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開題報(bào)告 課題名稱 3.0萬 m3/d自來水廠的設(shè)計(jì) 系名稱 專業(yè)名稱 ） 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 一、選題的依據(jù)及意義： （一）水源和水質(zhì) 該自來水廠以地面水為水源，原水水質(zhì)符合《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)較好，屬于二級水源水。 （二）供水水質(zhì)及水壓 出水水壓38 m，水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 （四）氣象條件 平均氣溫15.3℃ 最低氣溫－16.8℃ 最高氣溫34℃ 全年平均降水量400 mm 最大降雨量76 mm 最大積雪厚度15 mm 夏季主導(dǎo)風(fēng)向西北 最低水溫2.1℃ 最高水溫28.0℃ 意義： 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，熟悉并掌握給水工程的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)原理、方法和步驟，學(xué)會根據(jù)設(shè)計(jì)原始資料正確地選定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算, 具備設(shè)計(jì)中、小城鎮(zhèn)水廠的初步能力。對取水工程、凈水廠進(jìn)行設(shè)計(jì)。要求對總體布置的設(shè)計(jì)思想，從工藝流程、操作聯(lián)系、生產(chǎn)管理以及物料運(yùn)輸?shù)雀鞣矫婵紤]，而進(jìn)行合理的組合布置設(shè)計(jì)。掌握設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書的編寫內(nèi)容和編制方法，并繪制工程圖紙。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 長期以來，給水工藝仍然是混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒幾個(gè)階段，宏觀 上理論上尚無重大突破，然而在微觀上，凈化工藝確不斷地改進(jìn)，對給水處理的 認(rèn)識也不斷地更新。理論的繼續(xù)深化，促進(jìn)了給水工藝水平的提高。傳統(tǒng)工藝、 理論主要是建立在以粘土膠體微粒和致病細(xì)菌為主要工作對象的基礎(chǔ)上，隨著污 染程度的日益加劇和污染源的逐漸增多，污染物品種的多樣化，為給水處理工作 者帶來新的課題?，F(xiàn)在給水工程較以往的任何時(shí)候都更加注意原水的預(yù)處理工作 和在傳統(tǒng)工藝后面的深度處理，這是當(dāng)前發(fā)展最快的方面，也是我國和國外給水 工藝水平主要差距所在。 （一）預(yù)處理 預(yù)處理是設(shè)置在傳統(tǒng)處理工藝之前的各種處理措施，包括格柵篩除原水中的 漂浮雜物，預(yù)氯投加，調(diào)整原水的pH 值，泥砂在預(yù)沉池中預(yù)沉以及投加粉末活 性炭或生物過濾等各種工藝措施。我國的預(yù)處理工藝主要是格柵隔除漂浮物；預(yù) 氯投加，即在長距離輸水管的起始點(diǎn)小劑量加氯；或在預(yù)沉池前投氯，以保證充 分的消毒效果。粉末活性炭的投加多為季節(jié)性，當(dāng)水質(zhì)嚴(yán)重污染時(shí)，為了去除臭 味和有機(jī)物而采用的臨時(shí)性措施。由于我國生活水準(zhǔn)所限，粉末活性炭投加對制 水成本影響較大，故采用不多。從西方發(fā)達(dá)國家情況看，原水的調(diào)質(zhì)已是普通采用的水處理手段。 （二）常規(guī)處理 1、混合技術(shù) 理論上早已闡明混合是絮凝的基礎(chǔ)，要求快速劇烈的混合，以促進(jìn)混凝藥劑 擴(kuò)散速度和壓縮水中膠體的雙電層，使膠體脫穩(wěn)。但在實(shí)際工作中對混合長期未 給予應(yīng)有的重視。80 年代中后期加強(qiáng)混合才成為給水界最強(qiáng)調(diào)的觀點(diǎn)，因而也 陸續(xù)出現(xiàn)了多種混合設(shè)備。有水力隔板混合、水泵混合、機(jī)械混合、混合池、槽 等以及近幾年應(yīng)用于給水行業(yè)上的靜態(tài)混合器。從混合設(shè)備形式上看，我國現(xiàn)有 水平不遜于國外先進(jìn)國家。由于混合設(shè)備對水力條件、輸入能量、混合方式要求 比較嚴(yán)格、設(shè)備、構(gòu)造上的差異往往造成混合效果相差較大，單純從理論計(jì)算上 進(jìn)行混合設(shè)計(jì)，往往和預(yù)先設(shè)想結(jié)果有較大偏差，因而影響混合效果。國外先進(jìn) 國家對混合設(shè)備都作嚴(yán)格的測試，以期取得最佳混合效果。 2、絮凝反應(yīng) 我們的反應(yīng)設(shè)備總體上和國外水平差距不大，傳統(tǒng)上的絮凝反應(yīng)多采隔板反 應(yīng)，是建立在"近壁紊流"理論基礎(chǔ)上的。隨著給水理論的深入研究和發(fā)展，從能量耗散的角度出發(fā)提出"自由紊流"的微旋渦理論，我國在此理論之上研制出多種 設(shè)備反應(yīng)亦投入生產(chǎn)運(yùn)行。但我國機(jī)械反應(yīng)多為垂直軸機(jī)械反應(yīng)，國外平流沉淀 池多為水平軸機(jī)械反應(yīng)，并采用液力無級變速式電機(jī)調(diào)頻無級變速。我國在前一段時(shí)間對縮短反應(yīng)時(shí)間很感興趣，所設(shè)計(jì)的反應(yīng)池停留時(shí)間有的短達(dá)7 分鐘，認(rèn) 為這樣可以減少占地節(jié)約投資。現(xiàn)在隨著實(shí)踐和對高效反應(yīng)的認(rèn)識加深，又開始傾向延長反應(yīng)時(shí)間，這與國外先進(jìn)國家的認(rèn)識趨于一致。 3、 沉淀池 平流沉淀池是給水行業(yè)最古老的一種池型，大型水廠應(yīng)用較多，我國與國外 技術(shù)水平相差無幾，所不同的是，國外停留的時(shí)間較長，一般為2～4 h，我 國停留時(shí)間多為1～2 h。選擇較長的停留時(shí)間可以節(jié)約藥劑，提高沉淀后的 水質(zhì)，并有足夠的調(diào)節(jié)余地，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。停留時(shí)間短可以節(jié)省基建投 資，減少占地面積。具體設(shè)計(jì)停留時(shí)間多長為好，這需要根據(jù)國家發(fā)達(dá)程度、沉 淀后水質(zhì)指標(biāo)要求，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定，根據(jù)我國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和國情，采 用1.5～2.0 h停留時(shí)間為好。 斜管沉淀池是繼平流沉淀池之后于60年代末、70年代初發(fā)展起來的一種建立在"淺池理論"上的沉淀設(shè)施，具有占地面積少、沉淀效率高的特點(diǎn)，在我國經(jīng)過近20年的應(yīng)用和發(fā)展，使沉淀技術(shù)日臻完善，也積累了許多設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，是一種成熟工藝。 4、澄清池 澄清池在我國使用普通程度僅次于平流沉淀池和斜管沉淀池。懸浮澄清和水 力循環(huán)澄清池是早期修建?，F(xiàn)在為了提高效率，大多都進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)。 我國現(xiàn)在建造的澄清池多為機(jī)械加速澄清池，用于中小水廠的一級處理，國外先進(jìn)國家仍在研制新型澄清池，以進(jìn)一步擴(kuò)大澄清池的適用范圍和得到高質(zhì) 量的濾前水。法國德克雷蒙公司(Degrement)最新研制出的“登薩代”(Densadeg) 澄清池，可以認(rèn)為是新型澄清池的代表。。該種澄清池彌補(bǔ)了各種傳統(tǒng)澄清池的不足，具有如下： 特點(diǎn)：①板狀澄清區(qū)有較高的上升流速(5.5～10.1 mm/s)；②能產(chǎn)生特別濃的回流污泥(20～500 g/L)使回流污泥量極大減少，并可以使污泥處理系統(tǒng)省略污泥濃縮池；③可生產(chǎn)高質(zhì)量的水（濁度低于1NTU）；④和通常用的澄清池相比，藥劑費(fèi)用節(jié)約10～30%；⑤運(yùn)行可靠，能耐受流量和水質(zhì)變化的沖擊； ⑥能用于多種水處理工藝，如飲用水凈化、水軟化、城市污水處理。由于Densadeg 澄清池具有以往澄清池所不具備的優(yōu)勢，目前已在法國、德國推廣應(yīng)用。相信不 久的將來也將引入我國，縮小我國在澄清池方面與先進(jìn)國家的差距。 5、氣浮法 氣浮處理工藝是凈水一級處理的另一種形式。氣浮法是一個(gè)古老的處理工 藝。從工藝發(fā)展來看，我國與先進(jìn)國家?guī)缀跏峭竭M(jìn)行的。近年我國的成都市建起了處理規(guī)模達(dá)20 萬m3/d的大型氣浮池。從給水工藝上看溶氣氣浮是一種很有發(fā)展前途的處理工藝。它有許多優(yōu)點(diǎn)：①在池中停留時(shí)間短，一般為15～30 min，因而處理效率較高；②能有效地處理低溫低濁水；③能較好地解決除藻問題；④能對被有機(jī)物污染水體起曝氣作用；⑤氣浮法產(chǎn)生污泥含水率(90～95%)比沉淀池(95～99.8%)的低得多；⑥池子結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。我國當(dāng)前在氣浮法處理工藝與先進(jìn)國家相比差距很小，也并非表現(xiàn)在處理工藝水平上，而是污泥的處置。國外有較完善的污泥處理手段和設(shè)備，對氣浮法產(chǎn)生的污泥處理不成問題，而我國由于國情所致，給水廠的污泥處理還處于未起步階段，沉淀池產(chǎn)生的污泥一般多重新排入水體，而氣浮法產(chǎn)生的污泥則不能排入水體，必須進(jìn)行處理。當(dāng)前氣浮產(chǎn)生的污泥苦于找不到適于我國國情的費(fèi)用低廉的污泥處理工藝和設(shè)備，而使其普及帶來困難。 6、過濾 過濾在水處理上一般稱為二級處理，通常是設(shè)于沉淀、澄清、氣浮等一級設(shè) 備之后，用來進(jìn)一步降低水中濁度。最早的過濾是使用慢濾池。這是利用生物膜 過濾工藝。慢濾池出水水質(zhì)高，但生產(chǎn)效率低。當(dāng)前國內(nèi)外過濾過程多使用快濾 池以提高生產(chǎn)效率?？鞛V池的過濾機(jī)理是接觸絮凝。快濾池發(fā)展歷史已百余年， 創(chuàng)造出多種池型，有四閥濾池、雙閥濾池、虹吸濾池、無閥濾池、壓濾罐等。 大型水廠多使用四閥濾池及其改型的雙閥濾池。從濾料上看，使用單層砂濾料和砂、煤雙層濾料的較多，三層濾料及三層以上濾料應(yīng)用較少。國外先進(jìn)國家的過濾設(shè)備與我國相比在三個(gè)方面有較大改進(jìn)：①濾料品種、級配的改進(jìn)；②輔助沖洗的普遍應(yīng)用；③自用水的降低。濾料品種和級配的改進(jìn)方面，我國使用的砂濾料，粒徑一般在0.45～1.1 mm，不均勻系數(shù)K80 一般選在1.6～2.0，無煙煤濾料一般作為雙層濾池的輕質(zhì)濾料，粒徑多為1.0～2.0，不均勻系數(shù)K80 多為2.0左右。歐美許多新建的濾池都有向大粒徑、深厚度方向發(fā)展。我國近年來也有這種趨勢，但象洛杉磯水廠那樣大膽采用單層煤濾料尚未見到。 （三）絮凝劑和絮凝控制技術(shù) 給水處理中，在絮凝藥劑投加控制和絮凝劑的使用方面，我國還處于一般水 平。主要反應(yīng)在絮凝劑的品種少、質(zhì)量低。在國外，特別是作為原水調(diào)質(zhì)而采用 的助凝劑較為普遍。我國這方面差距較大。在藥劑自動(dòng)投加方面，大部分水廠正 處于起步階段。對于國外先進(jìn)的自動(dòng)控制工藝，我國已開始致力于引進(jìn)和研究。 1、絮凝劑和助凝劑的使用情況 目前國內(nèi)外大部分凈水廠采用的絮凝劑仍鋁鹽和鐵鹽最為普遍。我公司主要使用鐵鹽絮凝劑，如三氯化鐵、硫酸亞鐵、氯化硫酸亞鐵。近幾年來，國外正研制和開發(fā)應(yīng)用新型高效絮凝劑方面進(jìn)展很快。引人注意的是兩類絮凝劑。一類是無機(jī)聚合物絮凝劑；另一類為有機(jī)高分子聚合物絮凝劑。 2、絮凝劑的控制投加 絮凝控制技術(shù)是凈化處理的重要環(huán)節(jié)，因此如果控制不好，既不能達(dá)到預(yù)定 的水質(zhì)要求，又導(dǎo)致藥劑的浪費(fèi)。我們目前大部分凈化水廠仍沿用化驗(yàn)室燒杯攪 拌試驗(yàn)確定投加率與經(jīng)驗(yàn)投加相結(jié)合的方式，人工操作投加。該方法的缺點(diǎn)是不 能滿足連續(xù)運(yùn)行的需要，也就不能隨水質(zhì)水量的變化而及時(shí)調(diào)整投加量。同時(shí)由 于在化驗(yàn)室內(nèi)做燒杯攪拌試驗(yàn)與實(shí)際生產(chǎn)中的水力條件差距較大，因此提供的投 加率僅能作為實(shí)際投加的參考值，不僅不準(zhǔn)確，還帶來檢驗(yàn)投加效果的滯后性。 目前國外投藥控制發(fā)展趨勢已由多參數(shù)控制向單因子控制方向發(fā)展，因?yàn)閱? 因子控制不要求建立較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，連續(xù)檢測傳感器單一，管理維護(hù)方便。近幾年來這一技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了流動(dòng)電流投藥控制系統(tǒng)和絮凝控制在線檢測 儀（也稱Eloo-nate 連續(xù)探測器）。最近英國水研究中心和倫敦大學(xué)研究人員聯(lián)合研制了一種新的絮凝控制在線檢測儀器(FIOC mate 探測器)。該儀器根據(jù)水中流動(dòng)懸浮膠體產(chǎn)生的濁度波動(dòng)，極靈敏地顯示絮體形成狀態(tài)，可在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場條件下確定最佳投藥量。 上述兩種單因子自動(dòng)控制絮凝檢測儀是國外先進(jìn)技術(shù)，我國正起步研究，尚 未有應(yīng)用實(shí)例。因此今后應(yīng)上述技術(shù)進(jìn)行積極的引進(jìn)和研究，根據(jù)我國國情和水 質(zhì)因素，提出可靠的控制方法，以縮小我國在混凝控制方面與國外先進(jìn)水平的差 距。 （四）消毒殺菌技術(shù)和水的深度處理 消毒殺菌技術(shù)已成為給水處理中不可缺少的處理手段之一。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā) 展，自80 年代起，由于部分地區(qū)的地面水源水質(zhì)逐漸變差和飲用水水質(zhì)要求的提高，水廠的處理工藝在常規(guī)處理基礎(chǔ)上向深度處理的趨勢發(fā)展。 1、消毒殺菌技術(shù) 很長一個(gè)時(shí)期以來，傳統(tǒng)的消毒殺菌劑主要是采用氯及其化合物。該方法操 作技術(shù)簡單、價(jià)格低、殺菌效果好。在國外至今仍為主要?dú)⒕椒ㄖ唬覈鴳?yīng) 用更為普遍。使用氯氣消毒我國與國外的主要差距在于投加的控制手段上，目前 一般采用容量分析比色法測量投氯后的余氯值，依據(jù)其余氯值采用浮子加氯機(jī)或 真空加氯機(jī)調(diào)節(jié)投加量，靠人工操作。該方法不能提供準(zhǔn)確的投加量，只是靠經(jīng) 驗(yàn)控制，檢驗(yàn)投加效果又具有滯后性。而國外則采用自動(dòng)余氯檢測儀檢測，根據(jù) 余氯量反饋給自動(dòng)加氯機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)投加量。這套設(shè)施由于國內(nèi)的余氯檢測儀以及 氯氨加注自動(dòng)化設(shè)施有待提高，目前尚不普及。 2、水的深度處理 水的深度處理主要在于去除原水中的微量有機(jī)污染物，國外采用深化處理較 為普遍，我國在水的深化處理方面還處于起步階段，大部分老水廠均未采用深度 處理，只是部分新水廠采用了活性炭吸附處理。 目前水的深度處理主要包括：活性炭吸附、臭氧氧化、臭氧和活性炭聯(lián)用和 生物活性炭。 除利用臭氧的增氯化能力與活性炭濾池聯(lián)用外，目前國外還致力于用臭氧與 生物活性炭(O3·BAC)對水做深度凈化處理的研究。它是當(dāng)前去除水中有機(jī)物質(zhì) 的較為有效的一種深度處理方法，在日本引起極大的重視。試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明， 該技術(shù)具有如下特點(diǎn)：①能去除水中溶解性有機(jī)物；②能降低TOC，COD及氨氮； ③能降低進(jìn)水中三鹵甲烷母體；④對色度、鐵、錳酚都有去除效果；⑤能使Ames 試驗(yàn)為陽性的水成陰性。但由于該技術(shù)耗電量較大，使用尚不普及。 三、本課題研究內(nèi)容 1、取水工程 水源選擇、取水方案及位置的確定、取水構(gòu)筑物形式和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算并繪圖。 2、給水處理工程 凈水廠場址選擇、水處理方案的比較與選擇、建構(gòu)筑物型式、尺寸及設(shè)備選擇 計(jì)算并繪圖。 四、本課題研究方案 水廠工藝流程圖： 一 級泵站 機(jī)械混合池 二級泵站 清水池 普通快濾池 機(jī)械澄清池 五、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 1、通過水廠處理工藝的設(shè)計(jì)使原水經(jīng)處理后達(dá)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定。 2、通過對水廠的合理設(shè)計(jì)，使工程投質(zhì)和運(yùn)行費(fèi)用較低，使工程具有一定的可 靠度，滿足用戶對水質(zhì)，水量，水壓的近遠(yuǎn)期要求。 3、運(yùn)用現(xiàn)代化的管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對水廠的自動(dòng)化控制。 六、參考文獻(xiàn) [1] GBJ106-87，給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國計(jì)劃出版社，1988 [2] GB50013-2006，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版，2006 [3] 崔玉川．給水廠處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [4] 鐘淳昌．簡明給水設(shè)計(jì)手冊[M]．中國建筑工業(yè)出版社，2002 [5] 鐘淳昌．凈水廠設(shè)計(jì)[M]．中國建筑工業(yè)出版社，1986 [6] 張杰，劉喜光．水工業(yè)工程設(shè)計(jì)手冊水工業(yè)工程設(shè)計(jì)手冊：水工業(yè)工程設(shè)備[M]．中國建筑工業(yè)出版社．2000 [7] 任伯幟．城市給水排水工程規(guī)劃[M]．安徽科學(xué)技術(shù)出版社．2001 [8] 嚴(yán)煦世．給水排水工程快速設(shè)計(jì)手冊[M]．中國建筑工業(yè)出版社．1999 [9] GBJ13-86，室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．上海：上海市建設(shè)和交通委員會，1986 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實(shí)現(xiàn)： 能□ 不能□ 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實(shí)現(xiàn)： 能□ 不能□ 審題小組組長（簽字） 年 月 日