（机械制造及其自动化专业论文）磨盘山净水厂总体方案设计研究.pdf

ad i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo f m e n g g e n e r a le q u i p m e n t d e s i g n f o rw a t e r t r e a t m e n tp l a n ti nm o p a n s h a n c a n d i d a t e ：h u a n gl i a n g s u p e r v i s o r ：x u ek a i a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r ea n di t sa u t o m a t i o n d a t eo fs u b m i s s i o n ：2 0 1 0 一4 2 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：2 0 1 0 4 2 5 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y l 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：两现 日期：j a 肜年f 月，；日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 母在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇 作者( 签字) ：盏茏 日期： 4p 年多月仔日 导师( 签字) ： 年月日 il1， l i 磨盘山净水厂总体方案设计研究 摘要 统是关系到国计民生的重要市政基础设施 影响到整个区域内的工业生产及人民生活。净水厂是供水 了整个系统中绝大多数的工艺设备，同时也决定了供水水 水质。 对净水厂设备总体方案进行设计首先要考虑到供水工 规划供水总量作为设计基准，进而对工艺总平面进行设计 求简洁紧凑，以保证规划用地的充分利用。厂区内各主要 确的区分，同时又能够方便集中控制。厂区同时要保证具 样既能够改善工作环境，同时也能够降低设备运行噪音对 中还应当预留深度处理系统所占区域，为以后的技术升级 沉淀池设计通常以理想沉淀池设计理论为基础。沉淀池设计中通常根据 原水水质，沉淀水水质相关要求，水温等设计资料，参考相似条件下已有的 沉淀池运行经验来确定沉淀池的各设计参数。对于斜板( 斜管) 沉淀池设计， 则主要通过选定的斜板( 斜管) 参数、流量和表面负荷等来确定沉淀池的各参 数。对于过滤系统的设计通常采用唯象理论模型。通过i v e s 公式，能够根据 出水量、原水浊度等参数求解滤池滤速。在选定石英砂最大粒径的条件下， 可求出最大容许煤粒粒径及反冲洗流速。 净水厂废水处理系统设计，水厂每日产生的污泥量是最基本的指标之一。 国内已建成或正在进行设计的水厂，其产泥量计算大多参照英国、日本和美 国公式。污泥脱水处理可采用先浓缩，后脱水的处理方案，或采用一体机完 成浓缩、脱水处理的方案。污泥浓缩可采用重力浓缩池或浓缩机。污泥浓缩 机分为离心式、带式等类型。 在上述各个系统设计过程中采用了多方案对比分析择优的设计思想。各 候选方案的设计是以现有的国内成熟技术为基础，同时通过大量的国内外调 研，借鉴并采用了目前国际领先的设计思想。 由于项目设计阶段影响工程造价的比重很大，因此实施前阶段投资控制 在整个建设过程中起着决定性的作用。最终方案的确定就是在以满足技术性 能的基础上，以工程造价的经济性及降低运营成本作为首要依据。本研究主 哈尔滨工程大学工程硕十学位论文 要针对净水厂各个系统方案设计，通过采用技术指标与投资控制相结合的方 法，在满足工艺的设计要求和设备的技术性能的基础上，降低前期投资及预 计成本。这一措施能够为降低供水价格起到重要的作用。 关键词：净水厂；总体设计；方案设计；沉淀池；滤池； a b s t r a c t w a t e rs u p p l ys y s t e m ，a sac i v i ci n f r a s t r u c t u r e ，i sv e r yi m p o r t a n tf o rn a t i o n a l e c o n o m ya n dt h ep e o p l e sl i v e l i h o o d t h et e c h n o l o g yp r o p e r t i e so ft h es y s t e m h a v eg r e a ti n f l u e n c ef o ri n d u s t r i a lp r o d u c t i o n sa n dp e o p l eh e a l t h w a t e rt r e a t m e n t p l a n t ，t h ec e n t e ro f w a t e rs u p p l ys y s t e m ，a s s e m b l e dm o s th i 【g ht e c h n o l o g yd e v i c e s a n di n s u r a n c ee q u i p m e n t s t h ew a t e rq u a n t i t y ，p e r s i s t e n c ea n dq u a l i t ya i ea l l d e p e n do ni t t h eg e n e r a ld e s i g no ft h ee q u i p m e n tf o rw a t e rt r e a t m e n tp l a n ti sb a s e do nt h e w a t e ra m o u n ti np r o g r a m m i n gb yc o n s i d e r e dw i t ht h eo v e r a l lp l a n n i n go ft h e p r o j e c t a n dt h en e x ts t e pi st h eg e n e r a lp l a nd e s i g na n dd e t a i ld e s i g nf o re v e r y s u b s y s t e m t h eo v e r a l lp l a n td i s t r i b u t i o nm u s tb ec o n c i s i o na n dc o m p a c tt om a k ef u l l u s eo ft h ep l a n n i n gl a n d t h em a i n p r o c e s su n i t ss h o u l db es e p a r a t ed e f i n i t e l ya n d c a nb ec e n t r a l i z e dc o n t r o l l e de x p e d i e n t l y g o o dg r e e n i n gi sn e c e s s a r yt or e f o r m t h ew o r k i n gs t a t i o n sa n dd e p r e s s i n gt h ei n f l u e n c eo fd e v i c en o i s e t h ed i s t r i c to f a d v a n c e dt r e a t m e n ts y s t e ms h o u l d b er e s e r v e df o rt e c h n o l o g yu p g r a d ei nt h e f u t u r e b a s e do nt h eo v e r a l lp l a n td e s i g n ，a no p t i m i z e dt e c h n o l o g i c a lp r o c e s si s c o n f i r m e dt h r o u g has e r i e so fi n v e s t i g a t i o n ss t u d i e s t h es e d i m e n t a t i o nt a n kd e s i g ni su s u a l l yb a s e do nt h ei d e a ls e t t l e rt h e o r y t h es e d i m e n t a t i o nt a n kd e s i g np a r a m e t e r si sa c c o r d i n gt ot h eq u a l i t yo fu n t r e a t e d w a t e r ，s e d i m e n tw a t e ra n dw a t e rt e m p e r a t u r ea n dc a nb ec h o s e nb yr e f e r e n c e so f s i m u l a t e de x i s t i n gs e t t l e r s f o ri n c l i n e d - t u b es e d i m e n t a t i o nd e s i g n ，t h ep a r a m e t e r o ft a n kc a l lb ed e t e r m i n e db yi n c l i n e d t u b ep a r a m e t e r s ，d i s c h a r g ea n ds u r f a c el o a d 2 r a ww a t e r t h em a x i m i z es i z eo fr i c ec o a la n db a c kf l u s h i n gv e l o c i t yc a nb eg e t f o rt h es e l e c t e dq u a r t zs a n dm a x i m i z es i z e s l u d g eq u a n t i t yi st h em a i ni n d e xf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m t h e c a l c u l a t i o n so fs l u d g eq u a n t i t ya l er e f e r st ot h ee m p i r i c a le q u a t i o n so fu k j a p a n a n du s a t h es l u d g ed e w a t e r i n gt r e a t m e n tc a na d o p td e w a t e ra f t e rc o m p r e s s p r o c e s so ru s i n gi n t e g r a t i v em a c h i n e t h es l u d g ec o m p r e s sc a na d o p tg r a v i t y c o m p r e s st a n ko rc o n c e n t r a t o r a n dt h ec o n c e n t r a t o rh a st h ed i f f e r e n ts t y l e ss u c h a sc e n t r i f u g a lt y p ea n dd r a p e rt y p ee r e t h em a i ni d e ai nt h ed e s i g np r o c e s si sm u l t i s c h e m ec o m p a r i s o n s ，a n a l y s i s a n ds e l e c t e dt h eb e s t e a c hc a n d i d a t es c h e m ei sd e r i v e df r o mp r o v e nt e c h n o l o g y a n da d v a n c e dd e s i g nc o n c e p t so v e r s e a sa r ea l s oa d o p t e db yal o to fi n v e s t i g a t i o n s i nd o m e s t i ca n da b r o a d t h ep r e - i m p l e m e n t e di st h em o s tu s e f u la n de f f e c t i v ef o rt h ew h o l ep r o j e c t t h ed e s i g ns t a g eh a sg r e a ti n f l u e n c ef o rp r o j e c tc o s t t h ed e t e r m i n a t i o n so ff i n a l p r o j e c ta r en o to n l yb a s eo nt h eb a s et e c h n o l o g yp r o p e r t i e sb u ta l s of o rt h el o w e r p r o j e c ta n do p e r a t i o nc o s t t e c h n o l o g yp r o p e r t i e sa n dp r o j e c ti n v e s t m e n tc o n t r o l a r ec o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e r e df o rc o m p a r i s o na n a l y s i so fe q u i p m e n ts c h e m e s t h e n ，t h ep r i m a r yr e f e r e n c ef o ra l t e r n a t i v eo p t i m u mp r o c e d u r eo ff m a lp l a ni st h e c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o nc o s t t h ep r o p h a s ei n v e s t m e n ta n dp r e d i c tc o s tw e r e r e d u c e dw i t ht h ep r e c o n d i t i o no fs y s t e mt e c h n o l o g yp r o p e r t i e sa n dt h ew a t e r p r i c e w o u l db ed e p r e s s e db yt h e s em e t h o d s k e yw o r d s ：w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，g e n e r a le q u i p m e n td e s i g n ，p l a nd e s i g n ， i n v e s t m e n tc o n t r o l r 【 _ i t 1 j 一 j jl a b s t r a c t 2 目录。1 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景1 1 2 课题研究现状2 1 2 1 水务行业现状2 1 2 2 水务行业建设规划3 1 2 3 磨盘山工程概况4 1 2 4 设计阶段投资控制4 1 3 本文主要研究内容6 第2 章磨盘山净水厂总体方案设计8 2 1 总体设计概述8 2 2 设计依据及原则9 2 2 1 设计依据9 2 2 2 设计原则。1 0 2 3 净水厂工艺总平面设计。1 0 2 3 1 设计方案1 0 2 - 3 2 方案比较及选择1 1 2 4 净水厂厂区平面总体设计1 3 2 4 本章小结1 5 第3 章沉淀过滤系统设计方案1 6 3 1 基本设计参数1 6 3 2 系统工艺总体设计1 6 3 2 1 确定沉淀系统参数设定1 6 3 2 2 确定滤池系统参数设定1 8 3 2 3 设计方案。1 9 3 2 2 方案比较与选择。2 0 哈尔滨t 程大学t 程硕十学位论文 3 3 各工艺池形式设计2 0 3 3 1 絮凝池池型设计2 0 3 3 2 沉淀池池型设计2 3 3 3 3 滤池池型设计2 5 3 4 工艺池方案比较及选择2 8 3 5 本章小结3 0 第4 章废水回收系统设计3 1 4 1 污泥量的确定。3 1 4 2 污泥处理系统设计3 4 4 2 1 污水处理系统工程实例3 4 4 2 2 系统方案设计3 6 4 2 3 方案比较及选择3 7 4 3 本章小结3 9 第5 章净水厂其他附属构筑物设计。4 0 5 1 稳压配水井4 1 5 2 净水间及净化构筑物。4 2 5 3 鼓风机房及反冲洗泵房。4 4 5 4 送水泵房及吸水井。4 5 5 5 投药加氯系统4 8 5 5 1 投药问。4 8 5 5 2 加氯间4 9 5 6 废水回收水池及污泥贮池5 0 5 7 厂区排水5 1 5 8 深度处理设施5 2 5 9 本章小结5 3 右论5 4 参考文献。j 5 6 致 射。5 9 第1 章绪论 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 水务行业，是指由原水，供水，节水，排水，污水处理及水资源回收利 用等形成的产业链。我国水资源丰富，但人均水平严重低下。长期以来，我 国水务市场基本由政府行政垄断，市场化程度低，效率低下，供水价格偏低， 污水处理率不高，水务企业基本上是保本经营甚至亏本经营。目前，全国范 围内水价改革的实施将改变这一现状，也使这一行业显示出巨大的发展空间。 此外，当今世界水已经成为一种战略性稀缺资源，“中国最不缺的是人，最缺 的是水”，其对经济发展甚至人类生存影响巨大，因此水务业在国际上被认为 是等待充分挖掘的大金矿之一【。 我国是世界水资源大国，水资源总量为2 8 万亿立方米，居世界第4 位， 目前我国单位面积淡水资源为2 9 2 毫米年，为全球单位面积淡水资源的 9 1 5 。可见，从总量上看，我国并不是淡水资源特别贫乏的国家。但由于 中国人口基数大，人均水资源只有2 2 0 0 立方米左右，约占世界人均水平的 1 4 ，世界排名1 1 0 位，被列为世界1 3 个人均水资源贫乏国家之一。水资源 分布极不均衡我国水资源时空分布也极不均衡，降水呈现东南多西北少，山 区多平原少的状况，约8 1 的水资源集中分布在长江流域及以南地区，而人 口和耕地分别占我国4 5 3 和6 4 1 的长江以北地区水资源却只占全国的 1 9 ，人均水资源量仅为世界人均量的1 1 8 左右。因此，我国水资源分布的 不均衡，降水量的不平衡及部分地区水资源的污染等因素加剧了我国水资源 特别是北方地区的匮乏【l j 。 本论文充分考虑了当前水务行业工程建设现状，结合本人从事磨盘山净 水厂工程管理的实际工作，认真分析了磨盘山水厂工程建设实施过程中工艺 流程方案选择，通过对实际工程中的具体情况进行深入的探讨和研究，分析 研究解决并最终确定，为水厂工程建设的相关工作提供理论依据，并最终达 到资金的合理使用，既保证工程质量、生产要求，又避免投资浪费，最终实 哈尔滨工程大学工程硕+ 学位论文 现对水价的控制。 1 2 课题研究现状 1 2 1 水务行业现状 长久以来，我国水务行业特别是供水行业采取的是国有企业独家垄断经 营，其生产与供应受到国家政策的很大影响，因此其经营市场化程度低，基 本停留在”低水价+ 政策性亏损+ 财政补贴”的模式【1 1 ，供水企业的运营亏损人 员待遇低，人才贮备不足致使企业管理、技术创新都受到的很大制约，从而 造成水生产经营效益不高，盈利能力低微的局面。长久以来，百姓对水的商 品意识淡薄，很多人认为自来水就是“自来水 ，并未对生产成本有意识。 目前，我国水务产业的问题集中表现为以下二个方面：( 1 ) 水的商品化认 可水平低，水没有被当成市场商品；水价定位不合理，水费偏低，水价中基 本上就是净水成本即水的生产费用，而不包括水生产、市政改造的投入费用。 长期以来，水务企业只是作为政府所有的公益性企业，但随着国有资产的市 场化深入，政府将水务行业也逐渐推入市场。随着城市化进程的深入，我国 在市政建设上的投资加大，水务行业作为独立运营的企业，政府很难投入巨 资进行水厂改造、管网升级等工程，那么这些成本必将被计入水价格中。但 现在没有建立根据成本变化和供求关系的合理水价定位机制。一面是社会对 水价上涨的不理解，一面是水务企业举步维艰，供水企业长期亏损，举步维 艰。( 2 ) 污水处理率不高，收费低。城市规模加大各种污水排放呈逐年增长的 态势，然后新建了很多污水处理项目，但污水处理率仍然偏低。政府制定的 污水处理费价格低，污水处理企业很多都是赔本经营或勉强维持很难有后续 资金投入。 为解决目前水务行业供排水商品化程度不高，供水与污水处理价格过低 的状况，加快水务行业市场化进程，水务企业可以通过提高生产运营管理水 平以降低成本与内耗，同时政府部门也在积极地推进水价改革【1 1 。水价改革 的重点是要建立以保护水资源、正确合理使用水资源为目的的合理的水价机 制，逐步推行水价听证机制，提高污水处理率和污水处理价格，理顺水价结 构，引入市场竞争机制。水价制定机制改革对提高水务企业水厂运营、利润 2 我国“十五”计划将新增城市供水能力3 5 2 0 万立方米日，总投资3 2 0 亿元 年产值要从六七百亿元人民币提高至近2 0 0 0 亿元，年增长率将保持在1 5 左右，供水普及率将达到9 8 5 ；2 0 0 5 年之前各城市必须建设污水处理设施， 城市污水处理率将达到4 5 。从2 0 0 3 年起，所有城市开征污水处理费，到 2 0 1 0 年城市排管道普及率和城市污水处理率将分别达到9 0 和6 0 。水务行 业在我国属于正处于转轨时期的朝阳行业，整个水务业链条，从水源，供水， 节水，排水，到污水处理及其回用等各个环节都蕴藏着巨大商机。水务行业 投资规模大，周期长，收益率相对稳定，在国际上，全世界供水业产值4 0 0 0 亿美元，是石油的4 0 ，高于制药业1 3 ，是公认的利润丰厚，投资回报稳 定，无风险的行业【。 目前我国仍然有3 5 亿人在饮用水的数量和质量上还未得到充分满足， 还有四百座城市受困于水量的减少，根据2 0 0 1 年国家计委( 即现在的发展和 改革委员会) 、建设部联合出台的国民经济和社会发展第十个五年计划水 利发展重点专项规划( 以下简称规划) ，十五期间我国将新增供水能 力4 0 0 亿立方米，其中新增城市供水能力1 6 0 亿立方米，新增乡镇供水能力 8 0 亿立方米。规划将重点增强主要缺水城市的供水能力，保证城市供水 安全，全国新增城市供水能力每日4 5 0 0 万立方米，据估计，到2 0 1 0 年城市 供水约需要投资2 4 0 0 亿元。 污水处理方面，根据规划和2 0 0 0 年国务院办公厅发布的 2 0 0 0 1 3 6 号 关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知，到2 0 0 5 年我国所有城 市都必须建设污水处理设施，即至少将要建设6 6 9 座污水处理厂，污水处理 规模将达到每日4 0 0 0 万- - 5 0 0 0 万立方米，处理率将达到4 5 ，5 0 万人口以 上的城市污水处理率应达到6 0 。到2 0 1 0 年城市排水管道普及率和城市污 水处理率将分别达到9 0 和6 0 ，直辖市、省会城市、计划单列市以及重点 3 哈尔滨工程大学下程硕十学位论文 风景旅游城市不得低于7 0 。预计未来1 0 年间中国用于污水处理的总投资 约需3 0 0 0 亿元。另外，在工业和生活污水治理、城市供水管网的改造、自来 水的深度处理、农业节水灌溉设备、开发利用节水型器具等领域有着广阔的 市扬前景【2 1 。 1 2 3 磨盘山工程概况 磨盘山引水工程设计建设净水厂一座，总设计规模9 1 0 6 m 3 d ，其中一期 建设规模为4 5 x 1 0 6 m 3 d ，二期续建规模为4 5 x 1 0 6 m 3 d 。 净水工艺采用常规地面水处理流程：机械混合一机械絮凝一斜管沉淀一 双层滤料滤池过滤一消毒一用户。建设过程中应预留臭氧氧化及活性炭过滤 深度处理设施用地。工程总占地面积为2 7 8 5 公顷，规划控制用地( 征地面 积) 4 0 8 3 公顷。 新建磨盘山水库一座。 在长输管线方面，一二期各建一条1 7 6 公里管线，沿途新建三个管理所。 在管线建设方面，新建配水管线1 9 4 5 4 公里。管径d n l 2 0 0 以上的配水 管道选用钢管；d n l 2 0 0 及以下的管道采用不锈钢与玻璃钢复合管。 1 2 4 设计阶段投资控制 工程项目投资控制分实施前控制、过程中控制和完成后控制，而最能体 现也最能发挥作用的是实施前控制，实施前控制能是最有效的投资控制环节， 如果实施前控制没有做到位，必须严格加强实施中控制，达到亡羊补牢的效 果，而完成后控制的控制效果最差1 7 1 1 8 1 。 实施前阶段的投资控制是项目全过程投资控制的重点，据有关资料统计， 项目设计阶段影响工程造价的比重很大，因此实施前阶段投资控制在整个建 设过程中起着决定性的作用。实施前阶段投资控制的中心思想是：预先控制、 防忠于未然，设计阶段保证在满足质量和技术性能要求的前提下，一方面不 超过计划投资，同时尽可能节约投资与后期运营成本1 2 】。 投资控制主要是通过对工程建设方案进行可行性论证，通过技术经济比 较，控制工程设计方案中的建设规模；通过实行限额设计，以概算为基础控 4 第1 章绪论 制设计工程量和造价限额；采用优化设计方法，在保证工程质量和技术性能 的前提下，控制工程项目投资。设计阶段影响投资控制的因素很多，其中细 节设计不够充分，工程量计算不准是控制效果差的主要原因，也是投资概算 与决算存在差异的直接原因。设计是投资控制的重要环节，大量统计资料及 实际经验表明，设计工作是投资控制、确定科学合理投资额的关键环节【2 j 。 设计工作质量，直接影响工程量以及各阶段投资的准确性。受计划体制 经济体制的影响和水务工程公益性强特点的影响，水务工程的资金主要是由 上级财政部门和行政主管部门直接拨款委托设计，缺乏有效的投资主体或项 目法人的监督，致使设计深度不够不细不准，使由设计不足原因引起设计变 更，造成追加投资成为普遍现象。 长期以来，由于我国技术与经济联系不紧密，致使工程造价管理水平落 后、工程项目超支现象非常严重。设计人员与工程技术人员普遍缺乏投资控 制意识，认为工程造价控制与自己无关，是财会人员或概预算人员的工作。 因此很少从经济角度考虑，从而导致设计缺乏深度，备选方案不足，设计思 想非常保守。而与此同时造价管理人员或财会人员往往不熟悉工程情况，缺 乏相关工程理论知识，因此只能从概预算的角度按图索骥，或者仅根据财务 制度审核工程费用开支，致使造价计算与设计严重脱节，很难从根本上有效 控制工程造价。因此，综上所述，目前我国急需在工程设计中同时考虑技术 性能和经济效益，通过技术分析、经济比较和效果评估等手段，正确处理技 术性与经济性之间的辩证关系，力求达到在技术先进前提下经济的合理性， 以及在经济合理性基础上的技术先进性，把工程造价控制的理念贯彻到各项 设计以及施工管理之中。 为了达到提高工程建设投资效果的目的，应当从建设用地选址及总平面 布局设计开始，直到最后各子系统结构的细节设计，始终采取多方案对比选 择的方法，采取技术先进、经济合理的最优设计方案【2 1 。 具体设计方案的优选过程应遵循以下基本原则： 1 设计方案必须处理好经济合理性和技术先进性之间的关系。经济合理 性要求工程造价尽可能低，如果一味追求经济效果，可能会导致项目功能水 平偏低，无法满足使用者的要求；技术先进追求技术的尽善尽美，项目功能 水平先进，但是可能会导致工程造价偏高。因此，技术先进性和经济合理性 5 哈尔溟工程大学工程硕士学位论文 是一对矛盾，设计者应该妥善处理好二者的关系，一般情况下，要在保证使 用者要求的前提下，尽可能使工程造价降低。另一方面，如果资金有限制， 也可在资金限制范围内，尽可能提高项目功能水平。 2 设计方案提出必须兼顾建设和使用的要求，考虑项目全寿命费用。工 程在建设过程中，控制造价是一个非常重要的目标。但是造价水平的变化， 又会影响项目将来的使用成本。如果单纯降低造价，建造质量得不到保障， 就会导致项目使用过程中维修费用增加，甚至会发生重大事故，给社会财产 和人民生命安全带来严重损害。在设计过程中应该兼顾建设过程和使用过程， 力求项目全寿命费用最低。 3 设计必须兼顾近期和远期的要求。一项工程建成后，往往会在很长的 时间内发挥作用。如果按照目前的要求设计工作，在不远的将来，可能会出 现由于项目功能水平无法满足要求而重新建造的情况。但是如果按照未来的 需要设计工程，又会出现由于功能水平过高而资源闲置浪费的现象，所以设 计者要兼顾近期和远期的要求，选择项目合理的功能水平。同时也要根据远 景发展要求，适当留有发展余地【2 j 。 1 3 本文主要研究内容 本文以磨盘山净水厂工程设备总体设计方案为主要研究背景，针对各系 统工艺方案设计进行比较选择，并根据投资控制方法确定最终的系统方案。 本文具体的研究内容如下： 1 根据供水工程总体规划确定设计原则与设计依据。在规划基础上进行 总体工艺设计与方案选择，给出净水厂工艺系统的总体方案； 2 在总体方案的基础上对沉淀过滤子系统进行细化设计，首先以沉淀 池、絮凝池及滤池参数为标准给出该子系统的总体设计方案，通过投资比较 进行总体方案选择。在此基础上分别对絮凝池、沉淀池及滤池的池型进行设 计，同样采用投资比较进行方案筛选及确定； 3 对废水回收系统进行设计。通过各国不同经验的经验公式确定净水厂 污泥量，并以其作为该系统的设计目标。比较分析了国内外污水处理系统的 工程实例，结合本项目的实际情况进行了废水回收系统设计，在相同性能参 6 第1 章绪论 的基础上以投资及运营成本为依据进行方案比较，从而确定最终方案； 4 在确定净水厂工艺方案的基础上，对净水厂各主要构筑物、工艺池进 设计，从而完成净水厂整体设计方案。 7 哈尔滨t 程大学t 程硕士学位论文 第2 章磨盘山净水厂总体方案设计 2 1 总体设计概述 根据哈尔滨市用水量需求，新建净水厂的总规模为9 x 1 0 6 m 3 d 。净水厂采 用分期建设，一期建设规模为4 5 x 1 0 6 m 3 d ，二期续建规模4 5 x 1 0 6 m 3 a 。 在可行性研究报告阶段，通过工程系统的安全可靠性、基建投资、运行 费用、建设周边条件、对环境的影响等诸方面对三个厂址进行了综合比较， 新建净水厂厂址确定在动力区朝阳乡界内的园艺所西侧、绕行公路南。厂址 处地面标高1 6 9 7 0 m 一1 7 9 1 6 m ，为城市规划用地，占地规模为2 7 8 5 公顷， 目前主要为旱田地，其它为林地、树苗及果树，其中旱田面积为2 3 2 3 公顷， 林地面积为0 6 9 5 公顷，树苗面积为0 1 6 1 2 公顷、果树面积为3 9 6 1 公顷【1 0 】【1 1 】。 最大时流量配水时，不利点服务水头不低于1 8 m ；最大时加消防流量配 水时，不利点服务水头不低于l o m l l 2 j 。 在保证净水厂出水水质满足2 0 0 1 年卫生部颁布的生活饮用水水质卫生 规范9 5 项检测标准的前提下，同时根据原水水质特点及当地使用经验，可 行性研究报告编制中通过方案比较论证，净水工艺采用常规地面水处理流程， 机械混合一水力折板絮凝一斜管沉淀一均质滤料滤池过滤一消毒一用户，设 计中需预留臭氧氧化及活性炭过滤深度处理设施用地1 1 5 】叶1 刀。 本阶段设计中，结合调研及考察学习，对上述净水工艺进行了优化，经 优化论证，确定了如下工艺流程：机械混合一水平轴机械絮凝一斜管沉淀一 双层滤料滤池过滤一消毒一用户【1 3 】【1 4 1 ，如图2 - 1 所示： 水厂净水工艺设计流程图 8 厂总体方案设计 ( 1 ) 哈尔滨市城市总体规划( 1 9 9 6 年 - 2 0 1 0 年) 哈尔滨市人 民政府( 1 9 9 8 年8 月) ； ( 2 ) 哈尔滨市国民经济和社会发展第十个五年计划纲要哈尔滨 市人民政府( 2 0 0 1 年2 月1 3 日) ； ( 3 ) 哈尔滨市城市供水水源规划哈尔滨市计划委员会、哈尔滨 市水利局( 1 9 9 4 年1 0 月) ； ( 4 ) 黑龙江省水资源开发利用工程选点规划黑龙江省水利厅 ( 1 9 9 4 ) ； ( 5 ) 哈尔滨市城市水资源规划哈尔滨市水利局( 1 9 9 9 年1 月) ； ( 6 ) 哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告黑龙江省水 利水电勘测设计研究院、中国市政工程华北设计研究院、中国市政工程东北 设计研究院( 2 0 0 2 年5 月) ； ( 7 ) 哈尔滨市磨盘山水库供水工程环境影响报告书中国市政工 程东北设计研究院、黑龙江省水利水电勘测设计研究院( 2 0 0 1 年1 2 月) ； ( 8 ) 哈尔滨市磨盘山水库供水工程水土保持方案报告书黑龙江 省水利水电勘测设计研究院( 2 0 0 1 年1 2 月) ； ( 9 ) 关于哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告的预评估报 告及专家预评估会议纪要，黑龙江省国际工程咨询公司2 0 0 1 年1 2 月2 5 日； ( 1 0 ) 关于哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告水库部分 的审查意见黑龙江省水利厅2 0 0 2 年1 月2 4 日( 黑水发 2 0 0 2 1 1 7 号) ； ( 1 1 ) 关于报送哈尔滨市磨盘山水库供水工程水库部分可行性研究报 告审查意见的报告水利部水利水电规划设计总院2 0 0 2 年7 月2 日( 水 总设 2 0 0 2 1 3 7 号) ；附件哈尔滨市磨盘山水库供水工程水库部分可行性研 究报告审查意见； 9 哈尔滨一| = 程大学工程硕士学位论文 ( 1 2 ) 关于哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告的评估报告 中国国际工程咨询公司2 0 0 2 年2 月2 6 日( 咨社会 2 0 0 2 1 4 4 9 号) ；附件 专家组评估意见。 ( 1 3 ) 关于哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告的批复告 国家发展计划委员会2 0 0 2 年1 1 月8 日( 计投资 2 0 0 2 1 2 3 7 5 号) 。 2 2 2 设计原则 磨盘山净水厂总体设计原则包括以下四个方面： ( 1 ) 依据城市总体规划及可行性研究报告评估批复文件精神，近远期结 合，统筹设计； ：( 2 ) 根据原水水质特点及净水工艺，进一步优化净水构筑物形式、工艺 设备及器材、建( 构) 筑物结构形式，实现先进性、合理性、可靠性的有机 统一。为适用水质标准不断提高的发展趋势，在水厂总图布置中预留深度处 理设施建设用地； ( 3 ) 充分利用磨盘山水库水头，完善配水方案，实施城区部分重力配水、 降低压力配水的水泵扬程，节省运行费用。通过比较择优选择新建配水管道 管材； ( 4 ) 在统一规划前提下，合理利用现有供水设施，通过新建及改造现有 配水系统，实现城区供水系统优化方案，以达到全系统经济运行。 2 3 净水厂工艺总平面设计 根据总体设计方案，净水厂规划用地范围约4 0 8 3 公顷，含厂区围墙与 北侧环城高速路之间1 0 0 米绿化带、西侧2 0 米、东侧4 0 米、南侧至规划道 路中心线4 5 米的厂外面积。 2 3 1 设计方案 根据净水厂规划用地范围、原水进厂方向及预留深度处理设施用地布置， 对净水厂工艺总平面做了五个布置方案，其具体论述如下： 方案一：南侧进水西北角预留用地方案 1 0 第2 章磨盘山净水，。总体方案设计 即可行性研究报告推荐方案，从规划用地范围东侧起布置厂区。原水管 线从厂区南侧进入，净水流程方向为由南向北。厂区中部布置净水构筑物， 污泥处理区及附属建筑物位于厂区西部，东部为办公区，预留深度处理用地 位于厂区西北部。厂区占地2 7 8 5 公顷( 含预留深度处理设施用地) ，用地 系数为0 3 2 公顷万吨水。该方案厂区不占用北侧的防护绿带及其他规划用 地。 方案二：南侧进水中间预留用地方案 从规划用地范围东侧起布置厂区。原水管线从厂区南侧进入，中部布置 净水构筑物，预留深度处理设施用地布置在净水间与清水池之间，东部为污 泥处理区，管理及附属建筑物位于厂区西部。厂区占地3 0 公顷，用地系数为 o 3 3 公顷万吨水。该方案厂区需占用北侧规划防护绿带2 5 3 公顷。 方案三：南侧进水两期中间预留用地方案 从规划用地范围东侧起布置厂区，原水管线从厂区南侧进入，预留深度 处理设施用地布置在一、二期净水构筑物之间，管理及附属建筑物位于厂区 西部，东部布置污泥处理区。厂区占地2 7 8 5 公顷，用地系数为0 3 2 公顷 万吨水。 方案四：东侧进水西南预留用地方案 从规划用地范围西侧起布置厂区。原水管线从厂区东侧进入，深度处理 预留用地预留在厂区西南部，西部布置净水构筑物，中部为污泥处理区，管 理及附属建筑物位于厂区东部。厂区占地2 6 5 公顷，用地系数为o 2 9 公顷 万吨水。该方案厂区东侧空地难以利用，用地不够合理。 方案五：东侧进水中间预留用地方案 从规划用地范围西侧起布置厂区。原水管线从厂区东侧进入，西部布置 净水构筑物，预留深度处理用地位于净化间与清水池之间，管理及附属建筑 物位于厂区东部，中部布置污泥处理区。厂区占地2 6 5 公顷，用地系数为o 2 9 公顷万吨水。同方案四，厂区东侧空地难以利用，用地不够合理。 2 3 2 方案比较及选择 以上五个布置方案中，从原水管线进厂方向来看，前三个方案的原水管 哈尔滨工程大学工程硕士学位论文 ；m w m 暑宣i i i i 置i 置宣；i i i i i i i i 宣宣i i