20万吨日自来水厂工艺设计（毕业设计）

20万吨/日自来水厂工艺设计同济大学给水排水工程专业2021届学生姓名：黄凌指导老师：邓慧萍【设计总说明】某市位于江西省中偏东部，抚河中游，南赣公路通过境内，向乐铁路纵贯市西，交通便利。中心城区是该市的政治、经济、文化和科技、信息、物资流通中心，由文昌桥区和上顿渡、抚北镇、红桥镇一区三镇组成。该市处于赣抚平原向武夷山区过渡地带，地形为南北长，东西窄，地势南高北低，地震少发，气候温和，日照充足。该市自来水公司现有五个水厂，总供水能力到达万m3/d，加上局部工业自备水8万m3/d，城市供水总能力到达万m3/d。尽管如此，该市供水事业仍存在诸多问题，如工艺落后；五座水厂运行时间均在十五年以上，事故隐患多；水平安性难以保证；配水管网有待优化；城市供水普及率低等问题。为满足城区经济开展，改善市民用水现状，以及提高供水平安性，扩大供水能力，现新建供水规模为20万m3/d的水厂，分两期建成。新建水厂以抚河为水源，水源水质到达生活饮用水水源水质二级标准，仅需常规处理即可到达生活饮用水水质要求。经方案比拟,南区水厂扩建工程采用岸边式取水构筑物取水，处理工艺采用高密度澄清池加V型滤池，消毒剂采用氯消毒。该新建水厂水源为地表水，水位变化幅度小，岸边水质和地质条件好，适宜用岸边式取水构筑物取水。为使取水泵房布置紧凑，减小占地面积，减短吸水管路的长度，将进水间与泵房合建。进水间设置上、下两层格栅，以便在不同水位时取得水质较好的原水。泵房土建按远期考虑，水泵按近期考虑，泵房为半地下式的矩形泵房。考虑到新建水厂用地限制，采用占地面积较小的高密度澄清池。高密度澄清池是由法国得利满公司研制的一种采用斜管沉淀及污泥循环方式的高速澄清池，具有处理效果高、单位面积产水量大、适应性强、处理效果稳定等优点。高密度澄清池的工作原理是基于原始概念上整体化的絮凝反响池、推流式反响池至沉淀池之间的慢速传输、泥渣的外部再循环、斜管沉淀机理以及采用混凝剂加助凝剂这五点之上。高密度澄清池在国内运用的实例较少，在上海市杨树浦水厂的扩建工程以及在乌鲁木齐石墩子山水厂中有运用，设计参数资料较少，因此本设计主要参考这两个水厂的设计参数以及相关文献。高密度澄清池分为预混合区、快速混合区、絮凝区、预沉-浓缩区组成，前三者的停留时间分别取、2min、5min，斜管上升流速取。混凝剂采用碱式硫酸铝，加药点在快速混合区；助凝剂采用PAM，加药点在絮凝区。V型滤池也是由法国得利满公司开发的一种重力式快滤池，通过出水阀门的不断调节可保证滤池的恒水位等速过滤。V型滤池采用均粒石英砂滤料，滤层厚度大、滤速高、过滤周期长、出水水质好。同时，V型滤池反冲洗采用气冲、水冲及外表扫洗，滤层保持微膨胀状态，提高了反冲效果。本设计近期采用8座双格滤池，反冲洗泵房和鼓风机泵房与滤池合建。滤速采用8m/h，过滤周期为24h，单格滤池面积为35m2，滤池高度为。反冲洗过程分为气冲、气水冲、水冲三个阶段，每个阶段持续时间为4min。气冲强度为16L/(s·m2)，气水同冲时水冲强度为4L/(s·m2)，单水冲时水冲强度为5L/(s·m2)，外表扫洗强度为1.8L/(s·m2)，持续时间为8min。近、远期各造一座清水池，水池容积按最高日用水量10%设计。由于厂区占地有限，因此水厂平面布置采用折角型，折角选在清水池。吸水井为独立式，这种吸水井的优点是调度管理方便、吸水管道短，提高水泵运行的平安程度。本设计的加氯点设置在V型滤池至清水池的出水管上。调节池收集V型滤池的反冲洗废水，需进一步处理；高密度澄清池的排放污泥由污泥调节池收集后送至污泥脱水机房直接脱水。厂区内道路均为6m的双车道，转弯半径为10m。厂区绿化率为35.9%。由于采用了高密度澄清池，单位处理水量的占地面积仅为2/(m3/d)。【关键词】一级泵房；高密度澄清池；V型滤池；消毒；反冲洗20×104m3/dWaterWorksProcessDesignWater&WastewaterEngineeringHuangLingTeacherDengHuiping【GeneralSpecification】XcityislocatedonthemiddlereachesofFuRiver,easterncentreofJiangxiProvince.NanganhighwaygoingthroughthecitytogetherwiththeXianglerailwayrunningfromthenorthtothesouthformsaconvenienttransportationsystem.Thecentretownisthepolitical,economy,cultureandtechnologycenterofXcity,whichincludesWenchangBridgeDistrict,WubeiTown,HongqiaoTown.XcityliesinthetransformingareafromGanfuPlaintoWuyiMountainareaandhasalandformoflongnorth-southborderlineandnarrowlinewest-east.Xcityrarelyhasearthquakesandenjoysamildclimateandasufficientsunlight.Presently,therearefivewaterworksinXcity,whichhaveatotalwatersupplyof105,000cubicmetersperday.Alongwiththeindustrialwaterreserveof80,000cubicmetersperday,thecapabilityofwatersupplyinXcityreaches185,000cubicmetersperday.However,thereremainalotofproblemsinthewatersupplysystem.Forexample,thetechniquesareoutoftime;allthepresentwaterworkshaveranforoverfifteenyears,whichmeansahighriskofaccident;noguaranteeisavailableforwatersafety;waterdistributingsystemsneedtobeoptimized;thepopularityrateofwatersupplyislow;etc.Inordertomeettherequirementsofeconomicdevelopment,amelioratethecurrentsituationofthewateruse,aswellasenhancethesafetyofwatersupplyandscale-upthewatersupplycapability,thisprojectismeantforexpansionoftheformerNanquWaterWorks.Thisprojecthasawatersupplyabilityof20,000cubicmetersperdayandisplannedtobebuiltintwostages.ThisnewwaterworkscollectsrawwaterfromFuRiver,whichmeetsthesecondgradestandardofdrinkingwaterresource.Onlyconventionaltreatmentsareabletoproducequalifieddrinkingwater.Aftercomparingseveralplans,thisnewwaterworksemploystheshoretypewatercollectionstructureforcollectingwaterandDensadegplusV-typefilterasthemaintreatmentprocess.Chlorineisusedfordisinfection.Asthewaterleveldoesn’tchangemuchandwithgoodwaterqualitynearthebankandgoodgeologicalconditions,itisadvantageoustoemploytheshoretypewatercollectionstructure.Inordertodecreasethefootprintofthepumpstationandshortenthelengthofsuctionpipe,intakestructureisbuiltincombinationwiththepumpstation.Inconsiderationofthelandlimitation,Densadeg(developedbyDegremo3/(m2·d),whichisquitelowcomparedwithotherwaterworks.BecauseDensadegisonlyemployedbytwowaterworksdomestically,thekeyparametersofthisprojectaremuchbasedonformeroperatingexperience.Densadegiscomposedofreactorzone,presettling/thickeningzoneandclarificationzone.Partofthesludgeisreusedforcoagulation.V-typefilterisalsodevelopedbyDegremontCompany.Theadvantagesofthistypeoffilterareasfollowings:highthicknessoffilterlayer;highfiltrationrate;longfiltrationperiod;satisfactoryeffluentquality;etc.Moreover,airbackflushingandsurfacesweepwashingusedinthebackwashingprocesskeepthefiltrationlayerinslightexpansionstate,whichimprovestheflushingeffect.Inthisproject,chlorineisaddedinthepipeconnectingtheV-typefiltrationandcleanwatertank.Thisnewwaterworkscoversanareaofabout30,000squaremetersandhasagreenratioofapproximate36%.【Keywords】Rawwaterpumpstation；Densadeg；V-typefilter；Disinfection；Backflush目录1设计任务及设计资料 71.1设计任务及要求 71.2设计资料 71.2.1背景资料 71.2.2供水现状及问题 81.2.3扩建水厂概况 91.3设计依据 92设计说明 102.1扩建水厂概况 102.2设计方案 102.2.1取水泵房 10混凝沉淀 10过滤 12消毒 13处理工艺流程 132.3构筑物设计说明 142.3.1取水泵房 142.3.2高密度澄清池 142.3.3V型滤池 152.3.4清水池 172.3.7调节池 182.3.8加药间 182.3.8二级泵站吸水井 182.3.8二级泵房 183设计计算 193.1取级泵房 193.1.1条件 193.1.2进水间计算 203.1.3吸水间计算 203.1.4水泵选用 233.1.5其他装置 273.2高密度澄清池设计计算 283.2.1设计根底资料 283.2.2高密度澄清池设计 293.2.3集水槽设计 313.2.4污泥系统 323.2.5加药系统 333.3V型滤池 333.3.1V型滤池简介 333.3.2设计计算参数 333.3.3滤池平面尺寸 34滤池高度确实定 343.3.5进水渠的计算 343.3.6水反冲的相关计算 363.3.7气反冲的相关计算 363.3.8反冲洗管渠系统 363.3.9V型槽设计 39排水集水槽的相关计算 403.3.11出水系统 413.3.12管廊布置 423.3.13冲洗水泵计算 423.4.14鼓风机房 443.4清水池计算 463.4.1清水池设计水量 463.4.2清水池尺寸 473.4.3清水池管道布置 473.4.4清水池附属设施 483.5消毒计算 483.5.1加氯量计算 483.5.2加氯管道 483.6二级泵房吸水井设计 493.6.1二级泵房吸水井类型 493.6.2二级泵房吸水井的设计水位 493.6.3二级泵房吸水井的有效容量 493.7二级泵房 493.7.1二级水泵型号 493.7.2水泵布置要求 503.7.3水泵吸水管、出水管 503.7.4水泵安装高度 503.7.5泵房高度计算 523.7.6阀门选型 523.7.7其他装置 523.8调节池设计 533.9加药间设计 533.9.1加药量 533.9.2溶解池、溶解池计算 533.9.3加药泵 533.9.2药库 543.10加氯间设计 543.10.1加氯机 543.10.2氯瓶 543.10.3加氯间布置 543.11水厂总体布置 553.11.1工艺流程布置 553.11.2平面布置 553.11.3水厂构筑物及建筑物一览表 563.10.4水厂平面布置图 563.11.5用地情况 573.11水厂管线设计 573.11.1连接管道设计 573.11.2净水构筑物水头损失 583.11.3工艺流程的标高计算 58水厂高程布置 60参考文献 62谢辞 631设计任务及设计资料1.1设计任务及要求(1)确定水厂工艺流程，完成开题报告；(2)完成主要单体构筑物施工图〔包括取水头部和取水泵站、二级泵站、高密度澄清池、V型滤池、清水池、加药间等〕，水厂总平面布置图及高程图，共计合2#图纸16张以上，其中2张手画；(3)设计说明书一份〔不少于15000字，并写出不少于300个英文单词的摘要〕；(4)英文资料翻译〔不少于2万英文字符〕。1.2设计资料1.2.1背景资料(1)城市概况某市位于江西省中偏东部，地处赣抚平原向武夷山过渡地带，南赣公路通过境内，向乐铁路纵贯市西，交通便利，距省会南昌101km。2，工业产值将到达74.35亿元。在城市形态上，该市具有显著的特色，即由一个中心和三个分区组成，位于中心区与分区之间的低洼地，是建设具有该市特色的现代化生态城市十分难得的“绿心〞。(2)自然条件℃℃。境内雨量充分，集中在春夏两季，4~6月最多，10~12月最少。主导风为西北偏北风，年平均风速为2m/s，最大风速为20m/s。1.2.2供水现状及问题(1)供水现状3/d。除此之外，该市还有局部工业自备水，供水能力为8万m33/d。该市供水主要以生活用水为主〔约占总供水量的70%〕，生产用水所占比例较小〔约占总供水量的30%〕，日变化系数和时变化系数较大。五座水厂采取分区域供水形式，其中荆公路、南区、桥东三个水厂管网连通，负责文昌桥辖区的供水；抚北水厂和原某县水厂分别负责抚北镇和上顿渡辖区的供水，城市供水普及率平均为84%。现有五座水厂采用的处理工艺均为常规处理工艺，即混凝、沉淀、过滤和消毒，规模均在5万m3/d以下。(2)存在问题3/d,但该市供水事业仍存在诸多问题,制约了城市的开展速度。①工艺落后现有五座水厂运行时间长，均在十五年以上，特别荆公路水厂，运行时间近50年。局部水厂设备陈旧，处理工艺落后，不仅增大了制水本钱，同时给生产管理带来很大的困难，事故隐患多，供水平安性难以保证。②供水水量、水压难达要求现有供水能力与城市开展不相适应，滞后于城市的开展水平，尤其是夏季顶峰用水时，供水量严重缺乏，供需矛盾显著。同时，城区局部地区供水水压低，仅靠供水低峰期蓄水维持，严重影响市民生活及工业生产。③配水管网待优化现有城市配水管网根本上属于分区域供水，尚未完全成环，供水平安性差。同时，在配水管网建设中，虽管道敷设多，但由于缺乏远期规划指导，管径偏小，不仅造成了浪费，供水水压改善不明显，还对日后其他城市管道的建设造成困难。④城市供水普及率低据统计，城市供水普及率平均为84%，其中文昌桥辖区为92%，上顿渡辖区为78%。随着城市的开展，人口的不断增长，城区面积的不断扩大，工业产值的不断增加，现有的供水普及率必定会给阻碍城市的开展，供水、需水的不平衡将会进一步加剧。综上所述，为了满足城区的经济开展，改善市民用水现状，以及提高供水的质量及平安性，扩大供水能力，建设新水厂的任务迫在眉睫。1.2.3扩建水厂概况(1)研究年限以该市城市总体规划为根底，该市南区水厂给水扩建工程可行性研究报告的研究年限为1998~2021年。(2)供水规模根据根底资料，该市南区水厂扩建工程总规模为20万m3/d，分两期建设，近期规模为10万m3/d，远期为20万m3/d。工程建设期2年，2021年底20万m3/d规模全部建成投产。(3)水源选择该市南区水厂扩建工程以抚河为水源，在水量和水质上都有保证，而且工程建设周期短，投资省，能解决近期中心城区供水的急需。(4)扩建水厂位置该市南区水厂扩建工程水厂布置在原水厂的西北方一块方形地，占地面积约为45亩，即30000m2。(5)工艺选择扩建水厂以抚河为水源，水源水质到达生活饮用水水源水质二级标准，主要指标为：NH3-N≤1.0mg/L；COD≤6mg/L；pH在6.5~8.5。二级水源水水质受轻度污染，经常规净化处理，即混凝、沉淀、过滤和消毒，其水质即可到达?生活饮用水卫生标准?〔GB5749-2006〕的规定，可供生活饮用。1.3设计依据?室外给水设计标准?〔GB50013-2006〕?地表水环境质量标准?〔GHZB1-1999〕?给水排水制图标准?〔GBJ106-87〕?泵站设计标准?〔GB/T50265-97〕?给水排水设计手册?〔第一册、第三册、第九册、第十一册〕?给水工程??净水厂设计??给水排水标准图集S1、S3?〔2002年〕2设计说明2.1扩建水厂概况该水厂的设计规模为20万m3/d，分两期建成，近期10万m3/d，远期20万m3/d，出水水质要求到达?生活饮用水卫生标准?〔GB5749-2006〕，出厂水压在35~40米之间。扩建水厂以抚河为水源，水源水质到达国家地表水二级水体标准，水源最高水位为44.25m，最低水位为36.46m，平均水位37.50m〔吴淞标高〕。水厂所在地的整平标高为51.60m，占地约45亩。2.2设计方案该扩建水厂的水源水质到达?地表水环境质量标准?〔GHZB1-1999〕Ⅱ类水体标准，只需经过常规处理〔混凝、沉淀、过滤、消毒〕即可到达?生活饮用水卫生标准?。经方案比拟，各阶段选取如下工艺。2.2.1取水泵房该扩建水厂的取水水源为地表水，取水水源水位最高水位为44.25m，最低水位为36.46m，水位变化幅度较小，排除选用移动式取水构筑物。据勘查，岸边水质和地质较好，主流近岸，岸边水深足够，因此选用岸边式取水构筑物取水。为使泵房布置紧凑，减小占地面积，减短吸水管路的长度，将进水间和泵房合建。泵房土建按远期设计，选泵时以近期水量为主，适当考虑远期开展的可能，预留一定位置。(1)混凝剂、助凝剂的选择常用的混凝剂较多，固体硫酸铝制造工艺复杂，水解作用缓慢；液体硫酸铝虽配制使用比固体硫酸铝方便，但易受温度及晶核存在影响形成结晶析出；硫酸亚铁〔绿矾〕絮体形成较快，较稳定，沉淀时间短，但其腐蚀性较高，原水色度较高时不宜采用；三氯化铁对金属腐蚀性大，对混凝土也腐蚀，处理低浊度水时效果不显著。本设计采用高密度澄清池工艺，参考上海杨树浦水厂扩建工程实例，选用碱式硫酸铝作为混凝剂，净化效率高，耗药量少，温度适应性高，pH值适用范围宽〔可在pH=5~9之间〕，使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好；设备简单，操作管理方便。助凝剂那么采用聚丙烯酰胺〔PAM〕，由于聚丙烯酰胺中丙烯酰胺单体有毒性，用于生活饮用水净化时，其产品应符合优等品要求。(2)混凝沉淀工艺选择目前国内给水常规处理大多采用传统的混凝、沉淀〔澄清〕过滤和消毒工艺，其中沉淀局部一般采用传统的平流式沉淀池、斜管沉淀池和机械搅拌澄清池。平流式沉淀池具有构造简单、管理方便、耐冲击负荷强等优点，缺点是停留时间长、占地面积大，特别是在寒冷地区，修建池体外围护结构造价高、实施困难；对小而轻的矾花去除效果差，适用于温暖地区的大中型水厂。斜管沉淀池沉淀效率高，池体小、占地小，但假设原水水质变化迅速其适应性较差；用于大型水厂时，存在配水不均匀问题，使其总体出水水质难以进一步提高。机械搅拌澄清池优点是絮凝、沉淀一体化，占地面积小，易于修建外围结构，产水能力高，适应能力强，抗冲击负荷能力强，处理效果好。缺点是结构较复杂，施工难度大，由于回流泥渣浓度低，回流水量很大，最大的困难是排泥量较难控制，经常会因过量排泥导致絮凝效果差，影响出水水质，适用于高寒地区。该扩建工程的土地有限，处理量较大，因此采用占地面积较小、单位面积处理量大的高密度澄清池(DENSADEG，见图2.1)。高密度澄清池是由法国得利满公司研制的一种采用斜管沉淀及污泥循环方式的高速澄清池，具有处理效率高、单位面积产水量大、适应性强、处理效果稳定等优点。高密度澄清池的工艺构成可分为反响区、预沉-浓缩区、斜管别离区三个主要局部：①反响区在该区进行物理—化学反响。反响区分为两个局部，具有不同的絮凝能量，中心区域配有一个轴流叶轮，使水在反响区内快速絮凝和循环；在周边区域，主要是柱塞流使絮凝以较慢速度进行，并分散降低能量以确保絮状物增大致密。加注混凝剂的原水经高密度澄清池前部的快速混合池混合后进入反响区，与浓缩区的局部沉淀泥渣混合，在絮凝区内投加助凝剂并完成絮凝反响。经搅拌反响后的出水以推流形式进入沉淀区域。反响池中悬浮固体〔絮状物或沉淀物〕的浓度保持在最正确状态，泥渣浓度通过来自泥渣浓缩区的浓缩泥渣的外部循环得以维持。因此，反响区可获得大量高密度、均质的矾花，以满足接触絮凝要求。这些絮状物以较高的速度进入预沉区域。②预沉-浓缩区絮凝物进入面积较大的预沉区时速度放缓，这样可防止造成絮凝物的破裂及涡流的形成，也使绝大局部的悬浮固体在该区沉淀。沉降的泥渣在澄清池下部聚集并在刮泥机的持续工作中浓缩。浓缩区分为两层，分别位于排泥斗上部和下部。上层使循环泥渣浓缩，泥渣在该区的停留时间为几小时，局部浓缩泥渣在设于污泥泵房的螺杆泵的作用下循环至反响池入口，以维持最正确的固体浓度，使低浊水和短时高浊水均能在最正确浊度条件下被澄清。在某些特殊情况下〔如：流速不同或负荷不同等)，可调整循环区的高度。由于高度的调整，必会影响泥渣停留时间及其浓度的变化。下层是产生大量浓缩泥渣的地方，浓缩泥渣的浓度可维持在20g/L以上。采用污泥泵从预沉—浓缩区的底部抽出剩余泥渣，送至污泥脱水间直接进行脱水处理。③斜管别离区在逆流式斜管沉淀区，剩余的絮状物沉淀通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布，这些板有效地将斜管分为独立的几组以提高水流分配的均匀性，提高沉淀效率。澄清水由集水槽系统收集，絮状物堆积在澄清池的下部，形成的泥渣也在这局部区域浓缩，通过刮泥机将泥渣收集起来，循环至反响池入口处，剩余泥渣排放。高密度澄清池在乌鲁木齐石墩子山水厂已稳定运行4年时间，出厂水水质稳定在0.5NTU下，通过泥渣回流调节，使得高密度澄清池的絮凝和澄清过程在一个较佳的浊度范围内进行，在进水低温低浊或短时高浊情况下，对浊度的去除率较高。另外高效利用池体体积，省去了排泥水处理中的浓缩工艺过程，加之泥渣回流使得药剂充分发挥作用，减少了药耗，在节约能源和降低原材料方面效益显著，降低了运行本钱。考虑到该扩建水厂的用地要求及处理水量，选用高密度澄清池，节省占地，有利于二期建设及未来扩建的需求。高密度澄清池在国内运用较少，因此本设计参数主要参考上海杨树浦水厂36万吨/日扩建工程以及乌鲁木齐市石墩子山水厂的运行参数。图2.1高密度澄清池示意图过滤普通快滤池有成熟的运转经验，运行稳妥可靠，其缺点就是阀门多，必须设有全套冲洗设备，可适用于大、中、小型水厂。重力式无阀滤池用于工矿企业及城镇的中小型水厂，其优点是不需设置阀门，自动冲洗，管理方便，但运行过程时看不到滤层情况，细砂更换时不方便；另外单池面积小，冲洗效果较差，反洗时要浪费局部水量。无阀滤池为变水位等速过滤，水质不如等速度过滤。虹吸滤池采用真空系统控制进、排水虹吸管，以代替阀门。虹吸滤池的优点是不需要大型阀门、冲洗水泵或冲洗水箱，易于自动化操作。缺点就是土建结构复杂，池深大，单池面积不能过大，反冲洗时要浪费一局部水量，冲洗效果不易控制。同无阀滤池一样，虹吸滤池为变水位等速过滤，水质不如降速过滤，适用于中型水厂。移动罩滤池是由许多滤格为一组构成的滤池，利用一个可移动的冲洗罩轮流对各滤格进行冲洗。移动罩滤池的优点是池体结构简单，无需冲洗水箱或水塔，无大型阀门，管件少，适用于大、中型水厂。但移动罩滤池比其他快滤池增加了机电及控制设备，自动控制和维修复杂，罩体与隔墙间的密封要求较高。V型滤池采用较粗和均质的石英砂滤料，滤层较厚，冲洗采用气水反冲洗。反冲洗时先进行气冲，然后气水同冲，再后关闭气冲并加大水冲强度。水冲时V型槽小孔出流形成外表扫洗。冲洗时滤层呈微膨胀状态。配水采用长柄滤头。V型滤池具有截污能力达，反冲洗干净，过滤周期长，处理水质稳定等优点。上海市临江水厂及凌桥水厂均选用V型滤池过滤，过滤周期长，达48h，滤后水浊度低，因此该扩建水厂也采用V型滤池。二氧化氯作为消毒剂时，对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内的酶，其最大的优点是不会与水中有机物作用生成三卤甲烷，消毒能力也比氯强，余量在管网中保持很长时间，受水的pH值影响极小。但是，二氧化氯ClO2本身和副产物ClO2-对人体血红细胞有损害，另外制取ClO2的NaClO2价格很高，限制了二氧化氯的使用。氯胺消毒作用缓慢，杀菌能力比自由氯弱，但氯胺消毒的优点是当水中含有有机物和酚时，氯胺消毒不会产生氯臭和氯酚臭，同时大大减少了三卤甲烷产生的可能，同时又能保证水中的余氯，适用于供水管网较长的情况。不过，因氯胺杀菌能力弱，通常作为辅助消毒剂以抑制管网中细菌再繁殖。臭氧消毒的机理是氧化作用，可迅速杀灭细菌、病毒等，作为消毒剂的主要优点是不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌和氧化能力均比氯强。由于臭氧在水中不稳定，易消失，故在臭氧消毒后，仍需投加少量氯、二氧化氯或氯胺以维持水中剩余消毒剂。臭氧生产设备较复杂，投资较大，电耗较高，在我国水厂更多的作为氧化剂使用，很少作为消毒剂使用。。本设计采用加氯消毒,消毒效能高，又能保证余氯，由于原水水质较好，水中有机物较低，产生消毒副产物的量少。处理工艺流程处理工艺流程见图2.2。岸边合建式取水构筑物+一级泵站→高密度澄清池→V型滤池→清水池→二级泵站→管网图处理工艺流程2.3构筑物设计说明2.3.1取水泵房(1)设计水量设计水量以最高日平均时为根底，取水厂3/s，远期3/s，水泵24h运行。(2)设计水位取水水源最高水位为44.25m，最低水位为36.46m，平均水位为37.50m〔标高均为吴淞标高〕，取水泵房的地面标高为44.50m。(3)进水间进水口尺寸为BH=1700mm1300mm，格栅尺寸为B1H1=1800mm1400mm，进水间的尺寸为LBH=24900mm2500mm12340mm。(4)吸水间进水孔尺寸为B1H1=2250mm2000mm，格网尺寸BH=2380mm2130mm，吸水间的平面尺寸为LB=24900mm4400mm12340mm。吸水喇叭口的直径为1500mm以及1200mm。(5)水泵近期采用2台小泵加1台大泵，远期再加1台大泵。水泵的型号分别为32A-19E及20SA-14，吸水管管径分别为DN1000和DN800，出水管管径分别为DN800和DN600。大泵的泵轴高度为39.21m，小泵的泵轴高度为38.98m。(6)泵房布置泵房尺寸为LB=30m12m，泵房内地面标高为37.36m，泵房高度为18.0m。(7)其他设备真空泵型号为SK12，抽气量为12m3/min。集水坑的尺寸为500mm500mm500mm。潜水排污泵的型号为50QW18-15-1.5，设两台，一备一用，设计流量为18m3/h，扬程为32m。2.3.2高密度澄清池(1)预混合池4.10m，停留时间为1.92min。(2)反响池6.00m，停留时间为5.63min。(3)推流区推流反响区的停留时间取4min。(4)斜管别离区8.75m。斜管断面采用蜂窝六角形，其内径采用30mm。斜管长度取1000mm，水平倾角θ采用60°。斜管上部的清水区高度取1.50m，斜管下部的布水区高度取3.00m。斜管用支撑梁支撑，支撑梁的大小为200mm×200mm，间距为1000mm。(5)集水支槽集水孔一个斜管别离区上部设10个集水槽，集水槽采用小孔出流，集水孔直径取DN40，集水槽每侧布置40个。(6)集水支槽集水支槽宽0.4m，槽底为水平，集水槽水深为0.32m，集水槽的尺寸为650mm400mm。槽底标高为4.32m，槽顶标高为4.97m。(7)单个高密度澄清池总集水槽1单个澄清池总集水槽1槽宽1.5m，槽底取平坡，总集水槽2的断面尺寸取BH=1500mm1600mm。(8)两座高密度澄清池总集水槽2总集水槽槽宽为1500mm，槽底为水平，总集水槽2的断面尺寸为BH=1500mm1600mm。(9)污泥系统污泥系统分为回流和排放两个系统，一局部的污泥由泵加压后回流至高密度澄清池的絮凝区，另一局部污泥由泵加压后送至污泥脱水机房脱水。污泥回流泵与排放泵型号均为CLXQ125-80-300，回流量为80m3/h，扬程为30m。污泥回流至从快速混合区到絮凝区的长方体通道中。污泥排放管及回流管管径为DN200，污泥排放至污泥脱水机房。另设放空管，管径为DN150。2.3.3V型滤池V型滤池近、远期各造一座，反冲洗泵房、鼓风机房与滤池合建。(1)设计参数设计水量按近期10万m33/s。滤速采用8m/h，冲洗周期T=24h，冲洗强度见表2.1。表滤池冲洗强度及时间冲洗过程冲洗强度〔L/s·m2〕冲洗时间〔min〕气冲164气水冲气164水44水冲54外表扫洗12(2)滤池尺寸采用双格V型滤池，单格面积为35m2，平面尺寸为LB=10m3.5m2。设8座，总面积为560m2。强制滤速为8.9m/h。(3)滤池高度配水、配气渠高度为0.90m，滤板厚0.10m，粗砂层厚0.05m，滤料层厚1.20m，滤床上水深1.50m，超高0.50m，滤池高度为4.25m。(4)进水渠进水总渠断面尺寸为1000mm1200mm，主进水孔尺寸为500mm500mm。过水堰堰上水深为0.13m，过水堰宽为2.00m。溢流堰标高为3.05m，溢流管管径为DN400。(5)水反冲3/s，耗33/s。反冲洗供水管管径为DN500，流速为m/s。(6)气反冲33。反冲洗气干管管径为DN350，流速为11.6m/s。(7)反冲洗管渠系统长柄滤头内径为20mm，长度为0.30m。滤板尺寸为974mm2。配水孔尺寸为80mm80mm，一侧布置25个，孔中心间距为400mm。配气孔孔径为50mm，数量、间距与配水方孔相同。(8)V型槽设计V型槽孔口直径为30mm，单边45个，孔中心间距为220mm，标高为1.70m。V型槽与滤池夹角为40°，厚度为80mm。(9)排水集水槽集水槽宽1.0m，坡度为6%，槽顶水深0.054m。(10)总排水渠总排水渠宽1600m，渠内水深0.30m。集水坑尺寸为1600mm1000mm1400mm。排水管采用DN700，流速为1.24m/s。(11)出水系统3m。总出水渠的断面尺寸为BH=1500mm1600mm。(12)管廊布置〔待滤水位为〕。管廊内设置排水沟，集水沟的尺寸为500mm500mm500mm，污水重力直排。(13)反冲洗水泵3/s=630m3/h，选用型号为300S12A单级双吸离心清水泵。(14)鼓风机3/h，选用RE-150罗茨鼓风机。2.3.4清水池(1)清水池设计水量清水池的有效容量按近期最高日用水量的10%考虑，为10000m3，远期增加一座相同的清水池，采用矩形水池，施工方便，模板周转率高且布置紧凑。(2)清水池尺寸43.5m。柱子的尺寸为250mm250mm，柱子的间距在长、宽方向上分别是4500mm和5400mm。在水池长、宽方向上的中间各设一道宽度为30mm的伸缩缝。清水池池底在施工时沿导流墙的方向以0.005的坡度铺向集水坑，以便放空时能排除废水。(3)进水管3/s，进水管管径为1200mm。进水管的管口设在三分之一有效水深处，即1.5m。为了减少进水管道的埋深，进水管在进入水池后弯下降低。(4)出水管本设计设置独立的吸水井，清水池采用一根出水管与吸水井连通，出水管的设计流量等于二级泵房的最大时量，时变化系数Kh=1.4，出水管管径为1200mm。(5)溢流管为了确保溢流畅通，溢流管管径与进水管管径一致，取DN1200。(6)放空管由于清水池埋深较大，因此不设专用排水管，而设置备用潜水泵，在需用时临时装设。(7)清水池附属设施集水坑比池底落深1.5m，尺寸为3000mm1500mm。导流墙沿宽度方向设置，导流墙的间距为三个柱子的间距，导流墙的尺寸为32650m250mm4500mm。导流墙底部每隔一个柱子的间距〔5400mm〕开一个流水孔，尺寸为100mm200mm。由于水中有加氯气，故导流墙采用的材料应能防止氯的腐蚀。通风管直径采用200mm，数量为4个，管口高出池顶覆土面的距离分别为700mm和1200mm。人孔为圆形，直径为1000mm，分别设置在溢流管和出水管附近，人孔上缘高出水池覆土面300mm。扶梯宽为400mm，踏步间距为300mm，与人孔配套设置，直立靠壁安装，采用铁踏步。覆土厚度需满足清水池抗浮要求，防止池顶直晒，并应符合保温要求，取池顶覆土厚为700mm。2.3.7调节池调节池收集滤池的反冲洗废水，调节池的尺寸为12m12m4m，废水需进一步处理。高密度澄清池的排放污泥由污泥调节池收集后送至污泥脱水机房脱水。2.3.8加药间加矾间与加氯间合建，设置在水厂的东北角。(1)加药量高密度澄清池需投加碱式硫酸铝和PAM。碱式硫酸铝的投加量为27mg/L，PAM的投加量为0.1mg/L。每日混凝剂、助凝剂的投加量〔按远期计算〕分别为5.94t/d、22kg/d。(2)溶解池、溶解池碱式硫酸铝的溶液池设置两个，尺寸为m×m×1.55，底部设置DN100的排渣管。溶解池××1.5m，溶解池池底坡度取0.05，设DN100的排渣管。(3)加药泵碱式硫酸铝采用投加，设置3台。PAM的投加采用两台PAM干粉自动投加机。(4)药库×22.6m，药库设置LX型电动单梁悬挂桥式起重机，额定起重量为0.5t，跨度为8.5m，起升高度为6m。(5)加氯量设置滤后加氯，滤后水加氯量一般为0.8mg/L，加氯量Q为6.66kg/h。氯库按30d的用氯量储存，设置10个氯瓶，投氯机设2台。在加氯间内，氯气管采用紫铜管或无缝钢管，配置成一定浓度的氯水混合液，混合液输送采用塑料管。(6)加药管加矾管、加氯管的管径均取DN50，管线不宜露出地面，敷设在管沟内，管沟尺寸为500mm500mm，管沟设有排水设施。2.3.8二级泵站吸水井二级泵站采用别离式吸水井，最高设计水位等于清水池的最高水位，为0.20m，吸水井的最低水位为-4.80m。吸水井尺寸为32.0mm，距二级泵房的距离为2.0m。2.3.8二级泵房(1)设计水量3/s。(2)水泵型号近期设置3台水泵〔2台大泵1台小泵〕，型号分别为28SA-10J、20SA-10单级双吸中开离心泵。水泵安装高度〔吸水井最低水位至泵轴的高度〕为3m。(3)水泵吸水管、出水管大泵吸水管管径为DN1000mm，出水管管径为DN800mm。小泵吸水管管径为DN700，出水管管径为DN500mm。(4)泵房布置二级泵房平面尺寸为m×13.2m，泵房高度为12m。(5)其他设备集水坑的尺寸为500mm500mm500mm。潜水排污泵的型号为50QW18-15-1.5，设两台，一备一用，设计流量为18m3/h，扬程为15m。真空泵型号为SK12，抽气量为12m3/min。3设计计算3.1取水泵房3.1.1条件(1)设计水量该扩建水厂设计水量近期为10万m3/d，远期为20万m3/d。考虑到输水干管漏损和水厂的自用水，取自用水系数α=1.05，那么远期泵站的设计取水量Q=2000001.05=210000m3/d=8750m33/s〔泵站24h取水〕近期泵站的设计取水量Q=1000001.05=105000m3/d=4375m33/s泵站土建按远期设计，水泵按近期流量设计。(2)水源条件取水水源最高水位为44.25m，最低水位为36.46m，平均水位为37.50m〔标高均为吴淞标高〕，取水泵房的地面标高为44.50m。(3)取水泵站类型根据取水水源岸边地质条件，一级泵站采用的是半地下式的岸边式取水构筑物，泵站距水厂的输水干管全长将近400m。3.1.2进水间计算(1)格栅尺寸由于水源最高、最低水位相差大于6m，进水孔分上、下两层。设计时，按河流最低水位计算下层进水面积，上层与下层相同。进水孔的前后分别设置格栅和闸门。进水孔的面积按下式计算： (1)式中Q——进水孔的设计流量，m3/s；v0——进水孔设计流速，当江水无冰絮时采用0.4~1.0m/s，取0.6m/s；K1——栅条引起的面积减少系数，K1=bK2——那么进水孔总面积为：上下两层进水孔，每层各设四个进水孔，每个进水孔的面积为f=F022，进水口尺寸BH=1700mm1300mm，格栅尺寸为B1H1=1800mm1400mm。(2)进水孔位置上层进水孔的上缘应在最高水位以下1.0m，取1.25m，那么上层孔的上缘标高为43.00m。下层进水孔的下缘至少高出河床0.5m，其上缘至少应在设计最低水位以下0.3m，取1.5m，那么下层进水孔的上缘标高为34.96m。在平面布置上，相邻两个进水孔的间距为3500mm，进水孔与边墙的距离为3650mm。(3)进水间布置为了工作可靠和便于清洗检修，进水间〔包括后面的吸水间〕用横向隔墙分成两个能独立工作的分格，并在隔墙上开孔设阀门。进水间的长度、跨度以及深度均由吸水间尺寸决定。进水间的高度由最高水位决定，为最高水位加上一定的平安高度，取1000mm，那么进水间顶的标高为45.25m，进水间的高度为12.54m。(4)其他装置格栅安装在导轨内，格栅采用电动葫芦起吊。电动葫芦的型号为CD1-18D，起重量为1t，起吊高度为18m，电动葫芦的安装高度为51.55m。进水孔后电动闸门，以切换上、下层格栅的交替使用。电动闸门为自制，尺寸为1300mm1700mm。3.1.3吸水间计算(1)格网尺寸平面格网面积由下式计算： (2)式中Q——通过格网的流量，m3/s；v0——通过格网的流速，一般采用0.2~0.4m/s，取0.4m/s；K1——网丝引起的面积减少系数，，b为网眼尺寸，取5mm5mm方格网；d为金属丝直径，取1mm；K1=0.69；ε——水流收缩系数，一般采用0.64~0.80，取0.7；K2——格网堵塞面积减少系数，一般采用0.5；那么格网总面积为： 根据设计手册提供的格栅类型，选用8个型号为C172，进水口尺寸B1H1=2250mm2000mm，格网尺寸BH=2380mm2130mm。(2)进水孔位置进水孔的下缘高出进水室底0.95m，下缘在设计最低水位以下2.80m，那么进水孔的下缘标高为33.66m。在平面布置上，相邻两个进水孔的间距为600mm，进水孔与边墙的距离为580mm。(3)吸水喇叭口水泵吸水管管径分别为1000mm、800mm〔计算见后〕，吸水管喇叭口通常取吸水管直径的1.3~1.5倍，查标准图集配用标准吸水喇叭口的直径为1500mm以及1200mm。吸水喇叭口的布置要求见图3.1。图3.1吸水喇叭口的布置要求对于DN1000的管径来说，吸水喇叭口底距吸水间底的距离大于0.8D〔D为吸水喇叭口直径〕，取1300mm；吸水喇叭口的淹没深度不应小于0.5~1.0m，取2200mm；喇叭口中心线与后墙的距离为0.8~1.0D，取1500mm；DN1000的管径布置在外侧，因此吸水喇叭口的边缘井壁的距离不小于0.75~1.0D，取3540mm。对于DN800的管径来说，吸水喇叭口的布置要求相同，喇叭口的悬空高度取900mm；淹没深度取2600mm；喇叭口中心线与后墙的距离取1400mm。吸水喇叭口之间的净距要求为1.5~2.0D，考虑到吸水管与柱子间距的要求及相邻吸水管的布置要求，吸水管的布置见图3.2、3.3。图3.2进水间、吸水间布置图3.3吸水喇叭口布置(4)吸水间布置吸水喇叭口距格网的距离大于3D，此距离以吸水喇叭口距格栅的距离计，取5600mm。进水间的宽度取2500mm，吸水间宽度取4400mm。根据远期吸水管的布置要求，进水间、吸水间的长度均取24.6m，每个分格的长度取12.2m，内墙厚度取200mm，外墙厚度取300mm。吸水间的高度与进水间一致。(5)其他装置格网采用电动葫芦起吊，电动葫芦型号及安装高度均与格栅一致。格网后设置电动闸门，闸门为自制，尺寸为2500mm2200mm。3.1.4水泵选用(1)水泵型号33/s，扬程初估为30~40m。查设计手册，选用SA型单级双吸中开离心式水泵，大泵型号为32A-19E，小泵型号为20SA-14。两型号水泵参数见表3.1，外形及安装尺寸见图3.4，其中尺寸数据见设计手册第11册。表3.1水泵参数型号流量L/s扬程m转速r/min轴功率〔kW〕电动机功率〔kW〕效率〔%〕气蚀余量〔m〕叶轮直径〔mm〕20SA-14600329602142808846632SA-19E120073051257075052785236034图3.4SA型水泵外形及安装尺寸(2)吸水管、出水管大泵吸水管管径取DN1000mm，流速为1.55m/s，出水管管径取DN800mm，流速为2.43m/s。小泵吸水管管径取DN800，流速为1.21m/s，出水管管径取DN600mm，流速为2.15m/s。(3)水泵安装高度以大泵计算水泵安装高度。大泵的气蚀余量为5.9m。根据下式计算水泵安装高度： (3)式中Zs——吸水高度或淹没深度〔泵轴中心或基准面与吸水处水面高差〕m；[Hs]——按实际装置所需的真空吸上高度〔m〕，实际设计中为考虑平安一般采用，[Hs]≤〔90%~95%〕Hs∑hs——吸水管路沿程及局部水头损失之和〔m〕；i——管路沿程损失水力坡降〔‰〕；l——管路长度〔m〕；ξ——局部阻力系数；v——吸水管中流速〔m/s〕；v1——水泵吸入口的流速〔m/s〕；Hs——标准状况下，水泵样本中给出的最大允许吸上真空高度〔m〕；所选水泵给出的是水泵的气蚀余量，为5.9m，将气蚀余量换成允许吸上真空高度，用下式计算： (4)式中ha——2O；hva——该水温下的汽化压力，温度取10℃2O；v——水泵吸水口的流速，为2.43m/s；Hsv——气蚀余量，为5.9m； [Hs]取90%Hs，[Hs2O。水泵吸水管路见图3.5，其管道局部、沿程损失见表3.2。表3.2水泵吸水管路的水头损失损失类型水损系数ξ或i流速v〔m/s〕或管长l〔m〕水头损失〔h=ξv吸水喇叭口沿程损失90°弯头0.13阀门偏心渐缩管水泵吸水口图3.5水泵吸水管路图水泵安装高度Zs－〔0.01+0.01+0.13+0.07+0.06+0.30〕－2.4322×9.8=3.54mH2OH2格栅的水头损失取0.10m，格网的水头损失取0.15m，那么水流经过格栅、格网后的水面标高为36.21m，泵轴的标高为36.21+3.00=39.21m。(4)水泵根底无底盘的大、中型水泵的根底满足以下要求：①根底长度L=地盘长度L1+〔0.20~0.30〕m；②根底宽度B=底盘螺孔间距〔在宽度方向上〕+0.30m；③根底高度H=地脚螺栓埋入长度h螺+〔0.10~0.15〕m；④根底高度应不小于50~70cm，根底顶面应高出室内地坪约10~20cm；⑤预留螺孔尺寸水泵为200mm200mm，电机为150mm150mm；本设计的水泵根底尺寸见图3.6。图3.6水泵根底图(5)泵房平面尺寸设计由泵轴的高度可定出泵房的地面标高。大泵泵轴离根底高度H=1150mm，根底高出地面700mm，那么地面标高为37.36m。由地面标高可确定小泵的泵轴标高为38.98m，安装高度为2.77m，在允许安装高度范围内。泵房的长度及跨度由水泵的根底大小决定，水泵布置要求见图3.7。图3.7水泵布置要求图3.8泵房布置简图(6)泵房高度本设计为设有桥式吊车的地下式泵房，泵房地上局部高度H1用下式计算： (5)其中n——一般采用不小于0.3m，取0.5m；a2——行车梁高度，取730mm；c2——行车梁底至起重钩中心的距离，取1.32m；d——起重绳的垂直长度，对于水泵为0.85xm，取1.72m；e——最大一台水泵或电机的高度，取1.895m；h——吊起物底部与泵房进口处室内地坪或平台的距离，一般不小于0.3~0.5m，取0.5m；泵房高H=H1+H2－37.36〕=13.81m，取17.50m。泵房起重机采用LX型电动单梁，起重量为1t，起升高度为18m。(7)阀门选型大泵吸水管上设置型号为D941型电动蝶阀〔DN1000〕。出水管上依次设置DN600-DN800渐扩管、可曲挠接头〔DN800〕、H(A)47T止回阀〔DN800〕、D371(H,F)手动蝶阀〔DN800〕、D371(H、F)电动蝶阀〔DN800〕。小泵吸水管上设置型号为D941型电动蝶阀〔DN800〕。出水管上依次设置DN400-DN600渐扩管、可曲挠接头〔DN600〕、H(A)47T止回阀〔DN600〕、D371(H,F)手动蝶阀〔DN600〕、D371(H、F)电动蝶阀〔DN600〕。3.1.5其他装置水泵根底周围设宽度为100mm的集水槽，并沿吸水间的墙延伸至墙角。集水坑的尺寸为500mm500mm500mm。潜水排污泵的型号为50QW25-38-5.5，设两台，一备一用，设计流量为25m3/h，扬程为38m。水泵的启动方式为抽真空。真空泵的抽气流量W按下式计算： (6)式中K——漏气系数，取1.10；W1——吸水管内空气容积，相当于水泵吸入口面积乘以吸入口到出水闸门间的距离，W1=〔5680+3500〕×π4W2——泵壳内空气容积，大约相当于吸入口面积乘吸入口到出水闸门的距离，W2=〔8600+3500〕×π4T——水泵充水时间〔min〕，取4min；Hg——大气压的水柱高度，取10.33m；Zs——水泵安装几何高度，为3.00m； 选用型号为SK12的真空泵，抽气量为12m3/min，电动机型号为Y200L1-6。3.2高密度澄清池设计计算3.2.1设计根底资料该水厂扩的设计参数参考上海市杨树浦水厂7#生产系统改造工程〔36万m3/d〕以及乌鲁木齐石墩子山水厂〔20万m3/d〕的相关设计参数，另外有少量文献介绍了高密度澄清池的相关参数。(1)乌鲁木齐石墩子山水厂石墩子山水厂的设计流量为20万m3/d，单池设计流量为2294m36.25m，停留时间为7.78min。预沉-11m0.65m。单池总面积为161m2，斜管区面积为100m2。上升流速为14.2m/h，斜管区的上升流速为22.9m/h。浓缩区固体负荷为6kg/(m2·3，中心集水槽流速为0.3m/s，坡度为0.01。(2)相关文献介绍文献【19】中介绍了相关参数，见表3.3。表3.3高密度澄清池相关参数取值一般取值取值范围混合反响区停留时间/min86~10推流反响区停留时间/min43~5搅拌器浆板边缘线速度(m/s)3污泥循环系数斜管上升流速(m/h)12~25反响池内固体浓度(kg/m3)0.2~2排放污泥浓度(g/m3)800400~1200固体负荷(kg/(m2·h)6/沉淀区的进口速度(m/h)80/浓缩污泥深度/m/刮泥机扭距(N/m2)30/刮泥机外缘线速度(m/s)/刮泥机最小线速度(m/s)/沉淀池底板坡度/本设计处理水量为20万m3/d，分两期建成，处理水量较大，自用水量取5%，污泥回流量取5%，那么高密度澄清池的设计水量为： 3/s。3.2.2高密度澄清池设计(1)预混合池杨树浦水厂7#4.75m，两座高密度澄清池共用1座预混合池及进水渠，停留时间为1.96min。本设计取预混合时间`为2min，那么预混合池的体积为： 原水进入进水渠后，通过薄壁堰进入预混合池，薄壁堰上的水头为： (7)式中：取b=3.00m，P=4.50m，经过试算得，堰上水头H=0.24m。高密度澄清池的进水渠的水面标高为6.00m，那么薄壁堰的标高为水面标高减去堰上水头即6.00-0.24=5.76m。根据薄壁堰的标高及堰的高度，可确定进水渠底的标高为5.76-4.50=1.26m，此标高同时也为预混合池的池底标高。取预混合池内水面比薄壁堰标上下0.40m，那么预混合池内的水面标高为5.36m，预混合池的水面高度为5.36-1.26=4.10m，预混合池宽度b=2.00m，那么预混合池的长度为：4.10m。实际停留时间：(2)反响池反响池包括快速混合池和慢速混合池〔絮凝池〕。杨树浦水厂高密度澄清池的5.78m，停留时间为4.12min。石墩子山水厂的6.25m，停留时间为7.78min。本设计快速混合池停留时间取2min，絮凝池停留时间取5min。快速混合