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题目：广东省B市中心区给水工程设计
1.工程概况：
本设计为广东省B市的给水工程设计，该城市位于广东，A 河的中下游。城市分为Ⅰ、Ⅱ两个行政区，总共人口12.2万人；A河流将该城市分成两部分，每一部分都有一个工业区；城市中各工业企业对水质无特殊要求，城市楼房平均层数6层。
给水水源： A河，该河水质良好，符合表水Ⅲ类水水质，可作为城市供水水源地。
2.设计任务：
（1）给水系统水量及工程规模确定：根据初步匡算，拟设计一80000米3／天的地表给水厂。（2）给水系统方案论证（3）净水工艺方案的确定、净水厂平面布置并绘出净水厂平面布置图、净水各单体构筑物的设计、净水厂高程布置并绘出净水厂高程布置图、净水厂管线布置并绘出净水厂管线布置图。（4）输水管设计。（5）配水管网设计、绘出配水管网平面布置图、最不利管线供水、用水水压线图及管路埋设剖面图、列出材料表。
3.管网系统管线定线
根据所给城市地形图，A河由东向西流动，水厂拟建在河道上游，即图中的正东偏南位置。给水管线由东向西铺设。图中所示，有两座桥横穿A河，给水管道可沿桥铺设，使河两端管线连通，形成环状管网。
4.给水厂工艺流程的选择：
以地表水作为水源时，处理工艺流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤及消毒。但具体的净水处理流程，通常需要根据设计运转经验，比较确定具体的处理构筑物组合方案。
方案一：典型地表水处理流程。
混凝→沉淀→过滤→消毒
方案二：当水源受到有机污染较严重时，需要增加预处理或深度处理工艺。
预氧化→混凝→沉淀→过滤→臭氧氧化→活性炭吸附→消毒
本设计的给水厂水源为Ⅲ类水水质，未达到II类水，但水质良好，未受到到严重污染。因此只需在方案一的消毒前加一步活性炭吸附工艺。
4.1混凝池
4.1.1混凝剂的选用
根据《室外给水设计规范50013-2006》可知，用于生活饮用水的处理的混凝剂和助凝剂必须符合卫生要求。混凝剂品种的选择和用量，应该根据原水混凝沉淀试验结果或参照相似条件下水厂运行经验等，经综合比较确定。
混凝药剂种类很多，按照化学性质可分为有机和无机两大类。
目前，给水处理中常用的混凝剂为铁盐、铝盐及其水解聚合物等无机药剂。常用混凝剂见《给水排水设计手册（第三册）》表7-2
部分常用混凝剂比较结果如下：
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名称 |
硫酸铝 |
硫酸亚铁（绿矾） |
三氯化铁 |
聚合氯化铝（PAC） |
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化学式 |
Al2(SO4)3#183;18H2O |
FeSO4#183;7H2O |
FeCl3#183;6H2O |
[Al2(OH)nCl6-n]m |
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对水温和PH的适性 |
适用于 20℃~40℃；PH=5.7~7.8时，主要去除水中悬浮物；PH=6.4~7.8时，处理浊度高、色度低的水； |
适用于碱度和浊度pH=8.5~11.0的水；受温度影响小 |
不大受温度影响，适用于PH=6.0~8.4 |
温度适应性强，适用于PH=5.0~9.0 |
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适用条件 |
一般都可适用，原水须有一定碱度；处理低温低浊水时，絮凝效果差，絮凝效果差，投加量大时，有剩余Al3 和SO42-，影响水质。 |
处理低浊度水时，效果好于铝盐；不适于色度高和含铁量高的水；使用时，一般要把Fe2 转化成Fe3 |
适用于高浊度原水，刚配制的水溶液温度高 |
适用于低浊、高浊、和污染的原水 |
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特点 |
腐蚀性较小 |
价格低，絮凝体易沉淀，易腐蚀溶液池，因此需有溶液池防锈涂料； |
絮凝体比重大，易下沉，易溶解，杂质少；对金属和混凝土腐蚀极大 |
操作方便；
腐蚀性较小；
应用较普遍 |
根据比较确定，聚合氯化铝较硫酸铝絮凝体致密且大，易于沉降；温度适用性较高；混凝过程中消耗碱度少；适应的PH范围较宽；较硫酸铝氧化铝成分较高，投药量少，节省药耗；
另外聚合氯化铝本身无害，据全国各地使用情况，净化后的生活用水一般符合国家饮用水水质卫生标准；
综合考虑，选择聚合氯化铝（）作为水处理用混凝剂。
4.1.2混合设备
混合设备的基本要求是药剂与水的混合必须快速均匀。
混合方式主要分为以下四类：水力混合、水泵混合、管式混合、机械混合。
现将四类混合方式的特点陈列如下：
常用混合方式的主要特点及使用
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混合方式 |
特点及适用条件 |
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水力混合 |
构造简单，但难以适应水质、水量等条件的变化，占地面积较大。 |
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水泵混合 |
效果好，不需另建混合设施，节省动力，适合于大、中、小型水厂。但使用强腐蚀性药剂时，对水泵有腐蚀作用。适用于取水泵房与水厂间距离不大的情况。 |
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管式混合 |
管道静态混合器 |
能同时产生分流、交流和涡旋三种混合作用，混合快速均匀效果好，构造简单，无活动部件，安装方便。运行水量变化影响效果；水头损失较大；混合器构造较复杂。 |
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扩散混合器 |
混凝药剂与原水能够快速混合，混合效果受水量变化有一定影响。适用于中等规模水厂。 |
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机械混合 |
混合效果好，且不受水量变化影响，适用于各种规格的水厂，但需增加混合设备和维修工作 |
由于本水厂水量变化不大，因此采用管式静态混合器。
4.1.3絮凝池
絮凝是使脱稳的胶体或者细微悬浮物聚集长大为絮体的过程。
絮凝设备的基本要求是，原水与药剂混合后通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。
絮凝设备可为机械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池、栅条（网格）絮凝池、穿孔旋流絮凝池。
常用絮凝池的主要特点及使用
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形式 |
特点及适用条件 |
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机械絮凝池 |
絮凝效果好,水头损失小,可适应水质、水量变化。但
需机械设备和经常维修 |
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隔板絮凝池 |
往复式 |
絮凝效果好，构造简单，施工方便。但絮凝时间较长，水头损失较大，转折处絮粒易破碎，出水流量不易分配均匀。适用于水量不大于30000m3/d、水量变动小的水厂。 |
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回转式 |
絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便。但出水流量不易分配均匀。适用于水量不大于30000 m3/d、水量变动小的水厂；适用于旧池改建和扩建。 |
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折板絮凝池 |
提高了颗粒碰撞絮凝效果。所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。但因板距小，安装维修较困难，折板费用较高。 |
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栅条（网格）絮凝池 |
能耗均匀，絮凝效率高、时间短。但存在末端池底积泥、网格上滋生藻类、堵塞网眼等现象。适用于水量变化不大的水厂，单池能力以1.0～2.5万m3/d为宜。 |
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穿孔旋流絮凝池 |
结构简单，但絮凝效果较差。目前较少使用。 |
根据初步匡算，水厂的水量为80000米3／天，经过比较，本设计选用网格絮凝池。
4.2沉淀池
沉淀是指水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程。原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以后完成澄清的作用。
常用沉淀池的种类：平流沉淀池、斜管（板）沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池。
常用沉淀池的主要特点及使用
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沉淀池名称 |
特点及适用条件 |
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平流沉淀池 |
造价低，操作管理方便，施工较简单，对原水浊度适应性强。但占地面积大，排泥较困难。一般用于大、中型净水厂。 |
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斜板（管）沉淀池 |
沉淀效率高，池体小、占地少。但管材耗用较多，费用较高，对原水浊度适应性较平流池差。适用于各种规模的水厂，单池处理水量不宜过大。 |
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竖流式沉淀池 |
排泥方便、管理简单，占地面积较小，可与絮凝池合建，不需另设絮凝池。但上升流速受颗粒沉降速度影响，出水量小，一般沉淀效果较差。池子深度大，对冲击负荷和温度变化适应性较差。池径不宜过大，否则布水不均。适用条件于适用于小型水厂、污水厂。 |
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辐流式沉淀池。 |
沉淀效果好，设置机械排泥时，运行可靠，管理简单。但基建投资及经常运行费用大，刮泥机维护管理费用大，对施工技术水平要求高。适用于大中型污水厂及中型水厂的高浊度水的预沉。 |
经比较，考虑到对原水浊度适应性、水厂规模、沉淀效果及占地面积，本水厂选用平流沉淀池。
4.3过滤池
在常规水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。
滤池分类：普通快滤池、双阀滤池、V型滤池、多层滤料滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池等。
常用过滤池的主要特点及使用
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滤池类型 |
主要性能特点 |
适用条件 |
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进水浊度 |
水厂规模 |
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普通快滤池 |
运行稳定，管理可靠；池深较浅；多采用大阻力配水，面积较大；保证水质 |
一般小于10度，特殊情况下不超过20度 |
适用于大中小型水厂，单池面积不宜大于 |
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双阀滤池 |
可采用减速过滤方式，易于保证水质；增加了形成虹吸的抽气设备；一般采用大阻力配水，设置全套冲洗设备 |
一般小于10度，个别不超过20度 |
适应于大中型水厂，单池面积不宜大于 |
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V型滤池 |
进出水为四阀式控制；滤层含污能力较大，工作周期长；气水反冲洗，效果较好；反冲洗强度低，耗水量少 |
一般小于10度，特殊情况下不超过20度 |
适用于大中型水厂，单池面积可达 |
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虹吸滤池 |
经济且便于操作；不需设置专门的反冲洗设备；滤层不会发生负水头现象；结构复杂，施工难度较大 |
一般小于10度，个别不超过20度 |
适应于大中型水厂，单池面积不宜大于 |
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压力滤池 |
允许的水头损失可高达67m；移动方便，适用于临时供水；占地面积较大；清砂不便 |
一般小于10度，特殊情况下不超过20度 |
小型给水工程，直径不超过3.5m |
本设计中，原水水质一般（III类水），经网格絮凝池和平流沉淀池后，浊度较低，决定选用普通快滤池进行过滤，且采用单层石英砂滤料。
4.4活性炭滤池
生物活性炭吸附池分为下向流和上向流两种模式。由于下向流活性炭吸附池的构造与砂滤池基本相同，水厂操作管理人员使用较为习惯；且有一定除浊度功能，出水浊度稳定；与上向流相比，吸附池空床流速低，炭吸附层厚度薄。因此选用下向流活性炭滤池。
水处理的颗粒活性炭滤池分为固定式、移动式和流动式，目前使用最为普遍的适固定床，即常称的活性炭滤池。固定床炭滤池的设计类似普通滤池，根据上一节常用滤池的比较，选用普通快滤池的炭滤池。
4.5消毒
常用的消毒方式：液氯消毒、漂白粉消毒、氯铵消毒、次氯酸钠消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒。
几种常用消毒剂的性能特点
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名称性能 |
液氯、漂白粉 |
二氧化氯 |
臭氧 |
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消毒杀菌 |
优良（HOCl） |
优良 |
优良 |
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灭病毒 |
优良（HOCl） |
优良 |
优良 |
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灭活效果 |
第三位 |
第二位 |
第一位 |
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PH值影响 |
消毒效果随PH值增大而减小，PH=7时，消毒效果最好 |
pH影响较小，pHgt;7时较有效 |
pH值影响小，pH值小时，剩余臭氧残留较久 |
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在管网中的剩余消毒作用 |
有 |
比液氯有更长的剩余消毒时间 |
无，需补加氯 |
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国内应用情况 |
广泛 |
在城市水厂中极少应用 |
较少 |
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接触时间 |
30min |
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数秒至10min |
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适用条件 |
极大多数水厂用氯消毒，漂白粉只适用于小水厂 |
原水中有机物如酚污染严重时，须在现场制备，直接应用 |
制水成本高，适用于有机污染严重的情况。因无持续消毒作用，在进入管网的水中还需加少量氯消毒 |
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本设计采用液氯消毒，经济有效，余氯具有持续消毒的作用。
5.结论
此净水工艺流程如下：一泵房→配水井→管式静态混合器→网格絮凝池→平流沉淀池→普通快滤池→活性炭滤池（普通快滤池池型）→液氯消毒→清水池→二泵房→用户 | 
