【正文】 第四章 凈水廠工藝選擇與設計計算 廠址選擇廠址選擇應在整個給水系統(tǒng)設計方案中全面規(guī)劃、綜合考慮，通過經濟技術比較確定。在選擇廠址時，一般應考慮以下幾個問題：廠址應選在工程地質條件較好的地方，一般選擇在地下水位較低、承載力較大、濕陷性等級不高、巖石較少的地層，以降低工程造價和施工難度。水廠應盡量選擇在不受洪水威脅的地方，否則應考慮防洪措施。水廠應少占農田和良田，并留有適當的發(fā)展余地。水廠應設置在交通便利、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考來的因素，本設計將水廠與取水構筑分建，在城市上游取水，處理后送水至城市管網。 工藝流程的確定 設計規(guī)模為提高水廠運行效率,減少工程投資，凈水廠設計水量以最高日平均時為依據，再加上水廠的自用水(按最高日用水量的9%計算) 。所以，凈水廠設計水量為：110000(1+9%)=104m3/d 取12萬t/d 工藝流程凈水工藝選擇的原則是針對當地原水水質的特點以最低的基建投資和經常運行費用達到要求的出水水質。因此，根據居民生活飲用水質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→過濾→消毒→清水池→管網→用戶 混合混合方式基本分兩大類：水力和機械，水力混合中最常用的是管式混合。兩者的比較見下表：表41 混合方式比較混合方式優(yōu)點缺點管式混合投資省，在管道上安裝容易，維修工作量少；能快速混合，效果良好；不需要土建構筑物產生一定的水頭損失機械混合混合效果好，水頭損失小需消耗電能，機械設備管理和維護復雜本工程流量變化不大，從混合效果和經濟效率考慮，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，從總體經濟效益較有優(yōu)勢。唯一的缺點是當流量過小是效果下降。 絮凝絮凝設備的基本要求是，原水與藥劑混合后，通過絮凝設備應形成肉眼可見的大的密實絮凝體。絮凝池主要分水力攪拌式和機械攪拌式。以下是幾種常見的絮凝池的優(yōu)缺點比較：表42 絮凝池比較絮凝池形式優(yōu)點缺點隔板絮凝池效果好，構造簡單，施工方便，管理方便絮凝時間長，占地面積大，出水流量不易分配均勻折板絮凝池效果好，時間段，水頭損失小構造復雜，水量變化影響絮凝效果，造價高網格絮凝池效果好，時間短，構造簡單水量變化影響絮凝效果機械絮凝池效果好，水頭損失小，可適應水量、水質變化需要機械設備和經常維修本設計中水廠屬于中型水廠，為能適應水量水質的變化，機械絮凝池更適合運用于本設計中。 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)點缺點平流沉淀池單位體積造價較低；操作管理方便，施工簡單；對原水濁度、水質變化的適應性強，挖潛能力大，處理效果較為穩(wěn)定；帶有機械排泥設備時，排泥效果好占地面積大；不采用機械排泥裝置時，排泥較困難；設置排泥裝置時，增加維護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；對原水濁度適應性較差；采用機械排泥時，維護管理較平流沉淀池麻煩輻流式沉淀池沉淀效果好；設置機械排泥時，運行可靠，管理簡單基建投資及經常運行費用大；刮泥機維護管理費用大；對施工技術水平要求高選擇沉淀池時要考慮水量規(guī)模，進水水質，運行經費，占地面積等因素。本工程中無水廠占地限制，相較之下，平流式沉淀池造價低，管理方便，運行費用低，采用機械排泥裝置時排泥效果好。從長久考慮的角度，本工程應采用平流式沉淀池。 過濾過濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層，截留水中雜質，從而使水得到澄清的工藝。要求進水濁度一般在15度以下，濾出水濁度必須達到生活飲用水水質標準。過濾的功效不僅在于進一步降低水的濁度，而且水中有機物、細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菌、病毒等在失去混濁物的保護或依附時在濾后消毒過程中也將容易被殺滅。生活飲用水的凈化過濾是不可缺少的，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)點缺點普通快濾池有成熟的運轉經驗，運行穩(wěn)妥可靠；采用砂濾料，材料易得，價格便宜；采用大阻力配水系統(tǒng)，單池面積可做得較大；池深較淺；可采用降速過濾，水質較好閥門多；必須設有全套沖洗設施V型濾池運行穩(wěn)妥可靠；采用砂濾料，材料易得，價格便宜；濾床含污量大、周期長、濾速高、水質好；具有氣水反洗和水表面掃洗，沖洗效果好配套設備多；土建較復雜，池深比普通快濾池深虹吸濾池不需大型閥門；不需沖洗水泵或沖洗水箱；易于自動化操作土建結構復雜；池深大，單池面積不能過大，反洗時要浪費一部分水量，沖洗效果不易控制；變水位等速過濾，水質不如降速過濾重力無閥濾池不需設置閥門；自動沖洗，管理方便；可成套定型制作（鋼制）清砂不便；單池面積較??；沖洗效果較差，反洗時要浪費部分水量；變水位等速過濾，水質不如降速過濾移動罩濾池造價低，不需大量閥門設備；池深淺，結構簡單；能自動連續(xù)運行，不需沖洗水塔或水泵；節(jié)約用地，節(jié)約能耗；降速過濾，水質較好需設移動沖洗設備，對機械加工、材質要求高；起始濾速較高，因而濾池平均設計濾速不宜過高；罩體與隔墻間的密封要求較高目前普遍采用的過濾機理是粘附機理、遷移機理和微絮凝機理，根據以上比較和實際數據，本設計采用V 型濾池。 工藝流程圖綜上所述，本設計所選的方案的工藝流程圖如下：水源地原水 靜態(tài)混合機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，使水呈現出渾濁度、色度、嗅和味等。水質的混凝處理是向水中投加混凝劑，通過混凝劑的水解產物壓縮膠體顆粒的擴散層，即所謂壓縮雙電層，達到膠體脫穩(wěn)而互相凝結，或者通過混凝劑的水解和縮聚反應，而形成的高聚物的強烈吸附架橋作用，使顆粒被吸附粘結，或者通過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行沉淀分離。 混凝處理工程包含了凝聚和絮凝兩個階段，凝聚階段要求水的紊動快速而劇烈，使藥劑迅速均勻地擴散到水中，以利于混凝劑快速水解、聚合、顆粒脫穩(wěn)，并借助于布朗運動形成異向凝聚，在通過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，還能吸附一部分細菌和溶解性物質，絮?？稍谝欢ǖ某恋項l件下從水中分離出來。 混凝劑的選擇應用于水質凈化中的混凝劑應滿足以下要求：混凝效果好，對人體健康無害，使用方便，貨源充足，價格低廉。本設計中，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：凈化效率高，耗藥量小，出濁度低、色度小、過濾性能良好，原水高濁度時尤為顯著；溫度適應高，pH適應范圍寬（可在PH=5~9范圍內），因而可不投加堿劑；使用時操作方便，腐蝕性小，勞動條件好；設備簡單，操作方便，成本較三氯化鐵低；是無機高分子化合物。 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)點缺點干投法設備占地?。辉O備被腐蝕的可能性?。划斠蠹铀幜客蛔儠r，易于調整投加量；藥液較為新鮮需要一套破碎混凝劑設備；混凝劑用量少時，不易調節(jié)；勞動條件差；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；投量易于調節(jié)設備占地大；人工調制時，工作較繁重；設備容易受腐蝕；當要求加藥量突變時，投藥量調整較慢綜合表中各項，本設計中采用目前國內普遍采用的濕投法。 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)點缺點重力加投操作簡單，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格較高，養(yǎng)護較麻煩綜合表中各項，本設計中采用重力加投。 計量設備查設計手冊，采用MT900F系列電磁流量計。 混凝劑的配制 溶液池容積溶液池的容積按下式計算： （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——每日調制次數，一般不宜超過3次，取3次。溶液池的容積為：m3溶液池分兩個池，單個池的容積取6m3。設計尺寸：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按下式計算： （42），則m3設2個溶解池，一用一備，單池容積取4m3。設計尺寸：LBH=221 m3。 攪拌設備本設計采用機械攪拌，采用BJ型折槳式系列攪拌機。溶解池和溶液池材料都采用鋼筋混泥土，內壁襯以聚乙烯板。 加藥間及藥庫 加藥間各種管線布置在管溝內：給水管采用鍍鋅鋼管、加藥管采用塑料管、排渣管為塑料管。加藥間內設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。設計尺寸：LBH=9124 m3。 藥庫藥劑按最大頭加量的30d用量儲存。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查設計手冊，則儲存藥體積：108/=72m3，占地面積：72/=48m2藥庫尺寸：LBH=864 .5 m3。 混合工藝設計計算對混合的基本要求是快速與均勻，綜合各種常用混合設施的優(yōu)缺點，經過比較后，本設計采用靜態(tài)混凝器。該混合器利用在管道內設置多節(jié)固定式分流板使水成對分流，同時又有交叉及旋滿方向旋轉，以達到混合效果，混合率達90%~95%。靜態(tài)混合器近期采用2個，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3節(jié)混合元件，即n=3，混合器距離絮凝池10m。混合器直徑為：m，取1000m；混合器長度為： L=DN=13= （44）混合時間：T==；圖42 管式靜態(tài)混合器水流過靜態(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4200mm，管外徑為1024mm，投藥口直徑65mm。投加混凝藥劑并經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程稱作絮凝，完成絮凝過程的構筑物為絮凝池。 設計要點絮凝時間一般為15~20min?？刂品磻俣?，使其平均速度梯度為10~75s1，使GT值達104~105，以確保反應過程的充分與完善。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過連接管時被打碎，如需分建，并避免流速突然升高或水頭跌落。池組數不小于兩組。每一組絮凝池內一般放3~4檔攪拌機，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，~，各檔線速度應逐漸減少。水平攪拌軸應設于池中水深1/2處，攪拌機一般為4~6塊漿板，，漿板長度不大于葉輪直徑的75%。垂直攪拌軸設于池中間，~。垂直軸式應設固定隔墻，以防水流短路。同一垂直攪拌軸上兩相鄰葉輪應相互垂直；每根攪拌軸上漿板面積宜為水流截面積的10%~20%，不宜超過25%，每塊漿板的寬度為漿板長的1/10~1/15，一般采用100~300mm。絮凝池水深按照水廠標高系統(tǒng)確定，一般為3~4m。全部攪拌軸及葉輪設備，要考慮防腐。為使絮粒不至于被破壞或沉淀，反應池入口的速度必須加以控制。 絮凝池尺寸本設計采用垂直式機械絮凝池2座，則每座的設計流量為2500m3/s，絮凝的時間取15min，絮凝池的有效容積為：根據水廠高程系統(tǒng)布置。設置四排攪拌器，每排分三格，單格尺寸為：44=?？傮w積為：34=實際的絮凝時間為：符合設計要求。絮凝池分格隔墻上過水孔道上下交錯布置，每格設一臺攪拌設備。為加強攪拌效果，于池子周壁設四塊固定擋板。 攪拌設備 攪拌葉輪尺寸葉輪直徑，取格寬90%，為4=，槳板長度取2米（槳板長度與葉輪直徑之比2/=，滿足要求）。，設8塊，內外各4塊。葉輪漿板中心點的線速度采用：v1=，v2=，v3=。旋轉漿板面積與絮凝池過水斷面積之比為：四塊固定擋板寬，其面積與絮凝池過水斷面積之比為：漿板總面積占過水斷面積為：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直徑按下公式計算： （46）式中 l——攪拌葉輪半徑，； l0——攪拌葉輪中心至內葉輪最內側距離。因此，葉輪槳板中心旋轉直徑為葉輪轉速計算公式： （47）式中 v——葉輪漿板中心點線速度，m/s。葉輪轉數及角速度分別為：第一排：r/minω1＝第二排：r/minω1＝ rad/s第三排：r/minω1＝ rad/s漿板寬長比b/l=1，查表47得=，則 （48）式中 ——阻力系數，；γ ——水的密度，1000kg/m3。表47 阻力系數表b/l11~2~4~10~1818ψ綜上可得每