水厂设计

（ 1 ）布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管（渠） 的长度，并便于操作管理。 （ 2 ）充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填、挖 土方量和施工费用。 （ 3 ）各构筑物之间连接管（渠）应简单、短捷，尽量 避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。
（4）建筑物布置应注意朝向和风向。
（ 5 ）又条件时（尤其是大水厂）最好把生产区和生活 区分开，尽量避免非生产人员在生产去通行和逗留，以确 保生产安全。 （ 6 ）对分歧建造的工程，既要考虑近期的完整性，又 要考虑远期工程建成后整体布局的合理性。
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20.3 水厂工艺流程和处理构筑物选择
20.3.1 水厂工艺流程选择 由于水源不同，水质 各异，饮用水处理系统的组成 和工艺流程由多种多样。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。工艺流程见图20-1。
消毒剂 原水 混合 絮疑沉淀池 滤池 清水池 二级泵房 用户
澄清池
高浊度水处理工艺流程 图20-3图23-3 高浊度水处理工艺流程
若水源受到较严重的污染，按目前行之有效的方法， 可在砂滤池后再加设臭氧/活性炭处理，如图20-4。
混凝剂 原水 混合 澄清池 砂滤池
O3 臭氧接触池
用户
二级泵房
砂滤池 CL2
活性碳滤池
图20-4 受污染水源处理工艺流程（Ⅰ）
图23-4 受污染水源处理工艺（Ⅰ）
高分子助滤剂
原水
混合
直接过滤池
清水池
二级泵房
用户
图23-2 地表水一次净化工艺流程 图20-2 地表水一次净化工艺流程
当原水浊度高，含沙量大时，为了达到预期的混凝沉 淀（或澄清）效果，减少混凝剂用量，应增设预沉池，工 艺流程见图20-3。
混凝剂 原水 预沉池或沉沙池 混合 絮疑沉淀池 滤池
消毒剂 清水池 二级泵房 用户
20.1.2 设计原则 （1）水处理构筑物的生产能力应以最高日供水量加水厂自 用水量进行设计，并以原水水质最不利情况进行校核。 城镇水厂自用水量一般采用供水量的 5%~10%，此时反冲 洗水不回用，原水浊度较高和排泥较频繁的水厂用上限，反之 用下限。当反冲洗水回用时，自用水率可减少1.5%~3%。 计算滤池面积时，应考虑冲洗用水和其他生产用水，不考 虑排泥含水。 （2）水厂按近期设计，考虑远期发展。 （3）水厂设计中应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗或 部分停止工作时，仍能满足用水要求。 （4）水厂自动化程度应根据实际情况和要求，妥善确定。 （5）设计中必须遵守设计规范的规定。
第20章
水厂设计
20.1 设计步骤、要求和设计原则
20.1.1 设计步骤和要求 一般分为两阶段进行：扩大初步设计和施工图设计 在扩初设计之前需要进行工程可行性研究，主要内容包 括： （1）城市概况和供水现状分析 （2）工程目标 （3）工程方案和评价 （4）投资估算和资金筹措 （5）工程效益分析
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20.6.4 自控系统设计
1.控制系统的组成
全厂设中控室及取水泵房、加矾加氯、回收泵房与反应沉 淀池、V型滤池和送水泵房等5个PLC（可编程逻辑控制器） 子站，考虑到系统尽可能分散的原则，在滤池单池设有PLC 控制台。
各PLC站均由一块电源模块，一块CPU（中央处理器）模 块，一块通讯模块以及若干块输入输出（I/O）模块组成。
预加氯 加矾
68.30 67.80 67.50 66.79 69.09 64.50 67.48 63.70 64.00 63.69 60.32 64.00 63.70 59.50 57.40 63.30 63.00
加氯
44.05(P=1%)
45.50 42.00 36.00
64.00
59.90
27.93(P=97%) 21.50
澄清池
图23-1 地表水常规处理工艺流程
图20-1 地表水常规处理工艺流程
当原水浊度较低（一般在50度以下）、不受工业废水 污染且水质变化不大者，可省略混凝沉淀（或沉淀）构筑 物，原水采用双层滤料或多层滤料滤池直接过滤，也可在 过滤前设一微絮凝池，称为微絮凝过滤。工艺流程见图 20-2。
消毒剂
混合剂
17.70
17.00
13.70 12.80 设计地面标高 10.00 10.60 10.00 10.30 6.50 8.60 8.20 5.10 二级泵房 吸水井 清水池 快滤池 絮凝沉淀池 一级泵房 8.15 7.85 9.20 取水干渠 5.78 吸水井 10.40 最高水位9.12 最低水位7.56
回用水处理工艺流程 1.优质杂排水水和杂排水为回用水水源的水处理工艺流程 （1）物理化学处理
混凝剂
消毒剂
原水
格栅
调节池
絮凝沉淀或气浮 污泥
过滤
消毒
中水
（2）生物处理与物理化学处理
原水 调节池 生物处理 污泥 过滤
消毒剂
格栅
消毒
中水
2. 生活排水为回用水水源的水处理工艺流程 （1）二段生物处理
原水
格栅
快 滤 池
吸水井 配 电 室 清水池
排 水 泵
平流沉淀池
二 级 泵 房
图20-7 水厂平面布置
图23-6 水厂平面布置
92.3m
吸水井
20.4.2 高程布置
在处理工艺流程中，各构筑物之间水流应为重力流。两 构筑物之间水面高差即为流程中的水头损失，包括构筑物 本身，连接管道、计量设备等水头损失在内。水头损失应 通过计算确定，并留有余地。 图 20-8为图 20-7中构筑物高程布置图。各构筑物之间水 面高差由计算确定。
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20.2 厂址选择
厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考 虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑以 下几个问题： （1）厂址应选择在工程地址条件较好的地方。 （2）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。 （3）水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利 于施工管理和降低输电线路的造价。 （4）当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水 构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起；当取水地点距离 用水区较远时，厂址选择有两种方案：一是将水厂设置在取 水构筑物附近；二是将水厂设置在离用水区较近的地方。
图23-7 水厂高程布置 图20-8 水厂高程布置
20.5 水厂生产过程检测和自动控制
20.5.1 水厂内检测仪表的设置
一次仪表（感受器和变送器）和二次仪表（显示参数）
20.5.2 水厂自动化设计要求
水厂自动化程度分为两级： （1）单体构筑物自动控制 （2）全厂自动控制
20.6 给水处理工艺系统设计计算实例
水厂平面布置一般均需提出几个方案进行比较，以便确 定在技术经济上较为合理的方案。图20-7为水厂平面布置 一例。
56.3m 综 合 楼
163.7 m
公 路
小桥
机 修 二 级 泵 房
警 卫 室 仓 库
69.7m
车 库
北
取 水 干 渠
159.5m 喷水池 清水池
快 滤 池
加氯加药间
药剂库
翻砂场 平流沉淀池 隔板絮凝池
中控室由2台分别用于生产管理与监控的Pentiumi II 400计 算机及2台Epson彩色打印机组成。
2.控制原则
（1）依据PLCI/O模块，涉及PLC自控的设备，均可通过 在机旁控制箱手 /自动转换开关、在PLC 站操作面板 XBT上 Local/Remote 设置来实现机旁控制箱、 PLC 站 XBT 、中控 室监 控计算机三地控制。
集水槽 导流墙
虹 吸 式 排 泥 机
排泥管 DN300
1800
配水花墙 28002800 2800 9600 2000 10000 27000 27000 27000 10000 1500
500
图20-9 絮凝沉淀池平面图
3625 3500 3500 3625 3760 3625 3500 3500 3625
上
33560
2000
3. 滤池及反冲洗系统
5.40
3.35 3.20 3.40 2.10 0.80 3.10
0.72
3.40 1.70
3.80 2.35 1.90 0.85 0.28 0.05
3.54 2.10 0.80
-0.63~-0.80
150 150 1400 300
2-2
300 10010
调节池பைடு நூலகம்
一段生物处理
沉淀池 污泥
二段生物处理
沉淀池
过滤
消毒
中水
（2）生物处理与物化处理结合
原水
格栅
调节池
生物处理
过滤
混凝剂
消毒剂
混凝沉淀或气浮 污泥
消毒
中水
20.3.2 水处理构筑物类型选择
根据具体情况选择不同的构筑物，组成不同的工艺流程。
图20-6 水处理构筑物类型方案选择 共6个可行方案：1-4-5；2-4-5；3-4-5；1-4-6；2-4-6；3-4-61-4-7 ；2-4-7；3-4-7。平流沉淀池和斜管沉淀池之前的絮凝池还可进行 方案比较。
20.6.2 水厂主要构筑物设计
1. 混合 2. 絮凝与沉淀池
排水管 排至污水回收泵房 穿孔排泥管 DN300 26000
2800 2800 2800 2800 2800 3100 2800 2800 2800 2800 2800
下 下 上 下 上 下 上 下 上 上 上 下 下
虹 吸 式 排 泥 机
受污染水源还有其他处理工艺。例如有的在常规处理 工艺前增加生物预处理；有的在常规处理工艺中投加粉末 活性炭等。图20-5为增加生物预处理工艺图。
混凝剂 原水 生物处理 混合 絮疑沉淀 过滤
消毒剂 清水池 二级泵房 用户
图23-5 受污染水源处理工艺（Ⅱ）
图20-5 受污染水源处理工艺流程（Ⅱ）
生活污水回用工艺
20.6.1 水厂工艺流程选择
根据源水水质情况和该市自来水公司现有水厂的生产运 转经验，决定近期和二期仍采用常规处理工艺，远期考虑增 加生物预处理和深度处理工艺。同时，为了节约投药量，提 高水厂自动化水平，决定采用已较成熟的自动加矾、加氯技 术。在常规处理工艺中，注意选择适合水源水质、水厂规模 和地形特点，并有利于提高出厂水水质的处理构筑物。这些 构筑物主要包括：隔板、折板组合式絮凝地、新型平流式沉 淀池和V型滤池。此外，为了保护湘江水源，沉淀池排泥水 和滤池反冲洗水均进入回收水池浓缩，上清液回收，下部沉 泥用来回填水厂及其周围洼地。
（2）PLC站XBT上均能够显示与设置该站现场操作所涉 及到的所有自控设备、仪表等运行参数上下限报警值，同 时这些参数均可通过网络线传输到中控室监控计算机，由 它来进行控制。 （ 3 ）每个 PLC 站均设置 2 个复们按钮（警铃复位、故障 复位）、 1个警铃、 1个故障指示灯。任何自控设备故障由 该 PLC 站的警铃、故障指示灯报警。在故障解除后，方可 通过 PLC 站 XBT 、中控室监控计算机复位，若未复位故障 报警，该设备不能运行。
20.4 水厂平面和高程布置
20.4.1 平面布置
水厂的基本组成分为两部分： （ 1 ）生产构筑物和建筑物，包括处理构筑物、清水池、 二级泵站、药剂间等； （ 2 ）辅助建筑物。其中又分生产辅助建筑物和生活辅助 建筑物两种。前者包括化验间、修理部门、仓库、车库及值 班宿舍等；后者包括办公楼、食堂、浴室、职工宿舍等。 进行水厂平面布置时，应考虑下述几点要求：
取水头部 取水泵 房
24.00
孔 室 折板 絮凝 池
平流 沉 淀 池
V 型滤 池
清水池
吸水 井
送 水 泵房
图20-12 水厂高程布置图
2.厂内排水 厂内生活污水与雨水采用分流制，雨水就近排入水 体，污水近期排入化粪池，溢流水进入农灌系统。待 城市下水道形成以后改道排入城市下水道。 生产废水（滤池反冲洗水及沉淀池排泥水）排入回 收水池，其上清液回收，下部沉泥用来回填洼地。
-0.30 -2.00
300
0.00
300 10010 1400
150
150
1000
图20-10 V型滤池剖面图
图4-21 V型滤池剖面图
4. 清水池 清水池有效容积按设计规模的 10% 计算，近期设 10000 m3清水池1座，采用钢筋砼结构，有效水深取4.2m。 5. 送水泵房 土建设计规模为30万m3/d，近期设备安装按10万m3/d考 虑。时变化系数取1.36，出厂压力取20.0～28.0m，一期安 装卧式离心泵机组3套，1大2小，其中1台为调速水泵。 6. 加矾、加氯系统
20.6.3 水厂总体布置
1.构筑物布置
孔室折板絮凝池 加 药 间 平流沉淀池 V 型 滤 池 综 合 办 公 楼 大门
清 水 池
砂
吸 水 井
配 水 泵 房 配 电 间
场
机 修 车 间
回收 水池 回 泵 收 房 露天堆场 远期污泥处理及深度处理预留用地 浴 室 食堂
图20-11 水厂平面布置图
67.95