某新建自来水厂工程初步设计方案.docx
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某新建自来水厂工程初步设计方案
某新建自来水厂项目
初步设计方案
5万吨/天
一、总论
1、项目概况
1.1、项目名称：
某新建自来水厂工程初步设计方案。
1.2、项目内容：
供水厂内的工艺设备及建、构筑物，包括高效涡街絮凝池、V型滤池、V型滤池反冲洗泵房、清水池、加药消毒间及电气自控及仪表。
1.3、工程规模：
处理水量为50000m3/d（自用水量10%），即水厂总规模为55000m3/d。
1.4、设计出水水质：
经混合絮凝沉淀池处理后出水浊度≤3NTU,经滤池处理后出水浊度≤1NTU。
1.5、原水水质：
水库水（引自黄河水）。
2、工艺选择的原则
2.1、原始资料
水处理工程的系统工艺在进行设计前，应充分掌握和认真研究各项原始资料，按照工程的使用要求，全面分析各种因素，针对该工程的实际情况做出具体分析，设计时遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。
2.2、经济条件
水处理工程的系统工艺设计必须符合经济要求。
考虑到现实的经济和技术条件以及当地的具体情况，以最少的经济投入来换取最大的经济效益和使用效果，同时保障最大限度的满足生产和使用的需要，在日常运行费用较低的情况下，提供符合长期的生产、生活所要求的水量和水质。
2.3、技术条件
水处理工程的系统工艺设计应符合原始资料要求，各项技术设计应以提高供水水质和供水可靠性、降低能耗、药耗、提高科学管理水平和增加经济效益为原则。
根据当前以及将来的实际生产要求选择合理的技术及设备，以及在相同的原则下选择设计规范中未规定的、但已经经过多年科学实践论证的、确证行之有效的“涡街混凝低脉动沉淀给水工艺”。
同时设计本着高科技的原则，在经济合理的条件下水处理工程在机械化、自动化以及仪表化方面进行自动控制，减少复杂的人员管理，提高水处理工程的科技含量。
2.4、布置合理性
为保证本水处理工程的系统工艺设计中处理构筑物以及附属物的合理化布局，减少占地面积，根据不同时期的经济技术要求做出合理安排，并从实际出发充分考虑所有设施的效能，以及整体厂区的美观和绿化。
2.5、操作人员的经验和管理水平
若使整个工艺过程能达到预期的处理目标，操作管理人员也具有十分重要的作用，在培养操作管理人员的同时，尽量选用易于操作管理的处理工艺。
3、采用的主要规范和标准
本项目的设计、施工与安装必须按照国家的专业技术规范与标准执行。
其规范与标准如下：
✧设计规范
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
《室外给水设计规范》（GB50013—2006）
《生活饮用水水源水质标准》（CJ3020—93）
《生活饮用水卫生标准》（CJB5749-2006）
《室外排水设计规范》（GB50014—2006）
《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87—85）
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068—2001）
《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046—2008）
《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）
《给水排水工程结构设计规范》（GB50069—2002）
《民用建筑电气设计技术规范》（JGJ16—2008）
《动力机器基础设计规范》（GB50040—96）
《建筑给水排水设计规范》（GB50015—2003）
《地下工程防水技术规范》（GB50108—2008）
✧土建施工规范
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规范》（CECS138）
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）
《地下防水工程施工质量验收规范》（GB50208—2002）
《钢筋焊接及验收规程》（JGJ18—2003）
《防腐工程施工操作规程》（YSJ411—89）
《地基与基础工程施工操作》（YSJ402—89）
《钢筋混凝土工程施工操作规程》（YSJ403—89）
《结构吊装、工程施工操作规程》（YSJ404—89）
《特种结构工程施工操作规程》（YSJ405—89）
《砌筑工程施工操作规程》（YSJ406—89）
《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB50141—2008）
✧设备安装规范
《自动化仪表工程施工及验收规范》（GB50093—2002）
《电气装置施工及验收规范》（GBJ232—82）
《建筑给水排水采暖与卫生工程施工质量验收规范》（GB50242—2002）
《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231—98）
《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236—98）
二、设计概述及出水指标
1、供水工程规模
总处理水量为50000m3/d，即2083.3m3/h，自用水量10%，设计水量为2292m3/h。
2、水质情况
混合反应沉淀处理后的沉后水浊度为正常时期不大于3NTU，特殊时期不大于5NTU，滤池处理后出水浊度≤1NTU。
三、工艺设计
该工程总处理水量为50000m3/d，主要处理工艺为加药、混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒。
将主要工艺进行说明分析。
1、主要处理工艺方案选比
1.1、主要处理工艺备选方案
根据水源水质情况和出水要求，某新建自来水厂采用混合-絮凝-沉淀-过滤-消毒处理工艺。
作为给水处理的常规工艺，其混凝、沉淀、过滤处理过程均为相对独立的工艺环节，每个处理环节都有诸多的技术方案可供选择，不同环节的技术方案又可组合成多条处理工艺路线可供选择。
为了简化论述，分别以各工艺环节的推荐方案组成方案A，以对比方案组成方案B，进行比较分析。
具体如下：
方案A：
加药
原水→可伸缩管式混合器→高效涡街絮凝池→高密度斜板沉淀池→V型滤池→清水池→泵房出水
二氧化氯消毒
方案B：
加药
原水→机械混合器→网格反应池→平流沉淀池→重力无阀滤池→清水池→泵房出水
液氯消毒
1.2、混合原理
混合是絮凝中最主要的环节之一。
混凝剂的水解产物迅速混合到水体的每一个细部，并使水中胶体颗粒脱稳同时产生凝聚，是取得好的絮凝效果的先决条件，也是节省投药的关键。
混合的实质是混凝剂水解产物在水中的扩散。
目前采用的混合形式一般分为隔板混合，水泵混合及机械搅拌混合、可伸缩管式混合器混合。
1）可伸缩管式混合器，该混合器是利用水流通过混合器内的特殊结构产生高频涡流，使数种物料得到充分混合。
混合效果不因水量的变化而受到影响，混合器的一端在安装及检修时可在一定的尺寸范围内伸缩；优点是混合快速，水头损失小、混合效果好，安装、维护简单，节省投药量20%~30%，运行费用低。
2）隔板混合，是靠水流本身消耗能力来产生大的紊流，以达到混合目的。
虽然此种池型不需机械设备，但对流量变化适应性较差，能耗大，增大了后续构筑物的埋深。
3）水泵混合，适应于一级泵站距净化构筑物较近的情况，一般用在水量较小的工程上，它的缺点是：
药品易腐蚀水泵，造价高，运行费用高。
4）机械搅拌混合，是依靠外部机械供给能量，使水流产生的絮流，它的优点是水头损失小，适应各种流量变化，能使药剂迅速而均匀的分布在原水胶体颗粒上，具有节约投药量等特点；缺点是增加相应的机械设备，需消耗电能，也就相应增加了机械设备的运行、维修费用及保养工作。
1.3、反应原理
反应是给水处理的最重要的工艺环节，絮凝长大过程是微小颗粒接触碰撞的过程。
絮凝效果的好坏取决下面的两个因素：
一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的连接能力，这是由混凝剂的性质决定的；二是微小颗粒接触碰撞的机率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件决定的。
要想使水体中颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动，这样水流就会对颗粒运动产生水力阻力。
由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同，所以不同尺度之间就产生了速度差。
这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。
如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢？
最好办法是改变水流的速度。
改变速度方法有两种：
一是改变水流时平均速度大小。
二是改变水流方向。
由此，如果能在絮凝池中大幅度的增加湍流涡旋的比例，就可以大幅度的增加颗粒碰撞次数，有效的改善絮凝效果。
这可以在絮凝池的流动通道上增设反应设备的办法来实现。
一般常规的反应池型有：
穿孔旋流反应池、涡流反应池、折板反应池、孔室反应池、机械反应池、隔板反应池、网格反应池、高效涡街絮凝池。
1）穿孔旋流反应池、涡流反应池、孔室反应池，优点是结构简单，施工方便；缺点是不适合水量的变化，水头损失大，反应效果比较差，占地面积较大，大型水厂一般不宜采用。
2）折板反应池、隔板反应池虽然反应效果好，所需反应时间也相对较短，但对大水量，且存在低温、低浊期情况的不宜采用且结构较复杂，造价高。
3）机械反应池反应效果好，水头损失小，能够适应水量的变化，但机械设备维护管理比较复杂。
4）目前用得较普遍的是网格栅条反应池，由于在垂直水量方向上放置网格或栅条，水流通过网格或栅条的孔隙时，水流收缩，过孔后水流扩大，形成良好的絮凝条件，因此反映效果较好，反应时间较短，构造简单，施工方便，对原水水量和水质变化的适应性较强，絮凝效果较稳定。
5）高效涡街絮凝池是折板反应、网格反应、栅条反应的加强，在反应池中设置涡街反应装置，使水在与之发生撞击时水流产生高频谱涡旋，为药剂与水中的颗粒充分接触提供微水动力学条件，产生密实的矾花。
设计按照反应要求进行分级和流态控制。
因此可得到理想的反应效果，反应时间短，仅需10~15分钟，施工简单，安装方便，对原水水量和水质变化的适应性较强，可适应难处理期及微污染水质，絮凝效果稳定。
1.4、沉淀原理
沉淀设备是水处理工艺中絮凝颗粒与水分离的最重要环节，其设备运行状况直接影响了出水水质。
沉淀池型式主要有：
平流式沉淀池、辐流沉淀池，高密度斜板（管）沉淀池。
1）平流沉淀池：
施工方便，水力条件好，适应性强，操作管理简单等优点。
但有占地面积大、短流等缺点，对于占地紧张的水厂，不宜采用。
2）辐流沉淀池：
多为机械排泥，管理简单，但是排泥复杂，对施工质量要求很高。
其施工和工作状况决定更适合大型水厂或者地下水位高的地方。
3）高密度斜板沉淀池
在斜板沉淀池中，斜板区和涡旋湍动控制段内形成絮体粒子动态悬浮区，当含有矾花的水流流经此区时，产生了强烈的沉淀卷吸作用，这样就吸附了小部分小颗粒胶体，而这部分胶体也是滤料所无法滤去的胶体。
高密度斜板抑制了斜板中的水流脉动、降低了斜板中水流脉动强度，为小的矾花颗粒沉降创造了条件沉，淀效果更好。
设备材质采用乙丙共聚，具有美观，表面光滑利于排泥，上升流速大，表面负荷高，沉淀效果好等特点。
提高了斜板沉淀池沉淀效率，沉后水达到3NTU以下。
1.5、过滤原理
过滤是水处理工艺中“固－液”分离的最后阶段，其运行状况直接决定出水水质。
滤池型式主要有：
普通快滤池、双阀滤池、气水反冲洗V型滤池、重力无阀滤池。
1）重力无阀滤池
一般不用设置阀门，维护较简单，能自动冲洗，配套设施少；操作简单，一般适用于小规模水厂一般在1万m3/d以下；缺点是运行过程看不到滤层情况，清砂不便，冲洗效果较差，反洗时要浪费部分水量，变水位等速过滤，水质不如降速过滤。
2）双阀滤池
将普通滤池进水阀和冲洗废水排水阀用两个虹吸管代替，就成为双阀滤池。
双阀比普通滤池阀门少，操作稍简单，其它同普通滤池特点相似，但需设一套真空系统。
3）普通快滤池
单层级配滤料，滤速较高，过滤效果较好；由于反冲洗采用单独水冲，所需水量大，适用于规模较小的水厂。
4）V型滤池
为单层均质滤料，恒水位过滤，滤速高、过滤效果好；采用气水联合反冲洗，冲洗效果好，所需水量小，应用广泛，运行稳，有成熟的运行管理经验。
适用于各种规模水厂。
1.6、消毒原理
《室外给水设计规范》规定，生活饮用水必须消毒，消毒后水中的细菌含量和余氯含量符合《生活饮用水卫生规范》，目前国内净
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