NFDL工藝模塊化凈水設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計題 目 NFDL工藝模塊化凈水設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 機(jī)自0712 學(xué) 生 宋亮 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 馮德振 二一一 年 五 月 二十六 日摘 要雖然我國幅員遼闊，水資源總量較大，但由于我國人口眾多，故人均水資源量很少。地表水在我國的水資源中占很大比例，但是由于地表水水質(zhì)成分比較復(fù)雜，因而對廣大居民的生活用水尤其是農(nóng)村居民的飲水安全構(gòu)成了很大威脅。要保證飲水安全，實(shí)現(xiàn)“農(nóng)村供水城市化，城鄉(xiāng)供水一體化”，就需要多建水廠?，F(xiàn)階段我國可利用土地資源非常緊缺，因此如何在飲水工程項目建設(shè)中節(jié)約用地，也是重要的課題。針對問題所在，在“既要為人民提供安全飲

2、用水，又要節(jié)約用地”的目標(biāo)指導(dǎo)下，我們提出了模塊化凈水設(shè)備的構(gòu)想1。目前我國凈水系統(tǒng)自動化程度較低，占地面積比較大，水處理效率較低，因而尋找出一種高效的水處理工藝，設(shè)計出緊湊的設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備的自動化程度都是現(xiàn)階段急需解決的問題。“模塊化凈水設(shè)備”是將混合、絮凝、沉淀、排污、反沖、集水過濾等水處理工藝集成在幾個凈水模塊單元內(nèi)，在模塊化凈水控制技術(shù)的控制作用下在凈水模塊單元內(nèi)完成對原水的凈化的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化裝置。該設(shè)備的出現(xiàn)可以減少工作人員的勞動強(qiáng)度，提高水處理效率和質(zhì)量，減少設(shè)備的占地面積。本次設(shè)計主要研究模塊化凈水設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計。模塊化凈水設(shè)備集混合、絮凝、沉淀、排污、反沖、集水

3、過濾等工藝于一體。本次設(shè)計中采用了穿孔旋流絮凝、高效斜管沉淀、雙層濾料過濾等比較先進(jìn)水處理工藝，使設(shè)計的設(shè)備具有適用范圍廣，處理效果好，出水水質(zhì)優(yōu)良，占地面積小，而且反沖時耗水量少，節(jié)能、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：模塊化；穿孔旋流；斜管；濾料過濾。ABSTRACTAlthough China has vast territory and a large total water resources, because of our large population so the water resources per capita is very little. Most of Chinese w

4、ater resources is the surface water and water quality constituents are complex. These factors, on the domestic water, especially in rural drinking water, pose a great threat to security. To ensure the safety of drinking water, to achieve the urbanization of rural water supply, urban and rural water

5、supply integration , we need to build more water plant. Now in china available land resources is very scarce. So how to conservation land in construction drinking water project is an important issue. For the problem, under the guidance of the goal that is not only to provide safe drinking water for

6、people, but also economical use of land, we propose the concept of modular water purification system.Now in China water purification system with low degree of automation, covers an larger area and low efficiency of water treatment. Thus to find out an efficient water treatment process, designed comp

7、act device structure, increase automation degree of the equipment are the problems needed to resolve at this stage. Modularization of water purification device is an automated, standardized equipment integrate mixing, flocculation, sedimentation, sewage, recoil, watershed filtration and other water

8、treatment processes in some single unit of the water purification modules, under the control of Modular control technology to complete the purification of raw wate in single unit of the water purification module. The device can reduce the labor intensity of the staffs and improve water treatment eff

9、iciency and quality, reduce the equipment footprint.To design the mechanical structure part of the water purification device is the main task of this design. Modularization of water purification device integrates flocculation, sedimentation, sewage, recoil, watershed filtering and other processes in

10、 one unit, The design uses swirling perforation flocculatione, efficient sedimentation, dual-media filters and other advanced water treatment technology. This device has some advantages. For example wide application, good effect, excellent water quality, covers an area of small, and less from consum

11、ption, energy saving, efficient, safe and so on.Key words：Modular; perforated cyclone; inclined tube; dual-media filters. 目 錄摘 要IABSTRACTII1 前言11. 1 凈水設(shè)備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀21.1.1常規(guī)處理技術(shù)21.1.2深度處理技術(shù)與預(yù)處理技術(shù)21.1.3強(qiáng)化常規(guī)處理技術(shù)41.1.4 特種水質(zhì)處理技術(shù)41. 2 凈水設(shè)備工藝的發(fā)展52 模塊化凈水設(shè)備的工作原理72.1概述72.2 凈水設(shè)備結(jié)構(gòu)72.3 凈水設(shè)備工作原理82.4凈水設(shè)備的主要特點(diǎn)82.5凈水設(shè)備

12、的性能參數(shù)93 絮凝區(qū)的設(shè)計103.1絮凝池的參數(shù)113.1.1設(shè)計數(shù)據(jù)113.1.2結(jié)構(gòu)參數(shù)113.2進(jìn)水管的計算113. 3絮凝池各池開口尺寸的計算123. 3. 1第一格室與第二格室之間孔口尺寸計算133. 3. 2第二格室與第三格室之間孔口尺寸計算133. 3. 3第三格室與第四格室之間孔口尺寸計算143. 3. 4第四格室與第五格室之間孔口尺寸計算143. 3. 5 第五格室與第六格室之間孔口尺寸計算153. 3. 6 第六格室與第七格室之間孔口尺寸計算153. 3. 7 第七格室與第八格室之間孔口尺寸計算163. 3. 8第八格室與第九格室之間孔口尺寸計算163. 3. 9 第九格

13、室孔口尺寸計算173.4絮凝池各格孔口位置的布置174 沉淀區(qū)的設(shè)計184.1斜管沉淀池的結(jié)構(gòu)組成184.2斜管沉淀池參數(shù)特點(diǎn)194. 3斜管沉淀池的結(jié)構(gòu)設(shè)計224.3.1設(shè)計參數(shù)224. 3. 2結(jié)構(gòu)計算235 過濾區(qū)的設(shè)計265.1過濾池的組成結(jié)構(gòu)265.2過濾池的參數(shù)特點(diǎn)265.3過濾池的池體計算285.3.1過濾池的設(shè)計參數(shù)285.3.2過濾池工作時間285.3.3過濾池總面積、分格數(shù)285.3.4過濾池高度295.3.5分水槽的計算295.3.6反沖排污管管徑的計算295.3.7過濾池出水管管徑的計算305.3.8配水系統(tǒng)305.4消毒306 結(jié) 論31參 考 文 獻(xiàn)32致 謝33附

14、 錄341 前言隨著對于飲水與健康關(guān)系的研究的不斷深入和生活水平的提高，人們對于飲用水水質(zhì)的要求也在不斷提高。常規(guī)處理工藝已經(jīng)難以解決水源不斷惡化，這與飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高的相矛盾。必須在現(xiàn)有常規(guī)處理技術(shù)與工藝的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新的水處理技術(shù)與工藝。從20世紀(jì)70年代開始，經(jīng)過幾十年的努力，國內(nèi)外水處理工作者已經(jīng)研究開發(fā)出許多水處理的新技術(shù)新工藝，并且已有大量的工程應(yīng)用，取得了較好的凈化效果。我國的飲水水源主要有地下水源和地表水源兩種形式。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，地下水開采量不斷加大，導(dǎo)致地下水資源不斷減少。目前我國生活用水水源主要以地表水主。在以地表水為水源時，處理的主要對象是水中的懸浮物質(zhì)、膠

15、體物質(zhì)和病原微生物，所需采用的工藝包括混凝、沉淀、過濾、消毒。通過采用新技術(shù)在原有的工藝基礎(chǔ)上改善凈化效果，提高凈化效率。農(nóng)村飲水工程的進(jìn)一步實(shí)施和城市化的進(jìn)一步發(fā)展對生活用水需求量的增加凈水設(shè)備有了更大的需求。過去凈水設(shè)備主要存在以下問題：（1)現(xiàn)有的凈水工藝和運(yùn)行參數(shù)不能滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求；（2)凈水設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測和控制水平較低；（3)設(shè)備陳舊、運(yùn)行效率低下；（4）占地面積較大，靈活性低，維護(hù)改造起來比較困難。針對以上問題在舊水廠的改建或新水廠的建設(shè)過程中尋求一種凈化效果好、自動化程度高、效率高、方式靈活、占地面積小的凈水設(shè)備成為必然。模塊化凈水設(shè)備憑借其投資少、見效快、占地小、規(guī)模形式靈活

16、多樣、擴(kuò)容方便、自動化程度高、操作方便等優(yōu)勢，可在未來飲水工程中發(fā)揮巨大的作用1。此外，模塊化凈水設(shè)備還可用于污水處理的升級處理和深度處理，處理后的污水可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后可循環(huán)利用。目前城市生活污水排放已是我國城市水的主要污染源，城市生活污水處理是當(dāng)前和今后城市節(jié)水和城市水環(huán)境保護(hù)工作的重中之重，這就要求我們要把處理生活污水設(shè)施的建設(shè)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容來抓，而且是急不可待的事情。現(xiàn)階段國家環(huán)保部門要求污水排放標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一級標(biāo)準(zhǔn)，而目前已建成的污水處理系統(tǒng)，其排放標(biāo)準(zhǔn)大多為二級排放標(biāo)準(zhǔn)，因而需要對原有污水處理設(shè)備進(jìn)行升級改造。因此模塊化凈水廠系統(tǒng)在污水處理系

17、統(tǒng)也有著良好的市場前景。1. 1 凈水設(shè)備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1常規(guī)處理技術(shù)凈水設(shè)備的常規(guī)處理工藝早在20世紀(jì)初期就已形成雛形，并在凈水處理的實(shí)踐中不斷得以完善。凈水設(shè)備的常規(guī)處理工藝的主要去除對象是原水中的懸浮物、膠體物和病原微生物等。凈水設(shè)備的常規(guī)處理工藝主要有混凝、沉淀、澄清、過濾、消毒幾個工藝。現(xiàn)階段常規(guī)處理工藝仍然被世界上大多數(shù)水廠所采用，目前在我國95%以上的凈水設(shè)備都是采用常規(guī)處理工藝，因而常規(guī)處理工藝是凈水設(shè)備的主要工藝。當(dāng)以地下水作為水源時，常規(guī)處理工藝主要的去除對象是原水中存在的病原微生物。當(dāng)以不含有特殊有害物質(zhì)的地下水作為水源時，通常只需對原水進(jìn)行消毒處理就可以達(dá)到飲用

18、水水質(zhì)要求。當(dāng)以地表水作為水源時，常規(guī)處理工藝的主要去除對象是原水中的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)和病原微生物，所需采用的處理工藝主要包括混凝、沉淀、過濾、消毒。常規(guī)處理工藝對原水中的懸浮物、膠體物、和病原微生物等有很好的去除效果，對原水中的一些無機(jī)污染物，同時對某些重金屬離子和少量的有機(jī)物也有一定的去除效果2。隨著工業(yè)化的進(jìn)程和城市的發(fā)展，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對化肥和農(nóng)藥的大量使用等，越來越多的污染物和有害金屬隨著工業(yè)廢水、城市廢水、生活污水、垃圾滲濾液、農(nóng)田徑流、大氣降塵和降水等進(jìn)入了水體，對水體形成了不同程度的污染，與此同時水中有害物質(zhì)的種類和含量也越來越多。目前水處理工程中面臨的問題，除了原有的泥沙、膠

19、體物質(zhì)和病原微生物外，還有有機(jī)污染物、高氨氮、消毒副產(chǎn)物、水質(zhì)生物穩(wěn)定性等問題2。1.1.2深度處理技術(shù)與預(yù)處理技術(shù)（1）深度處理技術(shù)當(dāng)水源受到一定程度的污染時，為達(dá)到凈化后的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，需要增加深度處理工藝。應(yīng)用比較廣泛的深度處理技術(shù)主要有：臭氧氧化、膜分離技術(shù)、活性炭吸附、生物活性炭。1）臭氧氧化臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，它可以通過本身的氧化作用來分解水中的有機(jī)污染物。臭氧在水處理工藝中最早應(yīng)用于消毒工藝中，它具有分解水中的多種有機(jī)物、除臭、除色的作用。但是由于水處理工藝中臭氧的投加量受到限制，因而不能把有機(jī)物完全分解成二氧化碳和水，其中間產(chǎn)物仍然會存留在水中。經(jīng)過臭氧的氧

20、化處理，水中的有機(jī)物增加了羥基、羧基等，使得其降解性得到大大的提高，如果不對其進(jìn)一步處理，容易引起水中微生物的繁殖。此外，臭氧處理后的水再進(jìn)行加氯消毒時，一些臭氧氧化的中間產(chǎn)物很易于與氯反應(yīng)，會產(chǎn)生很多的三鹵甲烷類物質(zhì)，使水的致突變活性增加。因此，在飲用水處理工藝中，臭氧氧化一般不會單獨(dú)使用，要么用臭氧氧化替代原有的預(yù)氯化，要么是在活性炭床前設(shè)置臭氧氧化與活性炭聯(lián)合使用3。2）膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來的一項新的水處理技術(shù)，在90年代得到了飛速的發(fā)展，被認(rèn)為是目前最有前途的水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)是一種以壓力為推動力、利用不同孔徑的膜進(jìn)行水與水中顆粒物質(zhì)（廣義上的顆粒，可

21、以是離子、分子、病毒、細(xì)菌、粘土、砂粒等）篩除分離的技術(shù)。根據(jù)膜孔徑從大到小排列，可以把膜濾分為微濾、超濾、納濾和反滲透4種3。3）活性炭吸附活性炭是一種具有較大吸附能力的多孔性物質(zhì)。根據(jù)其外觀形式，活性炭分為粒狀炭（GAC）和粉狀炭（PAC）兩種。粒狀炭常用于水的深度處理工藝中，其處理方式一般為粒狀活性炭濾床過濾，使用一段時間吸附飽和后的活性炭被再生后可以重復(fù)使用。粉狀炭常用于水的預(yù)處理工藝中，一般多用于短時間、季節(jié)性的原水被微污染水處理工藝中，一次性使用后不再進(jìn)行再生。4）臭氧生物活性炭臭氧生物活性炭技術(shù)源于歐洲飲用水處理的實(shí)踐。當(dāng)原有水廠普遍采用的預(yù)氯化處理的時，水中所含有的氯使微生物無

22、法在活性炭床中大量生長。當(dāng)與處理工藝中將氯化改為臭氧氧化后，臭氧氧化使水中有機(jī)物的生物降解性大為提高，水中剩余臭氧可以被活性炭迅速分解，加之臭氧氧化使水中溶解的氧濃度增高（由于臭氧氧化氣體的曝氣作用），使得臭氧氧化后設(shè)置的活性炭床中生長了大量的細(xì)菌，生物分解水中可以生物降解的有機(jī)物，由原有單純進(jìn)行吸附的活性炭床演變成為同時具有明顯生物活性的活性炭床，因此這種活性炭技術(shù)被稱之為生物活性炭。臭氧生物活性炭工藝已經(jīng)在歐洲飲用水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。（2）預(yù)處理技術(shù)當(dāng)水源受到一定的污染，或者具有某些特殊性質(zhì)時，在常規(guī)處理工藝之前，需要對原水先進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括原水儲存、粗大懸浮物和漂浮物的篩除、

23、沉砂、高濁度水的預(yù)沉淀、土層滲濾、曝氣去除揮發(fā)性物質(zhì)、粉狀炭吸附、化學(xué)預(yù)氧化、生物預(yù)處理等4。1）化學(xué)預(yù)氧化化學(xué)預(yù)氧化技術(shù)是通過投加氧化劑，利用氧化劑的氧化能力，分解破壞水中的污染物質(zhì)。常用的氧化劑有氯、雙氧水、高錳酸鉀、臭氧，正在研究開發(fā)中的還有紫外光催化氧化等4。2）生物預(yù)處理生物預(yù)處理是指在常規(guī)凈水工藝前增加生物處理工藝，通過借助微生物的新陳代謝活動，來初步去除原水中的有機(jī)污染物、氨氮、亞硝酸鹽、鐵、錳污染物等，從而減輕常規(guī)處理和深度處理的負(fù)荷，通過生物預(yù)處理和后續(xù)處理的物理、化學(xué)和生物的綜合作用，進(jìn)一步提高處理后的水質(zhì)。1.1.3強(qiáng)化常規(guī)處理技術(shù)通過強(qiáng)化常規(guī)處理技術(shù)不僅可以降低出水濁度

24、，同時也降低了處理后的水中細(xì)菌、隱孢子蟲、大腸菌、病毒、鐵、錳等的濃度，使形成氯化消毒副產(chǎn)物的母體（揮發(fā)性有機(jī)物、致突變活性有機(jī)物）含量有所降低。（1）強(qiáng)化混凝強(qiáng)化混凝是指在混凝處理中投加過量的混凝劑、新型混凝劑或助凝劑、或者是其他的藥劑，通過加強(qiáng)混凝與絮凝作用，使常規(guī)處理工藝盡可能多地去除水中的有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物的前體物（主要指腐殖酸、富里酸等有機(jī)物）。強(qiáng)化混凝的重點(diǎn)是擇優(yōu)選擇和適量投加混凝劑、助凝劑，并控制恰當(dāng)?shù)幕炷龡l件，從而提高常規(guī)處理中濁度和天然有機(jī)物的去除效果，最大限度的去除消毒副產(chǎn)物的前體物，以控制和減少水中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生5。濁度和天然有機(jī)物去除效果受混凝劑的種類和性質(zhì)、混凝劑的

25、投加量及PH值等各種因素的影響。所以，要對需要原水進(jìn)行強(qiáng)化混凝試驗，來確定去除水中濁度和有機(jī)物的最佳PH范圍及混凝劑添加量，達(dá)到提高水質(zhì)和節(jié)約藥劑的雙重目的。（2）沉淀與氣浮對于富營養(yǎng)化水（如高藻水）、低溫低濁水、高色水等采取氣浮方式，可以達(dá)到較好的效果。沉淀與氣浮結(jié)合、氣浮與過濾組合等工藝均可提高常規(guī)處理工藝的效果。（3）強(qiáng)化過濾強(qiáng)化過濾應(yīng)主要從以下幾方面入手：1）充分發(fā)揮深層顆粒濾料濾床的潛力，提高濾池的除濁能力，選用合適的反沖洗方式；2）針對近年來原水受到各種有機(jī)物污染等狀況，在各種預(yù)處理及后處理工藝的輔助下，推廣對濾前進(jìn)水加注各種氧化劑、助濾劑等行之有效的方法，例如采用合理生化氧化膜等

26、催化、氧化，絮凝、吸附及過濾綜合除濁6。（4）優(yōu)化消毒為滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中微生物指標(biāo)和消毒副產(chǎn)物指標(biāo)要求，優(yōu)化消毒技術(shù)是改善常規(guī)處理的重要一環(huán)。目前消毒技術(shù)主要應(yīng)用二氧化氯、臭氧、紫外線等方式，采用組合式消毒工藝，實(shí)行多屏障消毒。1.1.4 特種水質(zhì)處理技術(shù)（1） 除鐵、除錳對于含鐵、錳較多的水源要進(jìn)行除鐵、除錳，現(xiàn)在主要采用曝氣氧化過濾法、曝氣接觸氧化錳砂過濾法、高錳酸鉀氧化法、氯氧化過濾法、充氧回灌地下水層法來去除水中的鐵和錳。（2） 除藻在富營養(yǎng)條件下水中藻類大量繁殖，特別是在水溫較高的夏秋季節(jié)，水中的含藻量將增高。水中的藻類不僅會使水產(chǎn)生令人厭惡的味和嗅外，由于它們的比重接近于水，還會影響

27、混凝沉淀的效果，堵塞濾池進(jìn)而影響水設(shè)備的的正常運(yùn)行。目前主要采用微濾機(jī)、氣浮法、加藥滅藻法來除去水中的藻類生物。（3）除氟長期飲用過量含氟化物的水，輕者患牙斑癥，牙齒斑黑，早期脫落等病癥；重者患氟骨癥、變形、骨折、骨骼邊翠。現(xiàn)階段除氟的方法主要有以下幾種：吸附法混凝沉淀法離子交換法電滲析法。（4）除硬度地下水的硬度普遍較高，一般有硬度超標(biāo)現(xiàn)象，若不與地表水混合單獨(dú)對其凈化處理，則需要加石灰軟化，以降低其硬度，使之符合國標(biāo)水質(zhì)要求。1. 2 凈水設(shè)備工藝的發(fā)展（1） 混合工藝的發(fā)展針對混合工藝中存在的問題在改造中要注意揚(yáng)長避短，盡可能滿足充分混合的要求。采用水力混合的，在運(yùn)行水量與設(shè)計水量不吻合

28、的情況下，采取分組混合的方式，混合與絮凝設(shè)施可并列23套，按負(fù)荷調(diào)用。目前普遍采用的混合裝置為靜態(tài)管式混合器，為使混合理均勻，實(shí)現(xiàn)亞微觀混合，節(jié)省藥劑，可采用微渦旋混合裝置7。（2）絮凝工藝的發(fā)展常規(guī)的反應(yīng)池（包括折板反應(yīng)池、網(wǎng)格反應(yīng)池），其機(jī)理屬宏觀傳質(zhì)，效率不高，為實(shí)現(xiàn)亞微觀傳質(zhì)，須在反應(yīng)池中適當(dāng)增添小網(wǎng)格，以實(shí)現(xiàn)高效反應(yīng)，進(jìn)一步提高反應(yīng)效果7。（3）沉淀工藝的發(fā)展沉淀池的改進(jìn)應(yīng)從如下方面入手：1）降低沉淀池的流速，改善分離條件：2）增加出水槽個數(shù)或加長出水槽，改善出水條件；3）增設(shè)機(jī)械排泥或刮泥機(jī)，改善設(shè)備的排泥條件；4）在沉淀池內(nèi)增設(shè)氣浮單元，實(shí)現(xiàn)沉淀與氣浮的組合，提高沉淀和泥水分離效

29、果。沉淀與氣浮也可根據(jù)原水水質(zhì)情況單獨(dú)運(yùn)行。（4）過濾工藝的發(fā)展過濾工藝在以下幾個方面可以改進(jìn)：1）濾料層的改進(jìn)濾料組成和級配的選擇應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有濾池條件和沖洗設(shè)施情況進(jìn)行綜合考慮。應(yīng)采用均勻級配粗粒濾料（加厚濾層）或采用煤、砂雙層濾料或陶粒濾料，但其沖洗系統(tǒng)必須得到相應(yīng)配套。2）濾池沖洗方法的改進(jìn)沖洗后濾料表層含泥量應(yīng)小于1，最終沖洗排出水濁度一般應(yīng)以2NUT作為目標(biāo)，并盡量降至1NUT以下。經(jīng)常測定沖洗強(qiáng)度，濾池應(yīng)增加調(diào)節(jié)設(shè)施及調(diào)節(jié)出水堰高度。單層細(xì)砂級配濾池，可以考慮增加表面水沖洗設(shè)施。對于均粒濾料濾池，一方面須增加濾層厚度H，H/d1000；另一方面沖洗方法須改進(jìn)為氣水反沖洗8。3）助濾劑

30、的應(yīng)用在濾池進(jìn)水中投加少量助濾劑是改善濾池過濾性能，降低濾后水濁度的有效措施。助濾劑的投加，優(yōu)點(diǎn)是可有效防止?jié)岫却┩笧V層，缺點(diǎn)是水頭損失增長加快，過濾周期縮短。因此，合適的助濾劑投加量應(yīng)在實(shí)際使用過程中優(yōu)化調(diào)整4。2 模塊化凈水設(shè)備的工作原理2.1概述NFDL工藝模塊化凈水設(shè)備主要由絮凝區(qū)、沉淀區(qū)、過濾區(qū)三大部分組成，把絮凝、沉淀、排污、反沖、集水過濾等工藝集中在幾個模塊單元中實(shí)現(xiàn)，同時應(yīng)用模塊化凈水控制技術(shù)（主要由模塊化凈水控制主、從站系統(tǒng)技術(shù)、中央控制系統(tǒng)技術(shù)及DCS控制技術(shù)組成）實(shí)現(xiàn)凈水裝置的自動運(yùn)行，該設(shè)備同時具有自動加藥裝置及消毒設(shè)備，是一個具有全套功能的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化“凈水站”。該

31、凈水設(shè)備裝置適用范圍廣，使水處理過程從室外轉(zhuǎn)到室內(nèi)，避免原水處理后二次污染，且可迅速調(diào)整絮凝劑、消毒劑投加量和相應(yīng)調(diào)整絮凝、沉淀、過濾過程，確保凈水質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)要求，保證供水安全，凈化效果好，出水水質(zhì)優(yōu)良。模塊化凈水廠的模塊式結(jié)構(gòu)，不僅大大縮減了凈水廠的占地面積還使凈水生產(chǎn)具有靈活性、可調(diào)性、應(yīng)急性。該設(shè)備裝置運(yùn)行自動化程度高，節(jié)能、高效、安全，可根據(jù)用水量自動調(diào)整投入運(yùn)行的模塊數(shù)量，操作管理人員少，生產(chǎn)成本低，是一種新型節(jié)能新產(chǎn)品9。2.2 凈水設(shè)備結(jié)構(gòu)該凈水設(shè)備主要有絮凝區(qū)、沉淀區(qū)和過濾區(qū)組成，凈水設(shè)備的三維效果圖見圖2.1（二維結(jié)構(gòu)圖見附錄）。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計理念使得設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，工

32、藝參數(shù)合理，與此同時該設(shè)備采用了模塊化凈水控制技術(shù)使得整個設(shè)備操作管理方便、設(shè)備性能運(yùn)行穩(wěn)定可靠、凈水效果好、出水負(fù)荷率高。根據(jù)原水可適當(dāng)調(diào)整設(shè)備的的局部結(jié)構(gòu)參數(shù)，故該設(shè)備對江、河、湖、庫等源水均能適應(yīng)。圖2.1模塊化凈水設(shè)備的三維效果圖2.3 凈水設(shè)備工作原理該凈水設(shè)備以地面水為水源，把絮凝、沉淀、排污、反沖、集水過濾等多種工藝采用模塊化的設(shè)計方法集中在幾個主要的模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)其凈水功能。本次設(shè)計主要采用了穿孔旋流絮凝、高效斜管沉淀、多層濾料過濾等比較先進(jìn)的工藝，其工作原理如圖2.2所示。原水庫水、堰塘水河水、溪溝水凈化處理投藥、混合反應(yīng)、沉淀過濾、消毒清水池、用戶圖2.2凈水設(shè)備的工作原理2.

33、4凈水設(shè)備的主要特點(diǎn)（1）占地面積小，整個設(shè)備占地面積縮減為傳統(tǒng)凈水廠模式的1/81/6，設(shè)備高度為5.0米左右，室內(nèi)外均可安置。（2）模塊化凈水系統(tǒng)控制采用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的模塊化凈水控制主、從站系統(tǒng)、DCS控制方式以及中央計算機(jī)操作控制系統(tǒng)，使模塊化凈水廠的運(yùn)行不僅實(shí)現(xiàn)了全自動及智能化，還實(shí)現(xiàn)了對凈水廠的遠(yuǎn)程遙控、監(jiān)視、數(shù)據(jù)共享等功能。（3）設(shè)備內(nèi)部大量采用了輕質(zhì)、無毒、耐腐材料，降低了生產(chǎn)成本，維護(hù)簡單；其主體結(jié)構(gòu)主要采用鋼構(gòu)框架與金屬瓦楞板組合技術(shù)，剛度較好，便于吊裝和運(yùn)輸9。（4）高濃度絮凝層能使原水中的雜質(zhì)顆粒在該工藝過程中得到充分的碰撞,使其被吸附的幾率增大,因而擴(kuò)大了原水的適用范圍

34、7。雜質(zhì)顆粒去除率的增高,在含有藻類的原水中,還具有除藻功能。（5）泥渣濃縮室（可調(diào)式排泥系統(tǒng)）能保證泥渣及時排除,從而保證雜質(zhì)顆粒去除率的穩(wěn)定。（6）凈水設(shè)備的自動化運(yùn)行,既能保證設(shè)備的高效過濾(在原水濁度3000/L時,濾后水濁度3mg/L)，又能自動反沖，無需特意設(shè)計反沖水池和空壓機(jī)等機(jī)電設(shè)備，故可節(jié)省大量成本和日常運(yùn)行費(fèi)用。（7） 模塊式結(jié)構(gòu)使其便于擴(kuò)建，改造，搬遷或移地再用，凈水模塊能互為備用，維護(hù)方便，具有很好的應(yīng)急能力。2.5凈水設(shè)備的性能參數(shù)(1)出水水量: 200 m3/h；(2)適用原水濁度: SS 3000 mg/L；(3)凈水出水濁度: SS 1 mg/L；(4)過濾區(qū)

35、設(shè)計濾速: 814 m/h；(5)總停留時間: T = 4550 min；(6)運(yùn)行壓力: 0.06 Mpa；(7)水溫: 常溫。3 絮凝區(qū)的設(shè)計完成絮凝過程的絮凝池在凈水處理中占有重要的地位。原水中的懸浮物質(zhì)的粒徑往往非常細(xì)小，為除去這些物資通常采用混合絮凝的方法，即在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過充分的混合使克里具有絮凝性能。而絮凝池就是創(chuàng)造適合的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集以形成較大的絮凝體的地方。因而絮凝池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝效果，而絮凝效果有直接影響后續(xù)的沉淀效果進(jìn)而影響凈化后的水質(zhì)。現(xiàn)階段常用的絮凝池主要有隔板絮凝池、折板絮凝池、穿孔旋流絮凝池、網(wǎng)格絮凝池、機(jī)

36、械攪拌絮凝池10。本次設(shè)計的凈水設(shè)備采用目前應(yīng)用較普遍的穿孔旋流絮凝池。由若干方格組成（分格數(shù)一般不少于6格），在各格之間的隔板或隔墻上沿池壁開孔，孔口上下對角交叉布置，水流沿池壁切線方向進(jìn)入在每格內(nèi)后形成旋流，如圖3.1所示。絮凝池各格室的平面呈方形易于形成旋流，池格平面方形均填角?？卓谝膊捎梅叫尾⑶铱卓诔叽缰饾u增大，第一格孔口尺寸最小，故流速最大，水流在第一格內(nèi)旋流轉(zhuǎn)速也最大。而后孔口尺寸逐漸增大，流速也逐格減小。流速的減小使速度梯度G值也相應(yīng)逐格減小，速度梯度G值的減小有利于絮凝體的成長10。綜上所述多級穿孔旋流式絮凝池體積小，絮凝效果好。穿孔旋流絮凝池設(shè)計要點(diǎn)：1）絮凝時間一般為15-

37、25min；2）孔口流速應(yīng)由大到小逐減，起端孔口流速一般為0.6-1.0m/s，末端孔口流速一般為0.2-0.3m/s；3）每組絮凝池分格數(shù)不宜少于6格。-上方進(jìn)水下方進(jìn)水圖3.1 穿孔旋流絮凝池平面示意圖3.1絮凝池的參數(shù)3.1.1設(shè)計數(shù)據(jù)絮凝水量：Q=200m/h；進(jìn)水流速：V=1.0m/s;出水流速：V00=0.25m/s ;絮凝時間： t=20min;絮凝池分格數(shù)：n=9。3.1.2結(jié)構(gòu)參數(shù)絮凝區(qū)：長度L=4m，寬度B=3.8 m，有效高度H=4.5m，超高采用H=0.3。絮凝池：由9個面積均等的連體方形池組成，各池之間的隔墻上沿池壁開孔，孔口上下對角交叉布置。3.2進(jìn)水管的計算由公式

38、: (3.1)可得: (3.2)把V0=1m/s帶入公式可得進(jìn)水管的管徑為 表3.1管道尺寸標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)鋼制管道尺寸標(biāo)準(zhǔn)，見表3.1，可選擇進(jìn)水管DN250，外徑為D273x6。根據(jù)表查得進(jìn)水管內(nèi)徑：D=273-12=261(mm)=0.261(m)根據(jù)公式： (3.3)可得進(jìn)水管的有效面積為由公式： （3.4）可得進(jìn)水管的流速故滿足要求。3. 3絮凝池各池開口尺寸的計算經(jīng)過計算得到進(jìn)水流速V0=1.04m/s，出水流速取V00=0.25m/s,絮凝池相鄰兩格室隔墻上的孔口流速可按下式計算： (3.5)V0 水最初流進(jìn)時的流速，為1.04m/s；Vn 水流經(jīng)中間各孔時的流速，m/s；V00水流出最

39、后一格時的流速，取0.25m/s；tn 絮凝池各格室絮凝時間，min；由第一、二格，二、三格，三、四格間依次按1/9，2/9，3/9.遞增；T總的絮凝時間，min。由已知條件可知，V0=1.04m/s,V00=0.25m/s,T=20min,n=9。故： (3.6)因為單池的絮凝時間：t=T/9，故 T=9t3. 3. 1第一格室與第二格室之間孔口尺寸計算由t1=t可得第一格室與第二格室之間孔口流速：V1=1.29-0.25 (3.7)所以孔口過水截面積：S1= (3.8)孔口開為正方形，則邊長3. 3. 2第二格室與第三格室之間孔口尺寸計算由t2=2t可得第二格室與第三格室之間孔口流速：V2

40、=1.29-0.25 (3.9)所以孔口過水截面積： (3.10)孔口開為正方形，則邊長a=3. 3. 3第三格室與第四格室之間孔口尺寸計算由可得第三格室與第四格室孔口流速： （3.11）所以孔口過水截面積： （3.12）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 4第四格室與第五格室之間孔口尺寸計算由可得第四格室與第五格室孔口流速： （3.13）所以孔口過水截面積： （3.14）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 5 第五格室與第六格室之間孔口尺寸計算由可得第五格室與第六格室孔口流速： （3.15）所以孔口過水截面積： （3.16）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 6 第六格室與第七格室之間孔口尺寸計算

41、由可得第六格室與第七格室孔口流速： （3.17）所以孔口過水截面積： （3.18）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 7 第七格室與第八格室之間孔口尺寸計算由可得第七格室與第八格室口流速： （3.19）所以孔口過水截面積： （3.20）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 8第八格室與第九格室之間孔口尺寸計算由可得第八格室與第九格室口流速： （3.21）所以孔口過水截面積： （3.22）孔口開為正方形，則邊長3. 3. 9 第九格室孔口尺寸計算由可得第九格室孔口流速： （3.23）所以孔口過水截面積： （3.24）孔口開為正方形，則邊長3.4絮凝池各格孔口位置的布置上部孔口孔頂距池頂0.5m；下部孔

42、口孔第距池頂為4.0m。進(jìn)水管在池的上部，第一格室與第二格室的孔開在下部，第二格室與第三格室的孔開在上部，一下孔口均按上下交錯的方式布置。4 沉淀區(qū)的設(shè)計沉淀池是將絮凝工藝過程中形成的絮凝體沉淀的模塊。沉淀池池體主要有進(jìn)口區(qū)、沉淀區(qū)、出口區(qū)及泥渣區(qū)四部分組成10。按照水在池中的流動線路和方向，沉淀池分為平流式（臥式）、豎流式（立式）、輻流式（輻射式或徑流式）、斜流式（如斜管、斜板沉淀池）等形式4。本次設(shè)計的凈水設(shè)備采用斜管沉淀法。它具有沉淀效率高池體小，占地少的優(yōu)點(diǎn)。斜管沉淀池按照進(jìn)水方向又可分為橫向斜管沉淀池、上向斜管沉淀池和下向斜管沉淀池三種形式8。本次設(shè)計采用應(yīng)用最普遍的上向斜管沉淀池，

43、斜管沉淀池是由與水平面成一定角度（一般60o左右）的管狀組件（截面為矩形或六角形等）置于沉淀池中構(gòu)成。沉淀池中的水從下部流入，沿斜管向上流動，而顆粒在重力作用下沉于斜管底部，隨后自動滑下。斜管沉淀池的沉淀原理如圖所4.1所示。圖4.1斜管沉淀池原理示意圖4.1斜管沉淀池的結(jié)構(gòu)組成在斜管沉淀池中，水流方向是從斜管底部流入，上部流出，沉泥從管的下端滑出，水與沉泥的運(yùn)動方向是相反的，故也叫逆向流斜管沉淀池，其流向和結(jié)構(gòu)形式如圖4.2所示。圖4.2斜管沉淀池水流方向及結(jié)構(gòu)形式4.2斜管沉淀池參數(shù)特點(diǎn)斜管沉淀池的水力計算方法可分為分離粒徑法，特性參數(shù)法和加速沉淀法三種類型10。分離粒徑法在計算時不考慮流

44、速分布情況，因此計算比較簡略；加速沉淀法雖然考慮了顆粒的加速沉降因素，卻未考慮顆粒的起始沉降問題，同時目前也缺少驗證；特性參數(shù)法采用特性參數(shù)公式，并考慮了管內(nèi)的流速分布情況計算時考慮的因素比較全面因而應(yīng)用較為廣泛。斜管沉淀池的有關(guān)設(shè)計參數(shù)概述如下：（1）顆粒沉淀速度顆粒的沉淀速度與原水水質(zhì)、凈化后水質(zhì)的要求及絮凝效果等因素有關(guān)。具體數(shù)據(jù)應(yīng)通過沉淀實(shí)驗求得。經(jīng)過混合絮凝工藝處理后的顆粒沉淀速度大多數(shù)在0.30.5mm/s之間。（2）上升流速上流速度泛指斜管區(qū)平面上的液面上升速度，它可以根據(jù)表面負(fù)荷計算求得。通常在要求出水的混濁度在20度左右時，上升流速一般選為2-3mm/s。當(dāng)斜管傾角為60度時

45、，其管內(nèi)流速大概為2.5-3.5mm/s；另外，水在斜管內(nèi)的停留時間通常在4-7min之間。（3）斜管的傾角為了便于均勻配水，斜管多采用后傾式。為了排泥方便，傾角應(yīng)在50-60度，同時傾角的選擇還與材料有關(guān)。目前上向斜管沉淀池中斜管的傾角一般為60度。（4）管徑目前國內(nèi)逆向流斜管沉淀池的斷面大多采用正六角行，一般用內(nèi)切直徑作為斜管直徑。目前用于凈水處理的逆向流斜管沉淀池的管徑為25-35mm。（5）斜管的長度斜管長度一般不宜小于0.5m，斜管的長度取決于斜管的加工和沉淀池的池深。沉淀池一般不宜過深，同時為安裝支承的方便，斜管也不宜過長。斜管的長度一般選為1m11。圖4.3正六邊形斷面斜管l/d

46、計算圖線（6）斜管過渡段長度水流由斜管進(jìn)入時要經(jīng)過端紊流層流的過渡，因而斜管需要增加20-25cm過渡段長度作為斜管的一部分。（7）截留速度斜管沉淀池在布置方面的差別，將影響設(shè)計截留速度值的取用。一般規(guī)模較大的斜管沉淀池，由于其進(jìn)水分配和出水收集不容易保證均勻。而設(shè)計時宜選用指標(biāo)低于規(guī)模較小的斜管沉淀池。目前在逆向流斜管沉淀池設(shè)計中，截留速度一般為0.15-0.40mm/s。（8）有效系數(shù)（利用系數(shù)）有效系數(shù)指斜管區(qū)中有效過水面積（斜管區(qū)總面積減去斜管的結(jié)構(gòu)面積）與斜管區(qū)總面積之比。它因材料的材質(zhì)、厚度及形狀不同而異。塑料六邊形斜管有效系數(shù)系為。（9）配水區(qū)高度當(dāng)采用V形槽穿孔管或排泥斗時，斜

47、管底到V形槽頂?shù)母叨葢?yīng)大于1.2-1.5m。當(dāng)采用機(jī)械刮泥時斜管底到池底的高度應(yīng)不小于1.5m，以便檢修。另外，為了便于檢修應(yīng)在斜管區(qū)或池壁邊設(shè)置入孔或檢修廊。(10)整流設(shè)施整流的目的是使水流能均勻地由絮凝池進(jìn)入斜管區(qū)下部的配水區(qū)。整流主要有形式有以下幾種方式：a 、下向流配水斜管（同向流凝聚配水器），管內(nèi)流速一般為0.05m/s；b、縫隙隔條整流（要求縫隙前窄后寬），穿縫流速一般為0.13m/s； c、穿孔墻整流，穿孔流速一般為0.05-0.10m/s12。(11)清水區(qū)和集水系統(tǒng)清水區(qū)深度一般為0.8-1.0m。集水系統(tǒng)的設(shè)計與澄清池相似，集水系統(tǒng)主要采用穿孔集水管（上面開孔）和溢流槽。

48、溢流槽有堰口集水槽和淹沒空集水槽兩種。在設(shè)計集水槽時，要考慮出水量超負(fù)荷的可能性，因而一般至少按設(shè)計時給定流量的1.5倍計算。(12)雷諾數(shù)Re和弗勞德數(shù)Fr雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)已成為影響沉淀效果的兩個重要指標(biāo)。斜管沉淀池的雷諾數(shù)Re一般在200以下，甚至低于100。斜管沉淀池由于濕周較大，水力半徑較小故弗勞德數(shù)一般很大。目前在設(shè)計斜管沉淀池時一般只進(jìn)行雷諾數(shù)的復(fù)核，對于正六邊形斷面斜管，檔期內(nèi)切圓直徑，管內(nèi)平均流速，水溫時其雷諾數(shù)見表4.113。表4.1正六邊形斷面載面斜管的雷諾數(shù)Re管內(nèi)平均流速V（mm/s）內(nèi)切圓直徑（d/cm）2.53.03.54.05.03.018.822.526.330

49、37.53.52226.330.73543.74.025303540504.5283439.54556.25.03137.843.75062.55.534.241.348.25568.76.037.64552.560756.540.249576581.27.04452.561.57087.57.54756.265.77593.58.0506070801009.056687990112.510.0627581.5100125 (13)液面負(fù)荷 斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷通常根據(jù)經(jīng)驗來確定，其取值范圍為9.0-11.0 m/(m/h)。4. 3斜管沉淀池的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1設(shè)計參數(shù)設(shè)計流量：Q=200 m

50、/h；顆粒沉降速度：u0=0.4mm/s;液面上升流流速取V=3.0mm/s;斜管傾斜角：；斜管直徑：d=30mm；沉淀池的有效系數(shù)取;表面負(fù)荷取q=10m/h =2.8mm/s; 沉淀區(qū)：長度L=7m,寬度B=3.8m。斜管材料采用厚0.4mm塑料板熱壓成正六角形管，內(nèi)切圓直徑d=30mm,長1000mm，水平傾角為60度。4. 3. 2結(jié)構(gòu)計算（1）清水區(qū)凈面積 (4.1)（2）斜管部分的面積A (4.2)斜管部分的平面尺寸，沉淀池的總寬度為3.8m，其有效寬度為3.0m，故沉淀池的有效長度為 (4.3)所以斜管部分平面尺寸（寬X長）采用X=3.00 mX6.57m。（3）進(jìn)水方式和穿孔流

51、速沉淀池進(jìn)水區(qū)沿邊長為3.8m的一側(cè)布置，該邊的長度與絮凝池寬度相同。設(shè)計中采用穿孔墻整流的整流方式，穿孔流速取0.08m/s，則在池壁上所需開孔總面積為 (4.4)每個孔口尺寸定為0.08m0.04m所以開孔的數(shù)量為= (4.5)孔口數(shù)n定為220個，穿孔墻分布在配水區(qū)分五層，每層44個。實(shí)際的穿孔流速為=Q/(n)=200/(220)=0.079（m/s） (4.6)（4）管內(nèi)流速 (4.7)考慮到水量波動，取V0 =4（mm/s）（5）管長1）有效管長l根據(jù)u0和V0的值，按圖4.3得L/d=25， （4.8）2）過渡段長度 取過渡段長度=250mm3）斜管總長L (4.9)斜管支承系統(tǒng)

52、采用鋼筋混凝土柱、小梁及角鋼架設(shè)。（6）沉淀池寬調(diào)整 池寬B=+=3+1=3.5（m） （4.10）（7）復(fù)核雷諾數(shù)根據(jù)管內(nèi)流速V0 =4 mm/s和管徑d=30mm，查表4.1得雷諾數(shù)Re=30200故滿足要求。（8）管內(nèi)沉淀時間 （4.11）（9）沉淀池高斜管區(qū)高度：；清水區(qū)高度采用1.2m；超高采用0.3m；配水區(qū)高度（根據(jù)泥槽頂）采用1.3m；排泥區(qū)高度采用0.8m；保護(hù)高度0.7m；有效池深：=0.9+1.2+1.3+=3.4m；沉淀池總高：H=0.9+1.2+1.3+0.8+0.3=4.5；沉淀區(qū)總高度H=0.9+1.2+1.3+0.8+0.3+0.7=5.2m。（10）排泥系統(tǒng)排泥系統(tǒng)在斜管沉淀池中十分重要，它直接影響沉淀的效果目前常用的排泥方式有以下三類：1）機(jī)械排泥 運(yùn)行過程自動控制，管理操作簡單?？刹捎闷降壮匾越档统馗邷p少成本。適用于大型斜管沉淀池。2)多斗式排泥 容易控制和管理，且不易堵塞，但斗深增加了沉淀池的高度，增大了成本。它適用于中小型斜管沉淀池。3