混凝沉淀技术方案.docx

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混凝沉淀技术方案

设计说明

长春市政设计有限责任公司

2006年6月

1.概述

1.1编制依据和范围

1.1.1编制依据

（1）现行的有关规范、标准；

（2）预处理工艺选择上尽量适合当地情况，采用管理简单，运转可靠，降低成本，节约运行费用的处理工艺；

1.1.2编制范围

编制范围为海水预处理系统工程中涉及的工艺和电控等方面的内容。

主要包括海水预处理系统的混合絮凝沉淀、加药部分的工艺建构筑物、设备、电控、必要的辅助设施等的设计，不含污泥处理设施。

1.2工程概况

1.2.1工程简介

本工程为天津大港10万吨/日海水淡化厂预处理工程，预处理系统产水量为12000m3/h。

该厂位于天津市大港区，由新加坡凯发集团投资建设，其运营权为30年，一期建设规模为日产淡水10万吨，主要用于大港工业园区用水。

1.2.2气候条件

序号

名称

单位

数值

1

年平均气温

℃

11.7

2

年极端最高气温

℃

39.6

3

年极端最低气温

℃

-20.7

4

1月平均气温

℃

-6.6

5

7月平均气温

℃

25.7

6

年平均降水量

mm

591.9

7

年平均雾日数

天

17.1

8

年平均大风日数

天

37.2

9

年平均风速（SW）

m/s

2.98

10

最大风速（NNW）

m/s

21

11

年平均气压

毫巴

1016.8

12

年平均蒸发量

mm

1805.9

13

地表面最大冻结深度

m

0.6

14

年平均地面温度

℃

14.1

15

年平均最高地面温度

℃

29.7

16

年平均最低地面温度

℃

4.2

17

年极端最高地面温度

℃

66.1

18

年极端最低地面温度

℃

-26.3

19

年平均地面下5cm－20cm

℃

12.9

20

地震设防烈度

度

7

21

全年平均相对湿度

％

67

22

7月平均相对湿度

％

80

23

最大积雪深度

cm

26

24

最大冻土深度

cm

61.5

1.2.3水量及水质

原水水源：

大港电厂的循环冷却排放渠的水，预处理产水量为12000m3/h。

1.2.3.1原水水质指标

原水水质

指标

海水水质

单位

数值

悬浮固体

mg/L

≤100

浊度

NTU

≤100

pH

mg/L

7.5-9.0

海水温度

℃

4-38

总溶解固形物

mg/L

31000-38000

油脂

mg/L

≤1

铁（Fe）

mg/L

≤0.1

锰（Mn）

mg/L

≤0.03

铜（Cu）

mg/L

≤0.05

硼（B）

mg/L

≤5.0

铝（AL）

mg/L

≤0.05

硝酸盐（NO3-）

mg/L

≤5.0

磷酸盐（以P计）

mg/L

≤0.03

氯化物（CL－）

mg/L

≤22000

二氧化硅（SiO2）

mg/L

≤2.0

硫酸盐（SO42-）

mg/L

≤3000

总碱度

mmol/L

≤4

总硬度

mmol/L

≤70

1.2.3.2出水水质标准

水质标准

指标

预处理产水水质

单位

数值

浊度（90％的时间）

NTU

≤3

浊度（100％的时间）

NTU

≤5

总铁（Fe）（采用铁盐絮凝剂）

mg/L

≤0.05

总铝（AL）（采用铝盐絮凝剂）

mg/L

≤0.05

2.方案论证

通过对上述原水水质与出水水质的分析，原水水质中的浊度为本方案的主要去除指标。

基于以上分析，本方案的主要处理工艺采用以“接触絮凝沉淀水处理技术”为理论基础的混合絮凝沉淀工艺，下面对此处理技术进行简单论述。

“接触絮凝沉淀水处理技术”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，融合流体边界层及边界层分离、澄清池接触絮凝理论，提出的混凝沉淀机理。

本技术（混合、絮凝、沉淀）已经经过多年科学实践及相关的实际工程论证，是行之有效的成熟的工艺技术。

由本技术研制开发了直列式混合器、星形翼片絮凝设备、V形斜板沉淀设备等国内领先的新型设备。

直列式混合器在设计中引入了流体微水动力学原理来控制混合微观过程和宏观过程，在相同的水头损失下，大大提高了直列式混合器混合效果。

研究结果表明：

直列式混合器比一般混合器的混合效率和混合效果高一倍以上，且混合快速，水头损失小、混合效果好，安装、维护简单。

它的主要原理是使水流通过列管时，在边界层的作用下，产生系列涡旋，并在其后的空间衰减，产生高频涡流，从而使混凝剂复杂的水解产物与原水中的胶体颗粒得到充分混合。

直列式混合器采用玻璃钢材质，具有耐海水腐蚀性能强、外型美观，安装方便、混合快速高效、低能耗等特点。

星形翼片絮凝设备主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应，在絮凝池中沿水流方向设置隔板，垂直水流方向设置翼片，水流流经翼片和隔板时将产生高频谱涡旋，增加颗粒碰撞次数，提高有效碰撞率。

星形翼片絮凝设备为药剂与水中的颗粒充分接触提供良好的微水动力学条件，在絮凝池末端可产生密实的易沉淀的矾花颗粒。

设计中按照不同的原水水质和用水规模，按照絮凝要求进行水力分级和流态控制，控制水中微涡旋（耗能涡旋）在水中的产生、分布密度及发生的频率，可得到理想的絮凝效果。

由于强化了絮凝过程，在水质难处理期，仍可达到理想的絮凝效果。

对微污染水质，只要污染不是很严重，应用絮凝沉淀工艺完全能够达到处理要求。

星形翼片絮凝设备采用改性PVC材质，具有耐海水腐蚀性能强、外形美观、安装方便、絮凝效果好、低能耗、絮凝时间短等特点。

V形斜板沉淀设备主要原理是综合利用沉淀机理和接触絮凝机理完成沉淀池中颗粒的分离过程。

本设备在充分利用沉淀机理的基础上，在设备内设置涡旋强度控制区域，减弱沉淀池中沉淀设备下部一定位置水流中的大涡旋强度，减少沉淀区水流的脉动。

当水流在进入设备后，这种结构的特殊性能进一步控制接触絮凝的过程，在不断改变流速流态的过程中，提高矾花颗粒在设备内接触碰撞的几率，彼此吸附连接，只有尺度和密度足以克服水流顶托力等相关因素的矾花颗粒才能沉落，在不断下沉的过程中不断吸附微小粒径的矾花颗粒，直至脱离沉淀设备。

当矾花的重力同水流顶托力及相关作用力维持动态平衡时，更增强了接触絮凝沉淀作用，在设备内一定位置形成密实的、抗冲击能力强、可自动更新且更新周期短的动态悬浮泥渣层，这样使悬浮泥渣层时刻保持很强的过滤、吸附、纳污能力，沉淀效果更好。

本沉淀设备材质采用乙丙共聚，具有外形美观、表面光滑利于排泥、上升流速大、表面负荷高、沉淀效果好、安装方便、耐海水腐蚀等特点。

3.工艺流程

针对上述技术分析确定如下工艺流程：

排放渠的水经直列式混合器混合均匀后进入絮凝沉淀池，混凝剂投加在直列式混合器前端加药管处，沉淀池出水进入后续处理系统。

助凝剂投加在絮凝池第一格内。

排泥至污泥处理系统。

本工艺流程具有以下特点：

（1）流程简单，处理效果好，可保证沉后出水浊度≤3NTU；

（2）占地面积小，工程投资小，运行费用低；

（3）抗冲击负荷能力强，处理效率高；

（4）自动化水平高，对操作人员水平要求不高，操作简单。

4.工艺设计

4.1工艺系统单元设计

4.1.1混合絮凝沉淀池

该工程总处理水量为12000m3/h，共分为6组。

单组处理水量为2000m3/h，平面尺寸为21.06×22.50m。

混合絮凝沉淀池由直列式混合器、星形翼片絮凝池及V形斜板沉淀池等部分组成。

以下对单组进行论述：

（1）混合

混合采用DN800的直列式混合器1台，整体由玻璃钢制作，安装在混合絮凝沉淀池进水管上，采用法兰连接，水头损失不大于0.5m，混合时间3s，混凝剂投加在直列式混合器前端加药管处。

（2）絮凝/过渡段

絮凝池采用竖向流翻腾式絮凝池,池中设星形翼片絮凝设备，本设备整体由改性PVC制成。

絮凝池设计流速分为3级：

一级流速0.12m/s、二级流速0.09m/s、三级流速0.06m/s，共分29格，絮凝时间12分钟,絮凝池尺寸5.56m×22.50m×6.20m。

过渡段：

在絮凝池后设置过渡段，平面尺寸为2.50×22.50m，为了使水流在斜板区配水均匀，采用配水花墙配水，配水花墙开孔采用

φ150的圆孔，过孔流速为0.06m/s，水力损失小，利于均匀布水。

（3）沉淀

沉淀池采用异向流V形斜板沉淀池，池中设置V形斜板沉淀设备。

本设备系乙丙共聚材质，设备安装倾角为60度，上升流速2.0mm/s，沉淀池尺寸为13.00m×22.50m×6.20m，采用12根玻璃钢穿孔集水槽集水，以保证出水均匀,再汇集到总出水渠中。

排泥：

絮凝池、过渡段及沉淀池排泥均采用重力斗式排泥,采用DN200排泥管，每根排泥管设手动衬胶蝶阀、气动衬胶蝶阀各一个，快开排泥。

4.1.2加药系统

加药系统包括混凝剂投加、助凝剂投加两部分，加药间与药库合建，平面尺寸为18.0×12.0m，含值班控制室。

混凝剂储液池布置在室外。

A、混凝剂

混凝剂采用液体铁盐或铝盐，设计投加量60～120mg/L，浓度为10％。

混凝剂储液池：

储液池按10天加药量设计，共建两座，单座有效容积为115m3，单池尺寸为6.0m×6.0m×3.5m。

混凝剂液下泵：

储液池内设置液下泵将混凝剂提升至混凝剂溶液池，设计30min将溶液池注满，液下泵共设两台，每座储液池各设置一台，单台泵主要性能参数为：

Q=25m3/h，H=10m。

混凝剂溶液池：

溶液池按1天加药量设计，共建两座，交替使用，单座有效容积为11.5m3，单池尺寸为2.3m×2.3m×2.5m。

溶液池采用机械搅拌机进行搅拌。

混凝剂计量泵：

采用7台隔膜计量泵（6用1备）投加混凝剂，计量泵主要性能参数：

Q=170L/h，P=0.3MPa。

投加点：

混凝剂投加在直列式混合器前端加药管处。

B、助凝剂

助凝剂采用液体高分子聚合物，设计最大投加量100mg/L，储液浓度为3%。

助凝剂储液池：

储液池按10天加药量设计，共建一座，有效容积为20m3，单池尺寸为2.6m×2.6m×3.3m。

助凝剂螺杆泵：

设置螺杆泵将助凝剂提升至助凝剂溶液池，设计30min将溶液池注满，螺杆泵共设1台，单台泵主要性能参数为：

Q=5m3/h，H=10m。

助凝剂溶液池：

溶液池按1天加药量设计，配置溶液浓度为2‰，共建两座，交替使用，单座有效容积为15.1m3，单池尺寸为2.6m×2.6m×2.5m。

溶液池采用机械搅拌机进行搅拌。

助凝剂计量泵：

采用7台隔膜计量泵（6用1备）投加助凝剂，计量泵主要参数：

Q=240L/h，P=0.4MPa。

投加点：

助凝剂投加在絮凝池第一格内。

4.2主要设备一览表

序号

名称

规格和型号

单位

数量

备　注

混合絮凝沉淀池

1

手动衬胶蝶阀

DN800

台

18

中国名牌

2

直列式混合器

LYH1-800

台

6

中国名牌

3

星形翼片絮凝设备

LYFS-Ⅱ

套

6

中国名牌

4

V形斜板沉淀设备

LYVXB-Ⅰ

m2

1716

中国名牌

5

集水槽

LYJS-1

根

72

中国名牌

5

设备托架

项

6

中国名牌

6

手动衬胶蝶阀

DN200，PN=1.0MPa

台

108

中国名牌

7

气动衬胶蝶阀

DN200，PN=1.0MPa

台

108

中国名牌

加药间

1

混凝剂计量泵

Q=170L/h，P=0.3MPa

台

7

进口产品

2

混凝剂计量泵附件

套

7

中国名牌

3

混凝剂搅拌机

桨板深度2000mm

台

2

中国名牌

4

混凝剂液下泵

Q=25m3/h，H=10m

台

2

中国名牌

5

助凝剂计量泵

Q=240L/h，P=0.4MPa

台

7

进口产品

6

助凝剂计量泵附件

套

7

中国名牌

7

助凝剂螺杆泵

Q=5m3/h，H=10m

台

1

中国名牌

8

助凝剂搅拌机

桨板深度2000mm

台

2

中国名牌

5.附属专业设计

5.1建筑与结构设计

5.1.1设计依据

（1）《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002

（2）《混凝土结构设计规范》GB50010－2002

（3）《砌体结构工程施工及验收规范》GB50203-98

（4）《建筑抗震设计规范》GBJ11-89

（5）《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84

5.1.2钢筋砼及砖砌体工程

水池采用抗渗砼施工，严格控制砼的级配，按当地质量主管部门的要求作好配合比，防水层中掺入高效复合防水剂。

基础采用条形基础，墙体采用红砖，强度等级按规范执行，技术要求见施工图设计。

5.1.3屋面工程

所有新建厂房屋面均采用自由排水。

5.1.4装饰工程

所有建筑物地上内墙抹混合砂浆，刷内墙涂料两遍，外墙抹水泥砂浆，刷外墙涂料两遍。

地面均为水泥地面，有特殊要求者，按设计施工。

5.1.5新建（构）筑物一览表

新建（构）筑物一览表

序号

名称

规格

单位

数量

备注

1

混凝剂储液池

L6.0×B6.0m

座

2

室外

2

加药间

L18.0×B12.0m

座

1

室外

3

混合絮凝沉淀池

L21.06×B22.50×H6.20m

座

6

室外

4

5.2电气及控制

5.2.1控制原则

正常情况下，现场设备设二级控制:

就地手动、自动控制。

上、下控制级之间，下级控制的优先权高于上级。

手动控制设有“就地/远程”两种方式，各设备均可通过“就地/远程”选择开关切换实现手动操作。

当中心自动控制设备发生故障，不影响现场的运行。

（1）设计依据：

A、工艺及其它专业提供的电控设计要求；

B、电控设计规程与规范；

（2）设计范围：

混合絮凝沉淀和加药工艺参数测量与自动控制；

（3）手动控制

当现场控制箱上的操作场所选择开关转换到“就地”位置时，设备将在现场控制箱操作控制。

（4）自动控制

当现场控制盘上的操作场所选择开关转换到“远程”位置时，设备现场手动失效，由中心控制室进行自动控制。

5.2.2多元加药与排泥自动控制系统说明

（1）控制水平

整个控制系统采用多元自动控制方式，而且所有设备的后备手动操作均设置在设备现场。

由多元自动控制系统自动完成加药和排泥、计量泵的切换、搅拌机的自动控制等功能；手动操作是由在设备现场的控制箱对每台受控设备进行控制。

（2）控制过程

A、加药控制：

多元加药自动控制具有自动/手动两种控制方式，手动状态下可人工干预设置、修正加药量。

多元自动加药具有多种药剂的自动控制投加程序，在自动控制程序下，只需选择在线仪表的量程及是否参与控制，控制器就能按程序自动运行，自动确定加药量,从而提高了药效，做到经济合理投加，降低了运行成本。

多元自动加药控制根据工艺条件可实现溶液池的自动切换、加药备用管路的自动切换、溶液池药液的自动配制等功能，设备在工作过程中，一旦发生故障，将自动对相应的故障设备发出报警信号，来提示操作人员及时处理,并根据工艺设备的运行特点，可与工艺设备的其他设备实现联动控制，实现加药控制系统无人值守。

B、排泥控制：

通过研究发现，流量、浊度、加药量的变化都能影响絮凝、沉淀池的积泥分布及积泥量，并且浊度、加药量的变化与泥量的关系为非线性关系；同时各个阀门排泥又直接影响池体中的悬浮泥渣层的建立，直接影响水质情况。

多元排泥控制器根据原水流量、浊度、加药量及工艺设备运行情况建立了完善的控制模型，从而保障了工艺设备高效稳定运行。

自动排泥为非集中排泥，保证了工艺系统运行更具平稳性，避免了系统的负荷冲击。

由于此种控制下排出的污泥含水率低，对污泥的后续处理提供了有利条件，提高了污泥浓缩和脱水的效率。

运用人机界面显示，使操作、控制更加简单，设备连接方便，布线简单、施工工作量少，维护管理方便。

6.技术优点

6.1处理效率高、占地面积小

由于“接触絮凝沉淀水处理技术”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，絮凝时间短的特点，仅需12分钟。

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，池体占地面积较其它工艺小，在相同水量的情况下，由于经过高效的混合絮凝沉淀工艺，使得沉后出水非常理想，大大降低混合絮凝沉淀池的土建投资，降低运行费用，较其它常规水处理工艺节省占地近40～50％,同时节省基建投资30%以上。

6.2处理水质好、水质效益可观

“接触絮凝沉淀水处理技术”是以混合和絮凝过程有效控制设备形式，利用湍流涡旋控制原理和边界层理论，使得混合效率高，药剂利用充分，絮凝形成的矾花粒度好，尺度合适，密度大，沉淀既利用了浅池沉淀原理，又增加和强化了接触絮凝沉淀及过滤网捕作用，小颗粒泄漏少，沉后水浊度低，经混合絮凝沉淀工艺处理后，沉后出水浊度稳定在3NTU以下，满足预处理水质要求。

6.3抗冲击负荷能力强、适用水质广泛

由于混合充分、絮凝效果好及絮凝池、沉淀池均利用接触絮凝过滤网捕作用，因此本技术抗冲击负荷能力强。

当水量、水质有些变化时，“接触絮凝沉淀水处理技术”中的V形斜板沉淀设备加强了接触絮凝作用，使得沉淀池按2.0mm/s的上升流速设计时尚有很大潜力，此时沉淀设备斜板区的絮体粒子动态悬浮区充分发挥作用达到去除水中粒子的目的，抗冲击负荷能力强。

且此项工艺设备对处理高浊水、微污染水来说都是非常有效的，并在多个海水预处理项目中得到广泛应用。

6.4制水成本低、经济效益显著

由于采用先进的混合、絮凝、沉淀设备，比常规工艺节省投药量；主体设备采用优质材料加工而成，因此使用年限长，降低投资折旧率；混合、絮凝、沉淀部分机械设备少，节省大量电费；本工艺操作简单，可减少管理人员，降低运行管理费；设备整体水头损失小，降低了水泵的经常运行费用。

6.5调试启动方便、操作简单

本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，1小时即可得到理想的出水水质。

6.6施工简便、设备使用年限长

本工艺池体为矩形，便于施工。

主要设备采用优质材料加工制作，延长设备的使用寿命。

总之，本工艺具有处理效率高，出水水质好，投资省，制水成本低等特点，因此海水经过本处理工艺以后，出水水质保证在3NTU以下。

7.投资估算

投资估算

序号

名称

规格和型号

单位

数量

单价

（万元）

总价（万元）

备　注

一

混合絮凝沉淀池

1

手动衬胶蝶阀

DN800

台

18

2.038

36.684

中国名牌

2

直列式混合器

LYH1-800

台

6

6.125

36.750

中国名牌

3

星形翼片絮凝设备

LYFS-Ⅱ

套

6

81.340

488.040

中国名牌

4

V形斜板沉淀设备

LYVXB-Ⅰ

m2

1716

0.360

617.760

中国名牌

5

集水槽

LYJS-1

根

72

1.820

131.040

中国名牌

5

设备托架

项

6

5.486

32.915

中国名牌

6

手动衬胶蝶阀

DN200，PN=1.0MPa

台

108

0.185

19.980

中国名牌

7

气动衬胶蝶阀

DN200，PN=1.0MPa

台

108

0.399

43.092

中国名牌

8

小计

1406.261

二

加药间

1

混凝剂计量泵

Q=170L/h，P=0.3MPa

台

7

0.985

6.895

进口产品

2

混凝剂计量泵附件

套

7

0.476

3.332

中国名牌

3

混凝剂搅拌机

桨板深度2000mm

台

2

1.176

2.352

中国名牌

4

混凝剂液下泵

Q=25m3/h，H=10m

台

2

2.940

5.880

中国名牌

5

助凝剂计量泵

Q=240L/h，P=0.4MPa

台

7

1.040

7.280

进口产品

6

助凝剂计量泵附件

套

7

1.176

8.232

中国名牌

7

助凝剂提升泵

Q=5m3/h，H=10m

台

1

4.550

4.550

中国名牌

8

助凝剂搅拌机

桨板深度2000mm

台

2

1.238

2.476

中国名牌

9

小计

40.997

三

总计

1447.258