【正文】 第四章 凈水廠工藝選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 廠址選擇廠址選擇應(yīng)在整個(gè)給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中全面規(guī)劃、綜合考慮，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。在選擇廠址時(shí)，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：廠址應(yīng)選在工程地質(zhì)條件較好的地方，一般選擇在地下水位較低、承載力較大、濕陷性等級(jí)不高、巖石較少的地層，以降低工程造價(jià)和施工難度。水廠應(yīng)盡量選擇在不受洪水威脅的地方，否則應(yīng)考慮防洪措施。水廠應(yīng)少占農(nóng)田和良田，并留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。水廠應(yīng)設(shè)置在交通便利、靠近電源的地方，以便于方便施工和降低輸電線路的費(fèi)用，并考慮到沉淀池排泥和濾池沖洗廢水的排放方便。綜合水廠位置選擇中應(yīng)考來(lái)的因素，本設(shè)計(jì)將水廠與取水構(gòu)筑分建，在城市上游取水，處理后送水至城市管網(wǎng)。 工藝流程的確定 設(shè)計(jì)規(guī)模為提高水廠運(yùn)行效率,減少工程投資，凈水廠設(shè)計(jì)水量以最高日平均時(shí)為依據(jù)，再加上水廠的自用水(按最高日用水量的9%計(jì)算) 。所以，凈水廠設(shè)計(jì)水量為：110000(1+9%)=104m3/d 取12萬(wàn)t/d 工藝流程凈水工藝選擇的原則是針對(duì)當(dāng)?shù)卦|(zhì)的特點(diǎn)以最低的基建投資和經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到要求的出水水質(zhì)。因此，根據(jù)居民生活飲用水質(zhì)要求以及水源條件等，選定本凈水廠工藝流程為：原水→投藥、混和→絮凝→沉淀→過(guò)濾→消毒→清水池→管網(wǎng)→用戶(hù) 混合混合方式基本分兩大類(lèi)：水力和機(jī)械，水力混合中最常用的是管式混合。兩者的比較見(jiàn)下表：表41 混合方式比較混合方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)管式混合投資省，在管道上安裝容易，維修工作量少；能快速混合，效果良好；不需要土建構(gòu)筑物產(chǎn)生一定的水頭損失機(jī)械混合混合效果好，水頭損失小需消耗電能，機(jī)械設(shè)備管理和維護(hù)復(fù)雜本工程流量變化不大，從混合效果和經(jīng)濟(jì)效率考慮，選用管式混合。目前廣泛使用的管式混合器是“管式靜態(tài)混合器”。這種混合器水頭損失稍大，但因混合效果好，從總體經(jīng)濟(jì)效益較有優(yōu)勢(shì)。唯一的缺點(diǎn)是當(dāng)流量過(guò)小是效果下降。 絮凝絮凝設(shè)備的基本要求是，原水與藥劑混合后，通過(guò)絮凝設(shè)備應(yīng)形成肉眼可見(jiàn)的大的密實(shí)絮凝體。絮凝池主要分水力攪拌式和機(jī)械攪拌式。以下是幾種常見(jiàn)的絮凝池的優(yōu)缺點(diǎn)比較：表42 絮凝池比較絮凝池形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)隔板絮凝池效果好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，管理方便絮凝時(shí)間長(zhǎng)，占地面積大，出水流量不易分配均勻折板絮凝池效果好，時(shí)間段，水頭損失小構(gòu)造復(fù)雜，水量變化影響絮凝效果，造價(jià)高網(wǎng)格絮凝池效果好，時(shí)間短，構(gòu)造簡(jiǎn)單水量變化影響絮凝效果機(jī)械絮凝池效果好，水頭損失小，可適應(yīng)水量、水質(zhì)變化需要機(jī)械設(shè)備和經(jīng)常維修本設(shè)計(jì)中水廠屬于中型水廠，為能適應(yīng)水量水質(zhì)的變化，機(jī)械絮凝池更適合運(yùn)用于本設(shè)計(jì)中。 沉淀按沉淀池的水流方向可分為豎流式、平流式和輻流式。由于豎流式沉淀池表面負(fù)荷小，處理效果差，基本已不被采用。輻流式沉淀池多采用圓形，池底做成傾斜，水流從中心流向周邊，流速逐漸減小，主要被用作高濁度水的預(yù)沉。下表為常用的幾種沉淀池的比較。表43 沉淀池比較沉淀池形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)平流沉淀池單位體積造價(jià)較低；操作管理方便，施工簡(jiǎn)單；對(duì)原水濁度、水質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，挖潛能力大，處理效果較為穩(wěn)定；帶有機(jī)械排泥設(shè)備時(shí)，排泥效果好占地面積大；不采用機(jī)械排泥裝置時(shí)，排泥較困難；設(shè)置排泥裝置時(shí)，增加維護(hù)工作量斜板沉淀池沉淀效率高，池體小、占地少材料耗用較多，需定期更換；對(duì)原水濁度適應(yīng)性較差；采用機(jī)械排泥時(shí)，維護(hù)管理較平流沉淀池麻煩輻流式沉淀池沉淀效果好；設(shè)置機(jī)械排泥時(shí)，運(yùn)行可靠，管理簡(jiǎn)單基建投資及經(jīng)常運(yùn)行費(fèi)用大；刮泥機(jī)維護(hù)管理費(fèi)用大；對(duì)施工技術(shù)水平要求高選擇沉淀池時(shí)要考慮水量規(guī)模，進(jìn)水水質(zhì)，運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，占地面積等因素。本工程中無(wú)水廠占地限制，相較之下，平流式沉淀池造價(jià)低，管理方便，運(yùn)行費(fèi)用低，采用機(jī)械排泥裝置時(shí)排泥效果好。從長(zhǎng)久考慮的角度，本工程應(yīng)采用平流式沉淀池。 過(guò)濾過(guò)濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層，截留水中雜質(zhì)，從而使水得到澄清的工藝。要求進(jìn)水濁度一般在15度以下，濾出水濁度必須達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)濾的功效不僅在于進(jìn)一步降低水的濁度，而且水中有機(jī)物、細(xì)菌以及病毒等將隨濁度的降低而去除，至于殘留于濾后水中的細(xì)菌、病毒等在失去混濁物的保護(hù)或依附時(shí)在濾后消毒過(guò)程中也將容易被殺滅。生活飲用水的凈化過(guò)濾是不可缺少的，它是保證生活飲用水衛(wèi)生安全的重要措施。以下是常用濾池的比較。表44 濾池的比較濾池形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)普通快濾池有成熟的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)妥可靠；采用砂濾料，材料易得，價(jià)格便宜；采用大阻力配水系統(tǒng)，單池面積可做得較大；池深較淺；可采用降速過(guò)濾，水質(zhì)較好閥門(mén)多；必須設(shè)有全套沖洗設(shè)施V型濾池運(yùn)行穩(wěn)妥可靠；采用砂濾料，材料易得，價(jià)格便宜；濾床含污量大、周期長(zhǎng)、濾速高、水質(zhì)好；具有氣水反洗和水表面掃洗，沖洗效果好配套設(shè)備多；土建較復(fù)雜，池深比普通快濾池深虹吸濾池不需大型閥門(mén)；不需沖洗水泵或沖洗水箱；易于自動(dòng)化操作土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜；池深大，單池面積不能過(guò)大，反洗時(shí)要浪費(fèi)一部分水量，沖洗效果不易控制；變水位等速過(guò)濾，水質(zhì)不如降速過(guò)濾重力無(wú)閥濾池不需設(shè)置閥門(mén)；自動(dòng)沖洗，管理方便；可成套定型制作（鋼制）清砂不便；單池面積較?。粵_洗效果較差，反洗時(shí)要浪費(fèi)部分水量；變水位等速過(guò)濾，水質(zhì)不如降速過(guò)濾移動(dòng)罩濾池造價(jià)低，不需大量閥門(mén)設(shè)備；池深淺，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；能自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，不需沖洗水塔或水泵；節(jié)約用地，節(jié)約能耗；降速過(guò)濾，水質(zhì)較好需設(shè)移動(dòng)沖洗設(shè)備，對(duì)機(jī)械加工、材質(zhì)要求高；起始濾速較高，因而濾池平均設(shè)計(jì)濾速不宜過(guò)高；罩體與隔墻間的密封要求較高目前普遍采用的過(guò)濾機(jī)理是粘附機(jī)理、遷移機(jī)理和微絮凝機(jī)理，根據(jù)以上比較和實(shí)際數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用V 型濾池。 工藝流程圖綜上所述，本設(shè)計(jì)所選的方案的工藝流程圖如下：水源地原水 靜態(tài)混合機(jī)械絮凝池平流沉淀池V 型濾池清水池送水泵房輸配水管網(wǎng)加混凝劑回用水池加氯消毒圖41 工藝流程圖 混合 混凝劑的選擇 混凝劑的作用天然水中含有各種懸浮物、膠體和溶解物等雜質(zhì)，使水呈現(xiàn)出渾濁度、色度、嗅和味等。水質(zhì)的混凝處理是向水中投加混凝劑，通過(guò)混凝劑的水解產(chǎn)物壓縮膠體顆粒的擴(kuò)散層，即所謂壓縮雙電層，達(dá)到膠體脫穩(wěn)而互相凝結(jié)，或者通過(guò)混凝劑的水解和縮聚反應(yīng)，而形成的高聚物的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使顆粒被吸附粘結(jié)，或者通過(guò)投入大量鋁鹽和鐵鹽，而形成大量高聚合度的氫氧化物的沉淀物的吸附卷掃作用，吸附卷掃水中的膠粒進(jìn)行沉淀分離。 混凝處理工程包含了凝聚和絮凝兩個(gè)階段，凝聚階段要求水的紊動(dòng)快速而劇烈，使藥劑迅速均勻地?cái)U(kuò)散到水中，以利于混凝劑快速水解、聚合、顆粒脫穩(wěn)，并借助于布朗運(yùn)動(dòng)形成異向凝聚，在通過(guò)凝聚階段以形成較大的顆粒。在絮粒的形成中，不但能吸附懸浮顆粒，還能吸附一部分細(xì)菌和溶解性物質(zhì)，絮粒可在一定的沉淀?xiàng)l件下從水中分離出來(lái)。 混凝劑的選擇應(yīng)用于水質(zhì)凈化中的混凝劑應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：混凝效果好，對(duì)人體健康無(wú)害，使用方便，貨源充足，價(jià)格低廉。本設(shè)計(jì)中，混凝劑采用PAC，即堿式氯化鋁，通式為[Aln(OH)mCl3nm]。它具有如下特點(diǎn)：凈化效率高，耗藥量小，出濁度低、色度小、過(guò)濾性能良好，原水高濁度時(shí)尤為顯著；溫度適應(yīng)高，pH適應(yīng)范圍寬（可在PH=5~9范圍內(nèi)），因而可不投加堿劑；使用時(shí)操作方便，腐蝕性小，勞動(dòng)條件好；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本較三氯化鐵低；是無(wú)機(jī)高分子化合物。 混凝劑的投加 投加方法常用藥劑投加方法有干投法和濕投法兩種，比較如下：表45 投加方法比較投加方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)干投法設(shè)備占地?。辉O(shè)備被腐蝕的可能性??；當(dāng)要求加藥量突變時(shí)，易于調(diào)整投加量；藥液較為新鮮需要一套破碎混凝劑設(shè)備；混凝劑用量少時(shí)，不易調(diào)節(jié)；勞動(dòng)條件差；藥劑與水不易混合濕投法容易與原水充分混合；不易堵塞入口，管理方便；投量易于調(diào)節(jié)設(shè)備占地大；人工調(diào)制時(shí)，工作較繁重；設(shè)備容易受腐蝕；當(dāng)要求加藥量突變時(shí)，投藥量調(diào)整較慢綜合表中各項(xiàng)，本設(shè)計(jì)中采用目前國(guó)內(nèi)普遍采用的濕投法。 投加方式投加方式一般有重力加投和壓力加投兩種，比較如下：表46 投加方式比較投加方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)重力加投操作簡(jiǎn)單，投加安全可靠必須建高位液藥池，增加加藥間層高壓力加投使用方便，不受壓力和高程限制價(jià)格較高，養(yǎng)護(hù)較麻煩綜合表中各項(xiàng)，本設(shè)計(jì)中采用重力加投。 計(jì)量設(shè)備查設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用MT900F系列電磁流量計(jì)。 混凝劑的配制 溶液池容積溶液池的容積按下式計(jì)算： （41）式中 W1——溶液池容積，m3； Q——處理水量，m3/h，為5000m3/h； a——混凝劑最大投量，mg/L，取30； c——溶液濃度（%），一般5~20，取10； n——每日調(diào)制次數(shù)，一般不宜超過(guò)3次，取3次。溶液池的容積為：m3溶液池分兩個(gè)池，單個(gè)池的容積取6m3。設(shè)計(jì)尺寸：LBH=22 m3。 溶解池容積溶解池一般建于地面以下以便于操作。溶解池容積W2按下式計(jì)算： （42），則m3設(shè)2個(gè)溶解池，一用一備，單池容積取4m3。設(shè)計(jì)尺寸：LBH=221 m3。 攪拌設(shè)備本設(shè)計(jì)采用機(jī)械攪拌，采用BJ型折槳式系列攪拌機(jī)。溶解池和溶液池材料都采用鋼筋混泥土，內(nèi)壁襯以聚乙烯板。 加藥間及藥庫(kù) 加藥間各種管線布置在管溝內(nèi)：給水管采用鍍鋅鋼管、加藥管采用塑料管、排渣管為塑料管。加藥間內(nèi)設(shè)兩處沖洗地坪用水龍頭DN25mm。為便于沖洗水集流，地坪坡度i=，并坡向集水坑。設(shè)計(jì)尺寸：LBH=9124 m3。 藥庫(kù)藥劑按最大頭加量的30d用量?jī)?chǔ)存。PAC所占體積： （43）其中 T30——30天PAC用量，kg；——PAC投加量，mg/L，為30； Q——處理水量，m3/d。那么kg=108t查設(shè)計(jì)手冊(cè)，則儲(chǔ)存藥體積：108/=72m3，占地面積：72/=48m2藥庫(kù)尺寸：LBH=864 .5 m3。 混合工藝設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)混合的基本要求是快速與均勻，綜合各種常用混合設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)比較后，本設(shè)計(jì)采用靜態(tài)混凝器。該混合器利用在管道內(nèi)設(shè)置多節(jié)固定式分流板使水成對(duì)分流，同時(shí)又有交叉及旋滿(mǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到混合效果，混合率達(dá)90%~95%。靜態(tài)混合器近期采用2個(gè)，如圖42所示。每組混合器處理水量為m3/s，水流速度取1m/s，靜態(tài)混合器設(shè)3節(jié)混合元件，即n=3，混合器距離絮凝池10m?；旌掀髦睆綖椋簃，取1000m；混合器長(zhǎng)度為： L=DN=13= （44）混合時(shí)間：T==；圖42 管式靜態(tài)混合器水流過(guò)靜態(tài)混凝器的水頭損失為： m （45）采用GW型管式靜態(tài)混合器，混合器采用3節(jié)，靜態(tài)混合器總長(zhǎng)4200mm，管外徑為1024mm，投藥口直徑65mm。投加混凝藥劑并經(jīng)充分混合后的原水在水流作用下使微絮粒相互接觸碰撞，以形成更大絮粒的過(guò)程稱(chēng)作絮凝，完成絮凝過(guò)程的構(gòu)筑物為絮凝池。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)絮凝時(shí)間一般為15~20min?？刂品磻?yīng)速度，使其平均速度梯度為10~75s1，使GT值達(dá)104~105，以確保反應(yīng)過(guò)程的充分與完善。低濁、低堿水宜采用較大的T值，粗分雜散雜質(zhì)含量高的水，宜采用較大的G值。絮凝池一般與沉淀池合建，避免已形成的絮粒在水流經(jīng)過(guò)連接管時(shí)被打碎，如需分建，并避免流速突然升高或水頭跌落。池組數(shù)不小于兩組。每一組絮凝池內(nèi)一般放3~4檔攪拌機(jī)，每檔可用隔墻或穿孔墻分隔，以免短流。葉輪漿板中心處線速度，~，各檔線速度應(yīng)逐漸減少。水平攪拌軸應(yīng)設(shè)于池中水深1/2處，攪拌機(jī)一般為4~6塊漿板，，漿板長(zhǎng)度不大于葉輪直徑的75%。垂直攪拌軸設(shè)于池中間，~。垂直軸式應(yīng)設(shè)固定隔墻，以防水流短路。同一垂直攪拌軸上兩相鄰葉輪應(yīng)相互垂直；每根攪拌軸上漿板面積宜為水流截面積的10%~20%，不宜超過(guò)25%，每塊漿板的寬度為漿板長(zhǎng)的1/10~1/15，一般采用100~300mm。絮凝池水深按照水廠標(biāo)高系統(tǒng)確定，一般為3~4m。全部攪拌軸及葉輪設(shè)備，要考慮防腐。為使絮粒不至于被破壞或沉淀，反應(yīng)池入口的速度必須加以控制。 絮凝池尺寸本設(shè)計(jì)采用垂直式機(jī)械絮凝池2座，則每座的設(shè)計(jì)流量為2500m3/s，絮凝的時(shí)間取15min，絮凝池的有效容積為：根據(jù)水廠高程系統(tǒng)布置。設(shè)置四排攪拌器，每排分三格，單格尺寸為：44=?？傮w積為：34=實(shí)際的絮凝時(shí)間為：符合設(shè)計(jì)要求。絮凝池分格隔墻上過(guò)水孔道上下交錯(cuò)布置，每格設(shè)一臺(tái)攪拌設(shè)備。為加強(qiáng)攪拌效果，于池子周壁設(shè)四塊固定擋板。 攪拌設(shè)備 攪拌葉輪尺寸葉輪直徑，取格寬90%，為4=，槳板長(zhǎng)度取2米（槳板長(zhǎng)度與葉輪直徑之比2/=，滿(mǎn)足要求）。，設(shè)8塊，內(nèi)外各4塊。葉輪漿板中心點(diǎn)的線速度采用：v1=，v2=，v3=。旋轉(zhuǎn)漿板面積與絮凝池過(guò)水?dāng)嗝娣e之比為：四塊固定擋板寬，其面積與絮凝池過(guò)水?dāng)嗝娣e之比為：漿板總面積占過(guò)水?dāng)嗝娣e為：18%+7%=25%符合不大于25%的要求。 攪拌器功率葉輪槳板中心旋轉(zhuǎn)直徑按下公式計(jì)算： （46）式中 l——攪拌葉輪半徑，； l0——攪拌葉輪中心至內(nèi)葉輪最內(nèi)側(cè)距離。因此，葉輪槳板中心旋轉(zhuǎn)直徑為葉輪轉(zhuǎn)速計(jì)算公式： （47）式中 v——葉輪漿板中心點(diǎn)線速度，m/s。葉輪轉(zhuǎn)數(shù)及角速度分別為：第一排：r/minω1＝第二排：r/minω1＝ rad/s第三排：r/minω1＝ rad/s漿板寬長(zhǎng)比b/l=1，查表47得=，則 （48）式中 ——阻力系數(shù)，；γ ——水的密度，1000kg/m3。表47 阻力系數(shù)表b/l11~2~4~10~1818ψ綜上可得每