乌鲁木齐污水厂可行性策划书.doc

环境工程专业综合设计

--乌鲁木齐市污水处理厂可行性研究报告

姓 名：
学 号：
班 级：
指导教师：

环境科学与工程学院

目录
第一章：总论 3
1.1工程名称 5
1.2 编制依据、原则及范围 5
第二章：工程概况 6
2.1 概况 7
2.2 建设污水处理厂的必要性 9
第三章：建设规模 9
3.1 水量预测 9
3.2污水水质 10
第四章：污水处理方案 11
4.1 污水厂设计水质、水量、及处理要求 11
4.2 污水处理工艺流程 12
4.3 污水处理设计方案 22
第五章：污水深度处理 22
5.1混凝沉淀原理 22
5.2絮凝剂 22
5.3混凝沉淀池设计说明 31
5.4超滤反渗透工艺 39
第六章：环境保护与劳动安全卫生 39
6.1环境保护 40
6.1.1设计依据 41
6.1.2环境保护范围 42
6.1.3主要污染源及污染物分析 42
6.1.4环境影响及对策 43
6.2劳动安全卫生 44
第七章：环保措施及环境效益 44
7.1环保措施 47
7.2环境效益 48
7.3绿化 49
第八章：投资估算 49
8.1编制依据 50
8.2污水处理工程投资估算 53
第九章：成本分析 53
9.1编制说明 54
9.2成本分析 55
第十章：结论与建议...................................57

第一章：总论
1.1工程名称
乌鲁木齐市20万m3/d城市污水处理厂设计即可行性研究报告。
建设单位：中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院
处理规模：20万m3/d
工艺：格栅+曝气沉砂池+ A2/O工艺（化学除磷）+二沉池+混凝
沉淀+快滤池+（1%的出水）多介质过滤+活性炭吸附+超滤+反渗
透

1.2 编制依据、原则及范围
1.2.1编制依据
1、《给水排水工程快速设计手册》1-5
2、给排水设计规范
3、SL368-2006再生水水质标准
4、城市排水设计规范
5、地表水环境质量标准。
6、《水处理设备制造技术条件》（JB2932-81)
7、《给水排水工程构筑物工程施工及验收规范》(GB50141-2008)
8、《给水排水工程水管道工程施工及验收规范》(GB50268-2008）
9、《建筑结构荷载规范》 （GBJ9—87）
10、《混凝土结构设计规范》（GBJ10—89
11、《水工混凝土结构设计规范》（DL／T5057—1996）
12、《建筑地基基础设计规范》（GBJ7—89）
13、《钢结构设计规范》（GBJ17—88）
14、《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)
15、《城市污水处理厂污水、污泥排放标准》(CJ3025—93)
16、《工业企业设计卫生标准》（TJ36—79)
1.2.2设计原则
(1)执行国家关于环境保护的政策，符合国家地方的有关法规、规范和标准；
(2)采用先进可靠的处理工艺，确保经过处理后的污水能达到回用水标准；
(3)采用成熟 、高效、优质的设备，并设计较好的自控水平，以方便运行管理；
(4)全面规划、合理布局、整体协调，使污水处理工程与周围环境协调一致；
(5)妥善处理污水净化过程中产生的污泥固体物，以免造成二次污染；
(6)综合考虑环境、经济和社会效益，在保证出水达标的前提下，尽量减少工程投资和运行费用。
1.2.3设计范围
根据文件的要求，本次设计范围是20万m3/d城市污水处理厂工程，通过对类似生活污水水质情况的综合分析提出可行性方案，最终推荐最优方案，内容主要包括污水处理工艺流程、设备选型、污水构筑物及附属工程等进行综合规划设计，即混凝、沉淀、过滤、污水、污泥处理、浓缩液回灌方案及排水管道设计。

第二章：工程概况
2.1 概况
2.1.1 地理位置
乌鲁木齐市位于中国西北、新疆中部、亚欧大陆腹地，地处北天山北麓、准噶尔盆地南缘东以恰克马克塔格至大河沿一线，与吐鲁番市接壤；西以头屯河与昌吉市为界；南以喀拉塔格－克孜勒伊接南山矿区，突出部分折向东南，沿未日洛克－阿拉沟以东与托克逊县相连。在夏泽格山脊线3以南与和硕县毗连；西南与和静县为邻；北部沿博格达山脊与吉木萨尔县、阜康市分界。
地处东经86°37'33"-88°58'24"，北纬42°45'32"-45°00'00"。截至2014年，建成区面积412.26平方千米。[8] 2014年，全市绿化覆盖面积2.69万公顷，比上年增长5.9%，建成区园林绿地面积1.46万公顷，增长7.4%。绿化覆盖率达38.5%，比上年提高0.6个百分点，绿地率35.4%，提高0.7个百分点。
2.1.2 气象条件
乌鲁木齐是世界上离海洋最远的城市，属中温带大陆性干旱气候，最热的是7、8月，平均气温25.7℃；最冷的是1月，平均气温-15.2℃。乌鲁木齐春天来得迟，北郊一带3月26日步入春天；市区要晚两个星期，到4月8日春天来临；南郊还要迟十几天，4月20日左右山前才见绿波。每年从6月上旬起，乌鲁木齐之春自北而南相继结束。春雨占全年降水的40%左右，对春播及旱地作物十分有利。夏季的乌鲁木齐城郊山区山花烂漫，市区林带茂盛；北郊的夏季，才62天；而南山牧场却没有真正的夏天，春秋相连。乌鲁木齐夏天热而不闷，昼夜温差大，城区夏季平均气温为23℃。 　乌鲁木齐的秋天从每年8月24日开始。北部平原推迟10天，入秋后，天气环境比较稳定，天气不冷不热，温和宜人。9月下旬以后，冷空气频频袭来，气温下降迅速。10月份昼夜温差增大。当地民谣中有“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”的说法。 　
乌鲁木齐城区的冬天，每年从11月3日到次年4月8日长达150天。乌鲁木齐市三面环山，北部好似一个朝向准噶尔盆地的喇叭口。由于天山屏障，冷空气往往滞留在盆地内。南郊山前丘陵却有一条“暖带”，一月份气温要比市区高4、5度。这种独特的冬季气候条件，适应进行大棚蔬菜生产，而且南郊积雪长达175天。
2.1.3 水文条件
水资源是地处内陆干旱区的乌鲁木齐最宝贵的资源。乌鲁木齐存在着冰川融水、地表径流和地下径流等不同形态的水资源，降水是水资源的补给来源，降水的变化直接影响水资源的变化。2012年，水资源总量为9.969亿立方米，其中地表水资源量9.198亿立方米，地下水资源量为0.771亿立方米。乌鲁木齐地表水水质较好，河流均系内陆河，河道短而分散，源于山区，以冰雪融水补给为主，水位季节变化大，散失于绿洲或平原水库中。乌鲁木齐地区共有河流46条，分别属于乌鲁木齐河、头屯河、白杨河、阿拉沟、柴窝堡湖5个水系。乌鲁木齐地区地下水资源比较丰富，按地质情况可划分为达坂城—柴窝堡洼地、乌鲁木齐河谷和北部倾斜平原三个区，形成地下水储存的良好环境。乌鲁木齐地区冰川资源丰富，冰川素有“高山固体水库”之称，主要分布在乌鲁木齐河和头屯河上游的天格尔山以及东部的博格达山，储量73.9亿立方米，平均消融量1.23亿立方米。
2.1.4 地质资料
乌鲁木齐土地总面积为12000平方公里，耕地65430公顷，占土地总面积的5.55%，其中水田990公顷，菜地4618公顷，水浇地面积56872公顷，山旱地2950公顷；现有园地1007公顷，占土地总面积的0.09%；林地57712公顷，占土地总面积的4.89%；牧草地804679公顷，占土地总面积的68.23%；城、镇、村庄及工矿用地30702公顷，占土地总面积的2.6%；水域总面积36204公顷，占土地总面积的3.07%；未利用土地178412公顷，占土地总面积的15.13%。2.2 建设污水处理厂的必要性
2.2.1发展循环经济建设节约型社会的需要
《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出了“十三五”期间主要污染物排放总量控制指标。这是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路，是提高人民生活质量，维护中华民族长远利益的必然要求。
就当前情况看，全国实现减排目标面临的形势十分严峻。2015年水十条颁布以来，全国上下加强了减排工作的力度，国务院制定了促进减排工作的一系列政策措施，各地区、各部门相继做出了工作部署，减排工作取得了积极进展。值得注意的是，许多地方和企业对减排仍存在认识不到位、责任不明确、措施不配套、政策不完善、投入不落实、协调不得力等问题。
为此，国务院要求各地区、各部门要充分认识减排的重要性和紧迫性，真正把思想和行动统一到中央关于减排的决策和部署上来。要把减排任务完成情况作为检验科学发展观是否落实的重要标准，作为检验经济发展是否“好”的重要标准，正确处理经济增长速度与减排的关系，真正把减排作为硬任务，使经济增长建立在保护环境的基础上。
国务院要求各级人民政府要充分认识到减排约束性指标是强化政府责任的指标，实现这个目标是政府对人民的庄严承诺，必须通过合理配置公共资源，有效运用经济、法律和行政手段，确保实现。国务院要求企业应强化主体责任。企业必须严格遵守环保法律法规及标准，落实目标责任，强化管理措施，自觉减排。对重点用能单位要加强经常监督；对没有完成减排任务的企业，强制实行清洁生产审核。坚持“谁污染、谁治理”，对未按规定建设和运行污染减排设施的企业和单位，公开通报，限期整改，对恶意排污的行为实行重罚，追究领导和直接责任人员的责任，构成犯罪的依法移送司法机关。同时，要加强机关单位、公民等各类社会主体的责任，促使公民自觉履行环保义务，形成以政府为主导、企业为主体、全社会共同推进的减排工作格局。
2.2.2发展循环经济建设节约型社会的需要
1、能有效处理城区的生活污水及厂内处理后排入城市污水处理厂的工业废水等，避免污水及污染物直接流入水域，对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义。
2、对人体健康起着十分关键的作用。避免因水体污染而导致的人类疾病、生存困难等问题的产生。
3、中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。污水处理厂处理过的污水可达到一定的标准进而作为补充水源排入受纳水体。经过深度处理之后，合格的水还可作为景观用水或者市政、居民冲厕用水等供直接使用。

第三章：建设规模
3.1 水量预测
1. 综合生活污水量
根据《室外给水设计规范》，乌鲁木齐经济开发区居民的平均日综合生活用水量（含公建）标准按240升/人·日，其污水定额按用水定额的85%计，约为7.2万m3/天。
2. 工业污水量
约为10万m3/天；
3. 地下水渗入量
因土质、地下水、污水收集系统管道接口材料以及施工质量等因素的影响，应适当考虑地下水渗入量。根据当地提供的水文地质资料，参照武汉市污水收集系统的设计经验，地下水渗入量按生活和工业污水量之和的10%计。
4. 污水量预测结果
综合上述各污水量计算，污水总量为20万m3/天。

3.2污水水质
根据设计说明书要求：
进水水质
污染物种类
BOD
COD
氨氮
TP
SS
pH
所用标准
进水
290
650
41
5
190
7
/

第四章：污水处理方案
4.1 污水厂设计水质、水量、及处理要求
4.1.1 设计水质、水量
进水水量：20万m3/d
4.1.2 进水、出水水质
进水、出水水质表
污染物种类
BOD
COD
氨氮
TP
SS
pH
所用标准
进水
290
650
41
5
190
7
/
二级出水
20
60
8
1
20
7
一级B
去除率
93%
90.7%
80.48%
80%
89.47%

三级出水
10
50
5
0.5
10
7
一级A
去除率
50%
16.67%
37.5%
50%
50%

执行标准：《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 单位:mg/L

4.2 污水处理工艺流程
污水处理工艺分三级。一级处理：通过物理处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含较大的悬浮物、漂浮物以及无机颗粒物，初沉池还可以去除30%左右的BOD5。二级处理：生物处理，微生物利用污水中有机物进行自身生长，从而使污水中的有机物污染物在微生物的作用下被降解。三级处理：污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。随着工艺的进步，超滤、反渗透也成为了深度处理过程中的必经之路。经深度处理之后出水可进行回用，作为工、农业用水或市政用水等。
A2/O工艺（化学除磷）
曝气沉砂池
细格栅
泵站
格栅
进水
故设计工艺流程为：

二沉池
混凝沉淀
快滤池
多介质过滤
超滤活性炭吸附

反渗透
超滤

4.3 污水处理设计方案
4.3.1 粗格栅
4.3.1.1设计说明
格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的负荷，防止阻塞排泥管道。本设计中在泵前和泵后各设置一道格栅。泵前为粗格栅，泵后为锐形细格栅。由于污水量大，相应的栅渣量也较大，故采用机械格栅。栅前栅后各设闸板供格栅检修时用，每个格栅的渠道内设液位计，控制格栅的运行。
设计流量：平均日流量=20*104 m3/d= 2.31m3/s
最大日流量 =*=1.2*2.31=2.77m3/s
设计参数：栅条间距e=25.00mm（为粗格栅），栅前水深h=1.3m，过栅流速v=0.6m/s。安顿倾斜度α=75°
4.3.1.2 设计计算
a. 栅条间隙数n为

b. 栅槽有效宽度（B)
设计采用栅条宽度S=0.01m
B=S(n-1)+en=0.01*(137-1)+0.025*137=6.145m
c. 进水渠渐宽部位的长度（L1)
设进水水渠宽B1=1.5m,其渐宽部分展开角α1=200(进水渠道内的流速为0.77m/s）
m
d. 栅槽与出水渠连接处的渐宽部分长度(L2)

e. 通过格栅的水头损失（h1）
设栅条断面为锐形矩形断面，形状系数β=2.42，格栅阻力增大系数K=3

f. 栅后槽总高度(L)
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=1.3+0.037+0.3=1.637m
g. 栅前总长度（LO)
栅前槽总高度H1=h+h2=1.3+0.3=1.6m
LO=L1+L2+0.5+1.0+H1/=6.36+3.2+0.5+1+（1.3+0.3）/tan750≈11.5m
h. 每日栅渣量（W)
在格栅间距25mm的情况下，设格栅渣量为每1000m3污水产0.05m3
>0.2m3/d
应该采用机械清渣。污物的排除需采用机械装置：300螺旋输送机，选用长度l=8.0m的台。
原污水来说水面埋深（相对标高）为-2.5m，栅槽深度为3.7m。
选用GH-2000链式旋转格栅除污机2台，栅槽宽度5.3m，实际过栅流速v=0.71m/s(平均流量时v=0.60m/s），栅槽长度l=9.7m。
格栅间占地面积15*10=150m2
i. 设计草图

4.3.2 污水提升泵房
4.3.2.1设计说明
考虑到水力条件、工程造价和布局的合理性，采用长方形泵房。为充分利用时间，选择集水池与机械间合建的半地下式泵房，这种泵房布置紧凑，占地少，机构省，操作方便。水泵及吸水管的充水采用自灌式，其优点是启动及时可靠，不需引水的辅助设备，操作简便。
4.3.2.2 设计计算
a. 平均秒流量Q

b. 最大秒流量Q1

c. 考虑3台水泵，每台水泵的容量为
d. 集水池容积，采用相当于一台泵6分钟的容量W

e. 集水池面积F

4.3.3 细格栅
4.3.3.1 设计说明
设三台机械格栅，两台运行，一台备用。
4.3.3.2设计计算
a. 栅条间隙数n
取376个
b. 栅槽宽度B

式中:S——栅条宽度，m，取0.01m。
则：B=S(n-1)+bn=0.01（376-1）+0.01×376=7.51m
c. 栅槽总高度H
H=h+h1+h2
式中:h2——栅前渠道超高，m，取h2=0.3m。
则：H=h+h1+h2=1.3+0.26+0.3=1.66m。
d. 栅槽总长度L0
H1=h+h2=1.3+0.3=1.6m
LO=L1+L2+0.5+1.0+H1/tanα=6.36+3.2+0.5+1+（1.3+0.3）/tan750≈11.5m。
e. 每日栅渣量W
在格栅间距10mm的情况下，设格栅渣量为每1000m3污水产0.07m3
>0.2m3/d
应该采用机械清渣。污物的排除需采用机械装置：300螺旋输送机
4.3.4曝气沉砂池
4.3.4.1设计说明
曝气沉砂池是在池体的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向环流。其优点：通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效果较稳定；受流量变化的影响较小；同时还对污水起预曝气作用，而且能克服平流式沉砂池的缺点 。
4.3.4.2设计计算
a. 池子总有效容积V
=2.77×3×60=498.6m3≈500 m3
b. 水流断面面积A
=2.77/0.075=37m3
c. 池子总宽度B
=37/2.5=14.8m
d. 池子单格宽度b
=14.8/2=7.4m
e. 池长L
=500/37=13.6m
f. 每小时所需空气量q
=0.2×2.77×3600=1994.4m3
g. 砂斗所需容积V
=12m3
h. 每个砂斗所需容积V0
=12/2=6 m3
4.3.5初沉池
4.3.5.1设计说明
本设计在初沉池和二沉池都选用了辐流式沉淀池。适用于大型污水处理厂，而且具有运行简便，管理简单，污泥处理技术稳定的优点。
4.3.5.2设计计算
a. 沉淀部分水面面积F
=9972/8×2=623m2
b. 池子直径D
=28.2m 取28m
c. 实际水面面积F0
=615.4m3
d. 沉淀部分有效水深h2
=2×1.5=3m
e. 沉淀部分有效容积V’
=9972×1.5/2=7479m3
f. 污泥部分所需的容积V
=0.6×500000×4/24×1000×2=25m3
4.3.6曝气池
4.3.6.1设计说明
本设计选择推流式活性污泥法。在运行方式上，以推流式活性污泥法为基础，辅以分段曝气系统运行。曝气系统采用鼓风曝气，选择其中的网状微孔空气扩散器。
4.3.6.2设计计算
a. 出水中非溶解性BOD5含量BOD5非
=7.1×0.08×0.4×20=4.5mg/s
b. 出水中溶解性含量Le
=20-4.5=15.5mg/l
c. BOD5的去除率
=93%
d. BOD5——污泥负荷率NS
=0.23kgBOD5/kgMLSS·d
e. 混合污泥浓度X
=2307.7 mg/l
f. 曝气池容积V
=200000×210/0.23×2307.7=79130.2m3
g. 单个池容积V0
=79130.2/8=9891.3m3
h. 单个池面积A
=9891.3/5=1978.3 m2
i. 池总长L
=1978.3/6=330m
j. 单廊道长L0
=65.94m 取L0=66m.介于50~70之间，合理
k. 池总高H
=0.5+5=5.5m
l. 前后配水渠设计
前后设置相同尺寸的配水渠，渠长取65m，渠宽为2m。
m. 曝气池平均需气量O2
=290-20=270 mg/l
=2307.7×0.75=1730.8 mg/l
=0.5×200000×270/1000+0.15×79130.2×1731/1000=46546kg/d=1939.4kg/h
n. 最大需氧量O2MAX
=1.3×0.5×200000×260/1000+0.15×79130.2×1731/1000=54346.2kg/d=2264.4 kg/h
o. 每日去除BOD5的量

p. 则去除每千克BOD5的需氧量
=0.90kgO2/kgBOD5
q. 最大需气量与平均需氧量之比

4.3.7二沉池
4.3.7.1设计说明
二沉池选用了辐流式沉淀池，对污水中的以微生物为主体的、比重小的、因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行分离，也采用中心进水，周边出水，排泥装置采用周边传动的刮吸泥机。其特点是运行效果好，设备简单。
4.3.7.2设计计算
a. 沉淀部分水面面积F
=8333.3/1.5×8=695m2
b. 池子直径D
=29.7m 取D=30米
c. 实际水面面积
=706.5 m2
d. 沉淀部分有效水深h2
=1.5×2=3m
e. 沉淀部分有效容积
=2100 m2
f. 污泥部分所需的容积
=6.3 m3
4.3.8污泥浓缩池
4.3.8.1设计说明
本设计采用重力浓缩池。形式采用连续式的，其特点是浓缩结构简单，操作方便，动力消耗小，运行费用低，贮存污泥能力强。采用水密性钢筋混凝土建造，设有进泥管、排泥管和排上清液管。
4.3.8.2设计计算
a. 全固体量Q0

=（20×50+15×80）×104/1000=22000kg/d
b. 浓缩污泥量Q
=22000/(1-0.996)=5500000kg/d=5489m3/d 取5490m3/d
c. 浓缩池有效容积V‘
=5490×14/24=3202.5m3
d. 浓缩池表面积F
=3202.5/4×4=200 m2
e. 浓缩池直径D
=16m
f. 浓缩后污泥量
=5490×（100-99.6）/（100-97）=732m3/d=30.5m3/h
g. 分离出的污水量
=5490×（99.6-97）/（100-97）=4758m3/d=198.3m3/h
h. 池边水深H’
=0.5+4+0.5=5m
第五章：污水深度处理
5.1混凝沉淀原理
化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒径的悬浮物和胶体，能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十小时以上，也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。
5.2絮凝剂
由于高分子絮凝剂具有良好的絮凝效果、脱色能力和操作简单等优点，一般优先考虑使用高分子絮凝剂。高分子絮凝剂可分为合成无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂三类。
5.3混凝沉淀池设计说明
主要设计的是混凝反应池与沉淀池。混凝工艺包括混合和絮凝反应两个阶段。混凝设备包括混凝剂的配制和投加设备、混合设备和絮凝设备。
5.3.1混凝剂的配制设备
一体化加药设备与投加量自动控制综合集中了溶配、加药功能。一般主要由供水系统、干粉投加系统、溶解熟化系统、控制系统、液体投加系统及二次稀释投加系统构成，结构紧凑，安装维护简便。适用于中小型水厂、污水处理设施投加混凝剂、漂白粉及其他药剂溶液。典型设备有DT系列、RYZ型、SAM型、LMI型、JY一12型、GTF型、PolyRex聚合物投加装置等。本次设计采用一体化加药设备，该加药装置的药剂容器由高密度材料制成，有较强的耐腐蚀性；可装配各种计量泵以及电动搅拌器，并有标准化支撑托架。
5.3.2混凝剂的投加设备
若泵房距离处理厂较近则采用泵前投加的方式，反之则采用高位溶液重力投加的方式。重力投加方式如左图所示。
5.3.3机械混合池
5.3.3.1设计说明
混合的动力来源有水力和机械搅拌，因此混合设备也分为两类，采用机械搅拌的有机械混合搅拌槽和水泵混合槽等；利用水力混合的又管道式、穿孔板式、涡流混合槽等。本设计采用机械混合，主要采用各种混合搅拌机，按照搅拌器的形式可分为平桨式、螺旋推进式、涡轮式、框架式等；按照搅拌器的安装形式分为移动式和固定式两种。混合槽可采用圆形钢制结构或方形钢筋混凝土水池，搅拌器转动圆周速度1.5m/s以上，搅拌速度可调；停留时间约10～15s。机械混合适用于一级泵站离水厂较远的场合，混凝效果好且不受水量变化的影响；但要有一套机电设备，多耗电能，并增加了维修和管理的工作量。
5.3.3.2设计计算
a. 有效容积

式中：W—有效容积（m3）；
Q—处理水量（m3/h）；
T—混合时间（min）；
n—池数。
设计中取Q=8333.3m3/h，T=0.5min，n=6个

机械混合池尺寸及有关参数选定：
直径：D=2.8m
水深：H1=2.95m
池总高：H=H1+0.45（超高）=3.40m
搅拌器外缘速度：v=3.0m/s（一般采用1.5~3.0m/s。设计中取3.0m/s）
搅拌器直径：D0=2D/3=1.87m，设计中取1.8m
搅拌器宽度：B=0.1D=0.28m，设计中取0.3m
搅拌器层数：因H:D≤1.2~1.3，设计中取1层
搅拌器叶数：Z=4
搅拌器距池底高度：0.5D0=0.9m
b. 搅拌器转速

式中：n0—搅拌器转速（r/min）；
V—搅拌器外缘速度（m/s）；
D0—搅拌器直径（m）。
设计中取v=3.0m/s，D0=1.8m

c. 搅拌器角速度

d. 轴功率

式中：N2—轴功率（kW）；
C—阻力系数，0.2~0.5；
Ρ—水的密度（kg/m3）；
W—搅拌器角速度（rad/s）；
Z—搅拌器叶数；
B—搅拌器层数；
R0—搅拌器半径；
g—重力加速度（m/s2）
设计中取c=0.4，Z=4，B=1层，R0=0.9m

e. 所需轴功率

式中：N1—所需轴功率（KW）；
μ—水的动力粘度（Pa·s）；
W—混合池容积（m3）
G—速度梯度（s-1），一般采用500~1000s-1。
设计中取μ=1.01×10-3 Pa·s。G 取800s-1。

5.3.4机械絮凝池
5.3.4.1设计说明
混合完成后，水中已经产生细小絮体，但是尚未达到自然沉降的粒度。絮凝反应设备的任务就是增加颗粒接触碰撞的机会，使得细小絮凝体逐渐形成大的絮凝体而便于沉淀。
为了达到较为满意的絮凝效果，絮凝过程要求：一是颗粒具有充分的絮凝能力；二是具备保证颗粒获得适当的碰撞接触又不致破碎的水力条件；三是具备足够的絮凝反应时间；四是颗粒浓度增加，接触效果增加，即接触碰撞机会增多。
机械絮凝池分垂直轴式和水平轴式两种，水量小时采用垂直轴式，水量大时采用水平轴式，本设计采用水平轴式。水厂设计水量为20万m3/d，水厂自用水量为5%，机械絮凝池分为四个系列，每个系列设计水量：
5.3.4.2设计计算
a. 絮凝池有效容积

式中：W—单池絮凝池容积（m3）；
Q—单池设计处理水量（m3/h）；
T—絮凝时间（min），一般采用15~20min。
设计中取T=20min

絮凝池分成三格，每格尺寸3.8m×3.8m，水深3.8m。每根水平轴上安装4个搅拌器，絮凝池实际容积
W＇＝３.8×3.8×3.8×3×4=658.5m3
池超高取0.3m，则池总高为4.1m。絮凝池分格墙上过水孔道上下交错布置，过孔流速分别为0.4m/s、0.3m/s和0.2m/s。则孔洞面积分别为0.38m2、0.5m2和0.76m2，孔洞尺寸分别取为0.8m×0.5m、1.0m×0.5m和1.5m×0.5m，实际过孔流速分别为0.38m/s、0.304m/s和0.203m/s。絮凝池分格墙厚为0.2m，絮凝池布置如下图：

b. 搅拌设备
1、 搅拌器尺寸

搅拌器长度：L=3.8-0.15×2=3.5m（满足距池壁距离≤0.2m）
搅拌器外缘直径：D=3.8-0.15×2=3.5m
搅拌器外缘距水面和池底距离要求为0.15m。
每个搅拌器上装有8块叶片，如图所示，叶片宽度采用0.1m，每根轴上浆板总面积为3.5×0.1×8×4=11.2m2，占水流截面积3.8×3.8×4=57.76m2的19.4%。
2、 每个搅拌器旋转时克服水的阻力所耗功率
各排叶轮浆板中心点线速度采用：v1=0.5m/s；v2=0.35m/s；v3=0.2m/s。
叶轮浆板中心点旋转直径：

叶轮转速及角速度分别为：
第一排：

第二排：

第三排：

浆板长宽比

式中：k—系数；
ψ—阻力系数；
ρ—水的密度（一般采用1000kg/m3）
g—重力加速度（m/s2）

浆板旋转时克服水的阻力所耗功率：

式中：N1y—第一格外侧浆板所耗功率（KW）；
y—外侧浆板数（块）；
k—系数；
l—浆板长度（m）；
r2—叶轮外侧浆板外缘至水平轴半径（m）；
r1—叶轮外侧浆板内缘至水平轴半径（m）；
w1—叶轮旋转的角速度（rad/s）。
第一格外侧浆板：
第一排内侧浆板：
第一排搅拌机功率：

同样可求得第二排、第三排每个叶轮所耗功率为0.095KW和0.017KW。每排同一轴上各安装4个叶轮，则每排4个叶轮所需功率：
第一排：
第二排：
第三排：
设三排搅拌器合用一台电动机带动，则絮凝池所耗总功率

3、 每台电动机功率

式中：N—每台电动机功率（KW）；
∑N0—絮凝池所耗总功率（KW）；
η1—搅拌器机械总功率；
η2—传动效率，一般采用0.6~0.95。
设计中取η2=0.7，η1=0.75

4、 核算平均速度梯度G值及GT值
水温按20℃计，μ=102×10-6kg/s·m
第一排：
第二排：
第三排：
絮凝池平均速度梯度：

式中：G—絮凝池平均速度梯度（s-1）；
∑N0—絮凝池所耗总功率（KW）；
W＇—絮凝池容积（m3）

经核算，G值和GT值均较合适。
5.4超滤反渗透工艺
5.4.1设计说明
超滤是指在某种驱动力的作用下 ,利用特定膜的透过性能 ,实现分离水中离子、分子或胶体的目的。超过滤用于截留水中胶体大小的颗粒 ,而水和低分子量的溶质则允许透过膜。本工程中，超滤作为反渗透的前处理。
超过滤膜是一种由极薄的皮层构成的不对称半透膜。目前超滤膜的种类有醋酸纤维素膜、聚砜膜以及聚酰胺膜等。超滤装置有板框式、管式(内压列管式和外压列管式) 、卷式和中空纤维式等形式 ,并以中空纤维式应用最为广泛。前两种多用 CA膜 ,后一种多用聚砜膜。目前，超滤膜的生产厂家有科式、陶氏、海德能等公司。通过仔细研究各公司所提供的膜技术资料和手册，与本工程相对照，并结合类似的实例，最终选用Koch公司的V-8072-35-PMC型超滤膜，它属于内压式运行的中空纤维式超滤膜管，采用专利高通量及抗污染聚砜材料制成。
根据混凝沉淀的出水，本着投资合理，技术可靠，运行经济，节水环保的原则，采用自清洗过滤器+超滤+一级反渗透膜过滤技术，过滤后的纯水供后续工艺使用。反渗透浓水收集至浓水池内供车间清洗及其他用途。在工艺装备的设计和配置上可实现连续制水，即系统在一定的检修、清洗和再生处理等情况下能够持续不间断供水。本系统包括Q=150m3/h的自清洗过滤器1套，Q=135m3/h的超滤装置1套，Q=100m3/h的反渗透系统1套。系统之间采用单元制连接工作，并可互相独立，又可互相切换，产水汇流入共用纯水池。本次再生水将用于工业锅炉用水。
1、原水池
用以储存原水，为后续工艺系统提供水源，起到缓冲水量的作用，原水池为甲方自备。
2、原水泵
原水箱的出水经泵提升至后续处理单元——自清洗过滤器。根据预处理各设备设计压力降，以及高压泵前压力不能小于0.5kg/cm2，来确定原水泵的工作点，从而选择最佳的型号。设计提升泵2台，一台提供动力和维持系统正常工作，另一台备用。单台能力为Q=150m3/h,H=18.5m。本系统选用单级卧式清水离心泵，泵相应设置有过热保护器。
3、自清洗过滤器
本系统选用以色列amiadCBR系列自清洗过滤器作为预处理装置，原水由入口进入，首先经过粗滤网，滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网。在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的赃物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内、外两侧就形成了一个压差。当这压差达到预设值时，过滤器将开始自动清洗过程，（此间不断流）反洗阀打开，由液压活塞释放压力并将水排出，液压马达舱及吸污器内的压力大幅度下降，由此通过吸嘴及液压马达舱外端产生一个吸污过程。当水流经液压马达时，带动吸污器进行轴向运动并旋转，逐渐将污水排出。轴向运动与旋转运动合成螺旋运动，可将整个滤网内外表面完全清洗干净。
整个过程只需6-10秒钟，反冲洗阀在冲洗结束是关闭，增加的水压会使水力活塞回到其初始位置。过滤器开始准备下一个清洗周期。过滤后的水有出口流出。
5.4.2超滤机组
5.4.2.1设计原则
a. 膜组件的选型
超滤膜元件拟采用外压式超滤膜元件，材质为经亲水性处理的PVDF，本项目选择旭化成、超滤膜。每套超滤装置产水量135m3/h，共设1套（25℃），错量过流。
b. 超滤反洗、清洗装置
超滤装置配制反洗、化学清洗装置各一套。
c. 运行方式
超滤系统采用PLC程序控制。
d. 仪表设置
超滤系统进出水管道应设必要的测量仪表，满足本系统的安全、稳定、可靠运行之需要。
1、超滤产品水设流量表、COD在线监测仪、油分仪、浊度仪、ORP变送器、PH变送器。
2、反洗水、清洗水(在清洗过滤器后)装设流量表
3、超滤进口、产品水装设压力变送器。
4、超滤进口、产品水装设压力开关。
5、水泵出口装设压力表。
6、各类药液箱设置液位开关，低液位报警和相应的泵联锁。
5.4.2.2设计说明
a. 本方案为出水135t/h（25℃）超滤机组方案，采用旭化成超滤膜元件，UNA-620A,面积50m2，膜壳材料：ABS魔壳直径：165mm膜丝材质：高结晶度PVDF，过滤精度：0.1微米。该机组共计采用108支超滤膜。水利用率为92%以上。采用错流过滤，该超滤膜特点如下：
1、0.1微米过滤精度指对0.1微米的颗粒去除率>99.98%；
2、其他膜柱膜壳一般为PVC,ABS具有更好的抗脆性及抗老化作用；
3、原有的亲水性增强，膜抗污染能力提高，单位膜面积水通量增加30%；
4、滤膜孔径分布范围变窄，提高了过滤精度；
5、储运条件可在5℃—45℃之间储存；
6、旭化成压力式膜、浸没式膜及MBR膜的PVDF膜丝完全一致
7、旭化成MBR膜是旭化成浸没式膜的一种特殊应用，膜丝直接