100万人口的城市给水处理厂设计方案

1 100万人口的城市给水处理厂设计方案 1 绪论 设计背景 给水系统是保证城市、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统，常由取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管渠和管网，以及调节构筑物组成。 随着科学技术和国民经济的快速发展 ， 人民生活水平不断提高 ， 人们的保健意识不断增强 ， 对生活饮用水水质的要求也有所提高 ； 随着我国加入 临与国际接轨和对外开放的进一步扩大 ， 城镇供水与人民生活及城市发展息息相关。我国目前的给水处理技术从总体上、宏观上讲还停留在常规处理工艺阶段 ， 但具体看已有很大的变化 ； 同样一个沉淀或过滤工艺已衍生出许多种形式和新技术 ， 这些新技术逐步改变了水处理工艺的面貌 1。 给水处理的主要任务和目的就是通过必要的处理方法去除水中的杂质 ， 以价格合理、水质优良安全的水供给人们使用。在 20 世纪 70 和 80 年代 ， 给水工程技术人员面临的主要问题是工程的投资效益 ， 即如何以最低的工程总投资来完成简单的处理目标。因此 ， 在这段时期里 ， 研究出了许多比较经济的净水技术和工艺 ， 这些研究包括改进沉淀池设计 ， 出现了斜管沉淀池、斜板沉淀池和气浮池等快速澄清工艺 ， 还有快速过滤工艺和将絮凝、沉淀和过滤工艺组合在一起的 专用集成设备。然而 ， 到了 20 世纪 80 和 90 年代 ， 新的问题出现了 ， 即饮用水中存在的微量有机物对人体健康具有长期潜在的危害。因此 ， 出现了新的水质污染指标和规定 ， 例如 ，总三卤甲烷、挥发性有机物和最大污染物浓度等。为了对待这些新情况 ， 满足净水处理要求 ， 工程技术人员和研究人员已经成功地设计出去除水中有机污染物的方法。这些方法 ， 如化学氧化、活性炭吸附和强化混凝处理等 ， 在过去的十多年里一直是主要的研究方向。 根据我国现有经济和技术条件，在优先考虑强化常规工艺的前提下，增加预处理和深度处理将是今后我国水厂进行改造的主要方向 。在预处理中，生物预处理发展前景广阔。在深度处理中，活性炭或者生物活性炭（即臭氧 活性炭联用）将是 2 主要的发展趋势 2。 饮用水处理工艺技术的研究进展 饮用水水质标准的不断提高以及市政给水水源日益被污染 ， 这对常规给水处理技术提出严峻的挑战 ， 许多水厂的出水水质达不到饮用水水质标准的要求 ， 面对这样的情况 ， 不得不对常规水处理进行技术改造或技术革新 3。目前改善饮用水水质有两条途径 ： 一是控制污水的排放量及提高污水处理率 ， 以保护饮用水源 ； 二是强化处理工艺对受污染水源进行深度处理 4。 混凝 混凝工艺主要去除水中的悬浮颗粒、浊度和消毒副产物（ 前驱物质 天然有机物（ 其效果与混凝药剂品种、投加量、 、搅拌程度、混凝剂和助凝剂投加顺序、原水特性等因素有关。快速剧烈的混合，利于混凝药剂扩散和水中胶体的脱稳。混凝工艺主要去除水中的悬浮颗粒、浊度和消毒副产物（ 前驱物质 天然有机物（ 其效果与混凝药剂品种、投加量、搅拌程度、混凝剂和助凝剂投加顺序、原水特性等因素有关。快速剧烈的混合，利于混凝药剂扩散和水中胶体的脱稳。进入 80 年代，加强混合才成为给水界的共 识，现常用的混合设备有：水力隔板混合、水泵混合、机械混合、静态混合器、混合池、槽等。 沉淀 沉砂池去除污水中泥砂等粗大颗粒，有平流沉砂池和曝气沉砂池；沉淀池除去有机和无机可沉悬浮物和胶体混凝物。可分为平流沉淀池和斜管沉淀池，一般以斜管沉淀池性能为佳。 美国平流沉淀池使用较多，法国常采用脉冲澄清池或斜板脉冲澄清池，而在英国许多水厂采用气浮沉淀池，这是因为英国多利用水库水源，而水库水源存在藻类问题，气浮沉淀池对含藻多的水源是比较适宜的。不同国家选用不同的池型，主要是根据这些国家的不同水源条件所选择 的。 过滤 集常规过滤、颗粒活性炭吸附与生物膜氧化技术于一体的生物过滤 5，可有效去除水中氨氮、铁锰、有机物及浊度，改善和提高了饮用水的生物稳定性和安全性，且运行可靠、投资省、运行费用低。但尚需解决： （ 1） 控制进入输配水管网的最大 3 可生物降解有机物质（ 浓度； （ 2） 生物过滤的最佳反冲洗标准； （ 3） 非生物颗粒对生物膜性能可能产生的影响； （ 4） 慢速生物降解有机物的去除机理与条件； （ 5） 水中有机物与氨氮共存的情况下，氨氮对有机物降解的影响；铁、锰共存的情况下，铁的存在对除锰的影响。生物过滤替 换传统过滤，是减少饮用水有机污染、提高饮用水的安全性与生物稳定性的客观需要。 我国目前新建水厂较多采用的是“ V”型滤池，其他型式的滤池如移动罩滤池等连续过滤型式的滤池在小的水厂也有所应用。另外，在水源条件允许的情况下，直接过滤滤池也有应用的实例。在滤料使用方面，双层滤料仍在广泛应用，使用均质滤料的型式也在逐渐增多，特别是在“ V”型滤池 6。 消毒 在城市供水系统中，消毒是最基本的水处理工艺，它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。但自 20 世纪 70 年代发现氯消毒产生 /三致物质以后，人们开始重新 审视消毒问题，并进行了大量的研究工作。由于氯消毒产生 /三致物质，并且不能有效杀灭隐孢子虫及其孢囊，因此消毒技术不断被研究开发出来，如二氧化氯、臭氧、光催化消毒、紫外线及相关复合技术等 7。 氯气消毒法除不能尽除水中有机物，易生成“三致”氯代物外，其出水的味觉与嗅觉的不佳；由于长期使用，细菌产生了抗药性，使氯气的用量逐年增加。 二氧化氯消毒技术：相对于臭氧和氯消毒，杀菌能力更强，剩余量更稳定，作用更持久，消毒后不产生有毒的三氯甲烷等氯化有机物，并能有效地控制出水的色度、嗅味，还可沉淀水中的铁、锰 等，因此用量少、作用快、杀菌率高。但成本较氯高；不易压缩储存，只能在使用现场制造。常用于代替预氯处理或（混凝沉淀）前加氯，即作为第一次消毒及氧化。 臭氧氧化技术： 臭氧的消毒机理包括直接氧化和产生自由基的间接氧化，与氯和二氧化氯一样，通过氧化破坏微生物的结构，达到消毒的目的。其优点是杀菌效果好，用量少，作用快，能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质；可氧化嗅味和致色物质，从而减少嗅味，降低色度；可氧化溶解性铁、锰，形成不溶性沉淀，通过过滤去除；可将生物难分解的大分子 有机物氧化分解为易于生物降解的小分子有机物 8。 通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论：从消毒效果看，臭氧二氧 4 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。由此可显示出臭氧消毒的优点。国际上已普遍应用，特别是法国普及率很高。但由于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 氯、臭氧 紫外线消毒、臭氧与生物活性炭（ 9（ 0等人发现经臭氧氧化处理后，水中可生物降解性有机物增加 30%，再经过生物活性炭处理后，可生化 部分有机物得到有效去除。但臭氧对一些农药类物质、有机卤代物的分解效率很低，当原水中溴离子含量较高时，在一定条件下会形成溴酸盐，还使腐殖质产生甲醛，两者都有致突变性，这将是 术应用过程中值得高度关注的重要问题 10）等，能获得满意的杀菌效果 11。 其他新型消毒技术还有光氧化技术、光催化氧化技术、超临界水氧化、超声氧化法（ 微波消毒、高锰酸钾氧化、高铁酸钾氧化、磁化消 毒 、 表 面 接 触 消 毒 技 术 、 膜 消 毒 技 术 、 应 、 电 化 学 氧 化（ 凝效果、生物活性碳技术等。各种新技术的问世，给人们带来了新的希望，可是由于价格、性能或产品水生物稳定性等方面的制约，这些新技术还不能替代氯消毒 12。 深度处理工艺 我国近年来水源水质日益恶化且短期内难以根本好转 ， 而我国饮用水水质标准又越来越严 ， 公众对水质的要求也越来越高 ， 因此为了解决饮用水水质现状与目标的矛盾 ， 合理选择给水深度处理工艺已经成为给水处理的重要任务和面临的挑战。随着试验研究的发展及对已有工程的认真总结 ， 加上国外技术的引进 ， 应该相信给水深度处 理技术在我国将得到大力发展和广泛应用 13。常见深度处理技术还有：化学氧化、空气搅拌、生物法、膜技术 14及新型合成吸附剂等。 原水水质是选择饮用水深度处理工艺的依据 15。活性炭吸附进行深度处理。 活性炭技术是 20 世纪 60 年代从国外引进的深度处理技术，不仅是最成熟有效的方法，而且是具有潜力的技术。活性炭是一种多孔性物质，内部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，活性炭的空隙分为大孔、过渡孔和微孔，大孔主要分布在活性炭表面，对有机物的吸附甚微，过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的通道 ，而微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域，微孔构成的比面积占总面积的 95%，活性炭对有机物的去除受有机物特性的影响，主要是有机 5 物的极性和分子大小的影响，同样大小的有机物，溶解度愈大，亲水性愈强，活性炭对其吸附性愈差。活性炭对水中氯化产生的“三致”物质不能有效去除，特别是对卤代烃前驱物和分子量大于 3000 的物质去除效果更差。当进水浊度高时，活性炭微孔极易被阻塞，导致活性炭的吸附性能下降，虽然再生能使活性炭恢复吸附能力，但随着活性炭使用年限的增加，孔隙率及比表面积将不断降低，吸附容量也必然降低。 臭氧（ 一 种很强的氧化剂和消毒剂，其氧化还原电位为 +可使水中大分子的有机物分解为小分子状态，改变水中成分达到净水的目的。但 有机物的反应具有较强的选择性，还可导致水中可生物降解物质的增多，使出水厂的生物稳定性降低，容易引起细菌繁殖。臭氧的强氧化性也造成它在水中不稳定，容易失效，在管网中杀菌效果不能持久，因此臭氧很少在水深度处理工艺中单独使用，在此基础上发展了臭氧与活性炭联用技术。臭氧 生物活性炭技术是目前国际上最先进的水处理工艺，在日、欧、美广泛应用。在日本，越来越多的给水厂采用欧洲 被认为是处理污染源水、减少饮用水中有机物最有效的技术，如德国的缪尔海姆水厂、法国的梅里苏瓦兹水厂。我国一些大城市也有应用实例，如上海周家渡水厂、杭州的南星桥水厂，都收到了良好效果。目前国外普遍采用的工艺流程如图 6、 17。 图 臭氧 生物活性炭工艺流程 国外给水处理技术 随着经济的迅猛发展，大量未经处理的工业废水和生活污水排入水体，造成水体严重污染。如作为欧洲一些国家主要供水水源的莱茵河，氨氮、硝酸盐、硫酸盐、氯化物以及化 学耗氧量等指标不断恶化，河水中有致癌危险的有机物大量增加，破坏了可利用的水资源。现在地表水中已检出 2221 种有机物，其中 765 种存在于饮用水中， 20 种为确认致癌物、 23 种可疑致癌物、 18 种促癌物、 56 种致突变物，这无疑对人体健康造成极大的危害 18、 19。为此，国外城市给水处理技术采取了一系源水 预臭氧 加药 沉淀 生物砂虑 臭氧 生物活性炭 氯化 6 列有效措施，确保了供水水质的安全。 反应沉淀池 欧洲常采用高密度澄清池，其特点是将污泥进行回流，增强絮凝体的活性和沉淀效果，处理效率高，节省絮凝剂 30%左右。剩余污泥浓度高（可达 2030g/L）脱水容易 ，出水水质好，适应处理高浊度且浊度变化较大的原水。 美国基本采用机械反应池和平流沉淀池。其平流沉淀池短而宽，对出水设计要求不高，多用指形槽、溢流堰、淹没孔口等形式。排（刮）泥设备好，采用不锈钢链条式刮泥机，先把污泥刮到池中的污泥槽内适当浓缩再用螺旋泵抽出，这样污泥的含水率低，水量损失少，排泥水量仅占水厂产水量的 1%左右。 国外一些水厂反应沉淀构筑物技术参数见表 表 国外一些水厂反应沉淀构筑物技术参数 厂名 池形 技术参数 法国巴黎 冲澄清池 沉淀时间 水区上升流速 s 德国斯图加特莱格朗 高密度沉淀池 沉淀时间 10升流速 20 30m/h；池深 7m；沉淀区面积 170回流，回流污泥量 90%95%；出水浊度 1国阿姆莱 气浮沉淀池 沉淀时间 20 30水色度 40 度；3 度；进水 70g/L；出水 0g/L 美国 械反应平流沉淀池 反应时间 20淀时间 107淀池 32m 滤池技术参数 欧洲现阶段滤池以气水反冲滤池为主。滤料多为 2 3 层，美国多为表面辅助冲洗多层滤池。滤料仍以石英砂、无烟煤为主。 加药和消毒工艺 与我国相比，助凝剂在国外水厂得到了广泛应用，并且混凝剂、助凝剂、消毒剂的品种多，投加工艺先进，实现了自动化、液体化、罐装化。液体药剂广泛应用使得成本低，便于实现自动化，解决了药剂溶解和沉渣处理的困难 20。 给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活引用或工业使用所要求的水质。水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。在给水处理中，有的处理方法除了具有某一特定的处理效果外，往往也直 接或间接地兼收其他处理效果。为了达到某一目的，往往几种方法结合使用 21。 长期以来 ， 给水工艺仍然是混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒几个阶段 ， 宏观上 7 理论上尚无重大突破 ， 然而在微观上 ， 净化工艺却不断地改进 ， 对给水处理的认识也不断地更新。理论的继续深化、促进了给水工艺水平的提高 22。随着经济的发展，人民生活水平的提高以及环保问题的日益突出，给水处理正成为人们关注的焦点，在原有基础上对给水处理工艺进行强化、深化、优化将是一项刻不容缓的任务 23。 对我国的启示 根据我国自身的水处理现状，以及我国 对水处理水质的要求，对国外先进的水处理技术应保持学习的态度。对于不同的地区和水质应具体分析，不能盲目照抄照搬国外工艺。因此，需进行以下改良。 采用科学合理适用的工艺流程，设计生产能力应与实际产水量相适应，绝不超负荷运行。 按需投加絮凝剂、助凝剂和消毒剂，重视混凝工艺，在低温低浊度季节应压缩产水量。对于原水水质较差的水厂，不能采取预氯化工艺，同时推广新型的消毒剂。 对于污染较为严重的水源，季节性有臭和味的水源可采取投加粉末活性炭的办法；对于一些老水厂改造，可借鉴美国水厂的经验，将普通滤池改造 为炭砂双层滤料滤池，可充分利用现有的工艺设施，取得较好的出水效果。在经济条件较好的地区，可采用 用技术 24。 本课题研究的意义 鉴于中国人均水资源量少、社会用水需求量大、水环境污染严重的基本水情和国情，中国水资源可持续开发利用必须建立“节流为先，治污为本，多渠道开源”的新战略，并以此指导城市水管理政策、规划和方案的制定。 供水系统是城市不可缺少的基础设施，供水的质量与价格关系到国计民生。采取技术措施，保证供水质量、降低供水价格是十分必要的。作为供水系统的重要组成部分，给水处理工艺设 施是决定水质与水价的关键环节，对其工况进行合理调节，从而在满足用户水质要求的同时最大限度地降低水处理成本，很有意义。这是涉及给水处理系统优化的问题。为此，本设计对给水处理厂的工艺进行设计，并就实现这一目标进行探讨。 8 2 设计方案的确定 设计所要解决的问题 结合任务书的要求，提出给水厂水处理工艺的合理方案，满足 100 万人口的城市供水要求。 计水量的计算和处理流程的初步选择 水处理厂的设计水量 通过查阅给水工程附表，确定居民生活用水定额 q 取 200L/划人口为 100 万，自来水普及 率 f 为 100%，水厂自用水量为 10%，则设计用水量： 35 001 0 0 0 0 0 定给水处理的工艺流程 通过分析水质资料，本工程的水源为黄河水，长途输送至汾河水库，再经取水塔，由隧洞和管道重力输送至水厂。 原水水质浊度为正常小于 30汛时小于 300最高小于 1000达到地面水环境质量标准中 类水质标准；黄河水含砂量为 5 20kg/水质状况见表 表 河流域重点断面水质状况表 O() ) ) 家生活饮用水卫生标准（ 2006）中规定的相关参数指标见表 表 活饮用水卫生标准 OD() 浊度 1 由于本设计中给水厂水源为黄河水，原水浊度高，含沙量较大，为了达到预期的混凝沉淀（或澄清）效果，减少混凝剂用量，应在常规处理基础上增设初沉池进行预处理。具体工艺流程见图 9 图 水处理工艺流程图原水 混凝剂 初沉池 混合池 絮凝池 沉淀池 滤池 活性炭 滤池 管网 二级泵房 清水池 加氯 10 3 预处 理设计 沉池平面尺寸设计 采用两座平流式沉砂池，每座流量 30 0 0 0 02 。 沉砂池有效容积 V （ 3 1） 设计中取停留时间 T=30800s，则： 32 2 9 21 8 0 027.1 沉砂池长度 L （ 3 2） 设计中取水平流速 v=s，则： 沉砂池宽度 B （ 3 3） 设计中取沉砂池的有效水深 H=4m，则： 进水系统 沉砂池进水部 分设计 原水到沉砂池之间的连接管管径为 沉砂池进水管管径为 1500 沉砂池出水部分设计 沉砂池出水采用薄壁溢流堰，渠道断面采用矩形。溢流堰总长为： （ 3 4） 设计中溢流堰上负荷 q=900m3/md，则： 2 29 0 0 241 1 0 0 0 0 沉砂池出水管管径初定为 时管道内的流 速 ： 11 20 （ 3 5） 沉砂池的放空管管径 d （ 3 6） 设计中取放空时间 t=1h，则： 设计中放空管管径为 排泥设备的选择 沉砂池底部设污泥斗，每组沉砂池设 20 个污泥斗。污泥斗 顶宽 4m，底宽 泥斗深 用 车式吸泥机。 沉砂池总高度 H 21 （ 3 7） 式中 超高，设计中取 ： 平流沉砂池计算草图见图 细的平面示意图见附图 1。 沉 砂 池 A - A 平 面 图 1 : 1 0 0平流沉砂池平面图图 流沉砂池示意图 12 4 投药系 统的设计 压配水井的设计 配水井具有消能作用，使原水均匀稳定的净如净水系统，避免受取水泵站富余，水头的影响，同时又具有排气的作用，使溶解在水中的部分气体溢出，以利于后续处理。 药剂的选择和投加量 混凝剂的选用 混凝剂选用 ： 碱式氯化铝 H)写 式氯化铝在我国从七十年代初开始研制应用，因效果显著，发展较快，目前应用较普遍，具用使胶粒吸附电性中和和吸附架桥的作用。其特点为： 净化效率高，耗要量少，除水浊度低，色度小、过滤性能好，原水高浊度时尤为显著 ； 温度适应性高 ， 适用范围宽（在 9 的范围内，而不投加碱剂） ； 使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好 ； 设备简单、操作方便、成本较三氯化铁低 ； 无机高分子化合物。 混凝剂的投加量 由于缺少试验资料，参考相似水源有关水厂的首剂投加资料估计投药量。碱式氯化铝平均投加量 30mg/l，最高投加 50mg/l。 混凝剂的配置和投加 混凝剂的溶解和溶液的配置 常用的药剂投加方法有干投法和湿投法两种，湿投法是将混凝剂溶解后再配成一定浓度的 溶解定量投加；干投法是将固体药剂破碎成粉末后惊醒定量投加，由于试投法在实际中用较多，药剂易于原水充分混合，不易堵塞入口，计量管理方便，且投量少，易于调节，因此本设计采用湿投法投药。 溶液池容积 W 的计算 17 （ 4 1） 式中： Q 近期设计流量， Q=220000m3/d=9167m3/h； 13 u 最大药剂投加量，取 50； b 溶液浓度，一般为 5% 20%，设计中 取 15%； n 每天调制次数，取 2。 代入数据，得： 17 16750 m 溶液池设两座（一备一用），则每个容积为 W/2=高 液池形状采用矩形，尺寸为：长宽高 =4m4 m 溶解池的容积 计算 31 （ 4 2） 设计中取 1 溶解池设两座，则每座容积为 =效高度取 高 的形状采用矩形，尺寸为：长宽高 =2m 底坡度采用 。 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板搅拌机，两池材料都采用钢筋混凝土，内壁涂衬聚乙烯板。 投加方式 混凝剂投加采用液体投加，投加方式选用计量泵投加，在药液池内直接吸取药液，加入压力水管内，如图 示。 图 量泵投加 示意图 药剂仓库 药剂仓库设计参数 9m/（ 面积为 119=99 m。室内高 人力推车投药，药库面积设计尺寸： 10m10m。 混合方式 本设计采用管式静态混合器混合。此方式设备简单，维护管理方便，不需土建筑物，混合效果好，不需外加动力设备。 14 管式静态混合气直径 D 混合 ： 混合（ 4 3） 式中： D 静态混合 器直径， m ； Q 设计水量， m3/s； v 水流速度，一般为 s 左右，设计中取 s。 代入数据，得： 混合 水流经过静态混合器的水头损失 h 为： （ 4 4） 式中： h 水流经过静态混合器的水头损失， m； n 混合器单体数，取 n=3。 代入数据，得： 4 8 管式静态混合器草图见图 出水混合单元池加药图 式静态混合器 15 5 絮凝池的设计 机械絮凝池的主要优点是可以适应水量变化，以及水头损失较小。本设计即采用垂直轴式机械絮凝池。 设计要点 池数一般不少于 2 个； 叶轮半径中心点的线速度进口处采用 s，出口处 s，其值一般均采取逐渐减小的变速，第一排搅拌器转速最大，其他各排逐渐减小； 搅拌器排数为 34 排，搅拌轴应设于池中水深 1/2 处； 叶轮直径应比反应池水深小 轮尽端与池子侧壁间距不大于 同一搅拌器两相邻叶轮应相互垂直设置； 每根搅拌轴上桨板总面积宜为水流截面积的 1020%，不宜超过 25%，每块桨板的宽度一般采用 1030 絮凝池深度按照水厂标高系统布置确定，一般为 34m； 全部搅拌轴及叶轮等机械设备，如系木料，则均涂以防腐漆，如系钢铁材料，则 均应涂锌防腐； 轴承和轴架宜设于池外，以避免其在池中容易进入泥砂，致使轴承的严重磨损和轴杆的折断。 机械絮凝池的设计计算 经过与药剂充分混合后的原水，进入机械絮凝池进行反应，设计流量 Q=22 万m3/d，采用两个池子，则每池的设计流量为 Q/2=110000m3/d=h。 反应池尺寸 反应时间取 T=20反应池有效容积 W 为： 31 52 860 8 360 （ 5 1） 为配合沉淀池尺寸，反应池分为五组，每组分成三格，则每组池的有效容积 W为： 3 （ 5 2） 设计中取每格的尺寸为：长宽 =每格的面积 A= 16 反应池的水深 H 为： 13 5 （ 5 3） 反应池的超高取 总高度为 H 总 为 应池分格隔墙撒谎那个过水孔道上下交错布置，每格设一台搅拌装置，为加强搅拌效果，在池子周壁设四块固定挡板。 搅拌装置 叶轮半径 d 应比池内水深少 取 d=轮桨板中心点线速度采用s， s， s。桨板长度取 l=3m（ l/d=3/符合要求）。桨板宽度取 b=根轴上桨板数为 8 块，内外各 4 块。旋转桨板面积与反应池过水断面面积之比为： 8 断面 =8d=83该比值符合在 1020%之间的要求。 4 块固定挡板取宽高 =面积与絮凝池过水断面面积之比为： %4 桨板总面积占过水断面面积百分比为： 5%，也符合要求。 桨板中心点旋转直径 ： （ 5 4） 叶轮转速分别为： m i rD （ 5 5） sr a 4 1 （ 5 6） 同理可得： ， ； ， 。 桨板旋转时克服水的阻力所消耗的功率为： 414230 4 k l （ 5 7） 17 式中： 桨板旋转时克服水的阻力消耗的功率， kgm/s； y 每个叶轮上的桨板数目， y=4 个； k 系数， ； l 桨板长度， l=3m； w 叶轮旋转的角速度， s； 叶轮半径， ； 叶轮半径与桨板宽度之差， r2=4= （ 5 8） 式中： 阻力系数，根据桨板宽度与长度之比确定。因为桨板宽长比b/l=1，查表得： = 水的密度， =1000kg/ 代入数据，得： 将数据代入公式 5 7，得： 对第一格桨板： 41423101 4 4 43 对第二格桨板： 41423202 4 1 43 对第三格桨板： 41423303 4 43 转动每个叶轮所需要的电动机功率 N： 210102 （ 5 9） 式中： N 转动每个叶轮所需要的电动机功率， 18 1 搅拌器机械总效率，取 2 传动效率，一般为 计中取 代入数据，得： 21011 102 21022 102 21033 102 设三台搅拌设备合用一台电动机，则絮凝池一组所消耗总功率为： 7 2 9 9 4 （ 5 10） 所需 电动机功率 N 电 （取 1=2= 7 2 电（ 5 11） 图 机械絮凝池草图，详细的平面示意图见附图 2。 4600 5005004600158002800 500械絮凝池平面示意图 19 6 沉淀池的设计 固体颗粒在重力作用下从水中分离出来的过程即为沉淀。本设计采用斜管沉淀池，斜管沉淀池是有浅池理论房展而来的，它在池内 安装了许多直径较小的平行倾斜管，从而缩小了水利半径，改善了水利条件，使雷诺数大为降低，满足了水流的稳定性和层流要求，斜管沉淀池的特点是沉淀效率高，池子容积及占地面积小。 采用两座斜管沉淀池，每座设计流量 ： 31 0 0 0 02 斜管沉淀池与反应池合建，池有效宽度 B=15m，颗粒沉降速度 s。 设计要点 斜管断面一般采用蜂窝正六边形，亦可采用矩形或正方形，其内径或边距一般取 2540 斜管长度一般为 80100右，可根据斜管材 料和水力计算决定； 斜管的水平倾角常采用 60； 斜管上部的清水区高度一般在 上，较高的清水区有助于出水均匀和减少日照影响和藻类繁殖； 斜管下部的布水区高度一般采用 右，为使布水均匀，在沉淀池进口处应设穿孔墙或格栅等整流措施； 积泥区高度应根据沉泥量，沉泥浓缩程度和排泥方式等确定； 斜管沉淀池采用侧面进水时，斜管倾斜以反向进水为宜； 为了防止水流短路，应在池壁和池管的空隙间安装阻流墙等； 斜管沉淀池的出水系统应与一般澄清池相同，可采用穿孔管或 穿孔集水槽集水。 池体设计 设计采用的数据 清水区上升流速： v=s，采用塑料片热压六边形蜂窝管，管厚 距 d=25平倾角 =60。 清水区面积 A 根据以上设计的数据，得： 20 21 7.1 （ 6 1） 其中斜管结构占用面积按 3%计，则实际清水区面积 A为： 2 3 2 （ 6 2） 为了使配水均匀，采用清水区平面尺寸长（ L）宽（ B） =22m15m，使进水区沿 22m 长一边布置。 斜管长度 斜管内水流速度 ： 0 （ 6 3） 斜管长度 l 为： c o ss i （ 6 4） 式中 ： l 斜管长度， m； 斜管内的水流速度， s； 设计采用的颗粒沉降速度， s； 斜管的水平倾角， 60； d 斜管的内径或边距， d=25 代入数据，得： du c o s s o 0s 考虑到管端紊流，积泥等因素，过渡区长度 l采用 150斜管总长度 l 总为 l+l，即 l 总 =830+150=980照 1000。 沉淀池高度 采用超高： 清水区高： 布水区高： 穿孔排泥槽斗高： 斜管高度 h： 21 6 760s i 0 0s i n 0 总（ 6 5） 则沉淀池总高度 H 为： 6 （ 6 6） 设计中取 H= 沉淀池进口穿孔花墙 穿孔墙的洞口流速采用： s，则洞口面 积 ： 2111 （ 6 7） 设计中每个洞口的尺寸定为： 15洞口数 n 为： A （ 6 8） 穿孔墙布于布水区 围内，孔共分 5 层，每层 54 个。 集水系统 采用两侧淹没孔口集水槽集水。 孔口计算 所需孔口总面积为： 21012 （ 6 9） 式中： f 所需孔口总面积， 超载系数，取 流量系数，取 孔口上的水头，取 代入数据，得： 2112 221 m 孔口采用直径 5圆孔，单孔面积 ： 22200 4 9 （ 6 10） 则孔口数 n 为： 22 个550010490 0 f 6 11） 设共有 15 个集水槽，则每个集水槽孔眼个数 m1=m/15=5500/(15 2)=184 个。因采用双边进水，故每边孔眼个数为 m0=92 个。 集水槽的宽度和高度计算 假设穿孔集水槽的起端水流截 面为正方形，也即宽度等于水深，则： B （ 6 12） 式中： 穿孔集水槽的宽度， m； 穿孔集水槽的流量， m3/s。 孔口流速 ： （ 6 13） 每个集水槽的计算流量 ： 41022 （ 6 14） 将以上数据代入公式（ 6 12），得： B 为了施工方便，设计中取 B= 槽高 起端水深取 端水深取 了施工方便，统一取 落、淹没深度取 落高度取 高取 集水槽高度 ： （ 6 15） 集水干槽的计算 集水干槽流量为 ，考虑到超载系数为 集水干槽实际流量 ： 3 （ 6 16） 由此可进行以下计算： 槽宽 5 4 7 33 （ 6 17） 干槽起端水深 h 起 ： 4 0 4 起（ 6 18） 23 干槽终端水深 h 终 ： 6 7 4 终（ 6 19） 设计中取 h 起 =h 终 = 集水干槽高度 中水深 高 h3 取 ： 33 （ 6 20） 排泥系统 采用穿孔管排泥，穿孔管横向布置，沿与水流垂直方向，共设 8 根，双侧排泥至集泥渠。集泥渠长 15m， 宽 高 =眼采取等距布置，穿孔管长 末端积泥比为 取孔径 5孔口面积 ： 22244 （ 6 21） 取孔距 s=孔眼数目 N 为： 6 21） 孔眼总面积 ： 2444 0 1 9 （ 6 22） 查表得 穿孔管断面面积 w 为： 24 mk （ 6 23） 穿孔管直径 ： 5 8 9 4 （ 6 24） 取直径 60眼向下，与中垂线成 45角，并排排列，采用气动快开式排泥阀。 出水管管径 ： （ 6 25） 设计中取 24 核算 雷诺数（ 算 v （ 6 26） 式中： R 水力半径， v 管内水流速度， cm/s； 水的运动粘度， 当水温为 20时， =s。 水力半径 R 为 ： （ 6 27） 管内流速 v 为： v i i n 0 1 （ 6 28） 数据代入公式（ 6 25），得： v 因为 00，故雷诺数符合要求。 弗劳德系数（ 算 422 （ 6 29） 故弗劳德系数也符合要求。 斜管中的沉淀时间 T m i （ 6 30） 沉淀时间也满足在 25间的要求。 斜管沉淀池平面示意图见附图 3。 25 7 过滤设备的设计 在水处理过程中，过滤一般指以适应沙等颗粒层截留水中悬浮物杂质，从而使水中获得澄清的工艺过程。过滤的功效，不仅仅在于进一步降解水得浊度，而且水中有机物，细菌 ，乃至病毒等随浊度的降低而被去除。至于残留于滤后水中的细菌，病菌等在失去浊物