给水厂毕业设计（3.0万吨）【含全套CAD图和设计说明书】
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含全套CAD图和设计说明书
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给水厂毕业设计（3.0万吨）【含全套CAD图和设计说明书】,含全套CAD图和设计说明书,水厂,毕业设计,3.0,全套,CAD,设计,说明书
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毕业设计（论文）任务书 题目：3万 m3/d自来水厂的设计系 名 建筑工程系 专 业 环境工程 年 级 2007 姓 名 学 号 6007207168 指导教师 职 称 讲师 2011 年 2月 28日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）1. 工作基础：毕业设计是高等院校培养学生必不可少的重要环节，学生应在所学专业课和某些专业基础课的基础上，查阅大量的文献和资料并认真总结相关课程设计的经验，结合生产实习和毕业实习的时间活动，认真独立地完成本次毕业设计任务。2. 研究条件：国内外类似工程实例，相关图纸、论文资料和文献、设计手册、相关设计规范及国家标准。3. 应用环境：水资源开发与利用、市政建设和工程、给水工程和设备4. 工作目的：详细了解设计程序和规范，巩固和加深已有的理论知识，重点培养学生的创新精神和独立工作能力，加强分析问题和解决问题的能力以及工程实践能力的培养和训练，最使师学生具有严谨的科学精神、科学作风和工作态度。二、参考文献1.给水排水制图标准 GBJ106-872.室外给水工程规范 中国建筑工业出版社，20003.给水排水设计手册中国建筑工业出版社，20024.给水排水标准图集中国建筑标准设计研究所，19945.简明给排水设备手册中国建筑工业出版社，20026.净水厂设计中国建筑工业出版社，19867.水工业工程设备 中国建筑工业出版社，20008.城市给水排水工程规划 安徽科学技术出版社，20019.给排水快速设计手册 中国建筑工业出版社，199910.室外给水设计规范 GB50013-200611.城市给排水工程概预算定额与工程量清单计价及设计施工验收实务全书 中国科技文化 出版社，2004三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）1.设计内容以地面水为水源，设计一座自来水厂共居民生活和工业使用，其出厂水质按生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）中规定的数值执行。适当考虑预留增加深度处理工艺的可行性，以适应新的生活饮用水卫生标准对水质的要求。设计成果包括：（1）开题报告（不少于2000字）（2）设计说明书（不少于1.2万字）（3）给水厂总平面图布置图（2#图1张）（4）给水厂高程布置图（2#图1张）（5）给水泵房工艺图（2#图1张）（6）处理构筑物施工平面图和剖面施工图（2#图3张）（7）外文资料翻译（不少于5000汉字）2.主要指标和技术参数（1）主要指标和技术参数： 设计水量3万m3/d，出水水压为38 m，且出厂水质按生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）中规定的数值执行。适当考虑预留增加深度处理工艺的可行性，以适应新的生活饮用水卫生标准对水质的要求。原水水质最高最低平均悬浮物（mg/L）1253669浊度（NTU）462336色度（度）21819耗氧量(mg/L)635含盐量(mg/L)240217228总硬度(mg/L)126118122氯化物(mg/L)988790大肠菌群（个/L）291318细菌总数(个/mL）980443544（2） 气象条件： 平均气温15.3 最低气温16.8 最高气温34 全年平均降水量400 mm 最大降雨量76 mm 最大积雪厚度15 mm 夏季主导风向西北 最低水温2.1 最高水温28.0（3） 地质条件： 地基承载89 kPa 地下水位1.8 m 最大冻土深度80 cm 河水最高水位13.5 m（大沽标高） 河水最低水位10.8 m（大沽标高） 设计场地平坦标高为15.45 m（大沽标高）3.设计要求（1）学生应该独立完成毕业设计并提出自己的设计文件；（2）毕业设计目的在于总结和巩固所学知识必须给予足够重视并能刻苦钻研。四、毕业设计进度计划及检查情况记录表序号起止日期计划完成内容111.01.1011.03.10熟悉工程制图标准、收集资料、完成开题报告211.03.1011.04.01基于具体设计资料，确定设计方案、工艺流程311.04.0111.04.30计算各单体构筑物411.05.0111.05.20完成工程预算成本分析、绘制设计图纸511.05.2111.06.10整理设计计算、说明书611.06.1111.06.20准备毕业设计答辩指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称3.0万 m3/d自来水厂的设计系名称建筑工程系专业名称环境工程（给排水）学生姓名崔锦鹏指导教师刘秀丽一、选题的依据及意义：（一）水源和水质 该自来水厂以地面水为水源，原水水质符合生活饮用水水源水质标准二级标准,水质较好，属于二级水源水。（二）供水水质及水压 出水水压38 m，水质符合生活饮用水卫生标准（四）气象条件 平均气温15.3 最低气温16.8 最高气温34 全年平均降水量400 mm 最大降雨量76 mm 最大积雪厚度15 mm 夏季主导风向西北 最低水温2.1 最高水温28.0意义：通过毕业设计，熟悉并掌握给水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，学会根据设计原始资料正确地选定设计方案，正确计算, 具备设计中、小城镇水厂的初步能力。对取水工程、净水厂进行设计。要求对总体布置的设计思想，从工艺流程、操作联系、生产管理以及物料运输等各方面考虑，而进行合理的组合布置设计。掌握设计说明书、计算书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。二、国内外研究现状及发展趋势长期以来，给水工艺仍然是混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒几个阶段，宏观上理论上尚无重大突破，然而在微观上，净化工艺确不断地改进，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。传统工艺、理论主要是建立在以粘土胶体微粒和致病细菌为主要工作对象的基础上，随着污染程度的日益加剧和污染源的逐渐增多，污染物品种的多样化，为给水处理工作者带来新的课题。现在给水工程较以往的任何时候都更加注意原水的预处理工作和在传统工艺后面的深度处理，这是当前发展最快的方面，也是我国和国外给水工艺水平主要差距所在。（一）预处理预处理是设置在传统处理工艺之前的各种处理措施，包括格栅筛除原水中的漂浮杂物，预氯投加，调整原水的pH 值，泥砂在预沉池中预沉以及投加粉末活性炭或生物过滤等各种工艺措施。我国的预处理工艺主要是格栅隔除漂浮物；预氯投加，即在长距离输水管的起始点小剂量加氯；或在预沉池前投氯，以保证充分的消毒效果。粉末活性炭的投加多为季节性，当水质严重污染时，为了去除臭味和有机物而采用的临时性措施。由于我国生活水准所限，粉末活性炭投加对制水成本影响较大，故采用不多。从西方发达国家情况看，原水的调质已是普通采用的水处理手段。（二）常规处理1、混合技术 理论上早已阐明混合是絮凝的基础，要求快速剧烈的混合，以促进混凝药剂扩散速度和压缩水中胶体的双电层，使胶体脱稳。但在实际工作中对混合长期未给予应有的重视。80 年代中后期加强混合才成为给水界最强调的观点，因而也陆续出现了多种混合设备。有水力隔板混合、水泵混合、机械混合、混合池、槽等以及近几年应用于给水行业上的静态混合器。从混合设备形式上看，我国现有水平不逊于国外先进国家。由于混合设备对水力条件、输入能量、混合方式要求比较严格、设备、构造上的差异往往造成混合效果相差较大，单纯从理论计算上进行混合设计，往往和预先设想结果有较大偏差，因而影响混合效果。国外先进国家对混合设备都作严格的测试，以期取得最佳混合效果。2、絮凝反应 我们的反应设备总体上和国外水平差距不大，传统上的絮凝反应多采隔板反应，是建立在近壁紊流理论基础上的。随着给水理论的深入研究和发展，从能量耗散的角度出发提出自由紊流的微旋涡理论，我国在此理论之上研制出多种设备反应亦投入生产运行。但我国机械反应多为垂直轴机械反应，国外平流沉淀池多为水平轴机械反应，并采用液力无级变速式电机调频无级变速。我国在前一段时间对缩短反应时间很感兴趣，所设计的反应池停留时间有的短达7 分钟，认为这样可以减少占地节约投资。现在随着实践和对高效反应的认识加深，又开始倾向延长反应时间，这与国外先进国家的认识趋于一致。3、 沉淀池 平流沉淀池是给水行业最古老的一种池型，大型水厂应用较多，我国与国外技术水平相差无几，所不同的是，国外停留的时间较长，一般为24 h，我国停留时间多为12 h。选择较长的停留时间可以节约药剂，提高沉淀后的水质，并有足够的调节余地，抗冲击负荷能力较强。停留时间短可以节省基建投资，减少占地面积。具体设计停留时间多长为好，这需要根据国家发达程度、沉淀后水质指标要求，并进行经济技术比较后确定，根据我国水质标准和国情，采用1.52.0 h停留时间为好。斜管沉淀池是继平流沉淀池之后于60年代末、70年代初发展起来的一种建立在浅池理论上的沉淀设施，具有占地面积少、沉淀效率高的特点，在我国经过近20年的应用和发展，使沉淀技术日臻完善，也积累了许多设计和运行经验，是一种成熟工艺。4、澄清池 澄清池在我国使用普通程度仅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。悬浮澄清和水力循环澄清池是早期修建。现在为了提高效率，大多都进行了不同程度的改进。我国现在建造的澄清池多为机械加速澄清池，用于中小水厂的一级处理，国外先进国家仍在研制新型澄清池，以进一步扩大澄清池的适用范围和得到高质量的滤前水。法国德克雷蒙公司(Degrement)最新研制出的“登萨代”(Densadeg)澄清池，可以认为是新型澄清池的代表。该种澄清池弥补了各种传统澄清池的不足，具有如下： 特点：板状澄清区有较高的上升流速(5.510.1 mm/s)；能产生特别浓的回流污泥(20500 g/L)使回流污泥量极大减少，并可以使污泥处理系统省略污泥浓缩池；可生产高质量的水（浊度低于1NTU）；和通常用的澄清池相比，药剂费用节约1030%；运行可靠，能耐受流量和水质变化的冲击；能用于多种水处理工艺，如饮用水净化、水软化、城市污水处理。由于Densadeg澄清池具有以往澄清池所不具备的优势，目前已在法国、德国推广应用。相信不久的将来也将引入我国，缩小我国在澄清池方面与先进国家的差距。5、气浮法 气浮处理工艺是净水一级处理的另一种形式。气浮法是一个古老的处理工艺。从工艺发展来看，我国与先进国家几乎是同步进行的。近年我国的成都市建起了处理规模达20 万m3/d的大型气浮池。从给水工艺上看溶气气浮是一种很有发展前途的处理工艺。它有许多优点：在池中停留时间短，一般为1530 min，因而处理效率较高；能有效地处理低温低浊水；能较好地解决除藻问题；能对被有机物污染水体起曝气作用；气浮法产生污泥含水率(9095%)比沉淀池(9599.8%)的低得多；池子结构简单，造价低。我国当前在气浮法处理工艺与先进国家相比差距很小，也并非表现在处理工艺水平上，而是污泥的处置。国外有较完善的污泥处理手段和设备，对气浮法产生的污泥处理不成问题，而我国由于国情所致，给水厂的污泥处理还处于未起步阶段，沉淀池产生的污泥一般多重新排入水体，而气浮法产生的污泥则不能排入水体，必须进行处理。当前气浮产生的污泥苦于找不到适于我国国情的费用低廉的污泥处理工艺和设备，而使其普及带来困难。6、过滤 过滤在水处理上一般称为二级处理，通常是设于沉淀、澄清、气浮等一级设备之后，用来进一步降低水中浊度。最早的过滤是使用慢滤池。这是利用生物膜过滤工艺。慢滤池出水水质高，但生产效率低。当前国内外过滤过程多使用快滤池以提高生产效率。快滤池的过滤机理是接触絮凝。快滤池发展历史已百余年，创造出多种池型，有四阀滤池、双阀滤池、虹吸滤池、无阀滤池、压滤罐等。大型水厂多使用四阀滤池及其改型的双阀滤池。从滤料上看，使用单层砂滤料和砂、煤双层滤料的较多，三层滤料及三层以上滤料应用较少。国外先进国家的过滤设备与我国相比在三个方面有较大改进：滤料品种、级配的改进；辅助冲洗的普遍应用；自用水的降低。滤料品种和级配的改进方面，我国使用的砂滤料，粒径一般在0.451.1 mm，不均匀系数K80 一般选在1.62.0，无烟煤滤料一般作为双层滤池的轻质滤料，粒径多为1.02.0，不均匀系数K80 多为2.0左右。欧美许多新建的滤池都有向大粒径、深厚度方向发展。我国近年来也有这种趋势，但象洛杉矶水厂那样大胆采用单层煤滤料尚未见到。（三）絮凝剂和絮凝控制技术 给水处理中，在絮凝药剂投加控制和絮凝剂的使用方面，我国还处于一般水平。主要反应在絮凝剂的品种少、质量低。在国外，特别是作为原水调质而采用的助凝剂较为普遍。我国这方面差距较大。在药剂自动投加方面，大部分水厂正处于起步阶段。对于国外先进的自动控制工艺，我国已开始致力于引进和研究。1、絮凝剂和助凝剂的使用情况目前国内外大部分净水厂采用的絮凝剂仍铝盐和铁盐最为普遍。我公司主要使用铁盐絮凝剂，如三氯化铁、硫酸亚铁、氯化硫酸亚铁。近几年来，国外正研制和开发应用新型高效絮凝剂方面进展很快。引人注意的是两类絮凝剂。一类是无机聚合物絮凝剂；另一类为有机高分子聚合物絮凝剂。2、絮凝剂的控制投加 絮凝控制技术是净化处理的重要环节，因此如果控制不好，既不能达到预定的水质要求，又导致药剂的浪费。我们目前大部分净化水厂仍沿用化验室烧杯搅拌试验确定投加率与经验投加相结合的方式，人工操作投加。该方法的缺点是不能满足连续运行的需要，也就不能随水质水量的变化而及时调整投加量。同时由于在化验室内做烧杯搅拌试验与实际生产中的水力条件差距较大，因此提供的投加率仅能作为实际投加的参考值，不仅不准确，还带来检验投加效果的滞后性。目前国外投药控制发展趋势已由多参数控制向单因子控制方向发展，因为单因子控制不要求建立较复杂的数学模型，连续检测传感器单一，管理维护方便。近几年来这一技术发展很快，出现了流动电流投药控制系统和絮凝控制在线检测仪（也称Eloo-nate 连续探测器）。最近英国水研究中心和伦敦大学研究人员联合研制了一种新的絮凝控制在线检测仪器(FIOC mate 探测器)。该仪器根据水中流动悬浮胶体产生的浊度波动，极灵敏地显示絮体形成状态，可在实验室或现场条件下确定最佳投药量。 上述两种单因子自动控制絮凝检测仪是国外先进技术，我国正起步研究，尚未有应用实例。因此今后应上述技术进行积极的引进和研究，根据我国国情和水质因素，提出可靠的控制方法，以缩小我国在混凝控制方面与国外先进水平的差距。（四）消毒杀菌技术和水的深度处理消毒杀菌技术已成为给水处理中不可缺少的处理手段之一。随着工农业的发展，自80 年代起，由于部分地区的地面水源水质逐渐变差和饮用水水质要求的提高，水厂的处理工艺在常规处理基础上向深度处理的趋势发展。1、消毒杀菌技术很长一个时期以来，传统的消毒杀菌剂主要是采用氯及其化合物。该方法操作技术简单、价格低、杀菌效果好。在国外至今仍为主要杀菌方法之一，我国应用更为普遍。使用氯气消毒我国与国外的主要差距在于投加的控制手段上，目前一般采用容量分析比色法测量投氯后的余氯值，依据其余氯值采用浮子加氯机或真空加氯机调节投加量，靠人工操作。该方法不能提供准确的投加量，只是靠经验控制，检验投加效果又具有滞后性。而国外则采用自动余氯检测仪检测，根据余氯量反馈给自动加氯机自动调节投加量。这套设施由于国内的余氯检测仪以及氯氨加注自动化设施有待提高，目前尚不普及。2、水的深度处理水的深度处理主要在于去除原水中的微量有机污染物，国外采用深化处理较为普遍，我国在水的深化处理方面还处于起步阶段，大部分老水厂均未采用深度处理，只是部分新水厂采用了活性炭吸附处理。目前水的深度处理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭联用和生物活性炭。 除利用臭氧的增氯化能力与活性炭滤池联用外，目前国外还致力于用臭氧与生物活性炭(O3BAC)对水做深度净化处理的研究。它是当前去除水中有机物质的较为有效的一种深度处理方法，在日本引起极大的重视。试验和生产实践表明，该技术具有如下特点：能去除水中溶解性有机物；能降低TOC，COD及氨氮；能降低进水中三卤甲烷母体；对色度、铁、锰酚都有去除效果；能使Ames试验为阳性的水成阴性。但由于该技术耗电量较大，使用尚不普及。三、本课题研究内容1、取水工程水源选择、取水方案及位置的确定、取水构筑物形式和设备设计计算并绘图。2、给水处理工程净水厂场址选择、水处理方案的比较与选择、建构筑物型式、尺寸及设备选择计算并绘图。四、本课题研究方案水厂工艺流程图：一级泵站机械混合池二级泵站清水池普通快滤池机械澄清池五、研究目标、主要特色及工作进度：1、通过水厂处理工艺的设计使原水经处理后达生活饮用水卫生标准中的规定。2、通过对水厂的合理设计，使工程投质和运行费用较低，使工程具有一定的可靠度，满足用户对水质，水量，水压的近远期要求。3、运用现代化的管理技术实现对水厂的自动化控制。六、参考文献1 GBJ106-87，给水排水制图标准S北京：中国计划出版社，19882 GB50013-2006，室外给水设计规范S北京：中国建筑工业出版，20063 崔玉川给水厂处理设施设计计算M化学工业出版社，20024 钟淳昌简明给水设计手册M中国建筑工业出版社，20025 钟淳昌净水厂设计M中国建筑工业出版社，19866 张杰，刘喜光水工业工程设计手册水工业工程设计手册：水工业工程设备M中国建筑工业出版社20007 任伯帜城市给水排水工程规划M安徽科学技术出版社20018 严煦世给水排水工程快速设计手册M中国建筑工业出版社19999 GBJ13-86，室外给水设计规范S上海：上海市建设和交通委员会，1986选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字） 年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字） 年 月 日毕业设计（论文）说明书 题目： 3.0万 m3/d自来水厂的设计系 名 建筑工程系 专 业 环境工程 年 级 2007 姓 名 指导教师 2011年 6月 17日摘 要给水工程的任务是向城镇居民、工矿企业、公共设施等提供用水，且保障水质、水量、水压要求。本设计完成了给水工程的初步设计，主要内容包括：给水处理工艺比选及确定、主要处理构筑物的计算和校核、给水厂平面布置、高程设计计算并完成了成果图的绘制。本设计以地表水为水源，处理水量为3万m3/d。设计的给水处理工艺流程为：源水泵站混凝机械搅拌澄清池普通快滤池清水池二级泵房城市管网。其中，选用硫酸铝作为混凝剂，液氯作为消毒剂，出水水质可达到生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。关键词：给水工程；机械搅拌澄清池；普通快滤池；二级泵站 ABSTRACT The main task of water-supply engineering is to feed the water for civil, industrial and public usage under the condition of certain quality, flow and pressure. The preliminary design of the water treatment plant was accomplished. The key elements of design were composed of comparison of treatment methods to choose the suitable process,to determine and check the size of major structures. Also, the site and elevation layout and maps have been finished. The design was supplied with surface water by the size of 30,000 m3/d. The treatment scheme was designed from water source, accelerated clarifier, inclined pipe Filter, ordinary fast rate, clearance pond, two pumping stations to city pipeline. Selection of coagulant aluminum sulfate, liquid chlorine as disinfectant. Water plant to meet water quality requirements Drinking Water Health Standard(GB5749-2006).Key words: Water-supply; Accelerated clarifier; Ordinary rapid filter; High Service Pumping Station目 录 第一章 绪论11.1 设计资料综述11.1.2 原始资料11.1.3 设计内容11.2 设计目的与要求31.2.1 设计目的31.2.2 设计要求3 第二章 水质分析及设计水量计算42.1 水质分析42.2 设计水量计算5 第三章 给水处理工艺流程63.1设计原则63.2 设计规模63.3 厂址选择63.4 水厂工艺流程选择73.5 处理构筑物的选择83.5.1 混凝剂的选择与投加83.5.2 混合设备93.5.3 絮凝设备103.5.4 沉淀设备113.5.5 澄清池133.5.6 过滤设备133.5.7 消毒15 第四章 净水厂工艺计算164.1 混凝剂选用及加药间设计计算164.1.1 混凝剂药剂的选用164.1.2 混凝剂的投加164.1.3 加药间的设计计算164.1.4 溶液池容积164.1.5 溶解池容积174.1.6 投药管174.1.7 溶解池搅拌设备174.1.8 计量投加设备174.1.9 药库的设计参数184.2 机械搅拌澄清池计计算184.2.1 第二反应室184.2.2 导流室194.2.3 分离室194.2.4 池深计算204.2.5 配水三角槽214.2.6 第一反应室214.2.7 容积计算224.2.8进水系统和集水系统224.2.9 排泥及排水计算234.2.10 搅拌机计算244.2.11 刮泥机计算254.3 普通快滤池的设计264.3.1 设计参数264.3.2 设计计算264.4 清水池的设计304.4.1 清水池总容积的计算304.4.2 清水池各管管径的确定314.5 液氯消毒324.5.1 消毒剂选择324.5.2 设计要求324.5.3 投加与调制设备324.5.4 加氯工艺及加氯间计算33 第五章 送水泵选配及二级泵站工艺布置355.1 流量计算355.2 扬程计算355.3 选泵355.4 二级泵房的布置365.5 起重设备选择375.6 泵房高度计算375.7 管道计算375.8 通风与抽水设备计算385.8.1 通风系统计算385.8.2 排水设备38 第六章 平面布置及高程计算396.1 平面布置396.2 高程布置396.2.1 管渠水力计算406.2.2 处理构筑物高程计算41参考文献42外文资料1中文译文15致 谢17天津大学仁爱学院2010届本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 设计资料综述1.1.1 设计题目 3万 m3/d自来水厂的设计 1.1.2 原始资料 原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）根据相关设计资料，确定合理的工艺方案，使给水厂出水水质达到生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），并安全输配到用户，满足用户的需求。(1) 气象条件： 平均气温15.3 最低气温16.8 最高气温34 全年平均降水量400 mm 最大降雨量76 mm 最大积雪厚度15 mm 夏季主导风向西北 最低水温2.1 最高水温28.0(2) 地质条件： 地基承载89 kPa 地下水位1.8 m 最大冻土深度80 cm 河水最高水位13.5 m（大沽标高） 河水最低水位10.8 m（大沽标高） 设计场地平坦标高为15.45 m（大沽标高）1.1.3 设计内容 (1) 根据水质、水量、地区条件、施工条件和水厂运行情况、确定净水厂的处理工艺流程； (2) 拟定各处理构筑物的设计流量，并根据确定的净水厂位置，选择适宜采用的处理构筑物，确定设计采用的处理构筑物的形式及数量； (3) 进行各构筑物的设计计算，确定各构筑物和各主要构件的尺寸并绘制部分计算简图，设计时要考虑到构筑物及其构件施工上的可能性，并符合要求。 a. 投药及混合根据原水水质、处理要求、货源及其他经济技术条件选定混凝剂品种及投加量，设计溶解池、溶液池，布置加药间及药库，画出草图；确定混合方式，进行混合工艺设计计算和设备选择。 b. 絮凝、沉淀絮凝池和沉淀池应同时进行计算和设计，并应注意两者的关系与配合，要使两池之间在高程、水流衔接、深度和池数等方面相互配合。根据设计流量，絮凝池、沉淀池应至少分为独立相同的两组，每组可根据需要分为若干格。也可根据水质情况选用澄清池，并进行设计计算。 c. 滤池在北方，滤池一般应设在室内，冲洗水泵房应尽可能与滤池合建。 d. 消毒选定消毒剂并根据水质有关参考资料确定其投加量，投加点应根据水质情况确定。进一步选择投加设备，布置加药间及药库，绘出草图。 e. 清水池清水池之间要既能互相连通，又能单池运行。清水池应根据水量大小、地形及设计高程而定，由单池容积和设计水深决定水池平面尺寸。 (4) 根据各构筑物的确定尺寸，确定各构筑物在平面位置上的确切位置，完成平面布置；确定各构筑物间联接管道的位置，管径、长度、材料及附属设施，完成水厂的高程布置。 (5) 绘制净水厂平面及高程布置图，净水构筑物工艺平、剖面图。 (6) 二泵站设计计算选泵台数不宜过多，也不宜过少，应能满足各种不同流量及扬程之需要为宜，一般4-7台，尽可能同型号。确定泵站形式，进行泵站设计计算；绘制二泵站工艺图。1.2 设计目的与要求1.2.1 设计目的 给水工程毕业设计是本专业教学必不可少的极为重要的实践性教学环节之一，是检验学生掌握所学专业知识程度的重要手段。通过给水工程毕业设计，可使学生系统掌握给水工程设计原则及程序，设计步骤和方法，标准图集的参考与选用，以及对设计说明书和图纸的要求，使学生在工程设计方面得到一次全面锻炼。1.2.2 设计要求 (1) 应具备的能力 知识方面：系统地掌握本专业所必须的基础理论知识，掌握水力学、水分析化学和污染控制微生物学等主要专业基础课的理论知识，具有系统的给水工程、排水工程等专业知识，对新工艺、新材料、新设备有一定的了解。 能力技能方面：具有给水、排水系统规划与工艺设计能力，具有本专业必需的制图、运算、计算机等方面的操作能力。 (2) 基本要求a. 通过毕业设计，应具有一定的综合技术分析能力、设计运用能力、运用计算机能力、工程制图及编制说明书的能力。b. 应在指导教师的指导下完成所规定的内容和工作量。c. 设计计算要正确，理论叙述要简洁明了，文理通畅。 d. 毕业设计图纸应能较好地表达设计意图，图纸布置合理，正确清晰达到规范要求。e毕业设计图纸应能较好地表达设计意图，图纸布置合理，正确清晰达到规范要求。第2章 水质分析及设计水量计算2.1 水质分析 本设计给水处理工程设计原水水质应满足国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)，处理的目的是去除原水中悬浮物质，胶体物质、细菌、病毒以及其他有害成分，使净化后水质满足生活饮用水的要求。根据生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)对城市供水水质的要求，水源水的水质应符合下列要求： (1) 水中不得含有致病微生物； (2) 水中所含化学物质和放射性物质不得危害人体健康； (3) 水的感官性状良好； (4) 城市供水水质检验项目； (5) 常规检验项目见下表。表1-1 生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)常规检验项目序号项 目单 位标准限值1PH值/6.58.52色度度153浊度NTU34肉眼可见物/不得含有5总硬度mg/L，CaCO34506氯化物mg/L2507氟化物mg/L2508硝酸盐mg/L109总溶固物mg/L100010铁mg/L0.311锰mg/L0.112铜mg/L113砷mg/L0.0114锌mg/L1.015铅mg/L0.0118细菌总数CFU/mL80水质分析： 本设计中采用的是二类水质，浊度，菌落总数，大肠杆菌均不达标，需要处理。2.2 设计水量计算 水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并以水质最不利情况进行校核。水厂自用水量主要用于滤池冲洗和排泥等方面。城镇水厂自用水量一般采用供水量的5%10%，本设计取10%，则设计处理量为：4m3/d式中 Q水厂日处理量；a水厂自用水量系数，一般采用供水量的5%-10%，本设计取10%； Qd设计供水量(m3/d)，为3万m3/d第3章 给水处理工艺流程3.1设计原则水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量加水厂自用水量进行设计，并按原水水质最不利情况进行校核。水厂自用水量取决于所采用的处理方法、构筑物类型及原水水质等因素，城镇水厂自用水量一般采用供水量的5%10%，必要时可通过计算确定。水厂应按近期设计，并考虑远期发展。根据使用要求及技术经济合理等因素，对近期工程亦可做分期建设的可能安排。对于扩建、改建工程，应从实际出发，充分发挥原有设施的效能，并应考虑与原有构筑物的合理配合。水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时，仍能满足用水要求、主要设备应有备用量；处理构筑物一般不设备用量，但可通过适当的技术措施，在设计允许范围内提高运行负荷。水厂自动化程度，应本着提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的原则，根据实际生产要求，技术经济合理性和设备供应情况，妥善确定。设计中必须遵守设计规范的规定。如果采用现行规范中尚未列入的新技术、新工艺、新设备和新材料，则必须通过科学论证，确证行之有效，方可付诸工程实际。但对与确实行之有效、经济效益高、技术先进的新工艺、新设备和新材料，应积极采用，不必受现行设计规范的约束。3.2 设计规模给水厂处理构筑物设计规模按最高日平均时流量计，即： （）式中，为水厂最高日供水量，（），为自用水系数，取决于处理工艺、构筑物类型、原水水质及水厂是否设有回收水设施等因素，一般在1.051.10之间，T为一级泵站每天工作小时数。水处理构筑物的设计，应按原水水质最不利情况时所需供水量进行校核。3.3 厂址选择 厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。 在选择厂址时，一般应考虑以下几个问题：厂址应选择在工程地质条件较好的地方，一般选在地下水位低，承载力较大，湿陷性等级不高，岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。水厂尽可能选择在不受洪水威胁的地方，否则应考虑防洪措施。水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价，并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起，当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案，一是将水厂设置在取水构筑物附近；另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。前一种方案主要优点是：水厂和取水构筑物可集中管理，节省水厂自用水（如滤池冲洗和沉淀池排泥）的输水费用并便于沉淀池排泥和滤池冲洗水排除，特别对浊度较高的水源而言。但从水厂至主要用水区的输水管道口径要增大，管道承压较高，从而增加了输水管道的造价，特别是当城市用水量逐时变化系数较大及输水管道较长时；或者需在主要用水区增设配水厂（消毒、调节和加压），净化后的水由水厂送至配水厂，再由配水厂送入管网，这样也增加了给水系统的设施和管理工作。后一种方案优缺点与前者正相反。对于高浊度水源，也可将预沉构筑物与取水构筑物建在一起，水厂其余部分设置在主要用水区附近。以上不同方案应综合考虑各种因素并结合其他具体情况，通过技术经济比较确定。3.4 水厂工艺流程选择给水处理方法和工艺流程的选择，应根据原水水质及设计生产能力等因素，通过调查研究，必要的实验并参考相似条件下处理构筑物的运行经验，经技术经济比较后确定。由于水源不同，水质各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程有多种多样。方案1：以地表水作为水源时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤及消毒。工艺流程如图： 源水混凝剂投入混合絮凝沉淀过滤消毒清水池二泵站用户 （澄清） 方案2：当原水浊度较低（一般在50度以下），不受工业废水污染且水质变化不大者，可省略混凝沉淀（或澄清）构筑物，原水采用双层滤料或多层滤料池直接过滤，也可在过滤前设一微絮凝池，称微絮凝过滤。工艺流程如图： 源水混凝剂投入混合直接过滤消毒清水池二泵站用户 高分子助凝剂方案3：当原水浊度较高、含沙量大时，为了达到预期的混凝沉淀（或澄清）效果，减少混凝剂用量，应增设预沉池或沉砂池，工艺流程如图：源水预沉池或沉砂池混凝剂投入混合絮凝沉淀过滤消毒清水池二泵站用户 （澄清）本设计以地表水三河水为水源，水源水质较好，少许异臭味，所以采用工艺流程如图：源水混凝剂投入混合澄清过滤消毒清水池二泵站用户 3.5 处理构筑物的选择3.5.1 混凝剂的选择与投加 (1) 混凝剂的选择 a. 精制硫酸铝 .18 制造工艺复杂，水解作用缓慢；含无水硫酸铝50%52%；适用于水温为2040当pH=47时，主要去除有机物；pH=5.77.8时，主要去除悬浮物；pH=6.47.8时，处理浊度高，色度低（小于30度）的水。b. 粗制硫酸铝 .18制造工艺简单，价格低；设计时，含无水硫酸铝一般可采用20%25%；含有20%30%不溶物，其他同精制硫酸铝c. 硫酸亚铁 .7絮体形成较快，沉淀时间短；使用于碱度高、浊度高，pH=8.19.6，混凝作用好，但原水色度较高时不宜采用；当PH较低时，常用氯氧化物使铁氧化成三价，腐蚀性较高d. 三氯化铁 .6 不受水温影响，絮体大，沉淀速度快，效果好。易溶解，易混合，残渣少。 对金属（尤其对铁）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料会因发热而引起变形原水PH=6.08.4之间为宜，当原水碱度不足时应加适量石灰；处理低浊水时效果不显著。E. 聚合氯化铝 ，简称PAC净化效率高，用药量少，出水浊度低，色度小，过滤性能好，原水浊度高时尤为显著温度适应性高，pH值使用范围宽（pH=59），因而可调pH值。操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低。f. 聚丙烯酰胺 （又名三号絮凝剂，简写PAM） 处理高浊度水池效果显著，既可保证水质，又可减少混凝剂用量和沉淀池容积，目前被认为是处理高浊水最有效的絮凝剂之一，适当水解后，效果提高，常与其他混凝剂配合使用或作助凝剂，其单体丙烯酰胺有毒，用于饮用水净化应控制用量(2) 混凝剂投加方式选择a. 水泵投加采用计量泵投加，不需另设计量设备b. 水射器投加采用水射器投加，设备简单，使用方便，但水射器效率较低，且易磨损c. 重力投加将溶液池架高，利用重力将药液投入水泵压水管或混合设施入口处，这种投加方式安全可靠，但溶液池位置较高结合上述优缺点，采用计量泵投加混凝剂。综上所述，PAM等有机高分子混凝剂有毒性，不易控制用量，由于在投混凝剂前加液氯进行预处理，如用硫酸亚铁作混凝剂，易被氧化成三价铁。本设计采用聚合氯化铝混凝剂，无机高分子混凝剂操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低，净化效率高，用药量少，温度适用性高，采用计量泵投加，因为其使用方便，操作简单，工作可靠，广泛应用于加药系统，即混凝剂采用聚合氯化铝PAC计量泵投加3.5.2 混合设备(1) 混合方式混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳，以便进一步去除，对混合的基本要求是快速与均匀，一般混合时间1030s，混合方式基本分为两大类：水力混合和机械混合，水力混合简单，但不能适应流量的变化，机械混合可进行调节，能适应各种流量的变化，具体采用何种混合方式，应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。 a. 管式混合 优点：混合简单，无需建混合设施缺点：当混合效果不稳定，流速低时混合不充分静态混合器 优点：构造简单，无运动部件，安装方便，混合快速均匀缺点：当流量降低时，混合效果下降b. 水泵混合优点：混合效果好，不需增加混合设施，节省动力缺点：使用腐蚀性药剂时对水泵有腐蚀作用c. 机械混合优点：混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂缺点：需增加混合设备和维修工作综上所述，因为水厂水量小，易受水量变化影响，为保证混合质量选择机械混合最为合适。3.5.3 絮凝设备(1) 絮凝池形式的选择和絮凝时间的采用，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。a. 隔板式絮凝池往复式隔板絮凝池 优点：絮凝效果好，构造简单，施工方便缺点：容积较大，水头损失较大，转折处矾花易破碎适用条件：水量大于30000 m3/d的水厂，水量变动小者其中，回转式隔板絮凝池： 优点：絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便。缺点：出水流量不易分配均匀，出口处易积泥适用条件：水量大于30000 m3/d的水厂，水量变动小者，改建和扩建旧池时适用。b. 旋流式絮凝池优点：容积小，水头损失较小缺点：池子较深，地下水位高处施工较困难，絮凝效果较差适用条件：一般用于中小型水厂c. 折板絮凝池优点：絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小缺点：构造较隔板絮凝池复杂，造价较高适用条件：流量变化较小的中小型水厂d. 涡流式絮凝池优点：絮凝时间短，容积小，造价较低缺点：池子较深，锥底施工较困难，絮凝效果较差适用条件：水量小于30000 m3/d的水厂e. 网格、栅条絮凝池优点：絮凝池效果好，水头损失小，凝聚时间短缺点：末端池底易积泥f. 机械絮凝池优点：絮凝效果好，水头损失小，可适应水质、水量变化缺点：需机械设备和经常维修适用条件：大小水量均适用，并能适应水量变动较大者g. 悬浮絮凝池加隔板絮凝池优点：絮凝效果好，水头损失较小，造价较低缺点：斜挡板在结构上处理较困难，重颗粒泥砂易堵塞在斜挡板底部3.5.4 沉淀设备(1) 沉淀池类型的选择选择沉淀池类型时，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，并考虑原水水湿变化、处理水量均匀程度以及是否连续运转等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定沉淀池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于2个。经过混凝沉淀的水，在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过10度，遇高浊度原水或低湿低浊度原水时，不宜超过15度。设计沉淀池时需要考虑均匀配水和均匀集水，沉淀池积泥区的容积，应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。当沉淀池排泥次数较多时，宜采用机械化或自动化排泥装置，应设取样装置。a. 平流式沉淀池 优点：造价较低，操作管理方便，施工较简单；对原水浊度适应性强，处理效果稳定，采用机械排泥设施时，排泥效果好 缺点：采用机械排泥设施时，需要维护机械排泥设备；占地面积大，水力排泥时，排泥困难适用条件：一般适用于大中型水厂b. 斜管（板）沉淀池优点：沉淀效率高，池体小，占地小 缺点：斜管（板）耗材多，对原水浊度适应性较平流池差；不设排泥装置时，排泥困难，设排泥装置时，维护管理麻烦适用条件：尤其适用于沉淀池改造扩建和挖潜c. 竖流式沉淀池优点：排泥较方便，占地面积小 缺点：上升流速受颗粒下沉速度所限，出水量小，一般沉淀效果较差，施工较平流式困难适用条件：一般用于小型净水厂，常用于地下水位较低时d. 辐流式沉淀池优点：沉淀效果好缺点：基建投资大，费用高，刮泥机维护管理较复杂，金属耗量大，施工较困难适用条件：一般用于大中型净水厂，在高浊度水地区，作预沉淀池结合优缺点，本设计采用平流式沉淀池(2) 排泥方法a. 人工排泥优点：池底结构简单，不需要其他设备,造价低缺点：劳动强度大，排泥历时长，耗水量大，排泥时需要停水适用条件：原水终年很清，每年排泥次数不多，一般用于小型水厂，池数不少于2个，交替使用b. 多斗底重力排泥优点：劳动强度较小，排泥历时较短，耗水量比人工排泥少，排泥时可不停水。缺点：池底结构复杂，施工较困难，排泥不彻底适用条件：原水浑浊度不高，每年排泥次数不多，地下水位较低，一般用于中小型水厂。c. 穿孔管排泥优点：劳动强度小，排泥历时较短，耗水量少，排泥时不停水，池底结构较简单。缺点：孔眼易堵塞，排泥效果不稳定，检修不便，原水浑浊度较高时，排泥效果差。适用条件：原水浑浊度适应范围较广，每年排泥次数较多，地下水位较高，新建或改建的水厂多采用d. 机械排泥吸泥机 优点：排泥效果好，可连续排泥，池底结构较简单，劳动强度小，操作方便缺点：耗用金属材料多，设备较多适用条件： 原水浑浊度较高，排泥次数较多， 地下水位较高，一般用于大、中型水厂的平流沉淀池。刮泥机 优点：排泥彻底，效果好 ，可连续排泥 ，劳动强度小，操作方便缺点：耗用金属材料及设备多，池底结构要配备刮板装置，结构较复杂适用条件：原水浑浊度高，排泥次数较多，一般用于大、中型水厂辐流式沉淀池及加速澄清池吸泥船 优点：排泥效果好，可连续排泥，操作方便；缺点：操作管理人员多，维护较复杂，设备较多；适用条件：原水浑浊度较高，含砂量大一般用于大型淀池中。3.5.5 澄清池机械搅拌澄清池优点：处理效率高单位面积产水量大，适应性强处理效果稳定；缺点：需要机械搅拌设备，维修较麻烦；适用条件：进水悬浮物含量一般小于1000mg/l，短时间允许达30005000mg/L,一般为圆形池子。综合上述分析可得到，本设计因为水头较小，水量较小且不稳定加之节省占地面积的设计理念，因此选择机械搅拌澄清池。3.5.6 过滤设备过滤形式的选择：供生活饮用水的滤池出水水质经消毒后应符合现行生活饮用水卫生标准的要求；供生产用水的过滤池出水水质，应符合生产工艺要求；滤池形式的选择，应根据设计生产能力、原水水质和工艺流程的高程布置等因素，结合当地条件，通过技术经济比较确定。a. 普通快滤池单层砂滤料 优点：材料易得，价格低；大阻力配水系统，单池面积较大，可采用减速过滤，水质好； 缺点：阀门多，价格高，易损坏，需设有全套冲洗设备；适用条件：一般用于大中水厂，单池面积不宜大于100。无烟煤石英砂双层滤料 优点：含污能力大，可采用较大滤速、减速过滤，水质好，冲洗用水少；缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球； 适用条件：使用于大中型水厂，宜采用大阻力配水系统，单池面积不宜大于100，需要采用助冲设施； 砂煤重质矿石三层滤料 优点：含污能力大，可采用较大滤速、减速过滤，水质好，冲洗用水少； 缺点：滤料价格高，易流失；冲洗困难，易积泥球； 适用条件：使用于中型水厂，宜采用中阻力配水系统，单池面积不宜大于50-60，需要采用助冲设施；b. V型滤池 优点：采用气水反冲洗，有表面横向扫洗作用，冲洗效果好，节水；配水系统一般采用长柄滤头冲洗过程自动控制； 缺点：采用均质滤料，滤层较厚，滤料较粗，过滤周期长； 适用条件：适用于大中型水厂。c. 虹吸滤池 优点：不需大型阀门，易于自动化操作，管理方便 缺点：土建结构复杂，池深大单池面积小，冲洗水量大；等速过滤，水质不如变速过滤； 适用条件：适用于中型水厂，单池面积不宜大于2530。d. 双阀滤池（单层砂滤料） 优点：材料易得，价格低，大阻力配水系统，单池面积可大，可采用减速过滤，水质好，减少两只阀门； 缺点：必须有全套冲洗设备，增加形成虹吸的抽气设备； 适用条件：适用于中型水厂，单池面积不宜大于2530m2。e. 移动罩滤池（单层砂滤料） 优点：造价低，不需要大型阀门设备，池深浅，结构简单；自动连续运行，不需冲洗设备，占地少，节能；缺点：减速过滤，需移动冲洗设备，罩体与隔墙间密封技术要求高，起始滤速较高，因而平均设计滤速不宜过高；适用条件：适用于大中型水厂，单格面积小于10 m2。 综上所述，普通快滤池适用范围广且冲洗效果好，水质好，单池面积较大，冲洗用水少，适用于本次设计。3.5.7 消毒(1)消毒方式选择a. 液氯消毒 优点：经济有效，使用方便，PH值越低消毒作用越强，在管网内有持 续消毒杀菌作用 缺点：氯和有机物反映可生成对健康有害的物质b. 漂白粉消毒 优点：持续消毒杀菌 缺点：漂白粉不稳定，有效氯的含量只有其20%25%c. 二氧化氯消毒优点：对细菌、病毒等有很强的灭活能力，能有效地去除或降低水的色、 嗅及铁、锰、酚等物质缺点：ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害d. 臭氧消毒 优点：杀菌能力很高，消毒速度快，效率高，不影响水的物理性质和化 学成分，操作简单，管理方便 缺点：不能解决管网再污染的问题，成本高综合上述优缺点，鉴于液氯消毒目前使用最为广泛，经济有效，使用方便，所以本设计采用液氯消毒。结合上述工艺以及处理方法的优缺点以及本设计的基础资料，因此确定本水厂的设计工艺流程为：源水机械混合池机械搅拌澄清池普通快滤池滤池消毒清水池二泵站用户 第4章 净水厂工艺计算4.1 混凝剂选用及加药间设计计算 4.1.1 混凝剂药剂的选用 混凝剂选用：碱式氯化铝Aln(OH)mCL3n-m简写PAC。本设计水厂混凝剂最大投药量为20 mg/L。其特点为： (1)净化效率高，耗药量少除水浊度低，色度小、过滤性能好，原水高浊度时尤为显著。 (2)温度适应性高：PH值适用范围宽(在pH=59的范围内，可不投加碱剂) (3)使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好。 (4)设备简单、操作方便、成本较三氯化铁低。 (5)无机高分子化合物。4.1.2 混凝剂的投加混凝剂的湿投方式分为重力投加和压力投加两种类型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加;压力投加方式有水射投加和计量泵投加。计量设备有孔口计量，浮杯计量，定量投药箱和转子流量计。本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加。耐酸泵型号25FYS-20选用2台，一备一用。4.1.3 加药间的设计计算 设计要求：加药间尽量设置在投药点的附近；加药间和药剂仓库可根据具体情况设置机械搬运设备；加药管可以采用塑料管、不锈钢或橡皮管，溶药用的给水管选用镀锌钢管，排渣管采用塑料管；加药间要有室内冲洗设施，室内地面要有5的坡度坡向集水坑；加药间要通风良好，冬季有保温措施；加药间与仓库连在一起，仓库储量按最大投加期间的715天的用量计算。4.1.4 溶液池容积 = =2.19m （取3.0 m） 式中：混凝剂(PAC)的最大投加量(mg/L)，本设计取20 mg/L； 溶液浓度，一般取5%20%，本设计取15%； 处理水量，本设计为1375 每日调制次数，一般不超过3次，本设计取2次。 溶液池采用矩形钢筋混凝土结构，设置2座，一备一用，保证连续投药。单池尺寸为LBH=21.51.6，高度中包括超高0.3 m，沉渣高度0.3 m，置于室内地面上。 式中： 溶液池实际有效容积：= LBH= 21.51= 3 m，满足要求。 池旁设工作台，宽1.01.5m，池底坡度为0.02。底部设置DN100 mm放空管，采用硬聚氯乙烯塑料管。池内壁用环氧树脂进行防腐处理。沿池面接入药剂稀释采用给水管DN60 mm，按1 h放满考虑。 4.1.5 溶解池容积 溶解池容积(m3 )，一般采用(0.20.3)；本设计取0.3 溶解池也设置为2池，单池尺寸：LBH=1.01.01.4，高度中包括超高0.2 m，底部沉渣高度0.2m，池底坡度采用0.02。则溶解池实际有效容积：= LBH=1.01.01.0= 1m ，满足要求。 溶解池的放水时间采用t10 min，则放水流量：q=1.5 L/S, 查水力计算表得放水管管径d050 mm，相应流速v=0.71 m/s，管材采用铸铁管。溶解池底部设管径d50 mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。溶解池的形状采用矩形钢筋混凝土结构，内壁用环氧树脂进行防腐处理。4.1.6 投药管 投药管流量：q=0.07 L/S 查水力计算表得投药管管径d10 mm，相应流速为0.67 m/s。4.1.7 溶解池搅拌设备 溶解池搅拌设备采用中心固定式平桨板式搅拌机。4.1.8 计量投加设备 本设计采用耐酸泵和转子流量计配合投加，耐酸泵型号25FYS-20选用2台，一备一用。计量泵每小时投加药量：q=0.25 m/h 式中：溶液池容积(m3)4.1.9 药库的设计参数 混凝剂聚合氯化铝(PAC)所占体积： T=Q15=3300015=9.9 t 式中：T药剂按最大投药量的15 d用量储存 a硫酸铝投加量(mg/L)，本设计取20mg/L Q处理水量(m/d)。 聚合氯化铝的相对密度为1.19，则算占体积V= 药品放置高度按1.5 m计，则所需面积为5.6 m考虑到药品的运输、搬运和磅秤算占体积，不同药品间留有间隔等，这部分面积按药品占有面积的30计，则药库所需面积：，则药库平面尺寸取LBH=2 m2 m3 m 。4.2 机械搅拌澄清池计计算其特点是利用机械搅拌澄清池的提升作用来完成泥渣回流核接触反应,加药混合后进入第一反应室,与几倍于原水的循环泥渣在叶片的搅动下进行接触反应.然后经叶轮提升到第二反应室继续反应以结成大的颗粒,再经导流室进入分离室沉淀分离.4.2.1 第二反应室 拌器外缘线速度： 搅拌器直径：净产水能力为且每组2个池来计算则每池的流量，二反应室计算流量一般为出水流量的3-5倍.。 设第二反应室内导流板截面积为：0.02m,u=0.05取第二反应室直径=3.6m,反应室壁厚考虑构造布置选用，设导流板4块。4.2.2 导流室导流室中导流板截面积:导流室面积:导流室直径:取导流室导流室壁厚.导流室出口流速:，出口面积：则出口截面宽:出口垂直高度:4.2.3 分离室 取,分离室面积：。池总面积：池的直径：4.2.4 池深计算池深如图所示，取池中停留时间T为1.5 h。有效容积：考虑增加4%的结构容积：，取池超高。设池直壁高：。池直壁部分的容积：。取池圆台高度。池圆台斜边倾角45，则池底部直径。本池池底采用球壳式结构，取球冠高。圆台容积：球的半径：。球冠体积：池实际容积：。实际总停留时间：池总高：4.2.5 配水三角槽 逆水流量增加1%的排泥水量，设槽内流速。三角配水槽采用孔口出流，孔口流速同。出水孔总面积=采用d=0.1 m的孔径，每孔面积为0.007854 m2，则出水孔数=，取20个。为施工方便采用沿三角槽每18设置一孔，共20孔，孔口实际流速4.2.6 第一反应室 二反应室板厚。4.2.7 容积计算 则实际容积比：二反应室：一反应室：分离室=45.38：84.44：317.29=1：1.86：6.99池各室停留时间：第二反应室=第一反应室=分离室=7.796其中第一反应室和第二反应室停留时间之和为22.3 min。4.2.8进水系统和集水系统(1) 进水系统进水管选用出水管选用(2) 集水系统 本池因池径较小部水均匀性本身能达到要求。采用沿外圆周外侧作环行集水槽形式，按孔口出水方式，出水水质，小型的采用钢丝网水泥，结构较多，也有采用塑料制作的，但后者变形大，老化快，造价高，故采用不多。国外刚制的较多，由于防锈工作量大，故每年要维修孔。孔口：环行集水槽：槽宽取0.3m，考虑施工方便槽底取为平底，槽内终点水槽内起点水深设槽内水深为0.43m，孔口出流孔口前水位0.05 m，孔口出流跌落0.07 m，超高0.3 m。槽断面高为0.43+0.3+0.05+0.07=0.85 m总出水槽：设计流量，槽宽，总出水槽按矩形渠道计算，槽内水流流速，槽坡降0.02m。槽内流速：0.9槽内起点水深：0.41 m槽内终点水深：0.43 m设计取用槽内起点水深为0.4m终点为0.45m，超高0.3mh=0.45+0.3=0.75 4.2.9 排泥及排水计算污泥浓缩室总容积据经验按池总容积1%考虑：污泥斗上底面积：下底面积：污泥斗容积：污泥斗容积是池容积的1%。排泥周期：S1-S490190290390490590690790890990T19190.459.24435.129.124.921.719.317.35排泥历时：设污泥斗排泥直径dg100，其断面w01=0.00785 m2，管长5 m，排泥历时放空时间：设池底中心排空直径dg250mm，管长15 m，瞬时排泥量：。放空时间：4.2.10 搅拌机计算(1) 提升叶轮 (2) 桨叶 (3) 驱动 电动机功率：采用自锁蜗杆时电磁调速电动机效率为0.8，三角皮带传动效率为0.96，蜗轮减速器效率为0.7，轴承效率为0.9，则总效率为前面所有效率相乘既0.48。4.2.11 刮泥机计算 采用悬挂式中心传动刮泥机：刮泥机外缘直径为7.5 m，外线流速：3功率计算：刮泥机悬挂部件的重力w=10000N，旋转支承的钢球直径为3.2 m，滚动摩擦力臂。K=0.05 cm安全系数为3旋转时的阻力：设钢球槽的中心圆直径为0.5m。旋转功率。澄清池有效容积：进水量：干污泥量：干污泥量换算成含水率为98%的污泥量为0.93。刮泥机每转所需时间：刮泥机每转的刮泥量：刮泥机功率：设刮板按2/3的直线处线速度为2。电动机功率为：本机械搅拌澄清池的搅拌机和刮泥机同S774（三）型。4.3 普通快滤池的设计4.3.1 设计参数设计水量Q=33000 滤速=10 冲洗强度 冲洗时间本水厂采用普通快滤池进行过滤，根据用水量的情况，采用4个构造相同的快滤池，布置成单行排列，则每个滤池的设计流量 Q=343.75 m3/h=95.5 L/s。：滤速v=10 m/h，冲洗强度为q=14L/(sm2)，冲洗时间为t=6min=0.1 h，滤池工作时间为24 h，冲洗周期为12 h。4.3.2 设计计算(1) 滤池总面积： 式中 滤池面积（）； 设计水量（）； 设计滤速（），石英砂单层滤料一般采用，双层滤料一般采用； 滤池每日的实际工作时间（）；滤池工作时间为24h，冲洗周期为12h，滤池实际工作时间为： 设计选用单层滤料石英砂滤池，取 。(2) 单格面积： 式中 单池面积（）； 滤池总面积（） 滤池个数，一般，设计中取N=4，采用单排排列采用滤池长宽比等于2左右，设计中取，滤池的实际面积，实际滤速 当一座滤池检修时，其余滤池的强制滤速 (3) 滤池高度： 式中 滤池高度（）； 承托层高度（）； 滤料层高度（）； 砂面上水深（），一般采用1.52.0m； 超高（），一般采用0.3m；设计中取 (4) 配水系统的计算(单个滤池)：a. 干管：干管流量：采用管径为700（干管应埋入池底，顶部设滤头或开孔布置，或采用渠道）。干管始端流速：vg=1.16b. 支管：支管的中心距离采用(0.2-0.3)。每池的支管数为：根每根支管的进口流量为：支管的起端流速为：支管直径为：=70(5) 孔眼布置：支管孔眼总面积与滤池面积之比K采用0.25%，孔眼总面积为：采用孔眼直径为10，每个孔眼面积为78.5。孔眼总数为：每根支管孔眼数为：根支管孔眼布置成两排，与垂线成夹角向下交错排列。每根支管长度为：每排孔眼中心距：(6) 孔眼水头损失：支管壁厚采用5，流量系数为，孔眼的水头损失为：(7) 配水系统校核：支管长度与直径之比为，符合要求；干管横截面积与支管总横截面积之比为：，符合要求；孔眼总面积与支管纵横截面积之比为：，符合要求。(8) 洗砂排水槽：洗砂排水槽中心间距，采用a0=2.0m排水槽根数：n0=2根排水槽长度：l0=L=4.0m每槽排水量：q0=ql0a0=144.02.0=112L/s采用三角形标准断面。槽中流速采用v0=0.6m/s横断面尺寸： x=0.216m,采用0.25m。排水槽底厚度，采用=0.05 m砂层最大膨胀率：e=45%砂层厚度：H2=0.7 m洗砂排水槽顶距砂面高度 ：He=e H2+2.5x+0.075=0.450.7+2.50.25+0.05+0.075=1.065m洗砂排水槽总平面面积：F0=2xl0n0=20.254.02=4m2=复算，排水槽总平面面积与滤池面积之比，一般小于25%，则 =12.5%(9) 滤池的各种管渠计算a. 进水进水总流量：Q=33000=0.38 m3/s采用进水渠断面：渠宽B1=0.75m,水深为0.6m渠中流速：v1=0.9m/s (0.8-1.2 m/s)各个滤池进水管流量： 则各进水支管的管径为：b. 冲洗水冲洗水总流量：管中流速为2.3，则管径为：c. 清水清水总渠流量为0.35，渠中流速为1.2，渠宽为0.75，水深为0.6，渠内水为压力流。每个滤池清水管的流量为0.0875，流速采用1.25，则清水支管的管径为：d. 反冲洗水排水排水流量为0.448，管中流速为1.5，反冲洗排水管的直径为：反冲洗排水渠宽750，高为500。4.4 清水池的设计 本工程不设水塔或高位水池，二泵供水量应与用水情况保持一致，一泵用水量按最高日用水量来确，所以设计2座清水池。4.4.1 清水池总容积的计算清水池容积按最高日用水量的10%-20%计算，则清水池贮存水量： 采用两座清水池，每座清水池容积为： 取清水池超高0.5 m，有效水深为4.0 m。则清水池平面面积： 取清水池宽度B=40 m，则长为则每池尺寸为：58.2 m40 m4.5 m=10476 m。4.4.2 清水池各管管径的确定(1) 清水池的进水管：(设计中取进水管流速为=0.8m/s) 设计中取进水管管径为DN1000mm，进水管内实际流速为：1.00m/s(2) 清水池的出水管由于用户的用水量时时变化，清水池的出水管应按出水量最大流量设计，设计中取时变化系数=1.3，所以：出水管管径：(设计中取出水管流速为=0.8m/s) 设计中取出水管管径为DN1100mm，则流量最大时出水管内流速为：0.79m/s (3) 清水池的溢流管溢流管的管径与进水管相同，取为DN800mm。在溢流管管端设喇叭口，管上不设阀门。出口设置网罩，防止虫类进入池内。(4) 清水池的排水管清水池内的水在检修时需要放空，需要设排水管。排水管径按2h内将水放空计算。排水管流速按1.2m/s估计，则排水管的管径为： 设计中取排水管径为DN1100mm。(5) 冲洗水箱（或水泵）：冲洗时间：t=6min洗水箱容积：水箱底至滤池配水管间的沿途及局部损失之和：配水系统水头损失：承托层水头损失：滤料层水头损失为： 安全富余水头1.5。冲洗水箱底高出洗砂排水槽高为： ，取74.5 液氯消毒4.5.1 消毒剂选择采用氨胺消毒：(1) 能减低三卤甲烷和氯酚的产生。(2) 能延长管网中余氯持续时间抑制细菌生成。(3) 防止管网中铁细菌繁殖。(4) 可降低加氯量，减轻氯消毒时产生氯酚味。4.5.2 设计要求(1) 用氯胺消毒保持的比例为1：4。(2) 先氯后氨可达较好的效果。(3) 与水接触时间采用2.5 h。(4) 氨的投加采用液氨，可减少硫氨造成的设备腐蚀，使用方便，节省原材料费用较经济。(5) 需加温时采用水淋氨瓶。 4.5.3 投加与调制设备加氯量计算：，分两组每组为0.9375kg/h。选用3台(两用一备)SBD型加氯机，加氯量在1.0kg/h，进水流量为2.5，背压力0.07 mpa，进水管为31 mm，真空管(外径壁厚)=121。尺寸见设计手册12册，投加系统管径采用钢质材料。4.5.4 加氯工艺及加氯间计算(1) 消毒剂选择采用氨胺消毒：能减低三卤甲烷和氯酚的产生。能延长管网中余氯持续时间抑制细菌生成。防止管网中铁细菌繁殖。可降低加氯量，减轻氯消毒时产生氯酚味。(2) 设计要求a. 用氯胺消毒保持的比例为1：4。b. 先氯后氨可达较好的效果。c. 与水接触时间采用2.5小时。d. 氨的投加采用液氨，可减少硫氨造成的设备腐蚀，使用方便，节省原材料费用较经济。e. 需加温时采用水淋氨瓶。 (3) 投加与调制设备加氯量计算：，分两组每组为0.95kg/h。选用3台（两用一备）SBD型加氯机，加氯量在1.0kg/h，进水流量为2.5，背压力0.07 mpa，进水管为31 mm，真空管（外径壁厚）=121。尺寸见设计手册12册。投加系统管径采用钢质材料。(4) 加药间及药库布置 氨有刺激性气味，且可在空气中燃烧，含有1327%时可能爆炸故采取安全防护措施。需通风设施，气态氨比空气轻，故排气孔设在最高处，设置在进孔最低处并严禁氨瓶于阳光下暴晒。仓库设计计算：a. 防止强烈光线照射考虑用百叶窗。b. 液氯的储备量按供应和运输条件确定。按最大用量的20天来算。c. 应有强制的通风设备。d. 采用电瓶车搬运。e. ，采用氯瓶：出氯孔尺寸为4mm，公称压力22公斤/立方厘米，规格50t，外形尺寸：直径600mm1820mm，总重350kg，相邻两台加氯机的距离采用0.7m，安装高度高出地坪1.5m，一台加氯机与一台磅秤对接，磅秤与地坪相平。f. 加氯管道采用镀锌钢管。g. 氯库采用。所以面积: 第五章 送水泵选配及二级泵站工艺布置5.1 流量计算二级泵房的设计流量应等于最高日最高时的水量。5.2 扬程计算 水厂出厂水压为0.38mpa：5.3 选泵选用S300-58B卧式离心泵6台（四用两备）： 远期泵选用：进出口法兰及吐出锥管尺寸：进口：出口：吐出锥管：成套供应范围：电动机1台,底阀1台,闸阀1台,止回阀1台,吐出锥管1台,钩扳手1个。水泵经校核符合流量和扬程的要求。5.4 二级泵房的布置 水泵机组的排列是泵房布置的重要内容,机组的间距以不能妨碍操作和维修的需要为原则.因二级泵房的泵选用的是s型双吸卧式离心泵,所以用横向排列.横向排列可能要适当曾加泵房的长度但是,跨度较小,特别是进出水管顺直,水力条件好,可减少水力损失.故广泛采用,因水泵较多采用横向双行布置。横向排列的各部分尺寸应符合下列要求：(1) 水泵凸出部分到墙壁的净距： (2) 出水侧水泵基础与墙壁的净距(3) 选用但是水泵出水侧管理操作的要道所以=3 m(4) 进水侧水泵基础与墙壁的净距此处安装一个闸阀,同出水管L=0.42m,但不得小于1 m所以=2.0 m(5) 电动机凸出部分与配电设备的净距,应保证电动机转子检修时能拆卸,并保持一定的距离：(6) 水泵基础之间的净距水泵房的尺寸：5.5 起重设备选择因泵房采用的是双排横向布置,所以要用桥式行车,泵房中最重物体为980kg在加上电动葫芦的重量要超出1t.所以选用DL型电动单梁桥式起重机,起重量为2t.操纵形式为操纵室控制.5.6 泵房高度计算 采用桥式吊车地面式：5.7 管道计算 二级泵房中水泵的吸水管的管径：流速v=1.37 m/s则D=350 mm;出水管的管径：流速v=2.0 m/s则D=300 mm;泵选用一个DN500,H45X-2.5型旋启式底阀D640。5.8 通风与抽水设备计算5.8.1 通风系统计算(1) 电动机的散热量：(2) 消除室内余热所需空气量L和需风机风量L 设4台T30-6直径为600 mm的轴流风机。流量为10000,电动机。安装尺寸：5.8.2 排水设备 流量电动机叶轮直径125。外型尺寸： 安装尺寸：进口法兰：出口法兰：吐出锥管：.第六章 平面布置及高程计算6.1 平面布置水厂的基本组成分位两部分：生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等。辅助建筑物，其中又分为生产辅助建筑物和生活辅助建筑物两种。前者包括化验室、修理部门、仓库及宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。水厂平面主要内容有：各种构造物和建筑物的平面定位；各种管道，阀门及管道配件的布置；排水管（渠）及窨井布置；道路，围墙，绿化及供电线路的布置等。水厂平面布置时，应考虑下述几点要求：(1) 布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管的长度，并便于操作管理。如沉淀池或澄清池应紧靠滤池；二级泵房尽量靠近清水池。但各构造物之间应留出必要的施工和检修间距和管道地位。(2) 充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖土方量和施工费用。(3) 各构造物之间连接管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工，检修方便。此外，有时也需设置必要的超越管道，以便某一构筑物停产检修时。为保证必须供应的水量采取应急措施。(4) 建筑物布置应注意朝向和风向。如加氯间和氯库应尽量设置在水厂主导风向的下风向；泵房及其他建筑物尽量布置成南北向。(5) 有条件时最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产区通行和逗留，以确保生产安全。(6) 对分期建造的工程，既要考虑近期的完整性，又要考虑远期工程建成后整体布局的合理性，还应考虑分期施工方便。水处理构筑物按工艺流程呈直线布置，整齐，紧凑。6.2 高程布置在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流，两构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物本身，连接管道，计量设备等水头损失在内。处理构筑物中的水头损失与构筑物类型和构造相关，该水头损失包括构筑物内集水槽等水头跌落损失在内。各构筑物之间的连接管断面尺寸由流速决定，其值按下表采用，当地形有适当坡度可以利用时，可选用较大流速以减少管道直径及相应配件和阀门尺寸；当地形平坦时，为避免增加填、挖土方量和构筑物造价，宜采用较小流速。在选定管道流速时，应适当留有水量发展的余地。连接管的水头损失估算时通过下表确定。当各项水头损失确定之后，便可进行构筑物高程布置。构筑物高程布置与厂区地形，地质条件及所采用的构筑物型式有关。当地形有自然坡度时，有利于高程布置；当地形平坦时，高程布置中既要避免清水池埋入地下过深，又应避免絮凝池在地面上抬高而增加造价，尤其当地质条件差，地下水位高时。6.2.1 管渠水力计算(1)进水管采用两根进水管，设计流量为0.680 m3/s,查水力计算表，采用DN700的钢管，流速为1.77 m/s,1000i=5.32(2)机械搅拌澄清池池至滤池之间的管段 采用DN600钢管，V1.15 m/s，1000i=2.54。管线长为13 m，沿程有两个闸阀； 进口和出口，局部阻力系数分别为0.06，0.06，1.0，1.0则水头损失：h=il+=2.54/100013+(0.062+1.02) =0.18m进入穿孔花墙的水头损失h：h式中：v孔口流速，v=0.25m/s 局部阻力系数，取2 h20.006m,为保证安全，取h0.05m出水渠的水头损失：渠宽为0.80m，渠内水深0.45 m，水力半径R0.21 m渠中水流流速为0.90 m/s粗糙系数n=0.013。则水力坡降i=1.11渠内水头损失h=il=1.118=0.01 m。跌水高度为0.15 m，则沉淀池内水头损失为： h=0.01+0.15=0.16 m(3)滤池至清水池间的管段采用DN600钢管。V1.15m/s,1000i=2.54。管线长为21m，沿程有两个闸阀，进口和出口，局部阻力系数分别为0.06，0.06，1.0，1.0则水头损失h=il+=2.54/100021+(0.062+1.02) =0.18m滤池内水头损失为2.02.5m，取为2.30m(4)清水池至吸水井间的管道段采用DN700钢管。流量为0.387m3/s，V1.01m/s,1000i=1.77。管线长为20m，沿程有两个闸阀，进口和出口局部阻力系数分别为0.06，0.06，1.0，1.0则水头损失h=il+=1.77/100020+(0.062+1.02) =0.15m6.2.2 处理构筑物高程计算(1) 清水池最高水位清水池所在地面标高15.45m(2)普通快滤池水面标高清水池最高水位+清水池到滤池出水连接管渠的水头损失滤池的最大作用水头15.45+0.73+1.3017.48(3)机械搅拌澄清池水面标高清水池最高水位+清水池到澄清池出水连接管渠的水头损失15.45+2.8118.24参考文献1 GBJ106-87，给水排水制图标准S北京：中国计划出版社，19882 姜乃昌水泵及水泵站M北京：中国建筑工业出版社，19963 王全金给水排水管道工程M北京：中国铁道出版社，20014 GB50013-2006，室外给水设计规范S上海：上海市建设和交通委员会，20065 崔玉川，员建，陈宏平给水厂处理设施设计计算M北京：化学工业出版社，20026 张淑英，给水工程主要构筑物及设备工艺设计计算M兰州：兰州大学出版社，19977 李亚峰，尹士君，蒋白懿水泵及泵站设计计算M北京：化学工业出版社，20078 钟淳昌净水厂设计M中国建筑工业出版社，19869 张杰，刘喜光水工业工程设计手册水工业工程设计手册：水工业工程设备 M中国建筑工业出版社，200010严煦世，范瑾初给水工程M北京：中国建筑工业出版社，199911姜乃昌水泵与水泵站M北京：中国建筑工业出版社，199812严煦世给水排水快速设计手册M北京：中国建筑工业出版社，199913丁亚兰国内外给水工程设计实例 M北京：化学工业出版，199914陈培康，裘世昌给水净化新工艺M北京：学术书刊出版社，199015崔玉川水处理工艺设计计算M北京：中国建筑工业出版社，198842外文资料DRINKING WATER TREATMENT ANDWATER SECURITYC. P. Gerba, K. A. Reynolds, and I. L. Pepper Rivers, streams, lakes, and aquifers are all potential sources of potable water. In the United States, all water obtained from surface sources must be filtered and disinfected to protect against the threat of microbiological contaminants. Such treatment of surface waters also improves values such as taste, color, and odor. In addition, groundwater under the direct influence of surface waters such as nearby rivers must be treated as if it were a surface water supply. In many cases however, groundwater needs either no treatment or only disinfection before use as drinking water. This is because soil itself acts as a filter to remove pathogenic micro organisms, decreasing their chances of contaminating drinking water supplies. At first, slow sand filtration was the only means employed for purifying public water supplies. Then, when Louis Pasteur and Robert Koch developed the Germ Theory of Disease in the 1870s, things began to change quickly. In1881, Koch demonstrated in the laboratory that chlorine could kill bacteria. Following an outbreak of typhoid fever in London, continuous chlorination of a public water supply was used for the first time in 1905 (Montgomery,1985). There gular use of disinfection in the United States began in Chicago in 1908. The application of modern water treatment processes had a major impact on water-transmitted diseases such as typhoid in the United States (see also Chapter 11).The following sections describe conventional water treat-ment that is practiced in the public sector (e.g., municipal water supplies).28.1 WATER TREATMENT PROCESSESModern water treatment processes provide barriers, or lines of defense, between the consumer and waterborne disease. These barriers, when implemented as a succession of treatment processes, are known collectively as a treatment process train (Figure 28.1). The simplest treatment process train, known as chlorination, consists of a single treatment process, disinfection by chlorination (Figure 28.1a). The treatment process train known as filtration, entails chlorination followed by filtration through sand or coal, which removes particulate matter from the water and reduces turbidity (Figure 28.1b). At the next level of treatment, in-line filtration, a coagulant is added prior to filtration (Figure28.1c). Coagulation alters the physical and chemical state of dissolved and suspended solids and facilitates their removal by filtration. More conservative water treatment plants add a flocculation (stirring) step before filtration, which enhances the agglomeration of particles and further improves there moval efficiency in a treatment process train called direct filtration (Figure. 28.1d). In direct filtration, disinfection is enhanced by adding chlorine (or an alternative disinfectant, such as chlorine dioxide or ozone) at both the beginning and end of the process train. The most common treatment process train for surface water supplies, known as conventional treatment, consists of disinfection, coagulation, flocculation, sedimentation , filtration, and disinfection (Figure 28.1e).As already mentioned, coagulation involves the addition of chemicals to facilitate the removal of dissolved and suspended solids by sedimentation and filtration. The most common primary coagulants are hydrolyzing metal salts, most notably alum Al2(SO4)3 14H2O, ferric sulfateFe2(SO4)3, and ferric chloride (FeCl3). Additional chemicals that may be added to enhance coagulation are charged organic molecules called polyelectrolytes; these include high-molecular-weight polyacrylamides, dimethyldially-ammonium chloride, polyamines, and starch. These chemicals ensure the aggregation of the suspended solids during the next treatment step, flocculation. Some times polyelectrolytes (usually polyacrylamides) are added after flocculation and sedimentation as an aid in the filtration step.Coagulation can also remove dissolved organic an dinorganic compounds. Hydrolyzing metal salts added to the water may react with the organic matter to form a precipitate,or they may form aluminum hydroxide or ferric hydroxidefloc particles on which the organic molecules adsorb. Theorganic substances are then removed by sedimentation and filtration, or filtration alone if direct filtration or in-line filtration is used. Adsorption and precipitation also remove inorganic substances.Flocculation is a purely physical process in which the treated water is gently stirred to increase interparticle collisions, thus promoting the formation of large particles. After adequate flocculation, most of the aggregates settle out during the 1 to 2 hours of sedimentation. Microorganisms are entrapped or adsorbed to the suspended particles and removed during sedimentation (Figure 28.2).Sedimentation is another purely physical process, involving the gravitational settling of suspended particles that are denser than water. The resulting effluent is then subjected to rapid filtration to separate out solids that are still suspended in the water. Rapid filters typically consist of 5075 cm of sand and/or anthracite having a diameter between 0.5 and 1.0 mm (Figure 28.2). Particles are removed as water is filtered through the medium at rates of 424 L/min/10 dm2. Filters need to be backwashed on are gular basis to remove the buildup of suspended matter. This backwash water may also contain significant concentrations of pathogens removed by the filtration process. Rapid filtration is commonly used in the United States. Another method, slow sand filtration, is also used. Employed primarily in the United Kingdom and Europe, this method operates at low filtration rates without the use of coagulation. Slow sand filters contain a layer of sand(60120 cm deep) supported by a gravel layer (3050cm deep). The hydraulic loading rate is between 0.04 and 0.4 m/h. The buildup of a biologically active layer, called as chmutzdecke, occurs during the operation of a slow sandfilter. This eventually leads to head loss across the filter, requiring removing or scraping the top layer of sand. Factors that influence pathogen removal by filtration are shown in Table 28.1. Taken together, coagulation, flocculation, sedimentation, and filtration effectively remove many contaminants as shown in Table 28.2. Equally important, they reduce turbidity, yielding water of good clarity and hence enhanced disinfection efficiency. If not removed by such methods, particles may harbor microorganisms and make final disinfection more difficult. Filtration is an especially important barrier in the removal of the protozoan parasites Giardialamblia and Cryptosporidium. The cysts and oocysts of these organisms are very resistant to inactivation by disinfectants, so disinfection alone cannot be relied on to prevent waterborne illness. Because of their larger size, Giardia and Cryptosporidium are removed effectively by filtration. Conversely, because of their smaller size, viruses and bacteria can pass through the filtration process. Removal of viruses by filtration and coagulation depends on their attachment to particles (adsorption), which is dependent on the surface charge of the virus. This is related to the isoelectric point (the pH at which the virus has no charge) and is both strain and type dependent. The variations in surface properties have been used to explain why different types of viruses are removed with different efficiencies by coagulation and filtration. Thus, disinfection remains the ultimate barrier to these microorganisms.28.2 DISINFECTIONDisinfection plays a critical role in the removal of pathogenic microorganisms from drinking water. The proper application of disinfectants is critical to kill pathogenic organismsGenerally, disinfection is accomplished through the addition of an oxidant. Chlorine is by far the most common disinfectant used to treat drinking water, but other oxidants, such as chloramines, chlorine dioxide, and even ozone, are also used (Figure 28.3).Inactivation of microorganisms is a gradual process that involves a series of physicochemical and biochemical steps. In an effort to predict the outcome of disinfection, various models have been developed on the basis of experimental data. The principal disinfection theory used today is still the Chick-Watson Model, which expresses the rate of inactivation of microorganisms by a first-order chemical reaction.Nt/No=e-kt (Eq.28.1)or1n Nt/No=-kt (Eq.28.2)where:Ne : number of microorganisms at time 0,Nt : number of microorganisms at time tk : decay constant (1/time)t : time The logarithm of the survival rate (Nt/No) plots as a straight line versus time (Figure 28.4). Unfortunately, laboratory and field data often deviate from first-order kinetics. Shoulder curves may result from clumps of organisms or multiple hits of critical sites before inactivation. Curves of this type are common in disinfection of coli form bacteria by chloramines(Montgomery, 1985). The tailing-off curve, often seen with many disinfectants, may be explained by the survival of a resistant subpopulation as a result of protection by interfering substances (suspended matter in water), clumping, or genetically conferred resistance.In water applications, disinfectant effectiveness can be expressed as Ct, where:C disinfectant concentration t time required to inactivate a certain percentage of the population under specific conditions (pH and temperature)Typically, a level of 99% inactivation is used when comparing C t values. In general, the lower the Ct value, the more effective the disinfectant. The Ct method allows ageneral comparison of the effectiveness of various disinfectants on different microbial agents (Tables 28.3 through28.6). It is used by the drinking water industry to determine how much disinfectant must be applied during treatment to achieve a given reduction in pathogenic microorganisms. C t values for chlorine for a variety of pathogenic microorganisms are shown in Table 28.3. The order of resistance to chlorine and most other disinfectants used to treat water is protozoan cysts viruses vegetative bacteria. To obtain the proper Ct, contact chambers (Figure 28.5) are used to retain the water in channels before entering the drinking water distribution system or sewage discharge.28.3 FACTORS AFFECTING DISINFECTANTS Numerous factors determine the effectiveness and/or rate of kill of a given microorganism. Temperature has a major effect, because it controls the rate of chemical reactions. Thus , as temperature increases, the rate of kill with a chemical disinfectant increases. The pH can affect the ionization of the disinfectant and the viability of the organism. Most waterborne organisms are adversely affected by pH levels below 3 and above 10. In the case of halogens such as chlorine, pH controls the amount of HOCL (hypochlorous acid) and OCl (hypochlorite) in solution. HOCl is more effective than OCl in the disinfection of micro organisms. With chlorine, the C t increases with pH. Attachment of organisms to surfaces or particulate matter in water such as clays and organic detritus aids in the resistance of microorganisms to disinfection. Particulate matter may interfere by either acting chemically to react with the disinfectant, thus neutralizing the action of the disinfectant, or physically shielding the organism from the disinfectant (Stewart and Olson, 1996).Repeated exposure of bacteria and viruses to chlorine appears to result in selection for greater resistance (Bates etal., 1977; Haas and Morrison, 1981). However, the enhanced resistance has not been great enough to overcome concentrations of chlorine applied in practice.28.4 HALOGENS28.4.1 ChlorineChlorine and its compounds are the most commonly used disinfectants for treating drinking and wastewater (Figure28.6). Chlorine is a strong oxidizing agent that, when added as a gas to water, forms a mixture of hypochlorous acid (HOCl) and hydrochloric acids.Cl2 + H2O=HOCl + HCl (Eq.28.3) In dilute solutions, little Cl2 exists in solution. The disinfectants action is associated with the HOCl formed.Hypochlorous acid dissociates as follows:HOClH+ + OCl- (Eq.28.4)The preparation of hypochlorous acid and OCl (hypochorite ion) depends on the pH of the water (Figure28.7). The amount of HOCl is greater at neutral and lower pH levels, resulting in greater disinfection ability of chlorine at these pH levels. Chlorine as HOCl or OCl is defined as free available chlorine. HOCl combines with ammonia and organic compounds to form what is referred to as combined chlorine. The reactions of chlorine with ammonia and nitrogen-containing organic substances are of great importance in water disinfection. These reactions result in the formation of monochloramine, dichloramine, trichloramine, etc.Such products retain some of the disinfecting power of hypochlorous acid, but are much less effective at a given concentration than chlorine.Free chlorine is quite efficient in inactivating pathogenic microorganisms. In drinking water treatment, 1mg/1 or less for about 30 minutes is generally sufficient to significantly reduce bacterial numbers. The presence of interfering substances in wastewater reduces the disinfection efficacy of chlorine, and relatively high concentrations of chlorine (2040 mg/l) are required (Bitton, 1999). Enteric viruses and protozoan parasites are more resistant to chlorine than bacteria and can be found in secondary wastewater effluents after normal disinfection practices. Cryptosporidium is extremely resistant to chlorine. A chlorine concentration of 80 mg/l is necessary to cause 90% inactivation following a 90-minute contact time (Korich et al.,1990). Chloramines are much less efficient than free chlorine (about 50 times less efficient) in inactivation of viruses.Bacterial inactivation by chlorine is primarily caused by impairment of physiological functions associated with the bacterial cell membrane. Chlorine may inactivate viruses by interaction with either the viral capsid proteins or the nucleic acid (Thurman and Gerba, 1988).28.4.2 ChloraminesInorganic chloramines are produced by combining chlorine and ammonia (NH4) for drinking water disinfection. The species of chloramines formed (see Equations 28.5 through 28.7) depend on a number of factors, including the ratio of chlorine to ammonia-nitrogen, chlorine dose, temperature,and pH. Up to a chlorine-to-ammonia mass ratio of 5, the predominant product formed is monochloramine, which demonstrates greater disinfection capability than other forms, i.e., dichloramine and trichloramine. Chloramines are used to disinfect drinking water by some utilities in the United States, but because they are slow acting, they have mainly been used as secondary disinfectants when a residualin the distribution system is desired. For example, when ozone is used to treat drinking water, no residual disinfectant remains. Because bacterial growth may occur after ozonation of tap water, chloramines are added to prevent re grow thin the distribution system. In addition, chloramines have been found to be more effective in controlling bio film micro organisms on the surfaces of pipes in drinking water distribution systems because they interact poorly with capsular bacterial polysaccharides (Le Chevallier et al., 1990).Because of the occurrence of ammonia in sewage effluents, most of the chlorine added is converted to chloramines. This demand on the chlorine must be met before free chlorine is available for disinfection. As chlorine is added, the residual reaches a peak (formation of mostly monochloramine) and then decreases to a minimum called the break-point (Figure 28.8). At the breakpoint, the chloramine is oxidized to nitrogen gas in a complex series of reactions summarized in Equation 28.8.Addition of chlorine beyond the breakpoint ensures the existence of a free available chlorine residual.28.4.3 Chlorine DioxideChlorine dioxide is an oxidizing agent that is extremelysoluble in water (five times more than chlorine) and, unlikechlorine, does not react with ammonia or organiccompounds to form trihalomethane, which is potentiallycarcinogenic. Therefore it has received attention for use as adrinking water disinfectant. Chlorine dioxide must be generated on site because it cannot be stored. It is generated fromthe reaction of chlorine gas with sodium chlorite:Chlorine dioxide does not hydrolyze in water but exists as a dissolved gas. Studies have demonstrated that chlorine dioxide is as effective as or more effective in inactivating bacteria and viruses in water than chlorine (Table 28.4). As is the case with chlorine, chlorine dioxide inactivates microorganisms by denaturation of the sulfyhydryl groups contained in proteins, in hibition of protein synthesis, denaturation of nucleic acid, and impairment of permeability control (Stewart and Olson, 1996).28.4.4 OzoneOzone (O3), a powerful oxidizing agent, can be produced bypassing an electric discharge through a stream of air or oxygen. Ozone is more expensive than chlorination to apply to drinking water, but it has increased in popularity as a disinfectant because it does not produce trihalomethanes or other chlorinated by products, which are suspected carcinogens. However, aldehydes and bromates may be produced by ozonation and may have adverse health effects. Because ozone does not leave any residual in water, ozone treatment is usually followed by chlorination or addition of chloramines. This is necessary to prevent regrowth of bacteria because ozone breaks down complex organic compounds present in water into simpler ones thatserve as substrates for growth in the water distribution system. The effectiveness of ozone as a disinfectant is not influenced by pH and ammonia. Ozone is a much more powerful oxidant than chlorine(Tables 28.3 and 28.6). Ozone appears to inactivate bacteria by the same mechanisms as chlorine-based disinfection: bydisruption of membrane permeability (Stewart and Olson,1996), impairment of enzyme function and/or protein integrityby oxidation of sulfyhydryl groups, and nucleic acid denaturation. Cryptosporidium oocysts can be inactivated by ozone, but a C t of 13 is required. Viral inactivation may proceed by breakup of the capsid proteins into subunits, resulting in re-lease of the RNA, which can subsequently be damaged.28.4.5 Ultraviolet LightThe use of ultraviolet disinfection of water and wastewater has seen increased popularity because it is not known to produce carcinogenic or toxic byproducts, or taste and odor problems. Also, there is no need to handle or store toxic chemicals. A wavelength of 254 nm is most effective against microorganisms because this is the wavelength absorbed by nucleic acids(Figure 28.9). Unfortunately, it has several disadvantages, including higher costs than halogens, no disinfectant residual, difficulty in determining the UV dose, maintenance and cleaning of UV lamps, and potential photo reactivation of some enteric bacteria (Bitton, 1999) (Figure 28.10). However, advances in UV technology are providing lower cost, more efficient lamps, and more reliable equipment. These advances have aided in the commercial application of UV for water treatment in the pharmaceutical, cosmetic, beverage, and electronic industries in addition to municipal water and wastewater application. Microbial inactivation is proportional to the UV dose, which is expressed in microwatt-seconds per square centimeter ( W-s/cm2) orUV dose=It (Eq.28.10)Where:I: W/cm2t: exposure timeIn most disinfection studies, it has been observed that the logarithm of the surviving fraction of organisms is nearly linear when it is plotted against the dose, where dose is the product of concentration and time (C t) for chemical disinfectants, or intensity and time (I t) for UV. A further observation is that constant dose yields constant inactivation. This is expressed mathematically in Eq. 28.11.Because of the logarithmic relationship of microbial inactivation versus UV dose, it is common to describe inactivation in terms of log survival, as expressed in Equation28.12. For example, if one organism in 1000 survived exposure to UV, the result would be alog reduction. 3 log survival, or a 3 og reduction. Determining the UV susceptibility of various indicator and pathogenic waterborne microorganisms is fundamental in quantifying the UV dose required for adequate water disinfection. Factors that may affect UV dose include cell clumping and shadowing, suspended solids, turbidity, and UV absorption. UV susceptibility experiments described in the literature are often based on the exposure of microorganisms under conditions optimized for UV disinfection. Such conditions include filtration of the microorganisms to yield mono dispersed, uniform cell suspensions and the use of buffered water with low turbidity and high trans mission at a wavelength of 254 nm. Thus, in reality, higher doses are required to achieve the same amount of microbial inactivation in full-scale flow through operating systems.The effectiveness of UV light is decreased in wastewater effluents by substances that affect UV transmission in water. These include humic substances, phenolic compounds, lignin sulfonates, and ferric iron. Suspended matter may protect microorganisms from the action of UVlight; thus, filtration of wastewater is usually necessary for effective UV light disinfection.Ultraviolet radiation damages microbial DNA or RNA at a wavelength of approximately 260 nm. It causes thyminedimerization (Figure 28.11), which blocks nucleic acid replication and effectively inactivates microorganisms. The initial site of UV damage in viruses is the genome, followed by structural damage to the virus protein coat. Viruses with high-molecular- weight double-stranded DNA or RNA are easier to inactivate than those with low-molecular-weight double-stranded genomes. Likewise, viruses with single-stranded nucleic acids of high molecular weight are easier to inactivate than those with single-stranded nucleic acids of low molecular weight. This is presumably because the target density is higher in larger genomes. However, viruses with double-stranded genomes are less susceptible than those with single-stranded genomes because of the ability of the naturally occurring enzymes within the host cell to repair damaged sections of the double-stranded genome, using then on damaged strand as a template (Roessler and Severin,1996) (Figure 28.12).A minimum dose of 16,000 W s/cm2 has been recommended for treating drinking water, as this results in a 99.9%reduction in coliforms and is very effective against the protozoan parasite Cryptosporidium. However, this level is not enough to inactivate enteric viruses . Filtration can be applied before UV light disinfection to improve performance. 中文译文 饮用水处理和水安全C. P. Gerba, K. A. Reynolds, and I. L. Pepper 河流、溪流、湖泊和地下水都是饮用水的可能来源。为了避免微生物的污染，美国的地表水都需要经过过滤和消毒处理，对地表水的这种处理也提高了水的味道、颜色和气味等。此外，受地表水直接影响的地下水，比如河流附近的这种直接供应地表水的地下水必须经过处理。然而很多情况下，地下水作为饮用水之前不需要处理或仅消毒即可。这是因为土壤本身有能去除病原微生物的过滤作用，减少了它们污染饮用水源的机会。 起初，慢速砂滤是净化公共水源的唯一手段。后来，当路易斯巴斯德和科赫在1870年提出了疾病细菌理论，事情很快开始变化。1881年，科赫通过实验证明氯气可以杀死细菌。在伦敦一次伤寒爆发后，1905年公共水源第一次运用连续氯化技术(蒙哥马利，1985)。美国常规化使用消毒技术始于1980年的芝加哥。现代水处理工艺的应用对于像美国的伤寒这类的水传播疾病有很大的作用(另见第11章)。以下各节介绍公共部门常规的水处理工艺(如市政供水)。28.1 水处理工艺 现代水处理工艺为用户屏蔽和消除了饮用水流行病。这些屏障在一个连续的处理工艺中实施时，统称为一个(处理工艺链)(图28.1)。众所周知的氯化作用就是最简单的处理工艺单一的氯气消毒。(图28.1a)。过滤作用就是在采用石英砂或煤炭将特殊对象滤除或脱稳后再进行加氯消毒。(图28.1b)。联合过滤装置是在过滤前加一种混凝剂(图28.1c)。混凝剂能改变溶解和悬浮在水中的固体的物理和化学状态，并促进其通过过滤被清除。为了提高颗粒的团聚，并进一步提高处理工艺中的去除效果，许多传统的污水处理厂在过滤之前加一个絮凝(搅拌)步骤(图28.1d)。在直接过滤中，通过在工艺的开始和结尾时加氯(或一种替代消毒剂，如二氧化氯或臭氧)来增强消毒效果。对地表水最常见的处理工艺，是为大家所熟悉的处理工艺：处理过程包括消毒，混凝，絮凝，沉淀，过滤和消毒(图28.1e)。图 28.1 典型的水处理工艺流程 如前所述，混凝过程包括添加化学试剂以促进水中溶解物质和悬浮物的沉淀和去除。常见的混凝剂是水化金属盐类，使用最多的包括明矾Al2(SO4)3 14H2O，硫酸铁 Fe2(SO4)3和三氯化铁(FeCl3)。也有将一些高分子无机结合到电解质上构成高分子混凝剂，这些有机分子包括高分子量聚丙烯酰胺，氯化胺和淀粉。他们保证了水中悬浮物在后续水处理过程中的进一步团聚和絮凝。在过滤步骤中，有时也在絮凝和沉淀之后添加高分子聚合物(通常是聚丙烯酰胺)作为辅助。 混凝剂也能去除溶解的有机和无机化合物。加入水中的水解金属盐类可与有机物质发生反应，形成沉淀，或者他们可能会形成氢氧化铝或氢氧化铁的絮状物吸附有机分子。然后通过沉淀和过滤去除有机物质，若只使用直接过滤或联合过滤，也可不添加金属很凝集，单纯的吸附和沉淀过程也能达到去除有机物的目的。图28.2在饮用水处理厂砂滤床可以看到在前台和池中含有明矾絮凝剂 絮凝是一种纯物理过程，通过轻轻地搅动水来增加颗粒间的碰撞，从而促进了大颗粒的形成。充分絮凝后，经过1-2 h的沉淀，大部分的聚集物能沉积下来。微生物都包埋或吸附在悬浮颗粒上，通过沉淀便能去除了(图 28.2)。沉淀是另一种纯物理过程，涉及到比水密度大的悬浮颗粒的重力沉积。通过把沉淀产生的污水快速过滤，将还悬浮在水中的固体物质分离出去。快速滤池通常由50-75 cm的砂子和/或直径在 0.5-1.0 mm的无烟煤组成(图 28.2)。当进水以4-24 L/min/10 dm的速率通过介质时粒子就被清除了。滤池需要定期进行反向冲洗来去除积累的悬浮物质。这些反冲洗的废水中也可能含有高浓度的前面过程中去除的病原体。美国通常采用快速过滤的方法，而慢速砂滤也较为常见。该方法不需添加混凝剂，并以较低过滤速运行，多应用于英国和欧洲地区。慢速砂滤慢速砂滤池最底层为砾石（厚）30-50 cm，上层为石英砂（厚 60-120 cm），其水力负荷一般选 0.04 m/h到 0.4 m/h之间。慢速砂滤过程会形成生物活性层，称为截污层，由于需要清楚或吹扫石英砂顶层因此会引起滤池的水头损失，在过滤过程中影响病原微生物去除的因素件表 28.1 所示。因素去除效果 温度 砂粒大小 过滤深度 流量 生物膜层厚度表28.1 对慢速砂滤器去除病原体的影响因素的研究综合来说，混凝，絮凝，沉淀和过滤有效地去除了种污染物，如表28.2所示。同时还能降低水中的浊度，是水质澄清，进一步提高消毒效果。如不经过上述处理方法，颗粒可能会附着在微生物中使得最终的消毒过程难于进行。过滤是去除贾第鞭毛虫和隐孢子虫这些原生动物寄生虫的一个重要屏障。消毒剂的使用量增大使得原生动物的孢囊抗性增加，因此单纯依靠消毒作用并不能有效防止饮用水流行病。由于贾第虫和隐孢子虫尺寸较大，过滤便能有效去除。相反，由于体积小，病毒和细菌可以通过过滤过程。通过过滤和混凝清除病毒的有效性取决于病毒对颗粒的附着力(吸附)，这主要取决于病毒的表面电荷、等电点（微生物不带碘时与pH值相关），以及微生物的种类。表面性质的变化解释了为什么不同类型的病毒用相同混凝剂和过滤器去除时效果不同。因此，消毒仍然是应对这些微生物的最终屏障。表 28.2 混凝，沉淀，过滤：典型的去除率和出水水质生物体(去除率%)混凝沉淀(去除率%)快速过滤(去除率%)慢沙过滤
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