给水厂毕业设计开题报告完整.docx
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给水厂毕业设计开题报告完整
毕业设计（论文）开题报告
课题名称
西安市第四水厂（地下水厂）初步设计
课题来源
给水排水系
课题类型
AY
导师
学生姓名
学号
专业
给水排水工程
一、设计选题的目的和意义
毕业设计（论文）是本科专业教学计划中最后一个重要的教学环节，是对四年来所学知识的综合应用。
通过毕业设计培养学生严肃认真的科学态度、严谨务实的求学作风、勇于探索和开拓创新的精神，树立科学的世界观，培养理论联系实际、实事求是、用实践检验真理的思想，提高资料检索、文献阅读、设计计算、绘制图纸、编写设计说明的能力。
也是对学生掌握知识的广度和深度、运用知识处理问题的能力、实践能力、外语应用水平、计算机应用水平、科技写作能力、口头表达能力的综合考核。
过此次设计，基本达到以下能力：
1.调查研究、查阅文献资料的能力；2.方案论证、分析比较的能力；3.设计、计算、绘图与标准规范正确选择的能力；4.本专业常用手段、设备的应用能力；5.本专业英文资料阅读能力，利用计算机CAD绘图软件和文、表、图、公式的录入与编辑能力；6.撰写设计说明书的能力；7.语言表达、思维能力，阐述观点准确、清晰回答问题的能力。
二、工程概况和主要设计内容
第四水厂原设计总供水能力为10万m³/d；随着渭滨水源地地下水的不断开采利用，其产水量正在逐年减少，水源井出水能力也在不断下降，2008年实测渭滨水源地出水量为6.58万m³/d。
根据水源地目前出水量情况和需水量预测，并结合第四水厂水源地井群今后洗井和挖潜情况，确定本次工程设计规模为7.0万m³/d。
本次设计主要内容为：
1）根据水质、水量、地区条件、施工条件和水厂运转情况选定处理方案和确定处理工艺流程。
2）拟定各种构筑物的设计流量及工艺参数。
3）选择各构筑物的形式和数目，初步进行水厂的平面布置和高程布置。
在此基础上确定构筑物的形式、有关尺寸安装位置等。
4）进行各构筑物的设计和计算，定出各构筑物和主要构件的尺寸，设计时要考虑到构筑物及其构造、施工上的可能性，并符合建筑摸数的要求。
5）根据各构筑物的确切尺寸，确定各构筑物在平面布置上的位置，并最后完成平面布置。
确定各构筑物间连接管道、检查井的位置。
6）水厂厂区主体构筑物（生产工艺）和附属构筑物的布置，厂区道路、绿化等总体布置。
7）绘制本设计任务书中指定的水厂平面、工艺流程，单体构筑物（平面、剖面，主要材料表）工艺设计技术图纸。
8）写出设计说明书及计算说明书。
三、国内外关于该设计的研究现状（文献综述）
本次给水工程设计主要以地下水为水源的处理工艺。
2007年7月1日国家正式颁布和实施新的《生活饮用水卫生标准》，检测项目从原来的35项增加到106项；供水指标的要求大幅度提高。
新水质标准的强制实施，对地下水厂的出水水质提出了更高的要求。
当地下水的铁、锰的含量超过饮用水卫生标准时，需采用除铁、锰措施。
国内外研究者对除铁锰技术的研究较为深入，工艺相对成熟，并已有相应的除铁锰水厂实例工程可供参考。
国外对于地下水中有机物的去除，主要采用臭氧—生物活性炭滤池等生物法与沸石或火山岩活化分子筛吸附法、离子交换法、反渗透法等非生物法，去除效果均相对较好。
国内常用的方法是：
自然氧化法和接触氧化法。
前者通过设置曝气装置和氧化反应池和砂滤池；后者通常设置曝气装置和接触氧化池。
我国最早具有除锰效果的水厂是1958年在哈尔滨建成的地下水除铁除锰水厂，处理效果良好。
针对地下水中的有机物、氨氮等微污染问题，采用生物法去除具有投资省、运行费用低及效果好等优点；尤其是集臭氧化、生物降解和活性炭吸附于一体的臭氧——生物活性炭技术，在饮用水深度净化中正逐渐成为一个主流方向，并广泛应用于处理有机物污染的地下水中，也越来越受到研究者和工程技术人员的重视。
臭氧生物活性炭技术对水体中的有机物、氨氮、嗅味、三氯甲烷前体物等具有良好的去除效果，其出水Ames实验结果一般为阴性，有效降低了出水的致突变性；但水源中一旦存在有机物和溴离子时，臭氧氧化过程可能产生氧化副产物（OBPs），影响出水安全。
根据西安建筑科技大学所完成的西安市第四、五水厂地下水中试试验阶段性结果，采用前置高锰酸钾预氧化替代臭氧氧化，既可有效去除水中的有机物、氨氮等微污染物，又可降低OBPs生成风险。
水厂排泥水处理虽然增加了制水成本，但有利于水资源的回收利用和可持续发展，从长远来看，具有一定的社会效益、经济效益和环境效益。
水厂的生产废水不能直接排放至外界水体，需对生产废水进行处理回用。
目前国外大部分水厂的排泥水处理的基本方法是将排泥水先经过调质浓缩，后经机械脱水（包括板框压滤、真空吸滤、带式压滤、离心分离等），脱水的污泥再进行堆肥、填埋、焚烧等最终处置。
这样一套排泥水处理工艺较为完善、初期投资高、运行管理费用高、设备多、管理复杂、占地面积大。
四、水质分析及工艺选择
1、水质分析
水中含铁量高时，水有铁腥味，影响水的口味；作为造纸、纺织、印染、化工和皮革精制等生产用水，会降低产品品质；含铁水可使家庭用具如磁盆和浴缸发生锈斑，洗涤衣物会出现黄色或棕黄色斑渍；铁物质会滋长铁细菌，阻塞管道，有时自来水会出现红水。
含锰量高的水所发生的问题和含铁量高的情况相类似，例如使水有色、臭、味，损害纺织，造纸酿造、食品等工业产品的质量，家用器具会污染成棕色或黑色，洗涤衣物会有微黑色或浅灰色斑渍等。
水厂进水水质为：
表1
井类型
指标（mg/L）
氨氮
CODMn
铁
锰
亚硝氮
四厂渭滨水源地
潜水井
2.06
1.37
0.434
0.600
0.010
混采井
0.75
1.46
0.630
0.251
0.014
承压井
0.31
1.43
0.404
0.265
0.014
总计
0.91
1.43
0.461
0.322
0.013
本项目的处理后出厂水水质符合并优于《城市供水水质标准》（CJ/T206-2005）和《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的规定：
铁小于0.3mg/L，锰小于0.1mg/L，CODm水源限制原水耗氧量＞6mg/L时为5,出厂水浊度≤0.3NTU，其他指标均符合其余101项检测标准。
2、水处理工艺选择
鉴于第四水厂水源地原水水质状况复杂的现状，部分井原水中有机污染物浓度也有逐年上升的趋势。
采用单一工艺难以保证对污染物全面、彻底去除，必须遴选合理的组合净水工艺，确保水厂供水安全。
因此，该工程处理工艺主要目的是以去除水中的铁锰为主，深度处理去除有机物等微污染为辅。
现对常用三种除铁锰技术和微污染地下水处理技术做一个简介：
（1）、除铁除锰技术
A.高锰酸钾化学氧化法
高锰酸钾是一种强氧化剂，其氧化能力高于氧和氯气，能在中性pH值条件下将Fe2+、Mn2+氧化，是最常用的化学氧化除铁锰技术之一。
高锰酸钾氧化法的主要优点：
反应速度快，当原水中含有有机态铁、锰或其它有机物以及氨氮含量较高时，不会产生卤代烃副产物，对有机物具有氧化去除作用，同时能在一定程度上控制原水中的水生生物。
高锰酸钾化学氧化法除铁除锰通常采用的工艺流程如下：
B.接触氧化法
接触氧化除铁锰的基础是在滤料表面形成催化氧化作用的“活性滤膜”，地下水经曝气后经过滤层过滤，运行一定时期后，滤料表层逐渐形成一层褐色或黑色的铁锰质活性滤膜，其中具有催化活性的成分为Fe（OH）3·2H2O和MnO2·xH2O。
目前，国内一般水厂都采用接触氧化法对铁锰进行去除。
接触氧化除锰工艺流程比较简单，原水经简单曝气之后进入除锰滤池，在滤料表面的锰质活性滤膜的作用下，Mn2+被水中的溶解氧氧化为MnO2并吸附在滤料表面，使滤膜得到更新，该过程也是自催化反应，但锰的去除远比除铁困难，铁锰共存时，铁对锰的去除有干扰，在滤层中要先完成对铁的去除才能开始除锰。
国内应用较多的接触氧化法除铁除锰工艺主要有一曝一滤和两曝两滤两种方式，其工艺流程如下：
一曝一滤接触氧化法工艺流程
两曝两滤接触氧化法工艺流程
C.生物氧化法
我国早在20世纪90年代率先开展了地下水生物法除锰新技术的理论及应用研究，并通过大量的微生物学试验，证明了滤池中铁细菌的高效生物除锰作用，国外一些学者也相继从不同角度对生物氧化法进行了研究，在增强除锰效果及降低工程费用等方面取得了一些理论价值较高的成果。
生物氧化法除铁锰工艺主要是依靠铁细菌具有的氧化铁、锰的能力，在生物滤层中，铁氧化去除的同时，锰也通过铁细菌的生物氧化得以去除，锰的氧化不受铁快速氧化的干扰，其通常采用的工艺流程如下：
生物氧化法工艺流程
经过对上述三种处理工艺的理论分析，以及对高锰酸钾化学氧化法的实验研究，对接触氧化法、生物氧化法除铁除锰工程实例的实地考察调研，其综合对比情况见表：
净水工艺处理方法优缺点比较表表2
KMnO4化学氧化法
接触氧化法
生物氧化法
主要生产构筑物
管道混合器、反应池、砂滤池、加氯加药间。
一级或两级跌水曝气池、砂滤池。
跌水曝气池、生物滤池。
可稳定工作的滤速
10～12m/h
6～8m/h
4～6m/h
工艺运行可靠性
停留时间短，耐冲击负荷能力较强。
停留时间较长，抗干扰能力弱，,除锰效果不稳定。
抗干扰能力差，处理时间较长，耐冲击负荷能力较差。
运行管理难点
投药量的控制需根据原水水质情况通过自控系统调节。
运行初期需2～3个月甚至更长时间培养铁质、锰质滤膜，每两年需重新进行，影响正常生产。
运行初期需3～6个月培养生物菌，运行受外界因素影响大，长期运行不稳定可靠，影响正常生产。
出水水质
出水水质好，除铁、锰效果有效。
除铁效果显著，但当锰的含量过高时，对锰的去除效果不理想。
除铁、锰效果好，并对原水中有机物及氨氮有一定的去除作用。
生产经营成本
氧化原水中每单位锰所需的高锰酸钾投加量比例不高，生产经营成本较低。
需定期更换滤池滤料并重新进行培养，即影响生产又增加了生产经营费用。
生物菌购置费用昂贵且易受外界干扰，生产经营成本较高。
工程建设投资
小
小
高
由表可以看出高锰酸钾化学氧化法和接触氧化法均适合于水厂的除铁锰工艺。
接触氧化法去除地下水体中的铁锰具有投资省、运行费用低等优点，但是启动速度慢、锰质滤膜的成熟难于铁质滤膜，除锰效果不稳定，但采用氧化+过滤可以解决启动速度较慢的问题。
因此，在接触氧化前增加前置氧化工艺，可提升除锰工艺启动速度，同时保障稳定的除锰效果。
前置氧化工艺的重点是氧化剂的选择，氯氧化具有技术成熟、成本低廉等优点，但是氯氧化可能会增加饮用水的消毒副产物生成风险；前置高锰酸钾氧化虽然成本稍高，但是可以降低消毒副产物生成风险，同时增加滤料的锰质滤膜生成速度，增加接触氧化工艺的效果。
因此，前置氧化工艺选择高锰酸钾为氧化剂。
综上所述，第四水厂除铁锰技术拟采用前置高锰酸钾氧化+砂滤接触过滤工艺。
该工艺具有生产构筑物较少、管理简单、除铁锰效率高、工艺运行可靠性高、抗冲击负荷能力强、出水水质良好、生产经营成本及工程建设投资低的优点。
（2）、深度处理技术
鉴于第四水厂原水水温常年保持在15～18℃之间，这正适合于生物生长水温条件；因此本水厂深度处理技术拟采用前置高锰酸钾预氧化+生物活性炭工艺，该工艺可有效去除水体中有机微污染物，并能有效控制氧化及消毒副产物量，运行可靠稳定。
3、生产废水处理方案选择
废水的处理考虑以下2种方案供选择
（1）．机械脱水
生产废水——→废水调节池——→浓缩池——→机械脱水——→外运
（2）．自然干化
生产废水——→废水调节池——→浓缩池——→自然干化——→外运
因本设计的生产废水来自砂滤池和活性炭滤池，主要成分是铁和猛，其因此无需进行消化处理，可直接进入浓缩池浓缩后进行最终处理。
污泥经浓缩后，尚有约97%-99%的含水率，体积仍很大。
为了综合利用和最终处置，需对污泥作干化和脱水处理。
两者对脱除污泥的水分，具有同等的效果。
污泥干化与脱水方法主要有自然干化和机械脱水等。
自然干化是污泥脱水方法中比较经济的一种，但它占地面积大，卫生条件差，受污泥性质和气候影响大，劳动强度大；机械脱水效果好，占地少，不受气候影响，不污染环境。
因此本设计选用浓缩池+机械脱水间。
4、净水处理工艺流程
第四水厂改建工程净水工艺拟采用砂滤单元和生物活性炭单元串联工艺，对污染物分阶段控制。
在砂滤单元主要去除铁、锰、浊度、色度，并去除部分氨氮、CODMn；在生物活性炭单元主要控制CODMn和氨氮。
砂滤单元铁锰的去除可通过投加高锰酸钾氧化截留，也可利用“熟料”中的微生物固锰作用去除；生物活性炭单元的污染物控制主要通过微生物降解作用。
该处理工艺对原水进行处理后，可保证在今后原水水质进一步恶化的情况下，供水水质将优于《城市供水水质标准》（CJ/T206-2005）和《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。
滤池反冲洗废水进入调节池调节后，经浓缩脱水处理后上清液回流至水厂的配水井，其排泥经污泥脱水设备后外运。
五、构筑物选型
（1）、混合反应
混合是将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，对于取得良好的混凝效果具有重要的作用，
混合池的类型及特点表3
类型
特点
适用条件
水泵混合
优点：
混合效果好，节省动力；
缺点：
投量大，对水泵叶轮有腐蚀，
大中小型水厂均可采用
管式混合
优点：
混合效果好，不需另建设备，简单易行；水头损失小；
缺点：
流量小时效果下降
中小型水厂
机械混合
优点：
混合效果好，不受水量影响；
缺点：
增加机械设备及维修工作
各种规模水厂
本项目采用的工艺为利用高锰酸钾将水中低价可溶的铁、锰离子氧化成高价难溶的Fe2O3和MnO2，并利用高锰酸钾氧化降解水中的有机物；高锰酸钾与原水中的铁、锰离子发生的是氧化还原反应，设计中拟设置管道混合器使原水与高锰酸钾溶液充分混合，原水投加高锰酸钾后在管道反应器内完成氧化反应和絮凝反应。
（2）、絮凝池
絮凝池的类型及特点表4
类型
特点
适用条件
隔板式絮凝池
往复式
优点：
絮凝效果好，构造简单，施工方便；
缺点：
容积较大，水头损失较大，转折处钒花易破碎
水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者
回转式
优点：
絮凝效果好，水头损失小，构造简单，管理方便；
缺点：
出水流量不宜分配均匀，出口处宜积泥
水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小者；改建和扩建旧池时更适用
旋流式絮凝池
优点：
容积小，水头损失较小；
缺点：
池子较深，地下水位高处施工较难，絮凝效果较差
一般用于中小型水厂
折板式絮凝池
优点：
絮凝效果好，絮凝时间短，容积较小；
缺点：
构造较隔板絮凝池复杂，造价高
流量变化较小的中小型水厂
网格絮凝池
优点：
絮凝效果好，水头损失小，絮凝时间短；
缺点：
末端池底易积泥
一般用于中小型水厂
考虑到水厂实际运行中与实验的差异，为保证工艺运行安全可靠，本设计选用隔板往复式絮凝池以保证一定的反应时间。
（3）、滤池
过滤是净水厂最关键的处理工艺部分。
它一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水得到澄清的工艺过程。
因此，过滤工艺的好坏直接决定净水厂的最终水质。
滤池的类型及特点表5
类型
特点
普通快滤池
优点：
运转成熟，运行稳定，出水水质好
缺点:
阀门较多，管理较为不便，造价略微偏高
双阀滤池
与普通快滤池类似
无阀滤池
优点：
构造简单，价格低廉，且能自动进行反冲洗；
缺点：
清砂换砂不便，反冲洗配水不均匀。
用于小型水厂
移动罩滤池
设备维修量较大，要求较高，难于控制，国内已很少使用
虹吸滤池
缺点：
占地面积大、池较深、处理效果不稳定、滤料冲洗频率大、耗能高等；用于中型水厂
V型滤池
优点：
V型滤池采用均质深层滤料，不均匀系数很小，过滤周期延长（比一般滤池长2～3倍），滤料层利用率高，且滤后水质好，高效节能，高度自动化程序控制；
缺点：
造价高，管理技术水平需求高，维护费用高且难度大。
气水反冲洗比单一水冲洗具有节水、节能、冲洗后净度高和过滤周期长等显著的优点；而均质滤料由于不存在反冲洗时的滤池混杂问题，因此，最适合气+气水同时+水（滤层微膨胀）的冲洗方式，这种冲洗方式由于具有“气水同时冲洗”阶段，气水同时冲洗时滤料不但摩擦，还产生上下循环运动，同时脱落污泥上浮排出滤料层，因此，其冲洗效果比其它方式均好。
提高滤池的自动化程度，可以实现滤池的匀速过滤，提高出水水质，减少反冲洗耗水量，降低劳动强度等。
所以本设计选用V型滤池
考虑到生物活性炭滤池采用活性炭和石英砂滤料双层滤料，同时由于活性炭密度小，在反冲洗中容易被搅动的水流带离滤层表面；鉴于活性炭成本高的特点和滤池性质，为降低滤料在反冲洗时的跑失量，本工程推荐采用的生物活性炭滤池采用普通快滤池。
六、生产废水的处理
1、浓缩池
污泥浓缩的目的在于降低污泥含水率，以减少污泥体积，以利于污泥的后续处理和利用。
对于污泥的机械脱水来说，这意味着可减少混凝剂的投加量与脱水设备的数量，提高与欧水设备的效率。
污泥浓缩池有重力浓缩、气浮浓缩、机械浓缩等。
后两种主要在工业上采用，中小型规模装置主要采用重力浓缩。
离心浓缩是利用污泥中的固体与液体的相对密度较差，在离心力场所受的离心力的不同而被分离浓缩。
因此使用范围较广，但运行与维修较高。
本设计选用辐流式重力浓缩池。
2、生产废水调节池
生产废水主要包括砂滤池反冲洗废水、生物活性炭滤池反冲洗废水及砂滤池初滤水三种来源，反冲洗废水具有瞬时流量大、排放时间短、中间间隔时间长的特点，同时为保证废水处理工艺的连续性和稳定性，因此需在浓缩脱水前设置调节池以调节在时间上不均匀的生产废水量。
结构形式为敞开式地下钢筋混凝土结构。
七、设计思路
本设计是西安地下水厂给水工程设计，设计包括三大部分，即设计说明书、计算书，根据说明书和计算书画出水厂平面图、高程图等等。
先编写说明书，说明书是对设计的整体陈述，首先概述该工程的设计依据、规模和范围；然后介绍了该市的自然条件和城市概况；最后是给水工程设计，包括工程规模的确定，给水水源的选择，工艺流程的选择，处理构筑物的说明，以及送水构筑物的设计。
再编写计算书，计算书是依据说明书而进行编写的详细计算过程，主要是净水厂内外构筑物的计算过程，并附上计算插图和计算表格。
水厂内构筑物主要是平面及高程尺寸的计算以及各种附属构件的计算；水泵的选型以及泵房的设计。
最后根据所选方案，绘制水厂平面图、高程图以及各构筑物的详图。
八、总体安排表6
工作安排
时间安排
熟悉设计资料、查阅文献，文献翻译、文献综述、开题报告
1周
处理构筑物设计与计算。
3周
平面及高程布置
1周
说明书与计算书的编写。
3周
初步设计图纸绘制。
3周
设计修订。
1周
设计资料装订、准备答辩。
1周
九、主要参考文献
[1]严煦世范瑾初.给水工程.第四版.北京：
中国建筑工业出版社1999
[2]上海市建设和交通委员会.《室外给水设计规范》（GB50013-2006）.北京：
中国计划出版社2006
[3]中华人民共和国水利部.《泵站设计规范》（GB/T50265-97）.北京：
中国计划出版社1997
[4]严煦世.给水排水工程快速设计手册.第一版.北京：
中国建筑工业出版社1999
[5]南国英张志刚.给水排水工程专业工艺设计.第一版.北京：
化学工业出版社2004
[6]崔玉川.给水厂处理设施设计计算.第一版.北京：
化学工业出版社2003
[7]中国建筑标准设计研究院.全国通用给水排水标准图集S3，1989
[8]中国市政工程华北设计研究院等.给水排水设计手册.第二版.北京：
中国建筑工业出版社2001
[9]上海市建设和交通委员会.《室外排水设计规范》（GB50014-2006）.北京：
中国计划出版社2006
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