自来水厂工程初步设计方案Word文档格式.docx
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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，XX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：
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》，目前国内净水厂常用的消毒方法有液氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等。
1）液氯消毒
液氯消毒适用于液氯供应较方便的地方，采用液氯消毒，成本较低，但在使用液氯消毒后，往往会产生卤化有机物等消毒副产物，可能会对人体产生损害。
2）臭氧消毒
臭氧在水中不稳定，极易挥发，无持续消毒作用，设备复杂且电耗大，基建费用和运营成本均较高。
3）紫外线消毒
紫外线消毒没有持续消毒效果，水质易受二次污染，由于技术尚不成熟，故设备内部核心的紫外灯管寿命不稳定，同时设备电耗较高，运营费用高。
4）二氧化氯消毒
采用二氧化氯消毒，杀菌效果好且不会产生有机氯化物，杀菌效果好，具有强烈氧化作用，可除臭、去色、氧化锰、铁等，投加量较液氯要少，接触时间短，余氯保持时间长。
1.7、方案比较
方案A
方案B
混
合
混合快速，对水量变化的适应性强，水头损失小、混合效果好，节省投药量，运行费用低，安装、维修管理方便。
混合效果好，对水量变化适应性强，但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维修及保养工作。
反应
竖井
池型
设计池型接近正方形，有效的避免了水流短路带来的负面影响，同时有利于土建施工，设备安装、检修。
与方案A相同。
反
应
设
备
絮凝迅速、处理效果好，对原水水量和水质变化的适应性较强，可适应难处理的高浊水、低浊水及微污染水质，絮凝效果稳定。
涡街环在水力条件的作用下可自行旋转，防止淤泥，抑制藻类的滋生。
涡街装置为中轴支撑式滑动结构，结构本身可有效消除应力，不易损坏，使用寿命长。
外形美观，安装方便，施工和管理维护简单。
絮凝时间短，处理效果较好。
构造简单，制作方便，反应器为不锈钢材质，使用寿命较长。
适用于水量变化不大的水厂，水量有较大变化时影响处理效果。
当水质较差时，网格容易淤积污泥，滋生藻类，影响处理效果，严重时可能出现网格反应器上浮现象。
沉
淀
形成悬浮泥渣层，更好的卷吸破碎的细小矾花，沉淀效率高，出水水质好，使沉淀效力大幅提高。
沉淀效果好，但占地面积大，当水厂占地面积限制不大时采用。
过
滤
滤速较高，占地面积相对减小，采用气水反冲，冲洗强度大，反洗水量较节约，滤池使用周期长，运行费用低。
采用恒水位过滤，水质较好。
滤速较低，占地面积相对较大，由于冲洗采用单独水冲，反冲洗水两较大滤池使用周期短，运行费用高；
变水位等速过滤，水质不如等水位过滤。
消毒
杀菌效果好，是目前应用较为广泛的消毒方式，基建费用较低，适合中、小型水厂
杀菌效果较好，但产生卤代物可能会对人体造成危害，基建费用稍高，运费费用较低，适合大、中型水厂
投资
较低
较高
综合比较，方案A具有以下优点：
a、处理效率高、处理效果好，运行稳定可靠。
b、处理水质好，生产成本低。
c、抗冲击能力强，适用水质广泛。
d、运行启动方便，操作简单。
因此，确定方案A为首选方案。
2、工艺流程示意图
四、所选方案优势描述
1、涡街混凝沉淀给水工艺原理
1.1、技术概述
“涡街混凝沉淀给水处理技术”是传统絮凝沉淀技术的发展与创新，根据微水动力学原理、胶体物理化学理论、涡街原理，融合流体边界层及边界层分离、接触絮凝理论，提出了新的絮凝反应沉淀机理，在发现并总结传统水处理技术及设备存在问题和缺陷的基础上研究开发的水处理新技术。
该技术把脉动水流传质分为宏观传质与亚微观传质，提出亚微观传质的动力是惯性效应特别是微涡旋的离心惯性效应，指出亚微观传质是水处理反应工艺动力学的核心问题。
流体在经过扰阻物时，在其后部空间产生高频度衰减的阵列式涡旋,形成涡街,其涡旋数量与尺度可测量,涡旋由杂乱无章提升到可控的范畴。
涡街工艺大大提高了混合和絮凝效果，缩短了水体在处理构筑物中的停留时间，节省了占地面积和投药量，降低了总投资。
1.2、涡街混凝沉淀给水工艺流程图
高效涡街反应设备
可伸缩管式混合器
1.3、混合设备工艺原理及特点
混合过程的实质就是混凝剂水解产物在水中的扩散过程，可分为宏观扩散和亚微观扩散两个过程。
宏观扩散是混凝剂水解产物在大涡旋动力作用下迅速扩散到水体各个宏观部位的过程，完成时间短，混凝剂水解产物无法扩散到水体的每一个细部。
在亚微观状态下物质扩散过程主要不是从浓度高的地方往低的地方扩散，而是靠涡旋水流中由惯性效应特别是微涡旋的离心惯性效应导致的物质迁移造成的，即混凝剂水解产物在极邻近部位的扩散。
在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。
可伸缩管式混合器在设计中引入了流体微水动力学原理，水流通过混合器内部特殊构造时，在边界层的作用下，产生系列涡旋，并在其后的空间衰减，产生出高频率高强度的微涡旋，依靠离心惯性效应来克服亚微观传质阻力，增加亚微观传质速率，使混凝剂水解产物迅速地扩散到水体中的每一个细部，所有胶体颗粒几乎在同一瞬间脱稳并产生凝聚。
与传统的静态混合器相比可伸缩管式混合器大幅度增加了处理能力，也大大地节省了投药量。
1.4、絮凝设备工艺原理及特点
絮凝长大过程是微小颗粒接触与碰撞的过程，其动力学致因是惯性效应。
惯性效应理论认为，当水流速度变化时水的惯性与水流中固体颗粒的惯性不同，其加速度也不同，使得水与其中固体颗粒产生了相对运动，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，所以不同尺度颗粒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。
对于脉动涡流水体而言，其中充满着大大小小的随机涡旋，水流质点在运动时不断地在改变自己的运动方向。
当水流做涡旋运动时相邻不同尺度颗粒在脉动涡旋中单位质量所受离心惯性力是不同的，在离心惯性力作用下固体颗粒沿径向与水流产生相对运动，这种相对运动将增加不同尺度颗粒在湍流涡旋径向碰撞的几率。
涡旋越小，其惯性力越强，惯性效应越强絮凝作用就越好。
因此，涡流中的微小涡旋的离心惯性效应是絮凝的重要的动力学致因。
根据以上理论，“涡街混凝沉淀给水处理技术”发明了涡街絮凝反应设备，放置在絮凝池水流通道上，水流通过涡街装置时被切割、碰撞、反弹，速度发生激烈变化，大涡旋变成小涡旋，小涡旋最后变成高强度高频率的微涡旋，离心惯性效应成倍放大，大幅度地增加了颗粒碰撞次数。
同时由于通过涡街装置水流的惯性效应和隔板的边界层效应，矾花产生强烈的变形，在水流的揉动作用下变得更密实。
并通过采用絮凝体分形控制技术对不同动力学条件下的颗粒数量、颗粒尺度、均匀度、密实度、形态进行分析，提出絮凝过程动力学控制参数，在设备上科学合理地设计涡街装置结构，控制着絮凝池中矾花颗粒的合理长大，形成粒度均匀合适的更易于沉淀的密实矾花，有效地改善提高了絮凝效果。
1.5、沉淀设备工艺原理及特点
斜板沉淀池理论只从宏观上研究了水流的层流状态，实际上在斜板沉淀池中水流是有脉动的。
这是因为当斜板中大的矾花颗粒在沉淀中与水产生相对运动，会在矾花颗粒后面产生小旋涡，这些旋涡的产生与运动造成了水流的脉动。
这些脉动对于大的矾花颗粒的沉降无什么影响，对于反应不完全小颗粒的沉淀起到顶托作用，因此也就影响了出水水质。
在涡街混凝沉淀设备中，设置涡旋湍动控制段，在斜板区和涡旋湍动控制段内形成絮体粒子动态悬浮区，利用接触絮凝和沉淀原理去除水中固体颗粒，涡旋湍动控制段设于斜板下部入水侧，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未絮凝的极小胶体，而这部分胶体也是滤料所无法滤去的胶体，而其入水侧由于其坚直段的存在，依靠其板壁的粘合力克服了沉淀卷吸层在水量变化时的离散现象。
与此同时由于其对水的阻力使得每个沉淀面的配水更加均匀，从而使沉淀效果更好。
“涡街混凝沉淀给水处理技术”依据浅池理论发明了斜板沉淀设备，尽量减小板间间距，增大单位体积的沉泥面积，在以下几个方面对斜管进行了改进。
（1）采用小间距结构减小了矾花沉淀距离，增大了水力阻力，并且抑制了水流的短流效应，延长沉降流程，使更多小颗粒得以沉淀下来；
（2）由于向上水流的顶托作用和絮体的沉降作用，在管板中下部形成了具有自动更新能力的悬浮泥渣层，在利用浅池沉淀原理同时又利用了接触絮凝和过滤吸附理论去除水中固体颗粒，获得了更佳的处理效果。
2、涡街混凝沉淀给水工艺及产品的技术先进性
2.1、处理效率高，占地面积小，经济效益显著。
由于涡街混凝沉淀给水处理技术中的混合、絮凝、沉淀部分都相应的采用了高效的处理设备，使整体技术与传统工艺技术相比具有混合高效、充分，絮凝时间短，沉淀池上升流速大，这样就缩短了水在处理构筑物中的停留时间，使处理效率提高，较其它传统处理工艺在节省占地的同时又能节省基建投资。
工程实践证实：
与传统工艺相比，用于新建水厂，主体工艺构筑物可节省投资20~30％，并可大幅度减少主体构筑物占地面积。
2.2、处理水质优，社会效益好。
由于混合充分、絮凝效果好及沉淀池利用接触絮凝过滤网捕作用，因此本工艺出水稳定，水质好，延长了设备使用寿命，水质效益可观。
而其它处理工艺达不到所要求的出水水质，且出水水质不稳定。
对于市政水厂采用本给水处理技术方案，后续过滤单元滤速大，在滤池上可比常规工艺节省占地30％左右，而且能延长反冲洗周期。
运行实践证明，这项工艺可使沉后水浊度在3NTU以下，滤后水接近0NTU，这就形成了一个很高的水质效益。
水质效益一方面就是社会效益，另一方面是潜在的经济效益。
2.3、抗冲击能力强，适用水质广泛。
来自水体的冲击力主要包括水质和水量的变化，本工艺采用了先进的“微水动力学亚微观理论”，加强了接触絮凝作用，使得沉淀池上升流速有了很大的提高，其独特的排泥特性使浅池的优化运行得以保证，增强了抗负荷冲击能力，在特殊时期如高浊期、低温低浊期或加药失误时期污泥沉降性能特别排泥性能无明显变化，保证了水厂安全运行的稳定性。
2.4、制水成本低。
由于采用高效的混合及絮凝设备，比常规处理工艺（如折板反应池，斜管沉淀池等）节省投药量30％以上。
由于沉淀后水浊度低，减轻了滤池负担，因此滤池反冲洗水可节省50％左右，并可延长滤料更换周期。
同时无需机械设备，管理人员少，节省电费及运行管理费，因此制水成本低。
2.5、运行启动方便，操作简单。
该工艺设备运行初期不需复杂的启动调试，工艺设备安装完毕后，投药正常，2小时就可得到理想的出水水质。
整个工艺无需机械设备。
2.6、施工简便，设备使用年限长
本工艺池体为矩形，便于施工，使用年限长。
这项技术具有处理效率高、水质好、投资省、制水成本低等特点。
此技术的推广应用，可最大限度的挖掘利用现有水资源和供水设施的潜力，利用最小投资取得最大效益。
3、V型滤池的运行优势
V型滤池在工艺技术上主要纳入了均粒滤料、气水冲洗、恒位恒载运行等技术措施，并运用简易可靠的监控技术手段，使之成为大型水厂首选的过滤方式。
V型滤池运行过程分为过滤周期及反冲洗周期两部分，互相交替进行。
过滤周期进行时，沉后水由V型滤池两侧的总配水渠通过可调进水堰进入各个单池，经各滤池恒速过滤后，出水汇集于中央管廊下的总干渠，再经出水堰后进入清水池。
由于V型滤池采用恒载恒位运行，达到各单元池负荷一致，整个周期恒速运行，从而避免了起始滤速过高，过滤水质下降，运行周期缩短，自耗水率增大等负面影响。
故恒位恒载是优化运行必不可少的重要技术措施。
当过滤周期达到某设定时限，或当滤层阻塞度达到设定的水头损失时，滤池将自动进行反冲洗。
为避免在冲洗时产生水力分级，影响深层截污，以致出现垢污经分离后重复粘附于滤料之上的现象，故采用气、水三段冲洗。
先气冲使滤料表面附着的杂质被破碎，得到较彻底的剥落，气、水反冲洗时，由于气泡的激烈遄动作用，大大加强了污物剥落能力及截污能力。
反冲洗时，原水通过与反冲洗排水槽相对的两个V型槽底部的小孔进入滤池，它扫洗滤层的表面，并把滤层反冲上来的污物、杂质推向排水槽。
此外滤池的表面扫洗，还加快了反冲水的漂洗速度，最后用低强度清水反冲漂洗，将残存杂质彻底清除（反冲水回收到源水吸水
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