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1、课程名称：水质工程学I第一_周，第32讲次摘要第十一章水厂设计111设计步骤、要求和设计原则授课题目（章、节）112厂址选择【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第十一章水厂设计111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
2、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一一初步设计。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、
3、管配件的价格和施工定额，材料、设备供应状况，供电状况，交通运或状况，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
4、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
5、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
6、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。112厂址选择厂址选择
7、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
8、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
9、情况，通过技术经济比较确定。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题课程名称：水质工程学I第周，第33讲次SI113水厂工艺流程和处理构筑物选择114水厂平面和高程布置授课题目（章、节）S“丁白孙115水厂自动化【目的要求】通过本洲课程的学习，学会建立的方法，特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】11-3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
10、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：L4双合4dg-4jIdyLf用户LT1一（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：It令L检过二1浦也！一一|二例量唐卜一用户地表水一次“化JI艺漉程（三）、高浊水处理工艺：当原水法度高，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
11、：*n鸟注度求处理工汇僦和（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一一臭氧/活性炭工艺。Ci2受污泉水源处用工艺（T）（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：*TnI-叵习）arIl.一河.户ns*tt*）（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、当地下水含铁锌量超过饮用水水质标准时，则应采取除铁除镒措施。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；格；
12、碑等。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：三阶段混凝沉淀他（澄清池）一过滤池一清水池”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n?/d的小水厂，平流沉淀池和移动罩滤池就无需考虑。3、大于IO万/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in/d,根据具体情况和经验选定
13、以下6个可行方案：I-45；245；345；146；246；346；147；2斗力；347o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。水依Ji翱贰突M疔案逸择在以上方案比较中，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：絮凝地、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
14、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。114水厂平面和高程布置一、平面布置1、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：2、生产辅助建筑物：化验室、修理部门、仓库、
15、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
16、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
17、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m3d,分两期建造。第一期和第二期工程各5万m:/d。第一期工程建一座隔板絮凝加平流沉淀池和一
18、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25333n?（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。2、水头损失：（1）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，估算时可采用表的数据，一般需通过计算确定。该水头损失应包括构筑物内集水槽（渠
19、）等水头跌落损失在内。处理构筑物中的水头损失构筑物名称水头损失（E）进水井格网0.2-0.3紫凝池10.4-0.5沉淀池0.20.3澄清池0.6-0.8普通快澹池2.0-2.5构筑物名狒水头损失（m）无间滤池、虹吸流池1.52.0移动泡池1.2-1.8直接在滤淀池2.025（2）连接管（渠）水头损失：各构筑物之间的连接管（渠）断面尺寸由流速决定，其值一般按表采用。连接替中允许流速和水头损失光WH32mt)RflS-4-1-1.J.J-.51.-I.S“73。怆山商山t*皆IQ-1，I（3）流速与水头损失的考虑因素：当地形平坦时，为避免增加填、挖土方量和构筑物造价，宜采用较小流速。在选定管（渠）
20、道流速时，应适当留有水量发展的余地。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，估算时可采用表的数据。3、高程布置：当各项水头损失确定之后，便可进行构筑物高程布置。构筑物高程布置与厂区地形、地质条件及所采用的构筑物型式有关。（1）当地形有自然坡度时：有利于高程布置；当地形平坦时，高程布置中既要避免清水地埋入地下过深，又应避免絮凝沉淀他或澄清池在地面上抬高而增加造价，尤其当地质条件差、地下水位高时。通常，当采用普通快滤池时，应考虑清水池地下埋深；当采用无阀滤池时，应考虑絮凝、沉淀池或澄清池是否会抬高。图20-8为图207中构筑物高程布置图。各构筑物之间水面高差由计算确定。LiUI
21、US2DBRtrH11-5水厂自动化一、水厂生产过程中各工艺参数的连续检测1、意义：水厂生产过程中各工艺参数的连续检测，有利于生产监视和合理调度，有利于各种运行数据的积累分析，为水厂自动化创造条件。水厂要实现生产过程自动控制，自动化仪表是必备前提。2、目的：水厂生产过程自动控制是为了节省人力；加强各自生产过程的合理运行；保证出水水质、水量和水压；安全生产；节省能耗和药耗；实行科学管理。水厂自动化设计由电气自动化专业人员承担，工艺专业提要求。二、水厂内检测仪表的设置：1、分类：一次仪表二次仪表。一次仪表包括：感受器和变送器。感受器一测定运行参数，变送器一把感受到的参数值变为电流或电压，传送到检测
22、中心或控制中心。二次仪表一把测得的参数再显示出来。二次仪表把参数值显示在盘面上或电视荧光屏上(CRT),在自动控制系统中，通常显示在荧光屏上。通用仪表：水厂所用的仪表一部分是通用仪表，如压力、真空、差压、液位、流量、温度、电导率等仪表。专用仪表：浊度、余氯、PH值、溶解氧、氨氮等仪表。水厂仪表的设置标准，也反映了水厂操作管理的科学化水平和自动化程度。由于我国水厂检测仪表还不够完善，自动化起步较晚，故水厂检测仪表设置标准也不相同。有的比较完备，水厂运行自动化程度较高；有的仅设若干简单仪表，并且基本上还是手动操作。标准较高的检测仪表设置大体如下：（1）出水流量指示、记录和积算；（2）出水压力指示、
23、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（箱）水位指示，记录并带有上下限报警；（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，如PH计，盐度计，溶解氧计，氨氮计，耗氧量计等；（9）根据需要，设置管网水压遥测装置。检测仪表均安装在各有关生产部位。水厂设置中心控制室，集中安装全厂所有检测参数的二次仪表，并设巡回检测装置，定时打印所有检测参数。标准较低的水厂：仅设置上列16项检测仪表。小型水厂：只设出水流量、压力、清水池水位及出厂水浊度有关仪表。仅在二级泵
24、房控制室内设置一台仪表盘，安装上述检测参数的二次仪表。随着检测仪表产品不断改进和更新，自动化程度逐步提高，检测仪表设计标准也将不断提高和完善。三、水厂自动化设计要求1、水厂自动化程度分成二级：第一级：水厂单项构筑物（如泵房、沉淀、澄清池、滤池、加药系统等）自动控制。第二级：全厂自动控制。一些发达国家的自来水厂自动化程度较高。我国自来水厂自动化起步较晚，但近年来发展较快。已有不少水厂实现了单项构筑物或生产工艺的自动控制，如自动加氯，自动加矶，泵房自动控制等。有的水厂(特别是新建大、中型水厂)已实现了自源水取水直至二级泵站出水的连续监测和自动控制。2、自动控制系统：包括计算机和可编程控制器(PLC
25、)以及相应的检测仪表等。常用集中监测，分散控制方式：在集中监测，分散控制系统中，中央控制室可以显示和监测全厂设备和构筑物的运行状态、运行参数和故障报警等。现场自控则以PLC为主控设备，控制各设备及构筑物的运行。自动化程度高的则采用集中监测、集中控制方式：自动化程度高的，也可在中央控制室对各设备和构筑物进行遥控。3、水厂内各工艺过程自动控制内容如下：(1)取水泵房：取水泵房目前大都根据清水池水位调节水泵机组的运行台数及电动阀的启闭，包括真空泵自动引水及泵房内排水泵的自动开、停。(2)二级泵房：二级泵房根据出水压力和流量来调节水泵运行台数和阀门的开启度。运行的水泵发生故障时，备用水泵能自动启动投入
26、运行。依靠阀门开启度来调节出水流量和压力会增加能耗并降低机组效率，最好采用若干台调速电机水泵机组来调节出水流量。泵房内的真空泵和排水泵自动开、停。(3)投药自动控制：混凝剂投加自动控制：投氯量：主要根据池后水中余氯量来自动控制。也可以流量为比例作前馈控制，以出厂水余氯设定值为后馈调节，实行闭环控制。自动投氯装置已在很多水厂应用，关键是要求有精密可靠的余氯连续测定仪。(4)沉淀池和澄清池：澄清池和沉淀他的自动控制内容是排泥。可以定时自动排泥，也可根据池中泥位自动排泥。如有足够的资料累积，写出数学模型也可按澄清池泥渣浓度、沉淀池和澄清池出水浊度等，控制机械搅拌澄清池内搅拌机转速、排泥机运行，并可将水质资料反馈于加药系统。(5)滤池：是根据滤层水头损失或规定冲洗周期来控制滤池冲洗。如果是气水反冲洗，冲洗顺序和强度也可根据设定值进行自动控制。上述各工艺过程均可用PLC进行控制。若设备发生故障，均会报警，有的会自动停止运行或采用安全措施。例如，若清水池水位过低或出水压力过大，二级泵房除发出警报外,水泵还会自动停运。又如，若加氯间或氯库探测器检测到漏氯后，PLC可自动启动抽氯风机和苛性钠溶液泵，将氯和苛性钠送入中和塔内中和，同时发出警报。【本讲课程的小结】【本讲课程的作业】P题
