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第20章给水处理系统设计•水厂的厂址选择•给水处理厂工艺流程与主要构筑物的选择•水厂的平面及高程布置•水厂的生产过程监控与自动控制•给水处理工艺系统设计计算实例•设计步骤和原则２０.１设计步骤、要求和设计原则一、设计步骤和要求2.设计说明书的主要内容一般包括：工程项目和设计要求概述，方案比较情况，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）等规格，尺寸和数量，工程进度要求，人员编制，以及设计中尚存在的问题等。说明书的内容和要求应根据实际工程情况有所增减。1.一般工程设计的基本步骤：（1）可行性研究（2）扩大初步设计（3）施工图设计二、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。•（2）水厂应按近期设计，考虑远期发展。•（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，仍满足用水要求。•（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。20.2水厂的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。在选择厂址时，一般应考虑以下几个问题：（1）厂址应选择在工程地址条件较好的地方。（2）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。（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。（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；当取水地点距离用水区较远时，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。20.3给水厂工艺流程与主要构筑物的选择一、生活饮用水处理工艺由于水源不同，水质各异，饮用水处理系统的组成和工艺流程由多种多样。1.以地表水作为水源常规流程工艺流程见图23－1。原水混合絮疑沉淀池澄清池滤池消毒剂清水池二级泵房用户图23-1地表水常规处理工艺流程2.低浊度水•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，可省略混凝沉淀（或沉淀）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，称为微絮凝过滤。工艺流程见图23－2。原水混合直接过滤池清水池二级泵房混合剂高分子助滤剂消毒剂用户图23-2地表水一次净化工艺流程3.高浊度水当原水浊度高，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，工艺流程见图23－3。原水混合絮疑沉淀池澄清池滤池消毒剂清水池二级泵房用户图23-3高浊度水处理工艺流程混凝剂预沉池或沉沙池4.受污染水源水•若水源受到较严重的污染，按目前行之有效的方法，可在砂滤池后再加设臭氧/活性炭处理，如图23－4。原水混合图23-4受污染水源处理工艺（Ⅰ）澄清池砂滤池臭氧接触池用户活性碳滤池二级泵房砂滤池混凝剂O3CL2•受污染水源还有其他处理工艺。例如有的在常规处理工艺前增加生物预处理；有的在常规处理工艺中投加粉末活性炭等。图23－5为增加生物预处理工艺图。原水生物处理絮疑沉淀过滤消毒剂清水池二级泵房用户图23-5受污染水源处理工艺（Ⅱ）混合混凝剂二、回用水处理工艺流程1.优质杂排水水和杂排水为回用水水源的水处理工艺流程（1）物理化学处理原水格栅调节池絮凝沉淀或气浮过滤消毒中水混凝剂消毒剂污泥（2）生物处理与物理化学处理2.生活排水为回用水水源的水处理工艺流程（1）二段生物处理原水格栅调节池生物处理过滤消毒中水消毒剂污泥原水格栅调节池一段生物处理过滤消毒中水污泥二段生物处理沉淀池沉淀池•（2）生物处理与物化处理结合原水格栅调节池生物处理消毒中水混凝剂混凝沉淀或气浮过滤污泥消毒剂三.、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。•常规处理构筑物的组合主要是指：“混凝沉淀池（澄清池）过滤池清水池”三阶段的配合，因为水厂中这三个构筑物在经济上和技术上占主要位置。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，必要的实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。20.4水厂的平面及高程布置一、水厂的平面布置1.水厂的基本组成（1）生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、清水池、二级泵站、药剂间等；（2）辅助建筑物。其中又分生产辅助建筑物和生活辅助建筑物两种。前者包括化验间、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。2.作水厂平面布置时，应考虑下述几点要求：（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。（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。（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。（4）建筑物布置应注意朝向和风向。（5）又条件时（尤其是大水厂）最好把生产区和生活区分开，尽量避免非生产人员在生产去通行和逗留，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。•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23－6为水厂平面布置一例。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二、高程布置在处理工艺流程中，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。图23－7为图23－6中构筑物高程布置图。各构筑物之间水面高差由计算确定。最高水位9.12最低水位7.56取水干渠5.7810.409.2017.0013.7010.007.8512.808.156.5010.3010.605.108.208.6010.0017.70二级泵房吸水井清水池快滤池絮凝沉淀池一级泵房吸水井设计地面标高图23-7水厂高程布置20.5水厂的生产过程监控与自动控制水厂内检测仪表的设置大体为：•（1）出水流量指示，记录和计算；•（2）出水压力指示，记录；•（3）清水池水位指示记录，并带有上下限报警；•（4）原水，沉淀水和滤后水浊度指示记录，滤后水余氯计；•（5）滤池水头损失指示记录并带上限报警；•（6）冲洗水塔水位指示，记录并带上下限报警；•（7）原水水温及水位记录；•（8）根据原水水质情况，安装水质检测仪表；•（9）根据需要，设置管网水压遥测装置。20.6给水处理工艺系统设计计算实例一、水厂工艺流程选择根据源水水质情况和该市自来水公司现有水厂的生产运转经验，决定近期和二期仍采用常规处理工艺，远期考虑增加生物预处理和深度处理工艺。同时，为了节约投药量，提高水厂自动化水平，决定采用已较成熟的自动加矾、加氯技术。在常规处理工艺中，注意选择适合水源水质、水厂规模和地形特点，并有利于提高出厂水水质的处理构筑物。这些构筑物主要包括：隔板、折板组合式絮凝地、新型平流式沉淀池和V型滤池。此外，为了保护湘江水源，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水均进入回收水池浓缩，上清液回收，下部沉泥用来回填水厂及其周围洼地。二、水厂主要构筑物设计1.混合2.絮凝与沉淀池图23-8絮凝沉淀池平面图362528009600排泥管280028001800500DN30028002800280028002800配水花墙270001000020002700010000270001500泥机吸排式虹350036253500DN300穿孔排泥管上2800280031003356028002800下下下上下上上上上2800排至污水回收泵房下下下上排水管吸3500机泥排式导流墙3625200037603500虹26000集水槽36253.滤池及反冲洗系统•图23-9V型滤池剖面图0.002.353.8014003.203.35150-0.63~-0.800.802.103.4015010003.102-2300100100.72图4-21V型滤池剖面图-2.001.703.40300-0.305.403000.28100100.851.9030014000.051500.802.103.541504.清水池清水池有效容积按设计规模的10%计算，近期设10000m3清水池1座，采用钢筋砼结构，有效水深取4.2m。5.送水泵房土建设计规模为30万m3/d，近期设备安装按10万m3/d考虑。时变化系数取1.36，出厂压力取20.0～28.0m，一期安装卧式离心泵机组3套，1大2小，其中1台为调速水泵。6.加矾、加氯系统三、水厂总体布置1构筑物布置图20-10水厂平面布置图吸水井配水泵房机修车间清水池孔室折板絮凝池平流沉淀池综合办公楼加药间砂场回收水池远期污泥处理及深度处理预留用地露天堆场V型滤池配电间食堂浴室回收泵房大门图20-11水厂高程布置图45.5036.00水44.05(P=1%)21.5027.93(P=97%)部水头取取60.3242.0064.0024.00房泵絮凝折室孔板池沉平流池淀滤型V池59.90泵59.50池水清水送57.40水吸井房69.0968.30氯预加64.0067.95加矾64.5067.8067.5063.6966.7963.3064.0063.7067.48加氯63.7063.00•2厂内排水•厂内生活污水与雨水采用分流制，雨水就近排入水体，污水近期排入化粪池，溢流水进入农灌系统。待城市下水道形成以后改道排入城市下水道。•生产废水(滤池反冲洗水及沉淀池排泥水)排入回收水池，其上清液回收，下部沉泥用来回填洼地。四、自控系统设计1、控制系统的组成全厂设中控室及取水泵房、加矾加氯、回收泵房与反应沉淀池、V型滤池和送水泵房等5个PLC（可编程逻辑控制器）子站，考虑到系统尽可能分散的原则，在滤池单池设有PLC控制台。各PLC站均由一块电源模块，一块CPU（中央处理器）模块，一块通讯模块以及若干块输入输出（I/O）模块组成。中控室由2台分别用于生产管理与监控的PentiumiII400计算机及2台Epson彩色打印机组成。2控制原则1)依据PLCI/O模块，涉及PLC自控的设备，均可通过在机旁控制箱手/自动转换开关、在PLC站操作面板XBT上Local/Remote设置来实现机旁控制箱、PLC站XBT、中控室监控计算机三地控制。2)PLC站XBT上均能够显示与设置该站现场操作所涉及到的所有自控设备、仪表等运行参数上下限报警值，同时这些参数均可通过网络线传输到中控室监控计算机，由它来进行控制。3)每个PLC站均设置2个复们按钮（警铃复位、故障复位）、1个警铃、1个故障指示灯。任何自控设备故障由该PLC站的警铃、故障指示灯报警。在故障解除后，方可通过PLC站XBT、中控室监控计算机复位，若未复位故障报警，该设备不能运行。3中控室计算机监控系统中控室监控计算机采用WindowsNT操作系统，与各PLC站之间通过ETHERWAY通讯联络实现资源共享，各PLC站之间通过FIPWAY联络除了对本站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用监控软件为INTOUCH，该软件人机界面好，能根据需要画链接，比较直观。中控室监控计算机设有取水泵房、加矾间、加氯间、反应沉淀池、回收泵房、V型滤池、公共冲洗泵房、送水泵房、自动化总览、10kV一次系统、660V一次系统、低压系统等窗口。另外INTOUCH软件还具有实时、历史趋势功能，能够了解生产参数的动态情况，便于生产调度管理。此外在中控室设有打印机，用于实