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第二十章水厂设计§20—1设计步骤、要求和设计原则一、设计步骤和要求：1、巨大项目：规划；可行性研究；方案设计；初步设计；施工图设计。2、水厂设计：一般分两阶段进行：扩大初步设计（简称扩初设计）；施工图设计。大型的或复杂的项目：在扩初设计之前，往往还需要进行工程可行性研究或所需特定的试验研究。3、水厂可行性研究：是提出工程建设的科学依据。主要内容包括：（1）城市概况和供水现状分析；（2）工程目标；（3）工程方案和评价；（4）投资估算和资金筹措；（5）工程效益分析。还包括：环境影响评价；可能出现的问题等。可行性研究经有关专家评估并获得主管部门批准后，方可进行下一步工作——初步设计。一般情况：不同工程项目，研究内容和要求也往往不同。大型工程或复杂工程：所涉及的问题可能很多，每一个问题（非细节问题）均需在可行性研究中得到解答。小型工程：可行性研究简单。有时可直接进行扩初设计。4、扩初设计：是在可行性研究基础上进行的，内容和要求比可行性研究更具体一些。进一步分析调查和核实已有资料。（1）所需主要资料：地形，地质，水文，水质，地震，气象，编制工程概算所需资料、设备、管配件的价格和施工定额，材料、设备供应状况，供电状况，交通运输状况，水厂排污问题等。（2）设计方案的技术经济比较：内容：（是在可行性研究所提大方案下的具体方案比较。）确定：水厂位置、工艺流程、处理构筑物型式和初步尺寸、其它生产和辅助设施。初步确定水厂总平面布置和高程布置。水厂设计内容：还包括取水工程设计、水源选择、取水构筑物位置和型式的选择以及输水管线等，都需经过设计方案比较予以确定。（3）扩初设计的成果：包括设计说明书和若干附图等。设计说明书的主要内容：包括工程项目和设计要求概述，方案比较，各构筑物及建筑物的形式、尺寸和结构形式，工程概算，主要材料（钢筋、水泥、木材等）、管道及设备（水泵、电动机、真空泵、大型阀门、起重设备、运输车辆、电器设备等）的规格、尺寸和数量，工程进度要求，人员编制，设计中尚存在的问题。有关设计资料也应附在说明书内。附图包括：取水工程布置图，流程图，水厂总平面布置图，电气设计系统图，主要处理构筑物简图。5、施工图设计：大扩初设计经审批后，方可进行施工图设计。6、施工交底：设计全部完成后，应向施工单位作施工交底。内容包括：介绍设计意图和提出施工要求。在施工过程中如需作某些修改，应由设计者负责修改。7、施工验收：施工完毕要进行验收。8、调试运行：设计者可配合建设单位有关人员进行水厂调试。以上介绍的仅属于一般设计步骤和要求。说明书的内容和要求应根据实际工程情况有所增减。二、设计原则：设计规范中有水厂的设计原则，重点提出以下几点：（1）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，并以原水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及沉淀池或澄清池排泥等。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洪水量的5％～10％，必要时应通过计算确定。（2）水厂应按近期设计，考虑远期发展。根据使用要求和技术经济合理性等因素，对近期工程亦可作分期建造的安排。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。（3）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。例如，主要设备（如水泵机组）应有备用量。城镇水厂内处理构筑物一般虽不设备用量，但通过适当的技术措施，可在设计允许范围内提高运行负荷。（4）水厂自动化程度，应本着提高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。（5）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。但对于确实行之有效、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。§20—2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。一、选择厂址应考虑的问题：（1）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。（2）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。否则应考虑防洪。（3）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。并考虑沉淀地排泥及滤池冲洗水排除方便。（4）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；两种方案：当取水地点距离用水区较远时，厂扯选择有两种方案。（一）、将水厂设置在取水构筑物附近方案：优点是：水厂和取水构筑物可集中管理，节省水厂自用水（滤池冲洗和沉淀池排泥）的输水费用，并便于沉淀地排泥和滤地冲洗水排除，特别对高浊度的水源。缺点：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。（二）、是将水厂设置在用水区较近的方案：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。不同方案应综合考虑各种因素，结合其它具体情况，通过技术经济比较确定。§20—3水厂工艺流程和处理构筑物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、必要的试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。一、水厂工艺流程选择几种较典型的给水处理工艺流程：水源的不同，水质差异，饮用水处理系统的组成和工艺流程有多种多样。（一）、常规工艺：地表水为水源的处理工艺流程通常包括：混合、絮凝，沉淀或澄清、过滤及消毒。工艺流程图：（二）、微絮凝过滤：（一次净化工艺）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，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滤池直接过滤，也可在过滤前设一微絮凝池，称微絮凝过滤。工艺流程见图：（三）、高浊水处理工艺：当原水浊度高，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。工艺流程图：（四）、深度处理工艺：若水源受到较严重的污染，按目前行之有效的方法，可在滤池后再加设深度处理——臭氧/活性炭工艺。（五）、预处理：受污染水源还有预处理工艺。例如有的在常规处理工艺前增加生物预处理。包括：预氧化、粉末活性炭吸附、生物处理等。增加生物预处理工艺图：（六）、地下水：地下水作为水源时，由于水质较好，通常不需任何处理，仅经消毒即可，工艺简单。1、当地下水含铁锰量超过饮用水水质标准时，则应采取除铁除锰措施。2、当地下水含氟量超过饮用水水质标准时，采取除氟措施。3、其它内容：除汞；镉；铬；砷等。二、水处理构筑物类型选择水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，通过技术经济比较确定。通常根据设计运转经验确定几种构筑物组合方案进行比较。（一）、常规处理构筑物的组合：三阶段混凝沉淀池（澄清池）→过滤池→清水池”水厂中这三种构筑物在经济上和技术上占主要地位。有问题的组合：1、如平流沉淀池和无阀滤池的配合，不仅在各自适用水量大小上不相配，在高程上的配合也有困难。2、小于1万m3/d的小水厂，平流沉淀池和移动罩滤池就无需考虑。3、大于I0万m3/d的大水厂，水力循环澄清池和无阀滤池通常也无需考虑。设水厂规模10万m3/d，根据具体情况和经验选定以下6个可行方案：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。然后分别求其终值，从经济上考虑，年成本最低者为优化方案。在以上方案比较中，滤池后的清水池均相同，不参与比较。平流沉淀地和斜管沉淀池前的絮凝池还可进行几种方案比较。比较不仅考虑年成本方面，设计时还应考虑原水水质变化，处理效果，操作管理水平，材料设备供应等等因素。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。因为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。反之亦然。以上只是简单介绍一下处理构筑物选型的分析比较方法，而且经验占有相当重要地位。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资料才行。§20—4水厂平面和高程布置一、平面布置水厂的基本组成分为两部分：（1）生产构筑物和建筑物：处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等；（2）辅助建筑物：生产辅助建筑物：化验室、修理部门、仓库、车库及值班宿舍等；生活辅助建筑物：办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。3、生产构筑物及建筑物平面尺寸由设计计算确定。生活辅助建筑面积应按水厂管理体制、人员编制和当地建筑标准确定。生产辅助建筑物面积根据水厂规模、工艺流程和当地具体情况确定。4、当各构筑物和建筑物的个数和面积确定之后，根据工艺流程和构筑物及建筑物的功能要求，结合地形和地质条件，进行平面布置。5、处理构筑物一般均分散露天布置。北方寒冷地区需有采暖设备的，可采用室内集中布置。集中布置比较紧凑，占地少，便于管理和实现自动化操作，但结构复杂，管道立体交叉多，造价较高。6、水厂平面布置内容：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；排水管、（渠）及各井布置；道路、围墙、绿化及供电线路的布置等。7、水厂平面布置的要求：（1）布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管（渠）的长度，并便于操作管理。如沉淀池或澄清池应紧靠滤地；二级泵房尽量靠近清水池。但各构筑物之间应留出必要的施工和检修间距和管（渠）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。例如：沉淀池或澄清地应尽量布置在地势较高处，清水池尽量布置在地势较低处。（3）各构筑物之间连接管（渠）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，以使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；泵房及其它建筑物尽量布置成南北向。（5）有条件时（尤其大水厂）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。关于水厂内道路、绿化、堆场等设计要求可查阅《室外给水设计规范》。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。图为水厂平面布置一例。该水厂设计水量为10万m3／d，分两期建造。第一期和第二期工程各5万m3／d。第一期工程建一座隔板絮凝加平流沉淀池和一座普通快滤池（双排布置，共6个池），冲洗水箱置于滤池操作室屋顶上。第二期工程同第一期工程。主体构筑物分期建造，水厂其余部分一次建成。全厂占地面积约25333m2（38亩）。生产区和生活区分开。水处理构筑物按工艺流程呈直线布置，整齐、紧凑。二、高程布置1、原则：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