高效沉淀池设计方案.docx
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高效沉淀池设计方案
3600m3/d高效沉淀池
方
案
设
计
二零一三年七月
第一章概述
总则
德安人一贯奉行“一次做对、顾客满意”的质量方针，严格贯彻ISO9001质量管理体系和ISO14001环境管理体系，健全“顾客全程星级体系”，为顾客提供一流的服务。
卓越的品质，完美的服务，使得德安产品畅销全球。
我们坚持奉行“二十一世纪经营是以德安天下”的经营理念，服务于大众，服务于社会，共创二十一世纪的全球化环保集团。
德安集团，国家级高新技术企业，中国环保产业骨干企业，建有博士后科研工作站，以“净化环境、服务全球”为己任。
通过近20年的发展，德安已形成完善的研发平台和销售服务平台，可提供：
城乡给水处理、污水处理及中水回用、工业水处理及回用、水厂升级改造、污水厂升级改造、城乡垃圾资源化、河道湖泊治理等系列解决方案及设计、施工总承包服务。
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德安通过持续科研创新，建有科研中心和中试工厂，并与清华大学、浙江大学、武汉大学以及国际生态城市建设者协会等国内外科研机构开展了多方向、多层次的深度合作，联合成立了多家科研机构。
拥有300余项专利，并获得多个国家级奖项，继D型滤池广泛推广应用及编制行业标准，DA-EH污水处理工艺成功应用于国内外市政污水处理项目之后，又研制成功并向市场推出智慧型WTBOX多功能污水处理装置、循环冷却水协同处理装置、DE型滤池、DF滤池、DA新型滤布滤池、DA高效沉淀池、活动式螺杆污泥脱水机、DA螺旋式高效生物填料等多个领先技术，广泛应用于多个水处理领域工程。
近期还将隆重推出DA无污泥污水处理技术、DA高效全自动油水分离器、水平流鳍片式沉淀池和污泥资源化治地膜技术等，期待与您的合作。
方案说明
该项目为煤矿废水，处理水量为150m3/h，进水SS≤2200mg/L，经处理后，出SS度≤80mg/L。
据此，浙江德安科技股份有限公司根据建设方提供的资料推荐以下处理方案。
第二章方案基础
设计依据
《室外给水设计规范》（GB50013-2006）
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《水处理设备技术条件》（JB/T2932-1999）
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
《给水排水构筑物施工工程及验收规范》（GB50141-2008）
《城镇给水厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ41-91）
《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）
《给水排水设计手册》（第二版）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBT50093-2002）
《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）
建设方提供的原始水质、水量等基础资料
设计原则
（1）本设计方案严格执行国家和地方有关环境保护的各项规定，水处理首先必须确保各项出水水质指标均符合投资方的标准要求；
（2）针对本工程的具体情况和特点，采用简单、成熟、稳定、实用、经济合理的处理工艺，以达到节省投资和运行管理费用的目的；
（3）平面布置应合理紧凑，减少占地面积；
（4）处理系统运行有一定的灵活性和调节余地，以适应水质水量的变化；
（5）管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，减少操作劳动强度。
设备选型采用通用产品，选购的产品在国内应是技术先进、质量保证、性能稳定可靠、工作效率高、管理方便、维修维护工作量少、价格适中及售后服务好的产品；
（6）在保证处理高效率的同时工程设计紧凑合理、节省工程费用、减少占地面积，尽量降低运行费用；
（7）设计美观、布局合理、降低噪声及合理处置固体废弃物。
项目范围
（1）本技术方案设计范围包括高效沉淀池进水至高效沉淀池出水1米范围内的工艺、电气及设备等；
（2）不考虑地基的特殊处理；
（3）本项目提供系统成套设备的安装、调试及操作人员培训等服务。
设计进水水量
根据提供的资料，本项目的建设规模为3600m3/d，按24h运行。
设计进、出水水质
2.5.1设计进水水质
根据建设方提供的资料，进水SS≤2200mg/L。
2.5.2设计出水水质
要求经过处理后，出水SS≤88mg/L。
本方案仅考虑SS的去除，其余指标不做考虑。
第三章工艺设计
处理方案选择
根据提供的水质情况，主要是对水中的SS进行处理和去除。
在此方案设计中考虑造价和技术成熟的原因，本方案对混凝沉淀部分进行设计。
工艺选择
3.2.1混合
混合是絮凝中最主要的环节之一。
混凝剂的水解产物迅速混合到水体的每一个细部，并使水中胶体颗粒脱稳，同时产生凝聚是取得好的絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。
混合问题的实质是混合剂水解产物在水中扩散问题。
目前常采用的混合形式一般分四种，管式混合，隔板混合，水泵混合及机械搅拌混合。
1）管式混合，静态混合器和扩散混合器，缺点是混合效果一般，不适合流量变化，流量减少时，在管中易产生沉淀；优点是混合快速，安装、维护简单，造价低，运行费用低。
2）隔板混合,是靠水流本身消耗能力来产生大的紊流，以达到混合目的。
虽然此种池型不需机械设备，但对流量变化适应性差，能耗大，增大了后续构筑物的埋深。
3）水泵混合,适应于一级泵站距净化构筑物较近的情况，一般用在水量较小的工程上，它的缺点是：
药品易腐蚀水泵，造价高，运行费用高。
4）机械搅拌混合：
是依靠外部机械供给能量，使水流产生的絮流，它的优点是水头损失小，适应各种流量变化，能使药剂迅速而均匀的分布在原水胶体颗粒上，具有节约投药量等特点；缺点是增加相应的机械设备，需消耗电能。
3.2.2反应
反应是给水处理的最重要的工艺环节，絮凝长大过程是微小颗粒接触碰撞的过程。
絮凝效果的好坏取决下面的两个因素：
一是混凝剂水解后产生的高分子络合物形成吸附架桥的连接能力，这是由混凝剂的性质决定的；二是微小颗粒接触碰撞的机率和如何控制它们进行合理的有效碰撞，这是由设备的动力学条件决定的。
要想使水体中颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动，这样水流就会对颗粒运动产生水力阻力。
由于不同尺度颗粒所受水力阻力不同，所以不同尺度之间就产生了速度差。
这一速度差为相邻不同尺度颗粒的碰撞提供了条件。
如何让水中颗粒与水流产生相对运动呢最好办法是改变水流的速度。
改变速度方法有两种：
一是改变水流时平均速度大小。
二是改变水流方向。
由此，如果能在絮凝池中大幅度的增加湍流涡旋的比例，就可以大幅度的增加颗粒碰撞次数，有效的改善絮凝效果。
这可以在絮凝池的流动通道上增设反应设备的办法来实现。
反应型有：
穿孔旋流反应池、涡流反应池、折板反应池、孔室反应池、机械反应池、隔板反应池等。
1）穿孔旋流反应池、涡流反应池、孔室反应池，优点是结构简单，造价低，施工方便；缺点是不适合水量的变化，反应时间长20~30分钟，水头损失大，反应效果比较差，占地面积较大，大型水厂一般不宜采用。
2）折板反应池、隔板反应池虽然反应效果好，所需反应时间15~24分钟，也相对较短，但对大水量，且存在低温、低浊期情况的不宜采用且结构较复杂，造价高。
3）机械反应池反应效果好，水头损失小，反应时间12~15分钟，但机械设备维护量大，管理比较复杂。
3.2.3沉淀
沉淀设备是水处理工艺中有机物与水分离的最重要环节，其设备运行状况直接影响了出水水质。
沉淀池常用的型式有：
平流式沉淀池、斜管沉淀池，澄清池，高效沉淀池等。
1）平流沉淀池：
施工方便，水力条件好，适应性强，操作管理简单等优点。
但有占地面积大，排泥困难等缺点。
2）斜管沉淀池：
占地面积小，沉淀效率高，一般应用较多。
排泥不好是由于斜管的结构形式造成的，因为其排泥面积只占其沉淀面积的一半，在特殊时期，如高浊期、低温低浊期，加药失误期，污泥沉降性能、特别是排泥性能明显变坏，在斜管排泥面的缘处由于沉积数量与由斜面上滑落下来的污泥的数量大于排走数量，造成了污泥堆积，这样就使斜管过水断面减少，上升流速增加，增加了污泥下滑的顶托力，进一步增加污泥堆积。
3）机械搅拌澄清池
澄清是利用原水中的颗粒和池中积聚的沉淀泥渣相互碰撞接触、吸附、聚合，然后形成絮粒与水分离，使原水得到澄清的过程。
澄清池综合了混凝和分离作用，在一个池内完成混合、絮凝、悬浮物分离等过程的净水构筑物。
设计上升流速一般采用～s，低温低浊或有机物较多时一般选用低值；占地面积大，机械设备的日常管理和维修工作量较大；初次运行及停池后重新运行，调试困难，一般需要2～3天；抗冲击负荷能力弱，当原水由于洪水等情况出现变化时，出水不稳定，需重新调试；深度大、圆形池施工困难。
最大缺点是运行费用和维修费用高。
4）高效沉淀池
工作原理
在混合反应区内靠搅拌器的提升作用完成泥渣、药剂、原水的快速凝聚反应，然后经叶轮提升至推流反应区进行慢速絮凝反应，以结成较大的絮凝体，再进入斜管沉淀区进行分离。
澄清水通过集水槽收集进入后续处理构筑物，沉淀物通过刮泥机刮到泥斗中，经容积式循环泵提升将部分污泥送至反应池进水管，剩余污泥排放。
高效沉淀池，是一种高速一体式沉淀／浓缩池，其工艺基于以下五个技术特点：
●独特的一体化反应区设计；
●反应区到沉淀区较低的流速变化；
●沉淀区到反应区的污泥循环；
●采用有机絮凝剂；
●采用斜管沉淀布置。
由以上机理决定了高效沉淀池具有的优点为：
污泥循环提高了进泥的絮凝能力，使絮状物更均匀密实；斜管布置提高了沉淀效果，具有较高的沉淀速度，可达20m/h；澄清水质量较高；对进水波动不敏感，并可承受较大范围的流量变化。
高效沉淀池主要由混合区、絮凝区、澄清区组成。
混合区
原水在混合池内通过快速搅拌机与絮凝剂搅拌混合。
絮凝区
快速混凝搅拌絮凝池：
将原水（通常已经过预混凝）引入到絮凝池底板的中央。
一个叶轮位于中心稳流型的圆筒内。
该叶轮的作用是使絮凝池内水流均匀混合，并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能量。
在该区加入适量的助凝剂，采用叶轮搅拌机进行均匀搅拌，同时通过污泥循环以达到最佳的固体浓度。
助凝剂根据水质情况确定，一般采用PAM。
为保持絮凝池中悬浮絮状或晶状固体颗粒的浓度在最佳状态，通过调整来自污泥浓缩区的浓缩污泥的外部再循环系统使池中污泥浓度得以保障。
慢速混凝推流式絮凝池：
其作用就是产生扫粒絮凝，以获得较大的絮状物，达到澄清区内的快速沉淀。
因此，整个絮凝池可获得大量高密度、均质的矾花，以达到最初设计的要求。
澄清区的速度应比其他系统的速度快得多，以获得高密度矾花。
澄清区
矾花慢速地进入到澄清区，这样可避免损坏矾花或产生旋涡，确使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。
矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。
浓缩区分为两层：
一层位于排泥斗上部，一层位于其下部。
上层为再循环污泥的浓缩。
污泥在这层的停留时间为几小时。
然后排入到排泥斗内。
部分浓缩污泥自浓缩区用污泥泵排出，循环至反应池入口。
下层为收集大量剩余浓缩污泥的地方。
浓缩污泥的浓度至少为120g/l（澄清工艺）。
采用污泥泵从泥斗的底部抽出剩余污泥，送至污泥脱水间或现有的可接纳高浓度泥水的排水管网或排污管、渠等。
污泥浓缩区设有超声位泥位控制开关，用来控制污泥泵的运行，保证浓缩污泥层在所控制的范围内，并保证浓缩池的正常工作。
采用逆流式斜板（管）将剩余的矾花沉淀。
通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布。
澄清水由一个集水槽系统回收。
絮凝物堆积在澄清池的下部，形成的污泥也在这部分区域浓缩。
通过刮泥机将污泥收集起来，进入污泥浓缩区的泥斗中。
3.2.4工艺比选
综合各种药剂混合、反应、沉淀等工艺的优缺点，对比如下表：
项目
传统反应沉淀池
高效沉淀池
絮凝反应时间
15～25min
8～12min
沉淀区液面负荷
5～9m3/（m2·h）
15～20m3/（m2·h）
占地面积
比传统工艺节约约1/3
药剂量
比传统工艺节约约30%
排泥水含水量
99%以上
97～98%
处理效能
一般
高
综合上述的对比，高效沉淀池相对于传统的工艺，不论是从处理效果、占地面积、投资、运行费用、以及排泥水的处理等等方面都有较大的优势，因此在本项目预处理单元的工艺选择上选用高效沉淀池。
原则流程
注：
图中虚线部分不在本方案设计范围之内
工艺说明
原水在混合池与混凝投加装置投加的混凝剂均匀混合、快速反应后进入絮凝区进行絮凝反应，并投加助凝剂以加速絮凝体的生成，进入后续澄清区澄清，除去水中主要悬浮物。
高效沉淀池排泥水送入厂区污泥处理系统或排放，本方案中不作考虑。
第四章工艺单元设计
主要工艺构（建）筑物、处理设备
4.1.1加药系统
（1）絮凝剂投加系统
药剂的投加种类及具体投加量需要根据实际进出水水质，在现场通过烧杯试验确定，本工程中所列出的投加种类及投加量是根据我公司类似项目工程经验得出的参考值。
暂定混凝剂采用投加聚合氯化铝。
投加量10～20mg/L，投加浓度10%（重量比），采用隔膜式压力计量泵投加。
具体加药量和投加浓度由现场运转部门根据进水水质参数、水量及出水水质参数经实验确定。
配套设备参数：
溶液桶：
W1=1000L
材质：
PE
数量：
2只，循环使用，一天配置二次；
电动搅拌装置：
溶解桶：
W2=300L
材质：
PE
数量：
1只
电动搅拌装置：
加药计量泵
流量：
42L/h
压力：
配套电机功率：
数量：
2台（1用1备）
采用湿式投加，药剂在溶液池内经过溶解、搅拌均匀后配置成一定浓度的药液，采用压力计量泵投加到混合池内。
（2）PAM投加系统
由于PAM溶解性不佳，PAM制备采用自动溶液制备装置，PAM投加点为高效沉淀池絮凝区内，投加浓度为%，投加量分别为~1mg/L。
则自动溶液制备装置设计参数为投加量500L/h，数量为1套。
计量泵：
流量：
150L/h
压力：
电机功率：
数量：
2台（1用1备）。
4.1.2高效沉淀池
高效沉淀池，采用钢制设备。
共1座，处理能力Q＝150m
/h，设计参数如下：
设备配置：
数量：
1座
尺寸：
××
絮凝反应装置：
数量：
1套
材质：
不锈钢
絮凝搅拌机：
数量：
1套
材质：
水下不锈钢
中心传动污泥浓缩机（含驱动头、拉杆、刮板等）：
数量：
1套
材质：
水下不锈钢
刮臂直径：
φ4300mm
电机功率：
斜管：
内切圆直径：
d=80mm
长度：
安装倾角：
60o
数量：
1套
螺杆泵
流量：
10m3/h
扬程：
20m
功率：
数量：
3台（2用1备），其中两台采用变频控制
电磁流量计：
规格：
DN250
数量：
1台
污泥界面分析仪：
参数：
0~6m，4~20mA
数量：
1台
管材及防腐、防渗措施
4.2.1管材
工艺管道主要采用经防腐处理的焊接钢管，使用寿命长。
各种管道的管径根据工艺计算而定。
4.2.2防腐措施
（1）小口径管道（管径≤DN150mm）以下均采用焊接钢管；
（2）中口径管道（管径＞DN150mm）以上采用螺旋焊接钢管；
（3）大口径管道（管径≥DN500mm）以上采用钢板卷焊管；
（4）其他易腐蚀的材质采用涂二道环氧煤沥青以加强防腐。
第五章电气设计
设计依据
《通用用电设备配电设计规范》（）
《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）
《低压配电设计规范》（GB50054-2011）
《10KV及以下变电所设计规范》（GB50053-94）
《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）
《建筑防雷设计规范》（GB50057-2010）
《工业企业照明设计标准》（GB50034-2004）
工艺提交的设备表、工艺流程及平面布置图
甲方提供的相关资料
设计范围
本工程电气设计包括以下内容：
用电设备供电及控制系统设计；
防雷和电气系统接地设计；
电线电缆敷设设计。
电动装置控制要求
（1）建设方提供一路380V（3P+N+PE）电源送至其MCC的电源进线开关端头，本系统无备用电源；
（2）电动蝶阀和电动球阀设有手动轮和电动开关两种操作装置；
（3）电动蝶阀的防护等级为IP54以上。
绝缘等级均为F级，并以B级温升考核。
第六章自动化系统及仪表
设计依据
《自动化仪表选型设计规定》（HGT20507-2000）
《仪表配管、配线设计规定》（HGT20512-2000）
《仪表系统接地设计规定》（HGT20513-2000）
《控制室设计规定》（HGT20508-2000）
《仪表供电设计规定》（HGT20509-2000）
《分散型控制系统工程设计规定》（HG/T20573-2010）
防雷、接地
各建筑物的屋面均设置避雷带，并引下与各自基础焊接，再将所有基础用接地扁钢连为一体。
各电气设备应进行保护接地，接地电阻要求不大于4Ω。
自控要求
系统采用可编程控制装置（PLC）控制，运行人员通过所供控制盘及触摸屏对过滤系统内所有被控对象进行监控，包括启、停控制，设备状态和主要工艺参数监控，设备的就地/远程切换等。
工艺设备的联锁保护将由PLC完成。
第七章建筑结构设计
设计依据
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
建筑装修
内外墙中等装修，门窗采用铝合金门窗。
抗震等级
本工程所有建筑物抗震设防等级为七度，结构抗震等级为三级。
耐火等级
本工程耐火等级为二级。
地基处理
本工程地基设计承载力fak≥100Kpa，经地质勘察后，若地基承载力与设计要求有异，需经地基处理加固以满足设计要求。
第八章环境保护、节能与劳动卫生
环境保护
水处理设施的运行对周围环境带来一些次生的影响，针对主要污染源和污染物，采取相应的措施。
噪音污染
噪声主要来源为工作泵，采取以下降噪措施：
声距减噪：
增大声源与临近建筑物的间距；
隔音减噪：
对设备间的隔墙和门、窗进行隔音处理；
减震减噪：
在设备与管路连接处加设减震垫或柔性接头；
绿化减噪：
厂区绿化，密植林带。
节能措施
总体布置上，充分考虑工程选址，以降低管道的埋深和输送距离，降低水泵扬程，最大限度地节约能源。
选用高效节能设备。
劳动安全卫生措施
（1）生产构筑物均设操作行走平台、走道板、安全护栏和扶梯；
（2）对室外变电所和厂区内较高的构筑物均设置防雷装置；
（3）动力电源，采用双路电源以保证安全用电；
（4）电器设备的布置留有足够的安全操作距离，做好接地保护；
（5）对不同电压等级的电气设备设置标准的安全标志和保护网；
（6）厂区加强绿化，保持清洁卫生条件，创造良好的工作环境。
第九章设备（构筑物）材料
序
名称
规格型号
主体材质
数量
备注
一
主要设备材料
1
高效沉淀池
高效池本体
1套
絮凝搅拌机
N=
不锈钢
1台
絮凝反应装置
不锈钢
1套
污泥浓缩机
Φ4300mmN=
不锈钢
1台
螺杆泵
Q=10m3/hH=20mN=
3台
2台变频控制
斜管
Φ80L=
PP
1套
斜管支撑
碳钢防腐
1套
三角堰集水槽
××
不锈钢
4副
电磁流量计
DN250
1台
污泥界面分析仪
0～6m4～20mA
1台
管路阀及附件
配套套
2
加药系统
管道混合器
DN250
1台
PAC溶解桶
300L
1只
PAC溶液桶
1000L
2只
溶解桶搅拌机
1台
溶液桶搅拌机
2台
PAC加药计量泵
Q=42L/hN=
塑料
2台
1用1备
PAM加药计量泵
Q=150L/hN=
塑料
2台
1用1备
自动泡药机
500L/hN=
不锈钢
1台
管路阀及附件
1套
3
电气及自控
1套
4
设备安装调试费
5
运输费
6
小计
第十章运行成本分析
序号
设备名称
电耗/药剂
单位费用
日运行时间/药剂量
日费用（元）
1
絮凝剂（PAC）
以10mg/L计
元/kg
36kg
2
助凝剂（PAM）
以L计
30元/kg
3
PAC计量泵
×1
元/度
24h
4
PAM计量泵
×1
元/度
24h
5
泡药机
×1
元/度
24h
6
溶解池搅拌机
×2
元/度
1h
7
溶液池搅拌机
×1
元/度
12h
8
絮凝搅拌机
×1
元/度
24h
9
中心传动刮泥机
×1
元/度
24h
10
螺杆泵
×2
元/度
24h
11
小计
吨水平均运行费用=日费用/水量=3600=元。
注：
此运行费用仅为电费和药剂费费用，电费及药剂费单价仅供参考，实际价格根据当地实际情况计。
第十一章质量及售后服务承诺
（1）本方案提供整套工程的设计、安装、调试及操作人员培训等服务；
（2）全面保证调试后出水水质达到投资方规定的要求；
（3）全面保证配套设备质量的品质；
（4）对整体设备，供货后壹年内为免费质保期，并实行终身服务；
（5）运行过程中若发现问题，在接到通知后24小时赶到现场解决；
（6）本公司为用户提供设计施工图纸，并且负责技术培训及提供操作资料。
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