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水处理基本方法原理概述
- 2017/6/27 9:18:11
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摘要:本文概要介绍了水处理设计的一般应遵循的方法和原理包括过滤、沉淀和消毒等基本工艺过程
水处理概述
9.1 一般规定
9.1.1 水处理工艺流程的选用及主要构筑物的组成，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，经过调查研究以及不同工艺组合的试验或参照相似条件下已有水厂的运行经验，结合当地操作管理条件，通过技术经济比较综合研究确定。
9.1.2 水处理构筑物的设计生产能力，应按最高日供水量加水厂自用水量确定，必要时还应包括消防补充水量。
城镇水厂的自用水量应根据原水水质、所采用的处理工艺和构筑物类型等因素通过计算确定。城镇水厂的自用水率一般可采用设计水量的5％～10％。
注：当滤池反冲洗水采取回用时，自用水率可适当减小。
9.1.3 水处理构筑物的设计参数必要时应按原水水质最不利情况(如沙峰、低温、低浊等)下所需最大供水量进行校核。
9.1.4 设计城镇水厂时，应考虑任一构筑物或设备进行检修、清洗而停运时仍能满足当时的供水要求。
9.1.5 净水构筑物应根据需要设置排泥管、排空管、溢流管或压力冲洗设施等。
9.1.6 城镇水厂应根据当地环保的要求，对排泥水进行妥善处理和处置。
9.1.7 当滤池反冲洗水回用时，要避免有害物质和病原微生物等积聚的影响，必要时可采取适当处理后回用。
9.2 预 处 理
9.2.1原水的含沙量或色度、有机物、致突变前体物等含量较高、嗅味明显以及为改善凝聚效果可在常规处理前增设预处理。
9.2.2 当原水含沙量高时，宜采取预沉措施。在有天然地形可以利用时，也可采取蓄水措施，以供沙峰期间取用。
9.2.3 预沉方式的选择，应根据原水含沙量及其组成、沙峰持续时间、排泥要求、处理水量和水质要求等因素，结合地形条件采用沉沙、自然沉淀或凝聚沉淀。
9.2.4 预沉池的设计数据，应通过原水沉淀试验或参照类似水厂的运行经验确定。
9.2.5 预沉池一般可按照沙峰持续时间内原水日平均含沙量设计。当原水含沙量超过设计值期间，应考虑调整凝聚剂投加或采取其它措施的可能。
9.2.6 预沉池应采用机械排泥。
9.2.7 生活饮用水原水的氨氮、臭阈值、有机微污染物、藻含量较高时，可采用生物预处理。生物预处理池的设计，应以原水试验的资料为依据。进行生物预处理的原水应具有较好的可生化性，且不含抑制生物处理的有害物质，水温宜高于5℃，
9.2.8 人工填料生物预处理池，宜设置曝气装置。
9.2.9 人工填料生物接触氧化池的水力停留时间宜为1～2h，曝气气水比宜为1:1～2:1。
9.2.10 颗粒填料生物滤池可为下向流或上向流。填料粒径宜为2~5mm, 填料厚度宜为2m，滤速宜为4～7m/h，曝气气水比宜为1:1。下向流池气水反冲洗强度宜为：水10～15L/s·m2，气10～20L/s·m2。
9.2.11 采用氯预氧化处理工艺时，加氯点和加氯量通过试验确定，应尽量减少消毒副产物的产生。
9.2.12 采用臭氧预氧化时，应符合本规范9.9相关条款的规定。
9.2.13 采用高锰酸钾预氧化时，应符合下列规定：
1 高锰酸钾一般宜在水厂取水口加入；如在水处理流程中投加，先于其它水处理药剂投加的时间不宜少于3min。经过高锰酸钾预氧化的水必须通过滤池过滤；
2 高锰酸钾预氧化的药剂用量应通过试验确定并应精确控制，用于去除有机微污染物、藻和控制嗅味的高锰酸钾投加量一般为0.5～2.5mg/L；
3 高锰酸钾的用量在15kg/d以上时可采用干投。湿投溶液浓度宜为4%。
9.2.14 原水在短时间内含较高浓度溶解性有机物、具有异嗅异味时，可采用粉末活性碳吸附。采用粉末活性炭吸附应符合下列规定：
1 粉末活性炭投加点宜根据水处理工艺流程综合考虑确定。一般宜加于原水中，经过与水混合、接触10～15min后，再投加凝聚剂或氯。
2 粉末活性炭的用量根据试验确定，一般为5～30mg/L。
3 湿投的粉末活性炭炭浆浓度可采用5～10%（按重量计）。
4 粉末活性炭的贮藏、输送和投加车间，应有防尘、集尘和防火设施。
9.3 混凝剂和助凝剂的投配
9.3.1 用于生活饮用水的混凝剂或助凝剂产品必须符合卫生部颁发的《生活饮用水化学处理剂卫生安全评价规范》的要求。
9.3.2 混凝剂和助凝剂品种的选择及其用量，应根据原水混凝沉淀试验结果或参照相似条件下的水厂运行经验等，经综合比较确定。
9.3.3 混凝剂的投配方式可采用湿投或干投。
当湿投时，混凝剂的溶解和稀释应按投加量的大小、混凝剂性质，选用水力、机械或压缩空气等稀释搅拌方式。
9.3.4 湿式投加混凝剂时，溶解次数应根据混凝剂投加量和配制条件等因素确定，一般每日不宜超过3次。
混凝剂投加量较大时，宜设皮带运输机或将固体溶解池设在地下。混凝剂投加量较小时，溶解池可兼作投药池。投药池应设备用池。
9.3.5 混凝剂投配的溶液浓度，可采用5%—20%（按固体重量计算）。
9.3.6 石灰应制成石灰乳投加。
9.3.7 投加混凝剂应设计量设备并采取稳定加注量的措施,一般采用计量泵加注。
9.3.8 混凝剂或助凝剂宜采用自动控制投加。
9.3.9 与混凝剂接触的池内壁、设备、管道和地坪，应根据混凝剂性质采取相应的防腐措施。
9.3.10 加药间应尽量设置在通风良好的地段。室内必须安置通风设备及具有保障工作人员卫生安全的劳动保护措施。
9.3.11 加药间宜靠近投药点。
9.3.12 加药间的地坪应有排水坡度。
9.3.13 药剂仓库及加药间应根据具体情况，设置计量工具和搬运设备。
9.3.14 混凝剂的固定储备量，应按当地供应、运输等条件确定，一般可按最大投加量的15d计算。其周转储备量应根据当地具体条件确定。
9.3.15 计算固体混凝剂和石灰贮藏仓库的面积时，其堆放高度一般当采用混凝剂时可为1.5～2.0m；当采用石灰时可为1.5m。
当采用机械搬运设备时，堆放高度可适当增加。
9.4 混凝、沉淀和澄清
(1) 一般规定
9.4.1 本节所指沉淀、澄清系指通过投加混凝剂后的混凝沉淀和澄清。
9.4.2 选择沉淀池或澄清池类型时，应根据原水水质、设计生产能力、处理后水质要求，并考虑原水水温变化、制水均匀程度以及是否连续运转等因素，结合当地条件通过技术经济比较确定。
9.4.3 沉淀池和澄清池的个数或能够单独排空的分格数不宜少于两个。
9.4.4 经过沉淀或澄清处理的水，在进入滤池前的浑浊度一般不宜超过5 NTU，遇高浊度原水或低温低浊度原水时，不宜超过10 NTU。
9.4.5 设计沉淀池和澄清池时应考虑均匀配水和集水。
9.4.6 沉淀池积泥区和澄清池沉泥浓缩室（斗）的容积，应根据进出水的悬浮物含量、处理水量、排泥周期和浓度等因素通过计算确定。
9.4.7 当沉淀池和澄清池规模较大或排泥次数较多时，宜采用机械化或自动化排泥装置。
9.4.8 澄清池应设取样装置。
（2） 混 合
9.4.9 混合设备的设计应根据所采用的混凝剂品种，使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合。
9.4.10 混合方式一般可采用机械混合或水力混合。
（3） 絮 凝
9.4.11 絮凝池宜与沉淀池合建。
9.4.12 絮凝池型式的选择和絮凝时间的采用，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。
9.4.13 设计隔板絮凝池时，应符合下列要求：
1 絮凝时间一般宜为20～30min；
2 絮凝池廊道的流速，应按由大到小的渐变流速进行设计，起端流速一般宜为0.5～0.6m/s，末端流速一般宜为0.2～0.3m/s；
3 隔板间净距一般宜大于0.5m。
9.4.14 设计机械絮凝池时，应符合下列要求：
1 絮凝时间一般宜为15～20min；
2 池内一般设3～4挡搅拌机；
3 搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；
4 池内宜设防止水体短流的设施。
9.4.15 设计折板絮凝池时，应符合下列要求：
1 絮凝时间一般宜为10～20min；
2 絮凝过程中的速度应逐段降低，分段数一般不宜少于三段，各段的流速可分别为：
第一段：0.25～0.35 m/s；
第二段：0.15～0.25 m/s；
第三段：0.10～0.15 m/s。
3 折板夹角采用90°～120°。
9.4.16 设计栅条（网格）絮凝池时，应符合下列要求：
1 絮凝池宜设计成多格竖流式；
2 絮凝时间一般宜为10～20min；
3 絮凝池竖井流速、过栅（过网）和过孔流速应逐段递减，分段数一般宜分三段，流速可分别为：
竖井平均流速：前段和中段0.14～0.12m/s，末段0.14～0.10m/s；
过栅（过网）流速：前段0.30～0.25m/s，中段0.25～0.22m/s；
竖井之间孔洞流速：前段0.30～0.20m/s，中段0.20～0.15m/s，末段0.14～0.10m/s。
4 絮凝池一般布置成2组或多组并联形式。
5 絮凝池内应有排泥设施。
注：用于低温低浊水时，絮凝时间可适当延长。
（4）平流沉淀池
9.4.17 平流沉淀池的沉淀时间，应根据原水水质、水温等，参照相似条件下的运行经验确定，一般宜为1.5～3.0h。
9.4.18 平流沉淀池的水平流速可采用10～25 mm/s，水流应避免过多转折。
9.4.19 平流沉淀池的有效水深，一般可采用3.0～3.5m。沉淀池的每格宽度（或导流墙间距），一般宜为3～8m，最大不超过15m，长度与宽度之比不得小于4；长度与深度之比不得小于10。
9.4.20 平流沉淀池宜采用穿孔墙配水和溢流堰集水，溢流率一般不超过500m3/m·d。
（5）异向流斜管（斜板）沉淀池
9.4.21 异向流斜管（斜板）沉淀池宜用于浑浊度长期低于1000 NTU的原水。
9.4.22 斜管（斜板）沉淀区液面负荷应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用5.0～9.0m3/ m 2·h。
9.4.23 斜管（斜板）设计一般可采用下列数据：斜管管径为30～40mm；斜板板距为80~100mm；斜长为1.0m；倾角为60°。
9.4.24 斜管（斜板）沉淀池的清水区保护高度一般不宜小于1.0米；底部配水区高度不宜小于1.5m。
（6） 侧向流斜板沉淀池
9.4.25 侧向流斜板沉淀池的设计应符合下列要求：
1 斜板沉淀区的设计颗粒沉降速度、液面负荷宜通过试验或参照相似条件下的水厂运行经验确定，一般设计颗粒沉降速度可采用0.16～0.3mm/s, 液面负荷可采用6.0～12m3/m2.h。低温低浊水宜采用下限值；
2 斜板板距一般宜采用80～100mm；
3 斜板倾斜角度宜采用60°；
4 单层斜板板长不宜大于1.0m。
（7） 机械搅拌澄清池
9.4.26 机械搅拌澄清池宜用于浑浊度长期低于5000 NTU的原水。
9.4.27 机械搅拌澄清池清水区的上升流速，应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用0.8～1.0mm/s。
9.4.28 水在机械搅拌澄清池中的总停留时间，可采用1.2～1.5h。
9.4.29 搅拌叶轮提升流量可为进水流量的3～5倍，叶轮直径可为第二絮凝室内径的70%～80%，并应设调整叶轮转速和开启度的装置。
9.4.30 机械搅拌澄清池是否设置机械刮泥装置，应根据池径大小、底坡大小、进水悬浮物含量及其颗粒组成等因素确定。
（8） 水力循环澄清池
9.4.31 水力循环澄清池宜用于浑浊度长期低于2000 NTU的原水，单池的生产能力一般不宜大于7500m3/d。
9.4.32 水力循环澄清池清水区的上升流速，应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用0.7～0.9mm/s。
9.4.33 水力循环澄清池导流筒（第二絮凝室）的有效高度，一般可采用3～4m。
9.4.34 水力循环澄清池的回流水量，可为进水流量的2～4倍。
9.4.35 水力循环澄清池斜壁与水平面的夹角不宜小于45°
（9）脉冲澄清池
9.4.36 脉冲澄清池宜用于浑浊度长期低于3000 NTU的原水。
9.4.37 脉冲澄清池清水区的上升流速，应按相似条件下的运行经验确定，一般可采用0.7～0.9mm/s。
9.4.38 脉冲周期可采用30～40s，充放时间比为3:1～4:1。
9.4.39 脉冲澄清池的悬浮层高度和清水区高度，可分别采用1.5～2.0m。
9.4.40 脉冲澄清池应采用穿孔管配水，上设人字形稳流板。
9.4.41 虹吸式脉冲澄清池的配水总管，应设排气装置。
（10）气浮池
9.4.42 气浮池一般宜用于浑浊度小于100 NTU及含有藻类等密度小的悬浮物质的原水。
9.4.43 接触室的上升流速，一般可采用10～20 mm/s，分离室的向下流速，一般可采用1.5～2.0 mm/s。
9.4.44 气浮池的单格宽度不宜超过10m；池长不宜超过15m；有效水深一般可采用2.0～2.5m。
9.4.45 溶气罐的压力及回流比，应根据原水气浮试验情况或参照相似条件下的运行经验确定，溶气压力一般可采用0.2～0.4MPa；回流比一般可采用5%～10%。
溶气释放器的型号及个数应根据单个释放器在选定压力下的出流量及作用范围确定。
9.4.46 压力溶气罐的总高度一般可采用3.0m，罐内需装填料，其高度一般宜为1.0～1.5m，罐的截面水力负荷可采用100～150m3/h·m2。
9.4.47 气浮池宜采用刮渣机排渣。刮渣机的行车速度一般不宜大于5m/min。
9.5 过 滤
(1) 一般规定
9.5.1 滤料应具有足够的机械强度和抗蚀性能，一般可采用石英砂、无烟煤和重质矿石等。
9.5.2 滤池型式的选择，应根据设计生产能力、运行管理要求、出水水质和净水构筑物高程布置等因素，结合厂址地形条件，通过技术经济比较确定。
9.5.3 滤池的分格数，应根据滤池型式、生产规模、操作运行和维护检修等条件通过技术经济比较确定，除无阀滤池和虹吸滤池外一般不得少于4格。
9.5.4 滤池的单格面积应根据滤池型式、生产规模、操作运行、滤后水收集及冲洗水分配的均匀性，通过技术经济比较确定。
9.5.5 滤料厚度(L)与有效粒径(d10)之比(L/d10值)：细砂及双层滤料过滤应大于1000；粗砂及三层滤料过滤应大于1250。
9.5.6 除滤池构造和运行时无法设置初滤水排放设施的滤池外，滤池宜设有初滤水排放设施。
(2) 滤速及滤料组成
9.5.7 滤池应按正常情况下的滤速设计，并以检修情况下的强制滤速校核。
注：正常情况系指水厂全部滤池均在进行工作；检修情况系指全部滤池中的一格或两格停运进行检修、冲洗或翻砂。
9.5.8 滤池滤速及滤料组成的选用，应根据进水水质、滤后水水质要求、滤池构造等因素，通过试验或参照相似条件下已有滤池的运行经验确定。一般宜按表9.5.8采用。
表9.5.8 滤池滤速及滤料组成
滤料种类 滤 料 组 成 正常滤速(m/h) 强制滤速(m/h)
粒径
(mm) 不均匀系数(k80) 厚度
(mm)
单层细砂
滤料 石英砂
d10＝0.55 <2.0 700 7～9 9～12
双层
滤料 无烟煤
d10＝0.85 <2.0 300～400 9～12 12～16
石英砂
d10＝0.55 <2.0 400
三层
滤料 无烟煤
d10＝0.90 <1.7 450 16～18 20～24
石英砂
d10＝0.5 <1.5 250
重质矿石
d10＝0.25 <1.7 70
均匀级配
粗砂滤料 石英砂
d10=0.9～1.2 <1.4 1200～
1500 8～10 10～12
注：滤料的相对密度为：石英砂2.6～2.65；无烟煤1.4～1.6；重质矿石4.7～5.0。
9.5.9 当滤池采用大阻力配水系统时，其承托层宜按表9.5.9采用。
表9.5.9 细砂级配滤料滤池承托层材料、粒径与厚度
层次(自上而下) 材 料 粒径(mm) 厚度(mm)
1 砾 石 2～4 100
2 砾 石 4～8 100
3 砾 石 8～16 100
4 砾 石 16～32 本层顶面应高出配水系统孔眼100
9.5.10 三层滤料滤池承托层宜按表9.5.10采用。
表9.5.10 三层滤料滤池承托层材料、粒径与厚度
层次(自上而下) 材 料 粒径(mm) 厚度(mm)
1 重质矿石 0.5～1 50
2 重质矿石 1～2 50
3 重质矿石 2～4 50
4 重质矿石 4～8 50
5 砾 石 8～16 100
6 砾 石 16～32 本层顶面应高出配水系统孔眼100
注：配水系统如用滤砖，其孔径小于等于4mm时，第6层可不设。
9.5.11 采用长柄头配水(气)系统时，承托层可采用粒径2～4mm粗砂，厚度为50mm～100mm。
(3) 配水、配气系统
9.5.12 滤池配水、配气系统，应根据滤池型式、冲洗方式、单格面积、配气配水的均匀性等因素考虑选用。采用单水冲洗时，可选用穿孔管、滤砖、滤头等配水系统；气水冲洗时，可选用长柄滤头、塑料滤砖、穿孔管等配水、配气系统。
9.5.13 大阻力穿孔管配水系统孔眼总面积与滤池面积之比为0.20%～0.28%；中阻力滤砖配水系统孔眼总面积与滤池面积之比为0.6%～0.8%；小阻力滤头配水系统缝隙总面积与滤池面积之比为1.25%～2.00%。
9.5.14 大阻力配水系统应按冲洗流量设计，并根据下列数据通过计算确定。
1 配水干管(渠)进口处的流速为1.0～1.5m/s；
2 配水支管进口处的流速为1.5～2.0m/s；
3 配水支管孔眼出口流速为5～6m/s。
干管(渠)顶上宜设排气管，排出口需在滤池水面以上。
9.5.15 长柄滤头配气配水系统应按冲洗气量、水量设计，并宜根据下列数据通过计算确定：
1 配气干管进口端流速为10～15m/s；
2 配气孔眼出口流速为10m/s左右；
3 配水干管进口端流速为1.5m/s左右。
4 配水孔眼出口流速为1～1.5m/s。
干管(渠)顶上宜设排气管，排出口需在滤池水位以上。
(4) 冲 洗
9.5.16 滤池冲洗方式的选择，应根据滤料层组成，配水配气系统型式，通过试验或参照相似条件下已有滤池的经验确定。一般宜按表9.5.16选用。
表9.5.16 冲洗方式和程序
滤 料 组 成 冲洗方式、程序
单层细砂级配滤料 (1) 水冲
(2) 气冲－水冲
单层粗砂均匀级配滤料 气冲－气水同时冲—水冲
双层煤、砂级配滤料 (1) 水冲
(2) 气冲－水冲