《某饮用水水处理厂生产的中智能加药系统设计》18000字

基于智能加药的某饮用水净化工艺设计8某饮用水水处理厂生产的中智能加药系统设计摘要中国发展水处理技术的速度比其他发达国家慢，但近年来，随着人们对供水问题的关注，水处理标准被提高，水处理技术也变得更加成熟。在水处理厂中，加药设备是不可缺少的，但也是最容易被忽视的，很多水处理厂都制定了规范，但加药设备却沦为'不合格'设备的行列。近年来，在智能计量设备领域也取得了重大突破。与传统加药设备和智能加药设备相比，存在加药剂重力浪费、劳动强度大、操作人员要求高、污水处理效果差等问题；加药泵加药在水质波动时，加药流量不会变化，会造成药品浪费，还需要劳动消耗进行控制和保护。根据传统的加药方法，可以得出结论，加药门槛很低，许多水处理厂的加药设备落后，不重视加药细节。随着环境保护领域的研究和发展，对全自动配料设备的研究和开发也在增加。近年来，随着污水处理厂传感器的发展和工业水处理控制技术的发展，加药设备也取得了很大的重大进展。本毕业设计为基于智能加药的某饮用水净化工艺设计，通过查阅文献和资料，提出了前馈-反馈复合加药系统与自来水厂的结合，经过混凝-沉淀-过滤-消毒后，达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。关键词：智能加药；饮用水净化；前馈-反馈复合系统目录摘要 第5章设计计算书5.1混凝工艺计算5.1.1水厂规模及水量确定水厂自用水量取5%水厂设计规模：1.05×100000m3/d=105000m3/d=4375m3/h=1.215m3/s5.1.2混凝剂投配设备的设计水体混凝处理过程是指在水中添加混凝剂，利用混凝剂进行水解的产物，并挤压胶状颗粒的扩展层，胶粒逐渐脱稳并互相融合；或利用混凝剂水解与缩聚反应产生对高聚物强力的吸附架桥效应，使胶粒迅速被吸收并粘合。混凝剂的加入方法可分成干投法和湿投法，干法加入是指直接投入无粉混凝剂固体，而湿法加入则是指直接将混凝剂投入一定浓度水溶液。本设计使用了后者。混凝处理工艺如图4显示。图4.湿投法混凝处理工艺流程依据原水水质及温度，并参照部分地方自来水厂的最大投药量，选明矾为混凝剂，最大投加量为u=28.9mg/L，药溶液的浓度为b=15%，混凝剂每日配制频次为n=2次。（1）溶液池溶液池溶剂W1W取11m3。溶液池设置两个，每个容积为W1。取有效水深H1=1.2m，超高H2=0.2m，贮渣深度H3=0.1m。溶液池的基本形状采用了矩形，尺寸是：长×宽×高=4m×2m×1.5m。溶解池溶解池容积W2。W本设计设置两个溶解池，则每个溶解池容积为W’2=W2/2=1.65m3≈1.7m3。溶解池的放水时间采用t=20min，则放水流量q查水力计算表得放水管直径为d0=25mm，对应流速为υ0溶解池底部另设置一根管径为d=100mm的排渣管。溶解池的基本形状采用矩形，规格为：长×宽×高=0.4m×0.3m×1.5m，高度中包括超高0.2m。池底坡度采用百分之三。溶解池搅拌装置选用的是中心固定式平桨板式搅拌机。5.1.3混合设备的设计该混合设备的主要功能是迅速、均衡地把混凝药物扩散在水中，使水解物质和原水中的胶体微粒充分地破坏胶体材料的稳定性，并逐步消除胶体。搅拌的基本特点是速率快且匀。“迅速”就是混凝剂在原水中分解和聚集絮凝的速率非常快，必须尽可能得到干扰，才能形成大量的氢氧化物胶体，避免产生较大的绒粒。“均衡”也就是在尽量短的时间里把混凝剂和原水体混匀，以便于最大限度地使用各种药物，并使原水体中的任何悬浮杂质或微粒都受到该药剂的影响。混合设备的类型众多，其基本种类一般为机械设备和水力设备。本设计使用管式静态混合器，其具有机械设备简易、维护管理工作简便、无土建结构、在设计流量范围内混合效率良好、动力设备等优点。在不需要外部助力的情形下，流动可以透过搅拌器形成正分流、交错搅拌和逆时针旋流的三重效应，搅拌效率约为90%-95%，如图5显示。图5.管式静态混合器进水管流速υ。自来水厂进水管投药口与絮凝池之间的距离取100m，进水管取用5条。每条进水管流量q:q查水力计算表得，管径d=400mm，相应流速υ=2.18m/s，水力坡降i=7.88%。混合管段的水头损失h。h计算结果表明只靠进水管内流可以满足充分混合的要求，不需在进水管路内安装管道混合器。5.1.4絮凝反应池设计絮凝阶段的主要任务是，提供适宜的水力条件，将混凝药剂和水搅拌后所形成的细微絮结体，在规定时间内迅速凝结为带有优异物理学特性的絮凝体，并有适当大的粒度(0.6-1.0mm)、密度和强度(不易破碎)；且为杂质粒子在沉淀澄清阶段快速沉淀分离，提供优越的条件。依据原水水质及设计流量等因素本设计采用往复式隔板絮凝池，它具有絮凝效果良好、构造简单、施工便捷的优点。设计参数本设计取用两个往复式絮凝反应池，则每个往复式絮凝反应池的设计流量Q：Q=105000/2=52500取絮凝时间为t=20min；絮凝池的超高采用h=0.3m；平均池内水深为H=2.5m；絮凝池的长宽比：Z=L/B=2；转弯处过水断面面积为廊道内过水断面的1.5倍；6个廊段内的流速设置为六档，υ1=0.50m/s、υ2=0.40m/s、υ3=0.35m/s、υ4=0.30m/s、设计计算①平面尺寸总容积WW=单池平面面积ff池长（隔板间净距之和）LL=池宽BB=廊道宽度和流速按廊道内流速不同分成6挡，故廊道宽度ana将an的计算值、采用值an'表4廊道宽度与流速设计流速υ/(m·s-1)廊道宽度an实际流速υ/(m·s-1)计算值采用值υυυυυυaaaaaaaaaaaaυυυυυυ水流转弯次数池内每5条廊道宽度相同的隔板分为一段，共分为6段，则廊道总数=6×5=30条隔板数=30-1=29条水流转弯次数为29次。池长复核（未计入隔板厚度）L=5(池底坡度根据池内平均水深为2.5m，最浅端水深取2.3m，最深端水深取2.7m，则池底坡度i②廊道长及水头损失的计算水头损失h按廊道内的不同流速分成6段进行计算。各段水头损失hn（m）按下式计算。ℎR式中υ0——该段在Sn——该段廊道内水流拐弯的次数；Rn——廊道断面的水力半径，m；Cn——流速系数，根据Rn、池底和池壁的粗糙度系数n等因素决定；ξ——隔板转弯处的局部阻力系数，往复隔板絮凝池为3.0；ln本设计絮凝池采用钢筋混凝土及砖混合结构，外用水泥砂浆抹表层，则其粗糙度系数为n=0.013。前5段内水流拐弯次数均为Sn=5，则第6段内水流拐弯次数为29−5×前5段中每段的廊道总长度为lυ式中ω0——隔板转弯处面积，宽度取1.2a将各段水头损失计算结果填入下表5中。表5各段水头损失计算结果段数转弯次数Sn直线段长度ln廊道宽度an水力半径Rn/m流速系数Cn廊道流速υn/m·s转弯处流速υ0/m·s水头损失hn/m1234565555547070707070480.50.60.70.81.01.20.2270.2680.3070.3450.4170.48461.663.164.465.667.569.00.4860.4050.3470.3040.2430.2030.4050.3380.2890.2530.2030.1690.1450.0980.0710.0530.0340.018总水头损失h=∑hGT值计算水温20.57℃，查表得μ=1.029×10-4kg·s/m2，则G=GT=58×20×60=69600此GT值在104~105范围内，说明本设计的相关参数合理。5.2沉淀工艺设计5.2.1设计说明用来沉淀的建筑物叫做沉淀池，是主要的水质处理建筑物，在全部的地表水净化水处理厂都可以看到。在给水厂，沉淀一般放在絮凝后面，过滤前面，主要目的是为了减少浊度，并延长过滤周期。根据水在池中的流动方向和线路，将沉淀池分成平流式、竖流辐流式、斜流式等多种类型。本设计选用斜管沉淀池，是一个在沉淀池中设有许多间距较小的平行倾斜板的沉淀池，其沉降效率较高；池体体积小,占地面积小等好处。5.2.2设计参数①本设计取用两个斜管沉淀池，每个沉淀池设计流量Q’=105000/2=52500m3/d；②斜管材质选用塑料，斜管截面为正六边形，内切圆直径d=30mm，倾角为θ=60°，斜管长度L=1.2m，则斜管高度h3=Lsin60°=1.0m，斜管板厚度为0.4mm；③超高为h1=0.5m，布水区高度为h2=2.4m，清水区高度为h4=1.2m；④清水区上升流速为v0=4mm/s=14.4m/h，颗粒沉降速度为u=0.4mm/s。5.2.3平面计算①清水区净面积AA=本设计选用两座沉淀池，则每座清水区的面积为A’=A/2=151.9m2，沉淀池初拟面积，斜管结构占用面积按5%计，即斜管面积A1=A2=1.05×A’=159.5m2。②沉淀池长度和宽度沉淀池宽度与絮凝池一致，为12m，所以沉淀池长度为L=A’/B=12.7m，取13m。式中：B——沉淀池宽度，m。③沉淀池总高度HH=式中：H——沉淀池总高度，m；h3——斜管高度，m；h1——超高，取0.5m； h4——清水区高度，取1.2m；h2——布水区高度，取2.4m；h5——穿孔排泥斗槽高，取1.3m。则H=0.5+2.4+1.0+1.2+1.3=6.4m，取6.5m；故沉淀池尺寸为长×宽×高=13m×12m×6.5m。5.2.4进出水系统①沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，沿短边一侧进入，则孔口总面积A式中：A3——孔口总面积，m2；υ——孔口流速，一般取值0.15~0.18m/s，取0.18m/s。每个孔口孔径采用d=200mm，则孔口面积Fd=0.0314m2，所需孔数n=A3Fd=3.380.0314设5排，每排22个。排距300mm，高5×0.3=1.5m；孔间距12/22≈0.5m=500mm。②沉淀池出水设计沉淀池的出水采用两侧淹没孔口集水槽，集水方式采用淹没式自由跌落，淹没深度取10cm，跌落高度10cm，槽的超高取0.2m。设集水槽个数N=15，集水槽中心距a=L每个集水槽流量q=Q'N每个集水槽所需孔眼总面积A式中：A4——孔口总面积，m2；q1——集水槽流量，m3/s；μ——流量系数，取0.50；h——孔口淹没深度，m。单孔面积A0孔眼直径选用d=50mm，则单孔面积为A0=0.00196m2，每个集水槽孔眼个数n=0.069/0.00196=35个。每个集水槽有两边，则每边孔眼个数n/2=17.5个，取18个。孔眼中心距S0=B/18=12/18=0.67m，孔眼从中心往两侧排列。5.2.5沉淀池排泥系统设计本设计选用穿孔管排泥，沿池长横向铺设10条槽（前后各加2条），槽宽1.5m，槽壁倾角60°，槽高1.3m，考虑到斜板支撑系统的高度及维修要求，排泥槽顶端距斜板采用2.4m。5.2.6管内雷诺数、弗劳德数及沉淀时间复算管内雷诺数ReR式中：R——斜管水力半径，D/4=0.75cm；q2γ——运动粘度，20℃时，取0.01cm2/s；所以水流在沉淀池中是层流状态。弗劳德数Fr管内沉淀时间T=L5.3普通快滤池设计计算5.3.1设计参数单层石英砂滤料，密度ρ=2.65t/m3，滤料膨胀前孔隙率m0=0.41；设计滤速：V=8~10m/h，取10m/h；冲洗强度：12~15L/m2·s，取15L/m2·s；冲洗时间：t=8min；冲洗周期：T=12h；工作时间：t1=24h。5.3.2设计计算①冲洗强度冲洗强度q按经验公式计算q=式中：dm——滤料的e——滤层最大膨胀率，取e=40%；v——水的运动黏滞度，水温为20℃时，v=1.44mm2/s。砂滤料的有效直径dy=0.7mm，与d则dm=0.9ud冲洗强度q=②滤池面积滤池过滤水量为4375m3/h，滤池总面积F=Q本设计取用两组滤池，每组个数采用N=4个，双行并列布置；则每个滤池的面积为f=F2N=③滤池高度支承层高度H1=0.45m、滤料层高度H2=0.7m、砂面上水深H3=2m、超高H4=0.3m。滤池总高H=H④冲洗排水槽断面尺寸两槽中心距采用a=2m，排水槽个数n1槽长l=B=5.5m、槽内流速取0.8m/s，每槽排水量Q=14.12×10×5.5=776.6L/采用三角形标准断面，槽中流速取0.8m/s，根据水量及流速可算得槽断面尺寸：X=设置高度滤料层厚度取Hn=0.8m、排水槽底厚度取δ=0.05m，槽顶位于滤层面以上的高度为：H核算面积：排水槽平面总面积与单个滤池面积之比为X×l×4符合设计要求。⑤集水渠集水渠采用矩形断面，渠宽取b=0.85m，渠始端水深H集水渠底低于排水槽地的高度Hm⑥配水系统本设计选用大阻力配水系统，其配水干管采用方形断面暗渠结构。配水干渠干渠始端流速取v干=2.0m/s；干渠始端流量干渠断面积A=Q配水支管支管中心距取s=0.30m；支管总数n2支管流量Q支=流速：v支=核算：l支管孔眼取孔眼总面积Ω与滤池面积f的比值α=0.25%，则Ω=αf孔径取d0=10mm=0.01m；单孔面积孔眼总数n3=Ωω=⑦滤池各种管渠计算进水渠进水总渠流量为Q1=Qd4=1.2154=0.304m3/s，进水渠断面渠宽取为B进水虹吸管设计进水支渠与滤池水面设为基本相平，虹吸水位差设为0.20m，虹吸管沿程水头损失不计。各局部阻尼系数为：进口ε1=1.0；出口ε2虹吸水流时局部水头损失h=ε1+进水虹吸管按1个滤池停止运行，2个滤池强制过滤计算，则管中流量为Q1冲洗总管冲洗水总流量Q2清水管清水支管：管中流量按1个滤池停止运行，3个滤池强制过滤计算，则Q3清水总管：流量Q4排水渠排水渠设两条，每条收集单侧四个池子的反冲洗废水。排水流量Q5=3Q2渠中水深1.1m，渠中流速为1.4m/s，用虹吸管进行排水。排水虹吸管排水虹吸管的流速一般在1.4~1.6m/s的范畴内，冲洗时，废水渠中的水要自由跌落流入虹吸管进口水封井，跌落高度取0.3m。虹吸管的出口水封井堰口的标高取决于整个排水系统的高程设计。要尽量减小出水堰口的标高以增大虹吸的水位差，从而减小虹吸管径。本设计虹吸水位差取0.4m，虹吸管采用DN600，管长约为10m。查水力计算表得，管内流速为：1.25m/s，1000i=3.25m。排水虹吸管沿程损失为h1各局部阻尼系数为：进口ε1=1.0；出口ε2则排水虹吸管局部损失为ℎ则排水虹吸管总水头损失h=h冲洗水泵冲洗时间取t=8min，冲洗水箱容积WW=1.5qft=1.5×14.12×水箱底层至滤池配水管间的沿途及局部损失之和为1.0m；配水系统水头损失为3.5m；承托层水头损失为0.14m；滤料层水头损失为0.68mH2O；备用水头为1.5m总水头损失为1.0+3.5+0.14+0.68+1.5=6.82m⑧反冲洗水泵计算水泵所需供水量Q=qf=14.12×55=776.6L/s，清水池至滤池间冲洗管道中的总水头损失为1，0m，则H=6.82+1.0=7.82m5.4消毒和清水池设计5.4.1加氯消毒本设计采用液氯消毒，预氯化最大投加量为1.5mg/L,清水池最大投加量为1.0mg/L。预加氯量Q1清水池加氯量Q2则总加氯量为Q1氯瓶采用五百公斤级，出氯量3~3.5kg/h，取3kg/h进行计算，则需11/3=3.7个，取4个。取一周的量为备用量，则需7×11×24/500=3.7个，取4个备用氯瓶。所以共需8个氯瓶，其中4个备用。①加氯机的选择前加氯机，5kg/h，流量比例式真空加氯机；后加氯机，3kg/h，复合环真空加氯机。②为了保证安全，在设计中采取如下措施：采用直接通往室外并向外开启的门或能够看到室内状况的观测孔；在加氯间出入口处，配备有工具箱、抢修用品箱和防毒面罩等，将照明系统和通风设备的开关均置于户外；加氯间内的管道设置在沟槽内；氯气管使用无缝钢管材料，调配成一定浓度的加氯水管使用，而给水管道使用镀锌钢管材料；设置磅秤作为校核设备，但为了便于安置氯瓶，磅秤面必须与地面相平；在加氯间与氯瓶之间设有通风设备，一般要求每小时换气12次，由于氯气比重大，所以排气孔应设置在较低处；加氯装置应保持不间断工作，考虑并装置好一定的备用数量；通向加氯间的压力管道应保持不间断供水，并尽可能保证管道内水压的稳定；加氯间通过暖气采暖，但暖气散热片与氯瓶和加氯机间要有一定的安全尺寸。加氯间及氯库平面尺寸为：长×宽×高=10m×7.5m×6.5m。5.4.2清水池计算1、清水池有效容积清水池的有效容积包括调节容积、消防贮水量和水厂自用水的调节量、清水池的总有效容积：V式中：V1——清水池的总有效容积，m3k——经验系数，一般取10%~20%，本设计取15%；Q——设计水量，m3/d。消防用水量按同一时间发生两起火灾，且每起火灾用水量取为30L/s，连续灭火时间取3h，则消防容积为V故清水池体积为V=V1本设计设2座清水池，有效水深取H=6.0m，故每座清水池面积为：F=取B×L=32m×42m，超高取0.5m，则清水池净高度为6.5m。2、管道系统①清水池的进水管：取进水管流速为1.2m/s，则进水管管径：D1取进水管管径为1000mm，进水管实际流速为1.55m/s。②清水池的出水管：由于用户的用水量会不断变化，清水池的出水管应按出水量最大流量设计，设计中取时变化系数k=1.5，则Q取出水管流速为2.5m/s，则出水管管径：D2取进水管管径为1000mm，进水管实际流速为2.32m/s。③清水池的溢流管溢流管的管径与进水管保持一致，均为1000mm。在溢流管末端设置喇叭口，管上不设置阀门。出口设网罩，以避免虫类进入水池内。④清水池的排水管清水池内的自来水在检修时必须全部放空，因此需设排水管。排水管径按2h内将水放空计算。排水管流速按1.5m/s估计，则排水管的管径为：D33、清水池的布置①导流墙：在清水池内设有导流墙，以避免在池中产生死角，保证氯与水的接触时间30min。每座清水池内导流墙设为2条，间距为14m，将整个清水池分成3格。导流墙底部每隔5m设0.1m×0.1m的过水方孔。②检修孔：在清水池的上方设置2个圆形检修孔，其直径均为1000mm。③通气管：为使清水池内的空气自由流通，并保持水质新鲜，在清水池上部设置通气孔，通气孔设置5个通气管，管径为250mm，伸出地面的高度高低错落，便于空气流通。5.5二级泵站的设计为了减小输水管道各净水构筑物的尺寸，输入管网时要求二级泵站中的泵昼夜不均匀工作。5.5.1设计计算1、设计扬程：二级泵所需扬程为60m2、选泵和电机：四台500S35A型泵（Q=2020m3/h，H=21m，N=220kW）；三台工作，一台备用。根据泵的要求选用Y400-39-6电动机。3、水泵机组的基础设计：由水泵得外形尺寸和电机得安装尺寸确定出基础得平面尺寸为：长度：L=L宽度：B水泵=1350mm，4、泵房形式及高度的计算：水泵重量为1200kg，电机重量为1770kg，选用LH5t型电动葫芦双桥式起重机，泵房地面上高度（不包括行车梁以上高度）为：H式中：a2c2d——起重绳的垂直长度，大约是水泵宽的0.85倍，mm；e——最大的一台机组的高度，为905mm；h——吊起物底端与泵房入口处平台的距离，为200mm；所以泵房的总高度为H=H1+1=3.9+1=4.9m，取泵房高度为5.0m。5、吸水井的设计地面标高55m，清水池有效深度为5m，清水池地面标高55.5m，吸水井顶标高为55.5m，长×宽=8m×20m，分为两格。

第6章水厂平面布置6.1水厂总体布置6.1.1工艺流程布置水厂流程布局一般有三种基本形式：直线式、折角式、回转式。直线式为最常见的布置形式，生产联络管路短，管理方便。本设计采用直线式。6.1.2平面布置平面布置时应把各种生产和生活辅助设施加以组合布置进行综合布局，以利于功能划分和集中管理，同时要留出发展用地，以有利于水厂扩建。平面布置时还需充分考虑到物料运输机的施工要求。本设计平面布置要点如下“（1）本设计的主导风向为西南偏南风，所以将加药间、加氯间布设在水厂的东南角，并且加药间靠近投药点；（2）将冲洗泵房与普快滤池合建，以缩短管道长度和方便使用及维护；（3）将维修车间、仓库、泥土工程等组为一个单元，与生产单元分隔，布设于在水厂的西北角，单独组成一个区块。（4）水厂中的所有道路均为双车道，路宽7m，转弯半径为12m，并形成环状；（5）本设计占地6.1.3水厂构筑物及建筑物一览表序号名称面积（m2）材料单位数量备注1办公楼600砖混座12化验室150砖混座13职工宿舍550砖混座14门卫室25砖混座15停车场280砖混座16晒沙场15砖混座17仓库280砖混座18机修车间120砖混座19配电所150砖混座110溶液池16钢混座211溶解池0.24钢混座212往复式隔板絮凝池288钢混座213斜管沉淀池156钢混座214普通快滤池437.5钢混座815反冲洗水泵房145钢混座1与滤池合建16清水池1344钢混座217二级泵房405钢混座118吸水井160钢混座119加药间350钢混座120调节池145钢混座16.1.4水厂平面布置图6.1.5用地情况规模（万m3/d）用地指标（m2/m3·d）总占地面积各区所占总面积百分数（%）m2亩生产区管理区辅助建筑区道路绿化106.2水厂管线设计6.2.1连接管道设计各构筑物之间的连接管道管径、流速连接管段设计流量（m3/s）管径（mm）流速（m/s）溶解池至溶液池1.2210001.55溶液池至智能加药设备1.2210001.55智能加药设备至絮凝池1.2210001.55絮凝池至斜管沉淀池1.2210001.55沉淀池至普快滤池1.2210001.55普快滤池至清水池1.2212001.08清水池至吸水井1.7112001.516.2.2工艺流程的标高计算为了明确水厂内各净水构筑物及泵房、清水池等的流程标高，应做整个水厂的流程计算。(1)原水最低水位的确定原水最低水位为36.5m，为高程系统绝对标高。(2)一级泵房在最低水位、额定供水量时的吸水管路水头损失吸水管路损失为0.66m。(3)水泵轴心标高的确定一级泵房中分大、小两种型号的水泵。因为大泵的吸水条件比较恶劣，水泵轴心标高以大泵计算。水泵的安装高度经计算，取3.00m，因此水泵轴心标高为39.5m（标高）。(4)泵房底板标高的确定泵房底板标高由水泵轴心高度确定，根据水泵的安装尺寸，一级泵房的底板标高为37.4m。(5)出水管路的水头损失，出水管路水头损失以大泵出水管路计算，损失类型水损系数ζ或i流速v（m/s）或管长l（mm）水头损失（m）渐缩管0.334.320.31止回阀1.701.550.20手动蝶阀0.301.550.04电动蝶阀0.301.550.0490°弯头1.08×21.550.26沿程损失0.002589.40.02三通3.001.550.37合计1.246.3水厂高程布置高程布置应充分利用原有地质及地形条件，努力做到流程顺畅、能耗减少、土方平衡。本设计的高程布设采用高架式，主要净水构筑物池底埋设在地面下较浅，构筑物大部分则高出地面。各构筑物之间的水头损失见第5章，清水池水面标高宜在地坪上下0.5m内。本设计取清水池水面标高为0.30m，各构筑物的水面标高见下表。名称水头损失（m）水位标高（m）连接管段构筑物沿程及局部构筑物水源最低水位-15.14进水格网0.10进水间-15.24进水格网0.15吸水间-15.3