典型给水处理系统

第18章典型给水处理系统18.1城镇给水处理厂的设计内容及厂址选择18.1.1城镇给水处理厂设计1.城镇给水处理厂的设计内容根据给水规划要求确定设计规模和厂址；根据原水水质及用水要求确定给水处理工艺流程和水处理构筑物的型式；选定混凝剂、助凝剂、消毒剂种类、投加量和投加设备；设计布置附属构（建）筑物及编制水厂定员；进行水厂的总体布置（平面与高程）及厂区道路、绿化和管线综合布置；按照要求进行给水厂的自动控制设计。2.城镇给水处理厂设计原则城镇给水厂应按近期设计，考虑远期发展的可能性。水处理构筑物的生产能力，应以最高日供水量和水厂自备用水量之和进行设计，并以原水水质在最不利情况下所需最大供水量进行校核。城镇给水处理厂自备用水量一般采用供水量的5%～10%，必要时应通过计算确定。设计中应考虑对各水处理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。水厂内设备机械化和自动化程度，应根据实际生产要求，技术、经济合理性和设备供应情况，妥善确定，逐步提高。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。18.1.2城镇给水处理厂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。厂址选择时，一般应考虑以下几个问题：（1）厂址应选择在工程地质和地形条件较好的地方。（2）水厂应尽可能应尽量设置在城市上游,选择在不受洪水威胁的地方。（3）水厂应尽量减少拆迁，少占或不占良田，并留有适当的发展余地。（4）水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方,并使管网的基建费用最省。（5）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；二是将水厂设置在离用水区较近的地方。方案应综合考虑各种因素并结合其它具体情况，通过技术、经济比较来进行确定。18.2生活饮用水工艺与主要构筑物的选择18.2.1选择工艺流程时应具备的基础资料原水水质资料出水水质资料当地类似水源水处理工艺的应用情况操作人员的经验和管理水平水厂场地的建设条件当地经济发展情况污染物的形成及其发展变化今后可能的发展。随着水质要求的提高，或者原水水质的变化，可能会对今后净水工艺提出新的要求，因此选择的水处理工艺要求对今后的发展具有较大的适应性。18.2.2给水处理工艺流程的选择原则总的原则：给水处理工艺应该在技术上是可行的、经济上是合理的、运行上是安全可靠和便于操作的，这样才能使所选工艺达到最优。给水处理工艺流程应通过试验来检验。通过试验，可以了解哪种工艺系统可以达到处理要求，优化单元处理方法的组合，优化工艺参数，了解各影响因素与水处理效果的关系等等，从而为水处理工艺系统的确定提供依据。参考相近的水处理工艺系统的运行经验。水处理工艺系统应适应水质、水量的变化，即具有抗冲击性能。在保证处理水质满足用户要求的前提下，建设费用和运行费用之和为最低。18.2.3生活饮用水处理工艺流程的选择1.地表水常规处理工艺系统以去除水中的悬浮物(浊度)和杀灭致病细菌为目标的常规水处理工艺系统，主要由混凝、沉淀、过滤、消毒组成。如下图所示。常规处理工艺适用于浊度几十至几百NTU的地面水。常规处理工艺面临着提高处理水水质，深度除浊，有效去除和杀灭水中的致病微生物，特别是病毒和致病原生动物，提高水中有机物的去除效果等亟待解决的问题。在常规水处理工艺的基础上，发展了多种多样的给水处理工艺，给水工艺流程的选择可参考下表。给水工艺流程适用条件1原水→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒一般进水浊度不大于2000～3000NTU，短时间内可达5000～10000NTU2原水→接触过滤→消毒进水浊度一般不大于25NTU，水质较稳定且无藻类繁殖3原水→混凝沉淀→过滤→消毒（洪水期）原水→自然沉淀→接触过滤→消毒（平时）山溪河流，水质经常清晰，洪水时含沙量较高4原水→混凝→气浮→过滤→消毒经常浊度较低，短时间不超过100NTU5原水→（调蓄预沉或自然沉淀或混凝沉淀）→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒高浊度水二次沉淀（澄清）工艺，适用于含沙量大、沙峰持续时间较长的原水处理6原水→混凝→气浮（或沉淀）→过滤→消毒经常浊度较低，采用气浮澄清，洪水期浊度较高时，则采用沉淀工艺2.低浊度原水净化工艺流程当原水浊度较低(一般在50NTU以下)，未受污废水污染，水质变化不大且无藻类繁殖时，可采用直接过滤。3.高浊度原水净化工艺流程当原水浊度高、含沙量大时，为了减少混凝剂用量，应增设预沉池或沉砂池。4.受污染水源水处理工艺流程在常规处理工艺之前，采用预处理，如生物氧化去除水中有机物和氨氮。也可在常规处理工艺之后，采用深度处理，如臭氧-活性炭处理工艺。5.低浊度高藻类原水净化工艺流程18.2.4生活饮用水处理构筑物类型选择选择原则：处理构筑物类型的选择，应根据原水水质、处理后水质要求、水厂规模、水厂用地面积和地形条件等，通过技术、经济等各方面因素的比较，选择最合适的构筑物。选择方法：根据设计运转经验确定几种构筑物组合方案进行比较。但有的组合方式根本无需考虑。例如：平流沉淀池和无阀滤池的配合就无需考虑。另外，从水厂规模而言，小于1万m3/d的小型水厂，平流沉淀池和移动罩滤池就无需考虑；大于10万m3/d的大型水厂，水力循环澄清池和无阀滤池通常也无需考虑。比选方案：若水厂规模为10万m3/d，根据具体情况和经验选定以下9个比选方案(见图)：1-4-5；2-4-5；3-4-5；1-4-6；2-4-6；3-4-6；1-4-7；2-4-7；3-4-7。以年成本最低者为优化方案。在方案比较时，滤池后的清水池均相同，故不参与比较。此外，平流沉淀池和斜管沉淀池前的絮凝池还可进行几种方案比较。V型滤池适应于大、中水厂，凡是和普通快滤池相匹配的澄清池、沉淀池都可以和V型滤池相匹配。以上比较，仅考虑年成本方面，设计时还应考虑原水水质变化、处理效果、操作管理水平和材料设备供应等。4123567机械澄清池平流沉淀池斜管沉淀池移动罩滤池普通快滤池虹吸滤池构筑物的优化设计：在选定处理构筑物型式组合以后，各单项构筑物（常规处理主要指：絮凝池、沉淀池、澄清池、滤池）处理效率或设计标准也有一个优化设计问题。在设计规范中每种构筑物的设计参数均有一定的可变幅度，某一构筑物处理效率或设计标准往往与后续处理构筑物的处理效率密切相关。例如，设已选定平流沉淀池和普通快滤池相配合，若平流沉淀池设计停留时间长些，造价高些，但出水浊度低些，于是快滤池滤速可选用高些，滤池面积小些，冲洗周期长些，从而滤池造价和冲洗耗水量少些。如何通过数学方法进行水处理系统优化设计，将是今后研究的课题之一。要做到这一点，必须积累大量而可靠的基础资料。18.3城镇给水处理厂的平面及高程布置18.3.1城镇给水处理厂的平面布置水厂的基本组成包括两部分①生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、泵房、风机房、清水池、二级泵房、药剂间、变电所等；②辅助建筑物。辅助建筑物又分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、车库及值班宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。生产构筑物和建筑物的个数和面积由设计计算确定。辅助建筑面积应按水厂规模、工艺流程、水厂管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。1.水厂平面布置主要内容各种构筑物和建筑物的平面定位；各种管道、阀门及管道配件的布置。管道包括生产管线、加药加氯管线、反冲洗水管、气管、放空排泥管线、水厂自用水及消防管线、厂区雨污水管线、电缆线、通信线路等，此外还有阀门井、流量仪等。排水管(渠)及窨井布置；道路、围墙、绿化及供电线路的布置等。2.水厂平面布置的几点要求构筑物间距宜紧凑，以减少水厂占地面积和连接管(渠)的长度，并便于操作管理。生产关系密切的应互相靠近，如沉淀池或澄清池应紧靠滤池；二级泵房尽量靠近清水池，但各构筑之间应留出必要的施工和检修间距和管(渠)道位置。各构筑物的间距一般可取5～10m。充分利用地形，以减少填、挖土方量和施工费用。例如沉淀池或澄清池应尽量布置在地势较高处，清水池尽量布置在地势较低处。各构筑物之间连接管(渠)应简捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。此外，应设置必要的超越管道。考虑构筑物的放空及跨越，以便检修，最好做到自流放空。要求沉淀池或澄清池排泥及滤池反冲洗废水排除方便。力求重力排污，避免设置排污泵。厂区内应有管、配件等露天堆场；滤池附近应留有堆砂和翻砂场；锅炉房附近应有堆煤场。并考虑上述堆场运输方便。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。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。化验室、办公室远离风机房、泵房，以保证良好的工作条件。设备布置，一般按水处理流程的先后次序，按设备的不同性质分门别类进行布置，使整个站房分区明确，设备布置整齐合理，操作维修方便；应考虑水厂扩建的可能，留有适当的扩建余地。对分期建造的工程，应考虑分期施工方便。水厂内应设置通向各构筑物和附属构筑物的道路，一般可按下列要求设计：①水厂宜设置环形道路；②主要车行道的宽度，单车道为3.5m，双车道为6m，支道和车间引道不小于3m；车行道尽头处和材料装卸处应根据需要设置回车道；车行道转弯半径6～10m；③人行道的宽度为1.5～2m。水厂应考虑绿化，新建水厂绿化占地面积不宜少于水厂总面积的30％。水厂平面布置一般均需提出几个方案进行比较，以便确定在技术经济上较为合理的方案。vv水厂平面布置举例一二级泵房加氯加药间北排水泵小桥公路图23-6水厂平面布置159.5m56.3m92.3m69.7m163.7m二级泵房机修车库综合楼喷水池警卫室仓库配电室吸水井清水池快滤池清水池快滤池翻砂场平流沉淀池平流沉淀池隔板絮凝池药剂库吸水井取水干渠水厂平面布置举例二18.3.2城镇给水处理厂的高程布置总体要求：原水经取水泵站提升送到水厂后，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。水头损失应通过计算确定，并留有余地。⑴处理构筑物中的水头损失处理构筑物中的水头损失与构筑物型式和构造有关，一般需通过计算确定，也可采用表18-1中数据进行估算。该水头损失应包括构筑物内集水槽(渠)等水头跌落损失在内。表18-1处理构筑物中的水头损失构筑物名称水头损失（m）构筑物名称水头损失（m）进水井格网静态混合器絮凝池(依池型计算而得)沉淀池(含出水跌落)机械搅拌澄清池(含水跌落)水力循环澄清池0.2～0.30.3～0.40.4～0.50.2～0.40.4～0.65.0～7.0普通快滤池无阀、虹吸滤池移动罩滤池V型滤池直接过滤滤池压力滤池2.0～2.51.5～2.01.2～1.82.02.0～2.55.0～6.0⑵构筑物连接管（渠）的水头损失各构筑物之间的连接管（渠）的断面尺寸由流量和流速确定。当地形有适当坡度可利用时，可选用较大的流速；当地形平坦是，宜选用较小的流速。在选定管（渠）道流速时，应适当留有水量发展的余地。因各构筑物间距离不同，连接管渠的水头损失（包括沿程和局部）应通过水力计算确定。估算时可采用表18-2数据。计量设备水头损失按所选类型计算。表18-2连接管中允许流速和水头损失连接管段允许流速(m／s)水头损失（m）附注一级泵站至絮凝池絮凝池至沉淀池沉淀池或澄清池至滤池滤池至清水池滤池反冲洗水管滤池反冲洗排水管1.0～1.20.15～0.20.8～1.21.0～1.52.0～2.51.0～1.5视管道长度而定0.10.3～0.50.3～0.5根据管道长度计算根据管道长度计算应防止絮凝体破碎流速宜取下限留有余地构筑物高程布置注意事项进行高程