前对滤池表面所形成的滤膜产生冲刷作用，使滤层表面生产松动，便于反冲洗。而V型滤池的推流式表面扫洗则不同。表扫水通过V型进水槽底部淹没式小孔进入池内后，会在液面上产生水平方向的推力，将剥落下来并上浮至液面的污物全部扫入排水槽内，因此反冲洗效果好。值得一提的是最初进入滤池的待滤水也是通过淹没式小孔入池的，由于进水为淹没式，且距砂层表面的高差较小，故进水不会造成对滤层表面的冲刷作用，使整个滤层表面较为平整。而传统滤池的排水槽槽顶要高出砂层1米左右，进水产生跌水现象，对砂面产生很大的冲刷作用，往往形成砂坑，造成滤层厚薄不匀，影响过滤效果。（5）配水系统 V型滤池属中、小阻力配水系统，它同移动罩、虹吸滤池相同，不同于普通快滤池的大阻力配水系统。大阻力配水系统虽然配水均匀性好，但耗电大，不经济，近几年有向中、小阻力方向发展。V型滤池在配水系统的设计上更注意了均匀性问题，使其的配水均匀性达到99.97%左右，而虹吸滤池只有达到99.7%。由于采用中、小阻力配水系统，反冲洗的电耗就大为降低，据测算，V型滤池比普通快滤池节省7080%。基于对V型滤池的认识，本工程应优先考虑采用V型滤池。原因有：（1）普通快滤池和移动罩滤池无论从过滤及反冲洗都远远不及V型滤池效果好。在设备相同、操作方式相同的条件下，V型滤池的造价与普通快滤池的造价几乎相同，但在电耗、水耗上V型滤池只是普通快滤池30%，特别是水耗的大小对本工程影响较大。（2）气水反冲洗滤池虽然在反冲洗上有了改进，但由于在过滤上没有改进，处理效果仍不理想。而要取得优质的滤后水，过滤、反冲洗二个环节缺一不可。何况这二种滤池在工程造价、日常运行费用上都相差不大，因此气水反冲洗滤池也不如V型滤池。但是V型滤池适合处理规模较大的水厂，它的单格处理能力达到1万吨/日时比较经济，否则不够经济。、3.2.5.絮凝剂给水处理中，在絮凝药剂投加控制和絮凝剂的使用方面，我国还处于一般水平。主要反应在絮凝剂的品种少、质量低。在国外，特别是作为原水调质而采用的助凝剂较为普遍。我国这方面差距较大。在药剂自动投加方面，大部分水厂正处于起步阶段。对于国外先进的自动控制工艺，我国已开始致力于引进和研究。 1、絮凝剂和助凝剂的使用情况目前国内外大部分净水厂采用的絮凝剂仍铝盐和铁盐最为普遍。我公司主要使用铁盐絮凝剂，如三氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁。 近几年来，国外正研制和开发应用新型高效絮凝剂方面进展很快。引人注意的是两类絮凝剂。一类是无机聚合物絮凝剂；另一类为有机高分子聚合物絮凝剂。 无机聚合物絮凝剂有：碱式聚合氯化铝(PAC)，聚合硫酸铝(PAS)，聚合硫氯化铝(PACS)以及聚合硫酸铁(PFS)等。其中最有代表性的PAC和PAS具有对原水水质变化适应性广，混凝净化效果好，药剂成本低等特点。日本在给水处理中使用PAC的普遍程度已超过了硫酸铝。据有关资料介绍我国也有部分水厂应用。 从八十年代开始，各国对有机高分子絮凝剂的研究与应用非常重视。目前应用最多的是聚丙烯酰胺类。一般根据其作用不同分为阴离子型、阳离子型与非离子型。有机高分子絮凝剂具有用量少、絮体大、污泥少等优点。因而发展迅速。但对其毒性，各国学者看法不一，在饮用水中使用需慎重。日本对之的应用也只是在硫酸铝处理效果不理想时作为辅助方法。英、美国家对高分子絮凝剂的使用做了最大用量的规定。美国对硫酸铝和阳离子聚合物的组合使用越来越广泛，因为这不仅减少药剂用量，降低泥量，而且还增加絮体的物理强度，这对高速过滤是必需的。阴离子型和非离子型聚合物也常用作助凝剂和助滤剂。有机高分子絮凝剂在我国的应用目前仅限于高浊度水的局部地区。我国目前采用的主要助凝剂是无机活化硅酸，其作用是增加絮凝剂的骨架强度，改善絮体结构。尤其是对低温低浊水的处理较为有效。我国使用该种助凝剂已有四十多年的历史和经验。其次是氯作为助凝剂，其作用是采用预氯化法破坏起干扰混凝作用的有机物，改善混凝效果。同时用氯将硫酸亚铁氧化为高价铁，提高混凝剂的净化效果。但对受污染的原水，易生成以三卤甲烷为代表的卤代有机化合物。该类物质具有致突变活性，因此有待于深入分析和研究。3.2.6.消毒杀菌技术和水的深度处理 消毒杀菌技术已成为给水处理中不可缺少的处理手段之一。随着工农业的发展，自80年代起，由于部分地区的地面水源水质逐渐变差和饮用水水质要求的提高，水厂的处理工艺在常规处理基础上向深度处理的趋势发展。 1、消毒杀菌技术 很长一个时期以来，传统的消毒杀菌剂主要是采用氯及其化合物。该方法操作技术简单、价格低、杀菌效果好。在国外至今仍为主要杀菌方法之一，我国应用更为普遍。使用氯气消毒我国与国外的主要差距在于投加的控制手段上，目前一般采用容量分析比色法测量投氯后的余氯值，依据其余氯值采用浮子加氯机或真空加氯机调节投加量，靠人工操作。该方法不能提供准确的投加量，只是靠经验控制，检验投加效果又具有滞后性。而国外则采用自动余氯检测仪检测，根据余氯量反馈给自动加氯机自动调节投加量。这套设施由于国内的余氯检测仪以及氯氨加注自动化设施有待提高，目前尚不普及。 作为新的消毒剂二氧化氯和臭氧是具有发展前途的。 二氧化氯用于给水处理消毒，近年来受到广泛的注意，主要是由于它不会与水中的腐殖质反应产生卤代烃。一般二氧化氯在水中主要起氧化作用，而不是氯化作用，因此不容易产生潜在的致突变物-有机氯化合物。针对我国大多数水厂采用加氯消毒系统，改用二氧化氯在原系统基础上加以改造是简易可行的。但由于气态二氧化氯在超过四个大气压的压力时会发生爆炸，因而不易压缩储存，只能在使用现场制造，因此安全问题应引起注意。二氧化氯最普遍的使用方法是用它来代替预氯处理或（混凝沉淀）前加氯。即作为第一次消毒及氧化，滤后水中加氯，保持管网余氯可有效地降低三卤甲烷的生成和保证杀菌效果。 臭氧消毒被认为是在水处理过程中替代加氯的一种行之有效的消毒方法。因为臭氧首先是具有很强的杀菌力，其次是氧化分解有机物的速度快，使消毒后水的致突变性降为最低。经臭氧消毒的水中病毒可在瞬间失去活性，细菌和病原菌也会被消灭，游动的壳体幼虫在很短时间内也会被彻底消除。因此国际上已普遍应用，特别是法国普及率很高。近年来，臭氧还作为深度处理的方法在国外被采用。但是臭氧的发生和应用是一个高能耗技术，目前国外每产生1公斤臭氧约需4000美元。而电耗高达22度电每公斤臭氧。这使广泛应用受到限制，并且臭氧对细菌有显著的后增长效果。因此近来人们注意将臭氧与其它净水技术结合使用。如臭氧一氯，臭氧-紫外线消毒。不仅能获得满意的杀菌效果，还能有效地去除饮用水中挥发性有机物。据有关资料介绍，通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论：从消毒效果后，臭氧化二氧化氯氯氯胺。而从消毒后水的致突变性看则氯氯胺二氧化氯臭氧。由此可显示出采用臭氧消毒的优点。 2、水的深度处理 水的深度处理主要在于去除原水中的微量有机污染物，国外采用深化处理较为普遍，我国在水的深化处理方面还处于起步阶段，大部分老水厂均未采用深度处理，只是部分新水厂采用了活性炭吸附处理。 目前水的深度处理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和生物活性炭。由于活性炭具有良好的吸附和过滤性能，所以被广泛用于水的深度处理。活性炭的品种除粉末状和颗粒状外，近几年又发展了球状活性炭，浸透型活性炭和高分子涂层活性炭等新的品种。粉末活性炭多用于预处理，粒状、球状等活性炭多用于生物活性炭滤池起深度处理作用。活性炭对水中的致癌物与致突变物及其含酚化合物均有良好的去除效果。但由于活性炭的再生问题使制水成本大幅度增高，在我国的使用受到一定的限制。 除利用臭氧的增氯化能力与活性炭滤池联用外，目前国外还致力于用臭氧与生物活性炭(O3BAC)对水做深度净化处理的研究。它是当前去除水中有机物质的较为有效的一种深度处理方法，在日本引起极大的重视。试验和生产实践表明，该技术具有如下特点：能去除水中溶解性有机物；能降低TOC，COC及氨；能降低进水中三卤甲烷母体；对色度、铁、锰酚都有去除效果；能使Ames试验为阳性的水成阴性。但由于该技术耗电量较大，使用尚不普及。 近年来，国内外还开展了光化学氧化法去除水中优先污染物的研究。1987年同济大学进行了紫外线-臭氧(UV-O3)进行深度处理的研究获得令人满意的效果，与此同时还进行了采用低压汞灯为光源，以二氧化钛为催化剂的光催化氧化处理有机优先污染物的试验，获得良好的效果。但这些研究目前还未达到应用于生产的阶段。 第四章 混凝设施水的混凝是指水中杂质微粒和混凝剂进行混合，絮凝形成较大絮凝体（即矾花、绒粒或絮状物）的过程。它是近代水质净化处理的首要环节。4.1.药剂选择：根据原水的水质水温和PH值的情况，选用混凝剂为聚合氯化铝，投加浓度为15，最大投加量为51.4（mg/l），最低6.7（mg/l），平均14.3（mg/l）。优点：净化效率高、用药量少、出水浊度低、色度小，过滤性能好，温度适应性高，PH值使用范围宽（PH=59）。操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本较低。采用计量泵湿式投加，不需要加助凝剂。4.2.药剂配制及投加方式的选择：混凝剂的投加分干投与湿投法两种。本设计采用后者。其混凝处理的工艺流程如下图所示4.3.药剂溶解与溶液配制溶液池容积W1：设计流量为Q=13082.2（m3/h），最大投加量为=51.4（mg/l）,溶液浓度为15，每天调制次数为n=2，溶液池调节容积为：W1Q/417bn=51.413082.2/41715253.75(m3)设计取54(m3)，溶液池分三格，一格备用。每格的有效容积为27(m3)，有效高度为1.7(m),超高取0.5(m),则每格实际尺寸为：BLH=4m4m2.2m溶解池容积W2：W20.3W10.35416.2(m3)有效高度取1.4(m)，超高取0.3(m)，则溶解池实际尺寸为：BLH=3.5m3.5m1.7m溶解池搅拌设备采用中心固定式平板将式搅拌机，浆直径：R=1100（），浆板深度：1200（），池顶高出地面0.5米，池底坡度采用2.5。溶解池和溶液池的材料都采用钢筋混泥土，内壁衬以取乙烯板。4.4.鼓风机1、溶液池鼓风强度：15l/sm30.9m3min则溶液池鼓风量：0.953.75296.75m3min2、溶解池鼓风强度：18l/sm31.08m3min则溶液池鼓风量：1.0816.2234.99m3min鼓风总量为：131.74m3min选三台罗茨鼓风机，风量为70 m3min, 风压9.8KPa, 功率15KW。4.5.投药泵采用计量泵投加，选用三台BK22.510型计量泵，一台备用。性能如下：流量：6立方米小时；扬程9米。4.6.药剂仓库仓库容积考虑存放30天的混凝剂用量。仓库靠近加药间。每日混凝剂用量为：W（51.4299022）/10615.37吨。药剂通道系数采用15，则面积为115。药剂堆积高度为2.5米，则药库面积：（15.37301.15）2.5265.13m2平面尺寸采用：20000135004.7.混合器进水管流速，根据综合池的分格，q=3.64/4x2=0.455m3/s，查水力计算表，取d1=700mm，v=1.18m/s。选择管式静态混合器，规格DN700，静态混合器采用三节。第五章 综合池由于目前用地比较紧张，故将絮凝、沉淀、清水池建于一体，称之综合池，池上部为絮凝区和沉淀区，下部为清水区。以15.0万m3/d为一组，建两组，一组建两池，每池规模为7.5万m3/d。为适应水量变化和清理检修，上部絮凝区和沉淀区每池分两格，每格可单独运行，每格规模为3.75万m3/d；下部清水区不分格，规模为7.5万m3/d。5.1.絮凝池5.1.1已知条件总设计水量Q=313973.1m3/d，单池设计水量为Q=78493.25m3/d=3270.55m3/h=0.91m3/s5.1.2.设计参数反应采用折板絮凝池，絮凝区设在沉淀池的端部。取絮凝时间t=18min，水深H=3.3m折板采用不锈钢板，板宽采用420mm，折板夹角采用90o，折板厚度采用30mm。5.1.3设计计算每池的容积W=Qt=0.91*18*60=982.8m3每池的面积f=W/H=982.8/3.3=297.8m2为与沉淀池配合，取絮凝池净长度：L=9.6x2m(将池分成两格)，则净宽:B=f/L=297.8/2X9.6=15.5m取净宽B=16m，并将每格反应池分成8格，每格净宽为2m。反应分成四段，第一、二段(14格)折板均采用相对折板，第三段(56格)折板采用平行折板，第四段(78格)折板采用直折板，波峰流速分别为0.35m/s，0.30m/s，0.20m/s和0.12m/s。考虑墙厚（采用钢筋混凝土墙），外墙厚采用400mm，内墙采用250mm。则絮凝池的实际长宽如下B=9.6+0.4*2=10.4mL=16+7*0.25+2*0.4=18.55 各段絮凝区折板间距及实际流速：已知流量Q1=3270.55/2=1635m3/h(单格计)第一段絮凝区：取b1=0.65m则实际流速:第二段絮凝区：取b2=0.75m则实际流速:第三段絮凝区：取b3=1.15m则实际流速:第四段絮凝区：取b1=1.90m水头损失计算：A第一段絮凝区为异波折板a第一段絮凝区第一格通道数为12，单通道的缩放组合个数为3个，n=3*12=36个b1=0.5，2=0.1，上转变3=1.8，下转变成孔洞3=3.0，cv1=0.35m/s，v2=0.168m/s，dF1=0.65B（m2），F2=(0.65+2x0.3)B=1.25B（m2）e上转弯、下转弯各为6次，取转弯高度0.8m，f渐放段损失：g渐缩段损失：h转弯或孔洞的水头损失如图布置每格有36个渐缩和渐放，故每格水头损失：h=36(h1+h2)+hi=36(2.4110-3+5.2810-3)+0.12=0.40m第一段絮凝区第二格的计算同第一格，水头损失为0.40m。B第二段絮凝区为异波折板a第二段絮凝区第一格通道数为10，单通道的缩放组合个数为3个，n=3*10=30个b1=0.5，2=0.1，上转变3=1.8，下转变成孔洞3=3.0，cv1=0.3m/s，v2=0.157m/s，dF1=0.75B（m2），F2=(0.75+2x0.3)B=1.35B（m2）e上转弯、下转弯各为5次，取转弯高度0.8m，f渐放段损失：g渐缩段损失：h转弯或孔洞的水头损失如图布置每格有30个渐缩和渐放，故每格水头损失：h=30(h1+h2)+hi=30(1.6610-3+3.6310-3)+0.10=0.26m第二段絮凝区第二格的计算同第一格，水头损失为0.26m。C第三段絮凝区为同波折板a第三段絮凝区第一格通道数为7，单通道转弯个数为5个，n=7*5=35个b折角90o，=0.6cv=0.2m/s，则：第三段絮凝区第二格的计算同第一格，水头损失为0.14m。D第四段絮凝区为同波折板a第三段絮凝区第一格通道数为5，四块直板180o，转弯个数为5个，进口出口孔洞2个n=7*5=35个b180o转弯，=3.0，进出口孔=1.06cv=0.12m/s，则：第四段絮凝区第二格的计算同第一格，水头损失为0.015m。则总水头损失：H总=2（0.4+0.26+0.14+0.015）=1.63m絮凝池各区段停留时间：第一絮凝区停留时间：第二、三絮凝区停留时间均为T2=T3=271.19min第四絮凝区停留时间：絮凝池各区段G值：水温T=20oC，=1x103，第一絮凝区第二絮凝区第三絮凝区第四絮凝区絮凝池总水头损失H总=1.63m,絮凝总时间T=1088.38s=18.14min计算简图如下:5.2沉淀池5.2.1.设计参数采用平流式沉淀池，指形槽出水，虹吸桥式吸泥机。总设计流量为313973.1m3/d13082.2m3/h=3.64m3/s,单池设计流量为0.91m3/s沉淀时间T=100min沉淀池平均流速v16.0mm/s有效水深H1=3.0m，超高取0.5m，池深3.5m。5.2.2.长宽设计沉淀池容积：W1QT=0.91100605460m3沉淀池与絮凝池合建，池宽：B=9.6m(每格，一池设两格)则池长L=W/BH=5460/(9.6*2*3.0)=94.80m校核池子的尺寸比例：长宽比：L/B=94.8/9.6=9.884，可长深比：L/H=94.8/3.0=31.610，可 沉淀池水平流速v=l/t=94.8*1000/100*60=15.8mm/s，可5.2.3.进水穿孔墙布水墙长9.6m，墙高3.3m，有效水深3.0m，用机械刮泥装置排泥，其积泥厚度0.1m，超高0.2m，穿孔孔墙孔洞总面积孔洞处流速采用v00.25mm/sQ/3600v0=1635/36000.251.82m2孔洞个数N孔洞形状采用矩形，尺寸为15cm18cmN=/0.150.18=1.82/0.150.18=67.41，取68个。5.2.4.出水渠采用薄壁堰出水，堰口应保证水平出水渠(宽度采用1m，则渠内深度h=1.73(q2/gb2)1/3=1.73x(16352/36002x9.81x12)1/3=0.48m为保证证自由溢水，出水渠的超高定为0.1m，则渠道深度为0.58m。5.2.5.排泥设施为取得有效的排泥效果，采用虹吸式机械吸泥机排泥，干泥量，设污水含水量为98%，则湿污泥量：吸泥机往返一次的时间：（栅车行进速度v=1m/min）虹吸管计算：设吸泥管排列数为50根，管内流速为1.5m/s，单侧排泥管最长虹吸管长l=22.5m采用连续式排泥，管径选用DN150水煤气管，v=1.26吸口的断面确定吸口的断面与管口断面积相等，已知吸管的断面积A=0.152/4=0.0177m2设吸水口长l=0.2m，则吸口宽度b=0.0177/0.2=0.088m吸泥管路水头损失计算进口1=0.1，出口2=1，90o弯头3=1.975x2，则局部水头损失hi=(0.1+1+1.975x2)1.262/2x9.81=0.41m管道水头损失：含水率98%。一般为紊流状态。总水头损失：考虑管道使用年久等因素，实际H=1.3h=1.3*0.73=0.95排泥管总长取70m，槽宽取0.8m，深取1m。引流泵选用型潜水泵。沉淀池放空管直径其中，H0为池内平均水深，此处为3+0.1=3.1m，t为放空时间，按3h计。管径采用350mm5.2.6.沉淀池水力条件校核水力半径弗劳德数5.2.7.集水系统采用两侧孔口自由出流式集水槽集水。 集水水槽个数N=5 集水槽的中心距 槽中流量考虑致电池子的超载系数为20%，帮槽中的流量qo=1.2qo=1.2x0.091=0.109m3/s 槽的尺寸槽宽取槽长L=10m，则堰上负荷为起点槽中水深H1=0.75b=0.75x0.4=0.3m终点槽中水深H2=1.25b=1.25x0.4=0.5m为了便于施工，槽中水深统一取H2=0.5m计。 槽的高度H3，集水方法采用孔口自由出流，孔口深度取0.07m，跌落高度取0.05m，槽起高取0.15m，则集水槽总高度H3=H2+0.07+0.05+0.15=0.77m 孔眼计算a.所需孔眼总面积b.单孔面积孔眼直径采用d=10mm，则单孔面积c.孔眼个数nd.集水槽每边孔眼个数n=1911/(5x2)=191.1个,取192个。e.5.2.8.配水槽计算起点槽中水深H1=0.75b=0.75x0.8=0.6m终点槽中水深H2=1.25b=1.25x0.8=1m为了便于施工，槽中水深统一取H2=1m计。自由跌水高度取0.07m，则排水槽总高度为：0.77+0.07+1.0=1.84m出水斗底板取低于排水槽底0.5m，自由跌落高度为0.07m，出水斗平面尺寸1.6mx1.6m，平流沉淀池计算简图如下：第六章 V型滤池 本设计采用V型滤池V型滤池，全称为AQUAZURV型滤池，是由法国得利满水处理有限公司首创的专利技术。六十年代末期在巴黎奥利水厂首先采用，七十年代逐渐在欧洲广泛使用，受到各国好评，逐步在国际上得到推广。八十年代以来，我国也认识到国外革新后的气水反冲洗技术的独特冲洗效果，陆续引进国外先进的气水反冲洗工艺，用于新扩建水厂中。我国第一座V型滤池1990年7月在南京投产。近年来，设计常规处理水厂工程时，规模在10万m3/d以上（包括10万m3/d）的水厂，在工艺流程的构筑物选型中，多设计了V型滤池，以改善制水工艺，提高水厂自动化程度和生产管理水平。V型滤池是恒水位过滤，池内的超声波水位自动控制可调节出水清水阀，阀门可根据池内水位的高、低，自动调节开启程度，以保证池内的水位恒定。V型滤池所选用的滤料的铺装厚度较大（约1.40m），粒径也较粗（0.951.35mm）的石英砂均质滤料。当反冲洗滤层时，滤料呈微膨胀状态，不易跑砂。V型滤池的另一特点是单池面积较大，过滤周期长，水质好，节省反冲洗水量。单池面积普遍设计为7090m2，甚至可达100m2以上。由于滤料层较厚，载污量大，滤后水的出水浊度普遍小于0.5NTU。V型滤池的冲洗一般采用的工艺为气洗气水同时冲洗水冲洗+表面扫洗。水冲洗强度设计为5l/sm2,比双阀滤池的水冲洗强度15l/s.m2,要节约反冲洗用水量2/3，若以一个15万m3/d水厂为例，全年可节省反冲洗水量约为60万m3，若以0.4元/m3水价计算，年节省反冲洗水量费用达24万元之多，可见其经济效益之显著。但实践表明，此种滤池对施工的精度和操作管理水平要求甚严，否则，势必影响正常运行，达不到设计的效果。当前，在部分水厂V型滤池生产运行中常遇到的一些问题，主要表现在反冲洗不均匀，有较严重的短流现象发生；跑砂；滤板接缝不平、滤头套管处密封不严，滤头堵塞甚至发生开裂；阀门启闭不畅等现象时有发生。6.1.设计数据设计水量Q=313973.1m3/d滤速V=12m/h滤池冲洗确定(见下表)冲洗强度(L/sm2)冲洗时间（min）第一步（气冲）153第二步（气-水同时冲洗）空气154水4第三步（水冲）55总冲洗时间12min冲洗周期T=48h反冲横扫强度1.8L/(s)【一般为1.42.0L/(s)】6.2.设计计算(1)池体设计 滤池工作时间TT=24t24/T=240.224/28=240.1=23.9(h)(式中未考虑排放滤水) 滤池面积F滤池总面积F=Q/VT=313973.1/1223.9=1094.74设两座滤池，每池面积F=547.37 滤池的分格为节省占地,选双格V型滤池,池底板用混凝土,单格宽B单=3.5m,长L单=10.01m,单格面积35,共分8座,左右对称布置,每座面积f=70,总面积f=560。 校核强制滤速VV=NV/(N1)=1610/(16-1)=10.67m/h,满足V13.7m/h的要求. 滤池高度的确定滤池超高H5=0.3m滤池口水深H4=1.5m滤层厚度H3=1.4m(0.951.5m)滤板厚H2=0.13m滤板下布水区高度H1=0.9m(0.70.9m)其中冲洗时形成的气势层厚度为(0.10.15m)滤池总高度:H=H1+H2+H3+H4+H5=0.9+0.13+1.2+1.5+0.3=4.03m 水封井的设计滤池采用单层加厚均粒滤料,粒径0.951.35,不均匀系数1.21.6,均粒滤料清洁滤料层的水头损失按下式计算:式中:H清水流通过清洁滤料层的水头损失,;V水的运动黏度,c/s;20时为0.0101c/s;g重力加速度,981/s2;m0滤料孔隙率;取0.5;d0与滤料体积相同的球体直径,根据厂家提供数据为0.1L0滤层厚度,L0=120v滤速,/s,v=10m/h=0.28/s;滤料粒径球度系数,天然砂粒为0.750.8,取0.8;根据经验,滤速为810m/h时,清洁滤料层的水头损失一般为3040,计算值比经验值低,取经验值的低限30为清洁滤料层的过滤水头损失,正常过滤时通过长柄滤头的水头损失h0.22m,忽略其他水头损失,则每次反冲洗后刚开始过滤时,水头损失为:H开始=0.3+0.22=0.52m为保证滤池正常过滤时池内的液面高出滤料层,水封井出水堰顶标高与滤料层相同.设计水封井平面尺寸2m2m,堰底板比滤池底板低0.3m.水封井出水堰总高:H水封=0.3+H1+H2+H3=0.3+0.9+0.13+1.2=2.53m因为每座滤料过滤水量:Q单=vf=1284=1008m3/h=0.28m3/s所以水封井出水堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2计算得:H水封=Q单/(1.84b堰)2/3=0.28/(1.842)2/30.18m则反冲洗完毕，清洁滤料层过滤时，滤池液面比滤料层高0.18+0.52=0.7m(2)反冲洗管渠系统A、长柄滤头配水配气系统 长柄滤头安装在混凝土滤板上,滤板固定在梁上,滤板用0.05m后预制板上浇注0.08m后混凝土层,滤板下的长柄部分浸没于水中,长柄上端有小孔,下端有竖向条缝,气水同时反冲洗时,约有2/3空气有上缘小孔进入,1/3空气由缝隙进入柄内,长炳下端浸没部分还有一个小孔,流进冲洗水,这部分气水在柄内混合后有长柄滤头顶部的条缝喷入滤层冲洗. 长柄滤头固定板下的气水室高度为0.70.9m,其中冲洗时形成的气垫层厚度为0.10.15m. 向长柄滤头固定板下气水室配气的出口应该紧贴滤头固定板的底面，由配水干管向气水室配水的支管出口应该紧贴池底。 长柄滤头配气系统的滤帽缝隙与滤池过滤面积之比为1/80，每平方米的滤头数量为4964个。 冲洗水和空气同时通过长柄滤头的水头损失按产品的实测资料确定。 向长柄滤头配水配气系统气水室配气的干管的进口流速为5m/s左右；配气支管或孔口流速为10m/s左右。配水干管进口流速为1.5m/s左右；配水支管或孔口流速为11.5m/s.长柄滤头结构如下图所示：B、反冲洗用水量Q反的计算:反冲洗用水流量按水洗强度最小时计算.单独水洗时反冲洗强度最大,为5L/(s)Q反=q水f=570=350L/s=0.35m3/sV型滤池反冲洗时,表面扫洗同时进行,其流量:Q表水=q表水f=0.001
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