100萬人口的城市給水處理廠設(shè)計方案

1 100萬人口的城市給水處理廠設(shè)計方案 1 緒論 設(shè)計背景 給水系統(tǒng)是保證城市、工礦企業(yè)等用水的各項構(gòu)筑物和輸配水管網(wǎng)組成的系統(tǒng)，常由取水構(gòu)筑物、水處理構(gòu)筑物、泵站、輸水管渠和管網(wǎng)，以及調(diào)節(jié)構(gòu)筑物組成。 隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展 ， 人民生活水平不斷提高 ， 人們的保健意識不斷增強 ， 對生活飲用水水質(zhì)的要求也有所提高 ； 隨著我國加入 臨與國際接軌和對外開放的進一步擴大 ， 城鎮(zhèn)供水與人民生活及城市發(fā)展息息相關(guān)。我國目前的給水處理技術(shù)從總體上、宏觀上講還停留在常規(guī)處理工藝階段 ， 但具體看已有很大的變化 ； 同樣一個沉淀或過濾工藝已衍生出許多種形式和新技術(shù) ， 這些新技術(shù)逐步改變了水處理工藝的面貌 1。 給水處理的主要任務(wù)和目的就是通過必要的處理方法去除水中的雜質(zhì) ， 以價格合理、水質(zhì)優(yōu)良安全的水供給人們使用。在 20 世紀 70 和 80 年代 ， 給水工程技術(shù)人員面臨的主要問題是工程的投資效益 ， 即如何以最低的工程總投資來完成簡單的處理目標。因此 ， 在這段時期里 ， 研究出了許多比較經(jīng)濟的凈水技術(shù)和工藝 ， 這些研究包括改進沉淀池設(shè)計 ， 出現(xiàn)了斜管沉淀池、斜板沉淀池和氣浮池等快速澄清工藝 ， 還有快速過濾工藝和將絮凝、沉淀和過濾工藝組合在一起的 專用集成設(shè)備。然而 ， 到了 20 世紀 80 和 90 年代 ， 新的問題出現(xiàn)了 ， 即飲用水中存在的微量有機物對人體健康具有長期潛在的危害。因此 ， 出現(xiàn)了新的水質(zhì)污染指標和規(guī)定 ， 例如 ，總?cè)u甲烷、揮發(fā)性有機物和最大污染物濃度等。為了對待這些新情況 ， 滿足凈水處理要求 ， 工程技術(shù)人員和研究人員已經(jīng)成功地設(shè)計出去除水中有機污染物的方法。這些方法 ， 如化學(xué)氧化、活性炭吸附和強化混凝處理等 ， 在過去的十多年里一直是主要的研究方向。 根據(jù)我國現(xiàn)有經(jīng)濟和技術(shù)條件，在優(yōu)先考慮強化常規(guī)工藝的前提下，增加預(yù)處理和深度處理將是今后我國水廠進行改造的主要方向 。在預(yù)處理中，生物預(yù)處理發(fā)展前景廣闊。在深度處理中，活性炭或者生物活性炭（即臭氧 活性炭聯(lián)用）將是 2 主要的發(fā)展趨勢 2。 飲用水處理工藝技術(shù)的研究進展 飲用水水質(zhì)標準的不斷提高以及市政給水水源日益被污染 ， 這對常規(guī)給水處理技術(shù)提出嚴峻的挑戰(zhàn) ， 許多水廠的出水水質(zhì)達不到飲用水水質(zhì)標準的要求 ， 面對這樣的情況 ， 不得不對常規(guī)水處理進行技術(shù)改造或技術(shù)革新 3。目前改善飲用水水質(zhì)有兩條途徑 ： 一是控制污水的排放量及提高污水處理率 ， 以保護飲用水源 ； 二是強化處理工藝對受污染水源進行深度處理 4。 混凝 混凝工藝主要去除水中的懸浮顆粒、濁度和消毒副產(chǎn)物（ 前驅(qū)物質(zhì) 天然有機物（ 其效果與混凝藥劑品種、投加量、 、攪拌程度、混凝劑和助凝劑投加順序、原水特性等因素有關(guān)?？焖賱×业幕旌希诨炷巹U散和水中膠體的脫穩(wěn)?；炷に囍饕コ械膽腋☆w粒、濁度和消毒副產(chǎn)物（ 前驅(qū)物質(zhì) 天然有機物（ 其效果與混凝藥劑品種、投加量、攪拌程度、混凝劑和助凝劑投加順序、原水特性等因素有關(guān)。快速劇烈的混合，利于混凝藥劑擴散和水中膠體的脫穩(wěn)。進入 80 年代，加強混合才成為給水界的共 識，現(xiàn)常用的混合設(shè)備有：水力隔板混合、水泵混合、機械混合、靜態(tài)混合器、混合池、槽等。 沉淀 沉砂池去除污水中泥砂等粗大顆粒，有平流沉砂池和曝氣沉砂池；沉淀池除去有機和無機可沉懸浮物和膠體混凝物。可分為平流沉淀池和斜管沉淀池，一般以斜管沉淀池性能為佳。 美國平流沉淀池使用較多，法國常采用脈沖澄清池或斜板脈沖澄清池，而在英國許多水廠采用氣浮沉淀池，這是因為英國多利用水庫水源，而水庫水源存在藻類問題，氣浮沉淀池對含藻多的水源是比較適宜的。不同國家選用不同的池型，主要是根據(jù)這些國家的不同水源條件所選擇 的。 過濾 集常規(guī)過濾、顆?；钚蕴课脚c生物膜氧化技術(shù)于一體的生物過濾 5，可有效去除水中氨氮、鐵錳、有機物及濁度，改善和提高了飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性，且運行可靠、投資省、運行費用低。但尚需解決： （ 1） 控制進入輸配水管網(wǎng)的最大 3 可生物降解有機物質(zhì)（ 濃度； （ 2） 生物過濾的最佳反沖洗標準； （ 3） 非生物顆粒對生物膜性能可能產(chǎn)生的影響； （ 4） 慢速生物降解有機物的去除機理與條件； （ 5） 水中有機物與氨氮共存的情況下，氨氮對有機物降解的影響；鐵、錳共存的情況下，鐵的存在對除錳的影響。生物過濾替 換傳統(tǒng)過濾，是減少飲用水有機污染、提高飲用水的安全性與生物穩(wěn)定性的客觀需要。 我國目前新建水廠較多采用的是“ V”型濾池，其他型式的濾池如移動罩濾池等連續(xù)過濾型式的濾池在小的水廠也有所應(yīng)用。另外，在水源條件允許的情況下，直接過濾濾池也有應(yīng)用的實例。在濾料使用方面，雙層濾料仍在廣泛應(yīng)用，使用均質(zhì)濾料的型式也在逐漸增多，特別是在“ V”型濾池 6。 消毒 在城市供水系統(tǒng)中，消毒是最基本的水處理工藝，它是保證用戶安全用水必不可少的措施之一。但自 20 世紀 70 年代發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生 /三致物質(zhì)以后，人們開始重新 審視消毒問題，并進行了大量的研究工作。由于氯消毒產(chǎn)生 /三致物質(zhì)，并且不能有效殺滅隱孢子蟲及其孢囊，因此消毒技術(shù)不斷被研究開發(fā)出來，如二氧化氯、臭氧、光催化消毒、紫外線及相關(guān)復(fù)合技術(shù)等 7。 氯氣消毒法除不能盡除水中有機物，易生成“三致”氯代物外，其出水的味覺與嗅覺的不佳；由于長期使用，細菌產(chǎn)生了抗藥性，使氯氣的用量逐年增加。 二氧化氯消毒技術(shù)：相對于臭氧和氯消毒，殺菌能力更強，剩余量更穩(wěn)定，作用更持久，消毒后不產(chǎn)生有毒的三氯甲烷等氯化有機物，并能有效地控制出水的色度、嗅味，還可沉淀水中的鐵、錳 等，因此用量少、作用快、殺菌率高。但成本較氯高；不易壓縮儲存，只能在使用現(xiàn)場制造。常用于代替預(yù)氯處理或（混凝沉淀）前加氯，即作為第一次消毒及氧化。 臭氧氧化技術(shù)： 臭氧的消毒機理包括直接氧化和產(chǎn)生自由基的間接氧化，與氯和二氧化氯一樣，通過氧化破壞微生物的結(jié)構(gòu)，達到消毒的目的。其優(yōu)點是殺菌效果好，用量少，作用快，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅。可將氰化物、酚等有毒有害物質(zhì)氧化為無害物質(zhì)；可氧化嗅味和致色物質(zhì)，從而減少嗅味，降低色度；可氧化溶解性鐵、錳，形成不溶性沉淀，通過過濾去除；可將生物難分解的大分子 有機物氧化分解為易于生物降解的小分子有機物 8。 通過臭氧與其它消毒劑比較研究后得出以下結(jié)論：從消毒效果看，臭氧二氧 4 化氯氯氯胺。而從消毒后水的致突變性看則氯氯胺二氧化氯臭氧。由此可顯示出臭氧消毒的優(yōu)點。國際上已普遍應(yīng)用，特別是法國普及率很高。但由于臭氧對細菌有顯著的后增長效果，因此近來人們注意將臭氧與其它凈水技術(shù)結(jié)合使用：如臭氧 氯、臭氧 紫外線消毒、臭氧與生物活性炭（ 9（ 0等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)臭氧氧化處理后，水中可生物降解性有機物增加 30%，再經(jīng)過生物活性炭處理后，可生化 部分有機物得到有效去除。但臭氧對一些農(nóng)藥類物質(zhì)、有機鹵代物的分解效率很低，當原水中溴離子含量較高時，在一定條件下會形成溴酸鹽，還使腐殖質(zhì)產(chǎn)生甲醛，兩者都有致突變性，這將是 術(shù)應(yīng)用過程中值得高度關(guān)注的重要問題 10）等，能獲得滿意的殺菌效果 11。 其他新型消毒技術(shù)還有光氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、超臨界水氧化、超聲氧化法（ 微波消毒、高錳酸鉀氧化、高鐵酸鉀氧化、磁化消 毒 、 表 面 接 觸 消 毒 技 術(shù) 、 膜 消 毒 技 術(shù) 、 應(yīng) 、 電 化 學(xué) 氧 化（ 凝效果、生物活性碳技術(shù)等。各種新技術(shù)的問世，給人們帶來了新的希望，可是由于價格、性能或產(chǎn)品水生物穩(wěn)定性等方面的制約，這些新技術(shù)還不能替代氯消毒 12。 深度處理工藝 我國近年來水源水質(zhì)日益惡化且短期內(nèi)難以根本好轉(zhuǎn) ， 而我國飲用水水質(zhì)標準又越來越嚴 ， 公眾對水質(zhì)的要求也越來越高 ， 因此為了解決飲用水水質(zhì)現(xiàn)狀與目標的矛盾 ， 合理選擇給水深度處理工藝已經(jīng)成為給水處理的重要任務(wù)和面臨的挑戰(zhàn)。隨著試驗研究的發(fā)展及對已有工程的認真總結(jié) ， 加上國外技術(shù)的引進 ， 應(yīng)該相信給水深度處 理技術(shù)在我國將得到大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用 13。常見深度處理技術(shù)還有：化學(xué)氧化、空氣攪拌、生物法、膜技術(shù) 14及新型合成吸附劑等。 原水水質(zhì)是選擇飲用水深度處理工藝的依據(jù) 15。活性炭吸附進行深度處理。 活性炭技術(shù)是 20 世紀 60 年代從國外引進的深度處理技術(shù)，不僅是最成熟有效的方法，而且是具有潛力的技術(shù)?；钚蕴渴且环N多孔性物質(zhì)，內(nèi)部具有發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，活性炭的空隙分為大孔、過渡孔和微孔，大孔主要分布在活性炭表面，對有機物的吸附甚微，過渡孔是水中大分子有機物的吸附場所和小分子有機物進入微孔的通道 ，而微孔則是活性炭吸附有機物的主要區(qū)域，微孔構(gòu)成的比面積占總面積的 95%，活性炭對有機物的去除受有機物特性的影響，主要是有機 5 物的極性和分子大小的影響，同樣大小的有機物，溶解度愈大，親水性愈強，活性炭對其吸附性愈差?；钚蕴繉λ新然a(chǎn)生的“三致”物質(zhì)不能有效去除，特別是對鹵代烴前驅(qū)物和分子量大于 3000 的物質(zhì)去除效果更差。當進水濁度高時，活性炭微孔極易被阻塞，導(dǎo)致活性炭的吸附性能下降，雖然再生能使活性炭恢復(fù)吸附能力，但隨著活性炭使用年限的增加，孔隙率及比表面積將不斷降低，吸附容量也必然降低。 臭氧（ 一 種很強的氧化劑和消毒劑，其氧化還原電位為 +可使水中大分子的有機物分解為小分子狀態(tài)，改變水中成分達到凈水的目的。但 有機物的反應(yīng)具有較強的選擇性，還可導(dǎo)致水中可生物降解物質(zhì)的增多，使出水廠的生物穩(wěn)定性降低，容易引起細菌繁殖。臭氧的強氧化性也造成它在水中不穩(wěn)定，容易失效，在管網(wǎng)中殺菌效果不能持久，因此臭氧很少在水深度處理工藝中單獨使用，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了臭氧與活性炭聯(lián)用技術(shù)。臭氧 生物活性炭技術(shù)是目前國際上最先進的水處理工藝，在日、歐、美廣泛應(yīng)用。在日本，越來越多的給水廠采用歐洲 被認為是處理污染源水、減少飲用水中有機物最有效的技術(shù)，如德國的繆爾海姆水廠、法國的梅里蘇瓦茲水廠。我國一些大城市也有應(yīng)用實例，如上海周家渡水廠、杭州的南星橋水廠，都收到了良好效果。目前國外普遍采用的工藝流程如圖 6、 17。 圖 臭氧 生物活性炭工藝流程 國外給水處理技術(shù) 隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水排入水體，造成水體嚴重污染。如作為歐洲一些國家主要供水水源的萊茵河，氨氮、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及化 學(xué)耗氧量等指標不斷惡化，河水中有致癌危險的有機物大量增加，破壞了可利用的水資源。現(xiàn)在地表水中已檢出 2221 種有機物，其中 765 種存在于飲用水中， 20 種為確認致癌物、 23 種可疑致癌物、 18 種促癌物、 56 種致突變物，這無疑對人體健康造成極大的危害 18、 19。為此，國外城市給水處理技術(shù)采取了一系源水 預(yù)臭氧 加藥 沉淀 生物砂慮 臭氧 生物活性炭 氯化 6 列有效措施，確保了供水水質(zhì)的安全。 反應(yīng)沉淀池 歐洲常采用高密度澄清池，其特點是將污泥進行回流，增強絮凝體的活性和沉淀效果，處理效率高，節(jié)省絮凝劑 30%左右。剩余污泥濃度高（可達 2030g/L）脫水容易 ，出水水質(zhì)好，適應(yīng)處理高濁度且濁度變化較大的原水。 美國基本采用機械反應(yīng)池和平流沉淀池。其平流沉淀池短而寬，對出水設(shè)計要求不高，多用指形槽、溢流堰、淹沒孔口等形式。排（刮）泥設(shè)備好，采用不銹鋼鏈條式刮泥機，先把污泥刮到池中的污泥槽內(nèi)適當濃縮再用螺旋泵抽出，這樣污泥的含水率低，水量損失少，排泥水量僅占水廠產(chǎn)水量的 1%左右。 國外一些水廠反應(yīng)沉淀構(gòu)筑物技術(shù)參數(shù)見表 表 國外一些水廠反應(yīng)沉淀構(gòu)筑物技術(shù)參數(shù) 廠名 池形 技術(shù)參數(shù) 法國巴黎 沖澄清池 沉淀時間 水區(qū)上升流速 s 德國斯圖加特萊格朗 高密度沉淀池 沉淀時間 10升流速 20 30m/h；池深 7m；沉淀區(qū)面積 170回流，回流污泥量 90%95%；出水濁度 1國阿姆萊 氣浮沉淀池 沉淀時間 20 30水色度 40 度；3 度；進水 70g/L；出水 0g/L 美國 械反應(yīng)平流沉淀池 反應(yīng)時間 20淀時間 107淀池 32m 濾池技術(shù)參數(shù) 歐洲現(xiàn)階段濾池以氣水反沖濾池為主。濾料多為 2 3 層，美國多為表面輔助沖洗多層濾池。濾料仍以石英砂、無煙煤為主。 加藥和消毒工藝 與我國相比，助凝劑在國外水廠得到了廣泛應(yīng)用，并且混凝劑、助凝劑、消毒劑的品種多，投加工藝先進，實現(xiàn)了自動化、液體化、罐裝化。液體藥劑廣泛應(yīng)用使得成本低，便于實現(xiàn)自動化，解決了藥劑溶解和沉渣處理的困難 20。 給水處理的任務(wù)是通過必要的處理方法去除水中雜質(zhì)，使之符合生活引用或工業(yè)使用所要求的水質(zhì)。水處理方法應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)和用水對象對水質(zhì)的要求確定。在給水處理中，有的處理方法除了具有某一特定的處理效果外，往往也直 接或間接地兼收其他處理效果。為了達到某一目的，往往幾種方法結(jié)合使用 21。 長期以來 ， 給水工藝仍然是混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒幾個階段 ， 宏觀上 7 理論上尚無重大突破 ， 然而在微觀上 ， 凈化工藝卻不斷地改進 ， 對給水處理的認識也不斷地更新。理論的繼續(xù)深化、促進了給水工藝水平的提高 22。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高以及環(huán)保問題的日益突出，給水處理正成為人們關(guān)注的焦點，在原有基礎(chǔ)上對給水處理工藝進行強化、深化、優(yōu)化將是一項刻不容緩的任務(wù) 23。 對我國的啟示 根據(jù)我國自身的水處理現(xiàn)狀，以及我國 對水處理水質(zhì)的要求，對國外先進的水處理技術(shù)應(yīng)保持學(xué)習(xí)的態(tài)度。對于不同的地區(qū)和水質(zhì)應(yīng)具體分析，不能盲目照抄照搬國外工藝。因此，需進行以下改良。 采用科學(xué)合理適用的工藝流程，設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)與實際產(chǎn)水量相適應(yīng)，絕不超負荷運行。 按需投加絮凝劑、助凝劑和消毒劑，重視混凝工藝，在低溫低濁度季節(jié)應(yīng)壓縮產(chǎn)水量。對于原水水質(zhì)較差的水廠，不能采取預(yù)氯化工藝，同時推廣新型的消毒劑。 對于污染較為嚴重的水源，季節(jié)性有臭和味的水源可采取投加粉末活性炭的辦法；對于一些老水廠改造，可借鑒美國水廠的經(jīng)驗，將普通濾池改造 為炭砂雙層濾料濾池，可充分利用現(xiàn)有的工藝設(shè)施，取得較好的出水效果。在經(jīng)濟條件較好的地區(qū)，可采用 用技術(shù) 24。 本課題研究的意義 鑒于中國人均水資源量少、社會用水需求量大、水環(huán)境污染嚴重的基本水情和國情，中國水資源可持續(xù)開發(fā)利用必須建立“節(jié)流為先，治污為本，多渠道開源”的新戰(zhàn)略，并以此指導(dǎo)城市水管理政策、規(guī)劃和方案的制定。 供水系統(tǒng)是城市不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，供水的質(zhì)量與價格關(guān)系到國計民生。采取技術(shù)措施，保證供水質(zhì)量、降低供水價格是十分必要的。作為供水系統(tǒng)的重要組成部分，給水處理工藝設(shè) 施是決定水質(zhì)與水價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對其工況進行合理調(diào)節(jié)，從而在滿足用戶水質(zhì)要求的同時最大限度地降低水處理成本，很有意義。這是涉及給水處理系統(tǒng)優(yōu)化的問題。為此，本設(shè)計對給水處理廠的工藝進行設(shè)計，并就實現(xiàn)這一目標進行探討。 8 2 設(shè)計方案的確定 設(shè)計所要解決的問題 結(jié)合任務(wù)書的要求，提出給水廠水處理工藝的合理方案，滿足 100 萬人口的城市供水要求。 計水量的計算和處理流程的初步選擇 水處理廠的設(shè)計水量 通過查閱給水工程附表，確定居民生活用水定額 q 取 200L/劃人口為 100 萬，自來水普及 率 f 為 100%，水廠自用水量為 10%，則設(shè)計用水量： 35 001 0 0 0 0 0 定給水處理的工藝流程 通過分析水質(zhì)資料，本工程的水源為黃河水，長途輸送至汾河水庫，再經(jīng)取水塔，由隧洞和管道重力輸送至水廠。 原水水質(zhì)濁度為正常小于 30汛時小于 300最高小于 1000達到地面水環(huán)境質(zhì)量標準中 類水質(zhì)標準；黃河水含砂量為 5 20kg/水質(zhì)狀況見表 表 河流域重點斷面水質(zhì)狀況表 O() ) ) 家生活飲用水衛(wèi)生標準（ 2006）中規(guī)定的相關(guān)參數(shù)指標見表 表 活飲用水衛(wèi)生標準 OD() 濁度 1 由于本設(shè)計中給水廠水源為黃河水，原水濁度高，含沙量較大，為了達到預(yù)期的混凝沉淀（或澄清）效果，減少混凝劑用量，應(yīng)在常規(guī)處理基礎(chǔ)上增設(shè)初沉池進行預(yù)處理。具體工藝流程見圖 9 圖 水處理工藝流程圖原水 混凝劑 初沉池 混合池 絮凝池 沉淀池 濾池 活性炭 濾池 管網(wǎng) 二級泵房 清水池 加氯 10 3 預(yù)處 理設(shè)計 沉池平面尺寸設(shè)計 采用兩座平流式沉砂池，每座流量 30 0 0 0 02 。 沉砂池有效容積 V （ 3 1） 設(shè)計中取停留時間 T=30800s，則： 32 2 9 21 8 0 027.1 沉砂池長度 L （ 3 2） 設(shè)計中取水平流速 v=s，則： 沉砂池寬度 B （ 3 3） 設(shè)計中取沉砂池的有效水深 H=4m，則： 進水系統(tǒng) 沉砂池進水部 分設(shè)計 原水到沉砂池之間的連接管管徑為 沉砂池進水管管徑為 1500 沉砂池出水部分設(shè)計 沉砂池出水采用薄壁溢流堰，渠道斷面采用矩形。溢流堰總長為： （ 3 4） 設(shè)計中溢流堰上負荷 q=900m3/md，則： 2 29 0 0 241 1 0 0 0 0 沉砂池出水管管徑初定為 時管道內(nèi)的流 速 ： 11 20 （ 3 5） 沉砂池的放空管管徑 d （ 3 6） 設(shè)計中取放空時間 t=1h，則： 設(shè)計中放空管管徑為 排泥設(shè)備的選擇 沉砂池底部設(shè)污泥斗，每組沉砂池設(shè) 20 個污泥斗。污泥斗 頂寬 4m，底寬 泥斗深 用 車式吸泥機。 沉砂池總高度 H 21 （ 3 7） 式中 超高，設(shè)計中取 ： 平流沉砂池計算草圖見圖 細的平面示意圖見附圖 1。 沉 砂 池 A - A 平 面 圖 1 : 1 0 0平流沉砂池平面圖圖 流沉砂池示意圖 12 4 投藥系 統(tǒng)的設(shè)計 壓配水井的設(shè)計 配水井具有消能作用，使原水均勻穩(wěn)定的凈如凈水系統(tǒng)，避免受取水泵站富余，水頭的影響，同時又具有排氣的作用，使溶解在水中的部分氣體溢出，以利于后續(xù)處理。 藥劑的選擇和投加量 混凝劑的選用 混凝劑選用 ： 堿式氯化鋁 H)寫 式氯化鋁在我國從七十年代初開始研制應(yīng)用，因效果顯著，發(fā)展較快，目前應(yīng)用較普遍，具用使膠粒吸附電性中和和吸附架橋的作用。其特點為： 凈化效率高，耗要量少，除水濁度低，色度小、過濾性能好，原水高濁度時尤為顯著 ； 溫度適應(yīng)性高 ， 適用范圍寬（在 9 的范圍內(nèi)，而不投加堿劑） ； 使用時操作方便，腐蝕性小，勞動條件好 ； 設(shè)備簡單、操作方便、成本較三氯化鐵低 ； 無機高分子化合物。 混凝劑的投加量 由于缺少試驗資料，參考相似水源有關(guān)水廠的首劑投加資料估計投藥量。堿式氯化鋁平均投加量 30mg/l，最高投加 50mg/l。 混凝劑的配置和投加 混凝劑的溶解和溶液的配置 常用的藥劑投加方法有干投法和濕投法兩種，濕投法是將混凝劑溶解后再配成一定濃度的 溶解定量投加；干投法是將固體藥劑破碎成粉末后驚醒定量投加，由于試投法在實際中用較多，藥劑易于原水充分混合，不易堵塞入口，計量管理方便，且投量少，易于調(diào)節(jié)，因此本設(shè)計采用濕投法投藥。 溶液池容積 W 的計算 17 （ 4 1） 式中： Q 近期設(shè)計流量， Q=220000m3/d=9167m3/h； 13 u 最大藥劑投加量，取 50； b 溶液濃度，一般為 5% 20%，設(shè)計中 取 15%； n 每天調(diào)制次數(shù)，取 2。 代入數(shù)據(jù)，得： 17 16750 m 溶液池設(shè)兩座（一備一用），則每個容積為 W/2=高 液池形狀采用矩形，尺寸為：長寬高 =4m4 m 溶解池的容積 計算 31 （ 4 2） 設(shè)計中取 1 溶解池設(shè)兩座，則每座容積為 =效高度取 高 的形狀采用矩形，尺寸為：長寬高 =2m 底坡度采用 。 溶解池攪拌設(shè)備采用中心固定式平槳板攪拌機，兩池材料都采用鋼筋混凝土，內(nèi)壁涂襯聚乙烯板。 投加方式 混凝劑投加采用液體投加，投加方式選用計量泵投加，在藥液池內(nèi)直接吸取藥液，加入壓力水管內(nèi)，如圖 示。 圖 量泵投加 示意圖 藥劑倉庫 藥劑倉庫設(shè)計參數(shù) 9m/（ 面積為 119=99 m。室內(nèi)高 人力推車投藥，藥庫面積設(shè)計尺寸： 10m10m。 混合方式 本設(shè)計采用管式靜態(tài)混合器混合。此方式設(shè)備簡單，維護管理方便，不需土建筑物，混合效果好，不需外加動力設(shè)備。 14 管式靜態(tài)混合氣直徑 D 混合 ： 混合（ 4 3） 式中： D 靜態(tài)混合 器直徑， m ； Q 設(shè)計水量， m3/s； v 水流速度，一般為 s 左右，設(shè)計中取 s。 代入數(shù)據(jù)，得： 混合 水流經(jīng)過靜態(tài)混合器的水頭損失 h 為： （ 4 4） 式中： h 水流經(jīng)過靜態(tài)混合器的水頭損失， m； n 混合器單體數(shù)，取 n=3。 代入數(shù)據(jù)，得： 4 8 管式靜態(tài)混合器草圖見圖 出水混合單元池加藥圖 式靜態(tài)混合器 15 5 絮凝池的設(shè)計 機械絮凝池的主要優(yōu)點是可以適應(yīng)水量變化，以及水頭損失較小。本設(shè)計即采用垂直軸式機械絮凝池。 設(shè)計要點 池數(shù)一般不少于 2 個； 葉輪半徑中心點的線速度進口處采用 s，出口處 s，其值一般均采取逐漸減小的變速，第一排攪拌器轉(zhuǎn)速最大，其他各排逐漸減?。?攪拌器排數(shù)為 34 排，攪拌軸應(yīng)設(shè)于池中水深 1/2 處； 葉輪直徑應(yīng)比反應(yīng)池水深小 輪盡端與池子側(cè)壁間距不大于 同一攪拌器兩相鄰葉輪應(yīng)相互垂直設(shè)置； 每根攪拌軸上槳板總面積宜為水流截面積的 1020%，不宜超過 25%，每塊槳板的寬度一般采用 1030 絮凝池深度按照水廠標高系統(tǒng)布置確定，一般為 34m； 全部攪拌軸及葉輪等機械設(shè)備，如系木料，則均涂以防腐漆，如系鋼鐵材料，則 均應(yīng)涂鋅防腐； 軸承和軸架宜設(shè)于池外，以避免其在池中容易進入泥砂，致使軸承的嚴重磨損和軸桿的折斷。 機械絮凝池的設(shè)計計算 經(jīng)過與藥劑充分混合后的原水，進入機械絮凝池進行反應(yīng)，設(shè)計流量 Q=22 萬m3/d，采用兩個池子，則每池的設(shè)計流量為 Q/2=110000m3/d=h。 反應(yīng)池尺寸 反應(yīng)時間取 T=20反應(yīng)池有效容積 W 為： 31 52 860 8 360 （ 5 1） 為配合沉淀池尺寸，反應(yīng)池分為五組，每組分成三格，則每組池的有效容積 W為： 3 （ 5 2） 設(shè)計中取每格的尺寸為：長寬 =每格的面積 A= 16 反應(yīng)池的水深 H 為： 13 5 （ 5 3） 反應(yīng)池的超高取 總高度為 H 總 為 應(yīng)池分格隔墻撒謊那個過水孔道上下交錯布置，每格設(shè)一臺攪拌裝置，為加強攪拌效果，在池子周壁設(shè)四塊固定擋板。 攪拌裝置 葉輪半徑 d 應(yīng)比池內(nèi)水深少 取 d=輪槳板中心點線速度采用s， s， s。槳板長度取 l=3m（ l/d=3/符合要求）。槳板寬度取 b=根軸上槳板數(shù)為 8 塊，內(nèi)外各 4 塊。旋轉(zhuǎn)槳板面積與反應(yīng)池過水斷面面積之比為： 8 斷面 =8d=83該比值符合在 1020%之間的要求。 4 塊固定擋板取寬高 =面積與絮凝池過水斷面面積之比為： %4 槳板總面積占過水斷面面積百分比為： 5%，也符合要求。 槳板中心點旋轉(zhuǎn)直徑 ： （ 5 4） 葉輪轉(zhuǎn)速分別為： m i rD （ 5 5） sr a 4 1 （ 5 6） 同理可得： ， ； ， 。 槳板旋轉(zhuǎn)時克服水的阻力所消耗的功率為： 414230 4 k l （ 5 7） 17 式中： 槳板旋轉(zhuǎn)時克服水的阻力消耗的功率， kgm/s； y 每個葉輪上的槳板數(shù)目， y=4 個； k 系數(shù)， ； l 槳板長度， l=3m； w 葉輪旋轉(zhuǎn)的角速度， s； 葉輪半徑， ； 葉輪半徑與槳板寬度之差， r2=4= （ 5 8） 式中： 阻力系數(shù)，根據(jù)槳板寬度與長度之比確定。因為槳板寬長比b/l=1，查表得： = 水的密度， =1000kg/ 代入數(shù)據(jù)，得： 將數(shù)據(jù)代入公式 5 7，得： 對第一格槳板： 41423101 4 4 43 對第二格槳板： 41423202 4 1 43 對第三格槳板： 41423303 4 43 轉(zhuǎn)動每個葉輪所需要的電動機功率 N： 210102 （ 5 9） 式中： N 轉(zhuǎn)動每個葉輪所需要的電動機功率， 18 1 攪拌器機械總效率，取 2 傳動效率，一般為 計中取 代入數(shù)據(jù)，得： 21011 102 21022 102 21033 102 設(shè)三臺攪拌設(shè)備合用一臺電動機，則絮凝池一組所消耗總功率為： 7 2 9 9 4 （ 5 10） 所需 電動機功率 N 電 （取 1=2= 7 2 電（ 5 11） 圖 機械絮凝池草圖，詳細的平面示意圖見附圖 2。 4600 5005004600158002800 500械絮凝池平面示意圖 19 6 沉淀池的設(shè)計 固體顆粒在重力作用下從水中分離出來的過程即為沉淀。本設(shè)計采用斜管沉淀池，斜管沉淀池是有淺池理論房展而來的，它在池內(nèi) 安裝了許多直徑較小的平行傾斜管，從而縮小了水利半徑，改善了水利條件，使雷諾數(shù)大為降低，滿足了水流的穩(wěn)定性和層流要求，斜管沉淀池的特點是沉淀效率高，池子容積及占地面積小。 采用兩座斜管沉淀池，每座設(shè)計流量 ： 31 0 0 0 02 斜管沉淀池與反應(yīng)池合建，池有效寬度 B=15m，顆粒沉降速度 s。 設(shè)計要點 斜管斷面一般采用蜂窩正六邊形，亦可采用矩形或正方形，其內(nèi)徑或邊距一般取 2540 斜管長度一般為 80100右，可根據(jù)斜管材 料和水力計算決定； 斜管的水平傾角常采用 60； 斜管上部的清水區(qū)高度一般在 上，較高的清水區(qū)有助于出水均勻和減少日照影響和藻類繁殖； 斜管下部的布水區(qū)高度一般采用 右，為使布水均勻，在沉淀池進口處應(yīng)設(shè)穿孔墻或格柵等整流措施； 積泥區(qū)高度應(yīng)根據(jù)沉泥量，沉泥濃縮程度和排泥方式等確定； 斜管沉淀池采用側(cè)面進水時，斜管傾斜以反向進水為宜； 為了防止水流短路，應(yīng)在池壁和池管的空隙間安裝阻流墻等； 斜管沉淀池的出水系統(tǒng)應(yīng)與一般澄清池相同，可采用穿孔管或 穿孔集水槽集水。 池體設(shè)計 設(shè)計采用的數(shù)據(jù) 清水區(qū)上升流速： v=s，采用塑料片熱壓六邊形蜂窩管，管厚 距 d=25平傾角 =60。 清水區(qū)面積 A 根據(jù)以上設(shè)計的數(shù)據(jù)，得： 20 21 7.1 （ 6 1） 其中斜管結(jié)構(gòu)占用面積按 3%計，則實際清水區(qū)面積 A為： 2 3 2 （ 6 2） 為了使配水均勻，采用清水區(qū)平面尺寸長（ L）寬（ B） =22m15m，使進水區(qū)沿 22m 長一邊布置。 斜管長度 斜管內(nèi)水流速度 ： 0 （ 6 3） 斜管長度 l 為： c o ss i （ 6 4） 式中 ： l 斜管長度， m； 斜管內(nèi)的水流速度， s； 設(shè)計采用的顆粒沉降速度， s； 斜管的水平傾角， 60； d 斜管的內(nèi)徑或邊距， d=25 代入數(shù)據(jù)，得： du c o s s o 0s 考慮到管端紊流，積泥等因素，過渡區(qū)長度 l采用 150斜管總長度 l 總為 l+l，即 l 總 =830+150=980照 1000。 沉淀池高度 采用超高： 清水區(qū)高： 布水區(qū)高： 穿孔排泥槽斗高： 斜管高度 h： 21 6 760s i 0 0s i n 0 總（ 6 5） 則沉淀池總高度 H 為： 6 （ 6 6） 設(shè)計中取 H= 沉淀池進口穿孔花墻 穿孔墻的洞口流速采用： s，則洞口面 積 ： 2111 （ 6 7） 設(shè)計中每個洞口的尺寸定為： 15洞口數(shù) n 為： A （ 6 8） 穿孔墻布于布水區(qū) 圍內(nèi)，孔共分 5 層，每層 54 個。 集水系統(tǒng) 采用兩側(cè)淹沒孔口集水槽集水。 孔口計算 所需孔口總面積為： 21012 （ 6 9） 式中： f 所需孔口總面積， 超載系數(shù)，取 流量系數(shù)，取 孔口上的水頭，取 代入數(shù)據(jù)，得： 2112 221 m 孔口采用直徑 5圓孔，單孔面積 ： 22200 4 9 （ 6 10） 則孔口數(shù) n 為： 22 個550010490 0 f 6 11） 設(shè)共有 15 個集水槽，則每個集水槽孔眼個數(shù) m1=m/15=5500/(15 2)=184 個。因采用雙邊進水，故每邊孔眼個數(shù)為 m0=92 個。 集水槽的寬度和高度計算 假設(shè)穿孔集水槽的起端水流截 面為正方形，也即寬度等于水深，則： B （ 6 12） 式中： 穿孔集水槽的寬度， m； 穿孔集水槽的流量， m3/s。 孔口流速 ： （ 6 13） 每個集水槽的計算流量 ： 41022 （ 6 14） 將以上數(shù)據(jù)代入公式（ 6 12），得： B 為了施工方便，設(shè)計中取 B= 槽高 起端水深取 端水深取 了施工方便，統(tǒng)一取 落、淹沒深度取 落高度取 高取 集水槽高度 ： （ 6 15） 集水干槽的計算 集水干槽流量為 ，考慮到超載系數(shù)為 集水干槽實際流量 ： 3 （ 6 16） 由此可進行以下計算： 槽寬 5 4 7 33 （ 6 17） 干槽起端水深 h 起 ： 4 0 4 起（ 6 18） 23 干槽終端水深 h 終 ： 6 7 4 終（ 6 19） 設(shè)計中取 h 起 =h 終 = 集水干槽高度 中水深 高 h3 取 ： 33 （ 6 20） 排泥系統(tǒng) 采用穿孔管排泥，穿孔管橫向布置，沿與水流垂直方向，共設(shè) 8 根，雙側(cè)排泥至集泥渠。集泥渠長 15m， 寬 高 =眼采取等距布置，穿孔管長 末端積泥比為 取孔徑 5孔口面積 ： 22244 （ 6 21） 取孔距 s=孔眼數(shù)目 N 為： 6 21） 孔眼總面積 ： 2444 0 1 9 （ 6 22） 查表得 穿孔管斷面面積 w 為： 24 mk （ 6 23） 穿孔管直徑 ： 5 8 9 4 （ 6 24） 取直徑 60眼向下，與中垂線成 45角，并排排列，采用氣動快開式排泥閥。 出水管管徑 ： （ 6 25） 設(shè)計中取 24 核算 雷諾數(shù)（ 算 v （ 6 26） 式中： R 水力半徑， v 管內(nèi)水流速度， cm/s； 水的運動粘度， 當水溫為 20時， =s。 水力半徑 R 為 ： （ 6 27） 管內(nèi)流速 v 為： v i i n 0 1 （ 6 28） 數(shù)據(jù)代入公式（ 6 25），得： v 因為 00，故雷諾數(shù)符合要求。 弗勞德系數(shù)（ 算 422 （ 6 29） 故弗勞德系數(shù)也符合要求。 斜管中的沉淀時間 T m i （ 6 30） 沉淀時間也滿足在 25間的要求。 斜管沉淀池平面示意圖見附圖 3。 25 7 過濾設(shè)備的設(shè)計 在水處理過程中，過濾一般指以適應(yīng)沙等顆粒層截留水中懸浮物雜質(zhì)，從而使水中獲得澄清的工藝過程。過濾的功效，不僅僅在于進一步降解水得濁度，而且水中有機物，細菌 ，乃至病毒等隨濁度的降低而被去除。至于殘留于濾后水中的細菌，病菌等在失去濁物