学位论文-—100万人口的给水处理厂工艺设计.doc
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1、毕业设计说明书100万人口的城市给水处理厂工艺设计 化工与环境学院 学生姓名: 学号: 环境工程学 院: 专 业: 指导教师: 2009年06月 100万人口的给水处理厂工艺设计摘要给水处理的主要任务和目的就是通过必要的处理方法去除水中的杂质,以价格合理、水质优良安全的水供给人们使用。供水系统是城市不可缺少的基础设施,供水的质量与价格关系到国计民生。本次设计为100万人口的给水处理厂工艺设计。结合设计原水的水质状况以及处理后的出水要求,确定合适的水处理工艺,即预处理、混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒和深度处理;此外还对各个构筑物进行了设计和计算。通过设计使原水中的pH值由8.3降到7.5;COD由
2、3mg/L降到0.9mg/L;浊度由30NTU将至0.6NTU。各项指标均满足饮用水的水质要求,从而达到了设计的目的。由于设计出水是要供100万人使用的生活用水,所以本设计中对消毒和深度处理的设计为主要环节。关键词:给水处理,工艺设计,消毒,深度处理Technological design for the population of one million water treatment plant AbstractThe main tasks and the aim of water treatment is to remove impurities by the necessary wat
3、er treatment, to a reasonable price, good water quality in the safety of the use of water supply. Water supply system is an essential infrastructure in the city,and the water quality and price relations to the peoples livelihood. The design is technological design for the population of one million w
4、ater treatment plant. Define the appropriate water treatment process by combined with the design of raw water quality conditions and water after handling the request to, namely pre-processing, mixing, flocculation, sedimentation, filtration, disinfection and depth of processing; addition to the vari
5、ous structures are designed and calculated. Through the design so that the pH value of raw water from 8.3 down to 7.5; COD from 3mg / L down to 0.9mg / L; turbidity from 30NTU down to 0.6NTU. Various indicators of water quality to meet drinking water requirements, so as to achieve the purpose of the
6、 design. As the design for the water to one million people use, so the major aspects of the design is the disinfection and depth to deal with.Key words: water treatment, process design, disinfection, advanced treatment中北大学2009届毕业设计说明书目 录1 绪论11.1 设计背景11.2 饮用水处理工艺技术的研究进展21.2.1 混凝21.2.2 沉淀21.2.3 过滤21.2
7、.4 消毒31.2.5 深度处理工艺41.3 国外给水处理技术51.3.1 反应沉淀池61.3.2 滤池技术参数61.3.3 加药和消毒工艺61.3.4 对我国的启示71.4 本课题研究的意义72 设计方案的确定82.1 设计所要解决的问题82.2设计水量的计算和处理流程的初步选择82.2.1给水处理厂的设计水量82.2.2确定给水处理的工艺流程83 预处理设计103.1预沉池平面尺寸设计103.2 进水系统104 投药系统的设计124.1 稳压配水井的设计124.2 药剂的选择和投加量124.2.1 混凝剂的选用124.2.2 混凝剂的投加量124.3 混凝剂的配置和投加124.3.1 混凝
8、剂的溶解和溶液的配置124.3.2 投加方式134.3.3 药剂仓库134.4 混合方式145 絮凝池的设计155.1 设计要点155.2 机械絮凝池的设计计算155.2.1 反应池尺寸155.2.2 搅拌装置166 沉淀池的设计196.1 设计要点196.2 池体设计196.2.1 设计采用的数据196.2.2 清水区面积A206.2.3 斜管长度206.2.3 沉淀池高度206.2.4 沉淀池进口穿孔花墙216.2.5 集水系统216.2.6 排泥系统236.2.7 核算247 过滤设备的设计257.1 设计要点257.2 设计参数的确定267.3 设计计算267.3.1 池体设计267.
9、3.2 反冲洗管渠系统287.3.3 滤池管渠的布置307.3.4 V型槽的设计328 消毒和深度处理348.1 活性炭滤池设计348.1.1 设计概述348.1.2 设计计算348.2 加氯间和氯库368.2.1 加氯量计算368.2.2 加氯设备的选择368.2.3 加氯间和氯库布置379 清水池389.1 平面尺寸计算389.1.1 清水池的有效容积389.1.2 清水池的平面尺寸389.2 管道系统389.2.1 清水池的进水管389.2.2 清水池的出水管399.2.3 清水池的溢流管399.2.4 清水池的排水管399.3 清水池的布置409.3.1 导流墙409.3.2 检查孔4
10、09.3.3 通气管409.3.4 覆土厚度4010 泵的选择4111 结论42参考文献43致谢45附图第 III 页 共 页 1 绪论1.1 设计背景给水系统是保证城市、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统,常由取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管渠和管网,以及调节构筑物组成。随着科学技术和国民经济的快速发展,人民生活水平不断提高,人们的保健意识不断增强,对生活饮用水水质的要求也有所提高;随着我国加入WTO,面临与国际接轨和对外开放的进一步扩大,城镇供水与人民生活及城市发展息息相关。我国目前的给水处理技术从总体上、宏观上讲还停留在常规处理工艺阶段,但具体看已有很大的变化;同样一
11、个沉淀或过滤工艺已衍生出许多种形式和新技术,这些新技术逐步改变了水处理工艺的面貌1。给水处理的主要任务和目的就是通过必要的处理方法去除水中的杂质,以价格合理、水质优良安全的水供给人们使用。在20世纪70和80年代,给水工程技术人员面临的主要问题是工程的投资效益,即如何以最低的工程总投资来完成简单的处理目标。因此,在这段时期里,研究出了许多比较经济的净水技术和工艺,这些研究包括改进沉淀池设计,出现了斜管沉淀池、斜板沉淀池和气浮池等快速澄清工艺,还有快速过滤工艺和将絮凝、沉淀和过滤工艺组合在一起的专用集成设备。然而,到了20世纪80和90年代,新的问题出现了,即饮用水中存在的微量有机物对人体健康具
12、有长期潜在的危害。因此,出现了新的水质污染指标和规定,例如,总三卤甲烷、挥发性有机物和最大污染物浓度等。为了对待这些新情况,满足净水处理要求,工程技术人员和研究人员已经成功地设计出去除水中有机污染物的方法。这些方法,如化学氧化、活性炭吸附和强化混凝处理等,在过去的十多年里一直是主要的研究方向。根据我国现有经济和技术条件,在优先考虑强化常规工艺的前提下,增加预处理和深度处理将是今后我国水厂进行改造的主要方向。在预处理中,生物预处理发展前景广阔。在深度处理中,活性炭或者生物活性炭(即臭氧活性炭联用)将是主要的发展趋势2。1.2 饮用水处理工艺技术的研究进展饮用水水质标准的不断提高以及市政给水水源日
13、益被污染,这对常规给水处理技术提出严峻的挑战,许多水厂的出水水质达不到饮用水水质标准的要求,面对这样的情况,不得不对常规水处理进行技术改造或技术革新3。目前改善饮用水水质有两条途径:一是控制污水的排放量及提高污水处理率,以保护饮用水源;二是强化处理工艺对受污染水源进行深度处理4。1.2.1 混凝混凝工艺主要去除水中的悬浮颗粒、浊度和消毒副产物(DBPS)的前驱物质天然有机物(NOM)。其效果与混凝药剂品种、投加量、pH值、搅拌程度、混凝剂和助凝剂投加顺序、原水特性等因素有关。快速剧烈的混合,利于混凝药剂扩散和水中胶体的脱稳。混凝工艺主要去除水中的悬浮颗粒、浊度和消毒副产物(DBPS)的前驱物质
14、天然有机物(NOM)。其效果与混凝药剂品种、投加量、pH值、搅拌程度、混凝剂和助凝剂投加顺序、原水特性等因素有关。快速剧烈的混合,利于混凝药剂扩散和水中胶体的脱稳。进入80年代,加强混合才成为给水界的共识,现常用的混合设备有:水力隔板混合、水泵混合、机械混合、静态混合器、混合池、槽等。1.2.2 沉淀沉砂池去除污水中泥砂等粗大颗粒,有平流沉砂池和曝气沉砂池;沉淀池除去有机和无机可沉悬浮物和胶体混凝物。可分为平流沉淀池和斜管沉淀池,一般以斜管沉淀池性能为佳。美国平流沉淀池使用较多,法国常采用脉冲澄清池或斜板脉冲澄清池,而在英国许多水厂采用气浮沉淀池,这是因为英国多利用水库水源,而水库水源存在藻类
15、问题,气浮沉淀池对含藻多的水源是比较适宜的。不同国家选用不同的池型,主要是根据这些国家的不同水源条件所选择的。1.2.3 过滤集常规过滤、颗粒活性炭吸附与生物膜氧化技术于一体的生物过滤5,可有效去除水中氨氮、铁锰、有机物及浊度,改善和提高了饮用水的生物稳定性和安全性,且运行可靠、投资省、运行费用低。但尚需解决:(1)控制进入输配水管网的最大可生物降解有机物质(BOM)的浓度;(2)生物过滤的最佳反冲洗标准;(3)非生物颗粒对生物膜性能可能产生的影响;(4)慢速生物降解有机物的去除机理与条件;(5)水中有机物与氨氮共存的情况下,氨氮对有机物降解的影响;铁、锰共存的情况下,铁的存在对除锰的影响。生
16、物过滤替换传统过滤,是减少饮用水有机污染、提高饮用水的安全性与生物稳定性的客观需要。我国目前新建水厂较多采用的是“V”型滤池,其他型式的滤池如移动罩滤池等连续过滤型式的滤池在小的水厂也有所应用。另外,在水源条件允许的情况下,直接过滤滤池也有应用的实例。在滤料使用方面,双层滤料仍在广泛应用,使用均质滤料的型式也在逐渐增多,特别是在“V”型滤池6。1.2.4 消毒在城市供水系统中,消毒是最基本的水处理工艺,它是保证用户安全用水必不可少的措施之一。但自20世纪70年代发现氯消毒产生/三致物质以后,人们开始重新审视消毒问题,并进行了大量的研究工作。由于氯消毒产生/三致物质,并且不能有效杀灭隐孢子虫及其
17、孢囊,因此消毒技术不断被研究开发出来,如二氧化氯、臭氧、光催化消毒、紫外线及相关复合技术等7。 氯气消毒法除不能尽除水中有机物,易生成“三致”氯代物外,其出水的味觉与嗅觉的不佳;由于长期使用,细菌产生了抗药性,使氯气的用量逐年增加。 二氧化氯消毒技术:相对于臭氧和氯消毒,杀菌能力更强,剩余量更稳定,作用更持久,消毒后不产生有毒的三氯甲烷等氯化有机物,并能有效地控制出水的色度、嗅味,还可沉淀水中的铁、锰等,因此用量少、作用快、杀菌率高。但成本较氯高;不易压缩储存,只能在使用现场制造。常用于代替预氯处理或(混凝沉淀)前加氯,即作为第一次消毒及氧化。 臭氧氧化技术:臭氧的消毒机理包括直接氧化和产生自
18、由基的间接氧化,与氯和二氧化氯一样,通过氧化破坏微生物的结构,达到消毒的目的。其优点是杀菌效果好,用量少,作用快,能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。可将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质;可氧化嗅味和致色物质,从而减少嗅味,降低色度;可氧化溶解性铁、锰,形成不溶性沉淀,通过过滤去除;可将生物难分解的大分子有机物氧化分解为易于生物降解的小分子有机物8。通过臭氧与其它消毒剂比较研究后得出以下结论:从消毒效果看,臭氧二氧化氯氯氯胺。而从消毒后水的致突变性看则氯氯胺二氧化氯臭氧。由此可显示出臭氧消毒的优点。国际上已普遍应用,特别是法国普及率很高。但由于臭氧对细菌有显著的后增长效果,因此近来人们注意
19、将臭氧与其它净水技术结合使用:如臭氧氯、臭氧紫外线消毒、臭氧与生物活性炭(O3BAC)9(Kim10等人发现经臭氧氧化处理后,水中可生物降解性有机物增加30%,再经过生物活性炭处理后,可生化部分有机物得到有效去除。但臭氧对一些农药类物质、有机卤代物的分解效率很低,当原水中溴离子含量较高时,在一定条件下会形成溴酸盐,还使腐殖质产生甲醛,两者都有致突变性,这将是O3BAC技术应用过程中值得高度关注的重要问题10)等,能获得满意的杀菌效果11。其他新型消毒技术还有光氧化技术、光催化氧化技术、超临界水氧化、超声氧化法(UltrasonicIrradiation,UI)、微波消毒、高锰酸钾氧化、高铁酸钾
20、氧化、磁化消毒、表面接触消毒技术、膜消毒技术、Fenton反应、电化学氧化(ElectrochemicalOxidation)、凝效果、生物活性碳技术等。各种新技术的问世,给人们带来了新的希望,可是由于价格、性能或产品水生物稳定性等方面的制约,这些新技术还不能替代氯消毒12。1.2.5 深度处理工艺我国近年来水源水质日益恶化且短期内难以根本好转,而我国饮用水水质标准又越来越严,公众对水质的要求也越来越高,因此为了解决饮用水水质现状与目标的矛盾,合理选择给水深度处理工艺已经成为给水处理的重要任务和面临的挑战。随着试验研究的发展及对已有工程的认真总结,加上国外技术的引进,应该相信给水深度处理技术在
21、我国将得到大力发展和广泛应用13。常见深度处理技术还有:化学氧化、空气搅拌、生物法、膜技术14及新型合成吸附剂等。原水水质是选择饮用水深度处理工艺的依据15。活性炭吸附进行深度处理。活性炭技术是20世纪60年代从国外引进的深度处理技术,不仅是最成熟有效的方法,而且是具有潜力的技术。活性炭是一种多孔性物质,内部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积,活性炭的空隙分为大孔、过渡孔和微孔,大孔主要分布在活性炭表面,对有机物的吸附甚微,过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的通道,而微孔则是活性炭吸附有机物的主要区域,微孔构成的比面积占总面积的95%,活性炭对有机物的去除受有机物特性的影
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