知識不僅是指課本的內容,還包括社會經驗、文明文化、時代精神等整體要素,才有競爭力,知識是新時代的資本,五六十年代人靠勤勞可以成事；今天的香港要搶知識,要以知識取勝本科生畢業設計（論文）開題報告題 目： F市某自來水廠初步設計 學 科 部： 理工學科部 專 業： 給水排水工程 班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 填表日期： 年 月 日目錄1、選題的依據及意義21.1選題依據21.2選題意義22、國內外研究現狀及發展趨勢（含文獻綜述）22.1國內發展現狀分析32.2國外發展現狀分析43、本課題研究內容63.1設計原始資料63.1.1城市概況63.1.2設計的原始資料63.2畢業設計圖紙內容、張數及要求73.3畢業設計計算書、實物內容及要求73.3.1設計計算書內容73.3.2設計計算書要求74、本課題研究方案74.1設計原理74.2水廠工藝流程選擇84.3 處理構筑物的選擇84.3.1混凝工藝選擇84.3.2 混合工藝104.3.3 絮凝池形式的選擇104.3.4 沉淀工藝114.3.5 過濾工藝124.3.6 消毒工藝134.4給水處理廠工藝流程的確定135、研究目標、主要特色及工作進度155.1畢業設計進度計劃155.2預期成果156、參考文獻151、選題的依據及意義1.1選題依據水是人類生活和生產活動中不可缺少的物質資源水資源供應問題可能已經成為二十一世紀許多國家經濟可持續發展的最大障礙快速的城市化和經濟的增長已經給可供應的水資源-包括地表水和地下水帶來了嚴峻的考驗農業、工業和城市的水資源使用者們都在為日益匱乏的、甚至經常被污染的水資源的供應而競爭因此許多國家正在尋求更好地管理現有供水系統（以及提供水資源的流域）的途徑水資源不再被認為是能夠一直滿足人類（和生態）需求的、取之不竭的自然的恩賜1.2選題意義自來水生產是生活中最重要的方面供水、給水工程是建設現代化不可或缺的首要條件是經濟社會發展不可替代的基礎支撐是生態環境改善不可分割的保障系統但目前我國供水、給水工程現狀與經濟社會可持續發展要求還不相適應突出表現為：水資源短缺且利用效率不高供求矛盾比較突出；供水、給水工程工程體系建設不夠完善抗御水旱災害能力較低；農田水利基礎設施老化旱澇保收田比例偏低；民生水利建設滯后農村飲水不安全人口較多；流域生態較為脆弱水土流失尚未得到有效控制當前我國正處于全面推進建設全面小康社會關鍵時期供水、給水工程在保糧食、穩經濟、促發展、惠民生中的支撐作用極其重要基礎性、公益性和戰略性地位日益凸顯必須把加快水工業改革發展擺上更加突出的位置切實強化水文工作推動供水、給水工程實現跨越式發展在國家加大投入高度重視環保的今天作為重要基礎建設的自來水生產、供水工程必將先期躍上臺階為城市發展提供首要保障自來水生產、供水工程的實施將是一項真正利國利民的偉大工程它對合理開發、利用、節約和保護水資源對改善城市生態環境、防治水害、防治水污染對協調好生活、生產經營和生態環境用水實現水資源的可持續利用對發揮水資源的多種功能以及適應國民經濟和社會發展的需要有著極其重要的現實意義2、國內外研究現狀及發展趨勢（含文獻綜述）2.1國內發展現狀分析建國以來特別是改革開放三十多年來我國城市供水發展迅速供水能力大幅度增長設施水平顯著提高.八五時期以后供水固定資產投資額平均年遞增18.2新的供水項目不斷建成投產在經歷了整個20世紀80年代和90年代初期的緊張狀況后城市供水能力和設施水平顯著提高我國城市供水能力大幅提高與新中國成立初期相比全國城市供水綜合生產能力增長了115倍用水人口增長了34倍目前城市供水普及率達97以上人均日用水量220.2L鄉鎮供水呈現良好的發展勢頭.中國有4萬多個鄉鎮鄉鎮人口約2億.這些鄉鎮大多是當地農村的政治、經濟和文化中心.60年來在各方努力下中國的農村飲水、鄉鎮供水事業取得了長足發展帶來了巨大的經濟效益、社會效益和環境效益.截至2011年底全國已建成各類鄉鎮供水工程4.8萬處日供水能力達到6000多萬t解決和改善了1.5億城鄉人口和大量企事業單位的生產生活用水有力地促進了農村經濟的發展和小城鎮建設但存在的問題依然嚴重首先城市水資源缺乏我國是水資源貧乏的國家人均淡水資源僅為世界平均水平的1/4水資源分布的不均衡、降水量的不平衡以及水體污染嚴重等因素更加劇了水資源的匱乏我國城市水資源短缺矛盾十分突出.據統計全國669個城市中有400多個城市供水不足其中有110個城市嚴重缺水日缺水量1600萬m3年缺水量約60億m3平均每年因缺水影響工業產值2000多億元.北方一些城市由于嚴重缺水已經影響到經濟社會發展和居民正常生活.與此同時用水不合理、嚴重浪費的現象普遍存在.我國萬元GDP的用水量約是美國的8倍萬元工業產值耗水量是美國的510倍. 其次鄉鎮供水能力不足隨著農村經濟發展、產業結構調整和人民生活水平的提高水的供需矛盾日益突出.不少鄉鎮由于缺乏統一的供水設施或供水不足制約了當地經濟和社會的發展.全國有相當一部分鄉鎮人口飲用不符合衛生標準的水直接影響人口素質和健康水平的提高. 最后水質不能完全滿足飲用水要求、供水企業體制改革相對滯后、管理粗放目前我國污水處理率低水污染嚴重供水水源質量差.據統計90以上城市水體水質劣于類50的城市供水水源地達不到飲用水標準南方城市水質型缺水超過60.同時自來水水質指標在檢測指標數量和指標數值方面與發達國家還有相當的差距管網二次污染嚴重根據中國可持續發展水資源戰略研究報告隨著人口增長、城市化發展和經濟發展到2030年國民經濟需水量將達到7100億m3農村生活需水量達到310億m3.根據有關部門測算在充分考慮節水的前提下到2030年城市工業用水將從現在的370多億m3增加到660億m3城市生活用水從現在的260億m3增加到660億m3；屆時全國城市用水總量將達到1320億m3比現在將近增加700億m3.因此中國供水產業市場發展空間十分廣闊2.2國外發展現狀分析世界范圍來看各國的城鄉供水狀況差別很大約占世界人口三分之一的國家和地區擁有完善的飲用水供給系統有三分之一的國家和地區供水系統不完善其余的三分之一則沒有供水設施由于城鄉供水設施與人類健康休戚相關因此國際上都將城市供水普及率和人均日用水量作為衡量人民生活水平和城市現代化的兩項如今美國人均日用水量約為150至200加侖（包括商業用水）家庭人均日用水量約為60加侖平均全國日用水量達370多億加侖其中大部分由公共供水設施進行處理1800年美國只有16個供水系統其中大部分在最初建造時只是為了消防或滌塵很少有人考慮生活用水這些系統大多位于新英格蘭或分布于大西洋沿海地區的一些較大城市中直到1850年居民區供水系統的數目已增至83個在這些系統中除了用沉淀池對渾濁度做一些基本控制外沒有一個配置其他的凈化工藝然而1900年前后的這一時期被稱為公用供水的新時代這主要是水處理工藝開始提供更優質的水和更方便的用戶服務而這正是私人供水設施如水井和水池所不能比擬的在1880年僅有600個供水系統可在1897年已出現了近3350個公用供水系統其中1400個是在1891-1897幾年間建造的到了1950年公用供水系統已趨于成熟早些年間的憂慮和驚恐已隨著處理技術的出現而消失而且從1900-1950這50年間公用供水系統的成就顯而易見1950年美國城市供水系統已超過17000個采用絮凝快速過濾和加氯消毒方法的水處理工藝已將公用供水系統的作用從消防和滌塵的概念轉變為價值達數百萬美元的產業美國供水領域過去二百年間的技術進步在整個公用供水史上也許一直是最重要的水傳播疾病幾近消失較為廉價的飲用水供應充足從而給該產業帶來一個獨特的問題-普通用戶對公用供水系統視若當然為提供更多更好的水需要新的科學研究和技術這可能是十分昂貴的 雖然供水行業是美國最古老的產業之一且就容量而言他是全美單一商品的最大供應者但是他卻面臨著其他好幾個方面的憂慮水質問題正在美國許多地區出現國內受到重金屬污染的新聞報道在報端層出不跌對氯易產生耐藥性的病毒生物體使用目前所采用的消毒工藝不起作用從而對健康產生嚴重危害目前很多居民區的設施根本無法應對工業及交通意外泄露造成的污染由于管理不善和監督不力交叉連接和潛在倒流繼續空繞著供水系統盡管有這些干擾供水領域總的來說似乎有信心去克服這些難題并迎接未來的挑戰借助科研手段技術進步和艱苦不懈的努力供水行業的人們正表現出美國人著稱于世的勇氣和決心；而且他們自信能繼續提供可為美國公民所享用的最優質的水目前給水凈化過程中關鍵問題是常規凈化工藝不能去除不可降解的有機物這些物質通過常規的加氯消毒后反而會提高有機物的毒性對人有潛在的致癌性這一問題引起各國的關注從70年代后期起聯邦德國法國等的水廠中改進了給凈花工藝采用一種新的飲用水凈化工藝-生物活性炭法該法包括臭氧化和活性炭吸附兩個步驟能使有機物分解 化為水和二氧化碳這種方法已在歐州普遍采用效果良好 近十余年來為了提高飲用水水質國外發展使用了凈水器原因有二一是因為現在的城市給水設施雖然供應飲用水但只能達到一般的標準沒有去除微污染物 為了提高飲用水水質減輕潛在危險特別是在直接飲用生水的地方很適合使用家用凈水器；二是因為盡管在給水設施發達的國家總還有公共給水系統供應不到的地方如村鎮、旅游點等使用小型凈水器比較合理當前各國供水規模日益擴大供水系統日益復雜 城市供水系統自動化已經經歷了一步化、儀表化、巡檢機等發展階段 隨著系統工程和控制理論、特別是計算機技術的發展供水系統自動化步人了采用計算機的新階段供水系統自動化控制已向多級分散集中控制系統發展城市供水系統優化控制分兩個部分城市供水廠的工藝過程優化控制和城市配水系統的優化調度3、本課題研究內容3.1設計原始資料3.1.1城市概況F市位于中國東南沿海北部屬于亞熱帶季風性氣候地形復雜多樣西部屬丘陵區東部屬平原區地勢低平河網密布全市土地面積約16596平方公里人口約870萬3.1.2設計的原始資料（1）設計規模：15萬m3/d（2）水源-F河有關資料水質細菌總數：6000 個/mL；總大腸菌群：未檢出；色度：8度；渾濁度：10100NTU；臭和味：無；肉眼可見物：無；PH值：7.8；總硬度：430mg/L；鐵：0.19mg/L；錳：0.01mg/L；硝酸鹽：6.4mg/L；耗氧量：0.8mg/L；溶解性總固體：146.0mg/L水位：最高水位360.69m最低水位357.69m水溫：0-22取水點距廠區距離：800m（3）氣象資料主導風向：西南風氣溫最高氣溫：39；最低氣溫：-10；年平均氣溫：21（4）出廠水要求水質：符合生活飲用水衛生標準GB5749-2006二級泵房出水揚程：59m（5）廠區資料：占地面積：270m220m地面標高：平均地面標高363.49m3.2畢業設計圖紙內容、張數及要求1、自來水廠總平面布置圖（A11張）2、自來水廠給水管線圖（A11張）3、自來水廠排水管線圖（A11張）4、自來水廠工藝流程圖（A21張）5、自來水廠高程布置圖（A21張）6、取水構筑物平剖面圖（A21張）7、凈水構筑物平剖面圖（A22張）8、二級泵房平剖面圖（A21張）3.3畢業設計計算書、實物內容及要求3.3.1設計計算書內容1、取水構筑物設計計算2、凈水構筑物設計計算3、二級泵房設計計算4、水廠的高程設計計算3.3.2設計計算書要求對單體的計算可按下列順序編制計算書： 計算依據重要的基礎數據有關的規范規定可列在一個表格內以引起注意 計算方法列出主要的計算公式說明重要的參數的選取依據 計算過程列出重要的計算步驟 計算結果列出重要的計算結果 計算圖4、本課題研究方案4.1設計原理 水處理構筑物的生產能力應以最高日供水量加水廠自用水量進行設計并按原水水質最不利情況進行校核水廠自用水量取決于所采用的處理方法、構筑物類型及原水水質等因素城鎮水廠自用水量一般采用供水量的5%-10%必要時可通過計算確定 水廠應按近期設計并考慮遠期發展根據使用要求及技術經濟合理等因素對近期工程亦可做分期建設的可能安排對于擴建、改建工程應從實際出發充分發揮原有設施的效能并應考慮與原有構筑物的合理配合 水廠設計中應考慮各構筑物或設備進行檢修、清洗及部分停止工作時仍能滿足用水要求、主要設備應有備用量；處理構筑物一般不設備用量但可通過適當的技術措施在設計允許范圍內提高運行負荷 水廠自動化程度應本著提供水水質和供水可靠性降低能耗、藥耗提高科學管理水平和增加經濟效益的原則根據實際生產要求技術經濟合理性和設備供應情況妥善確定 設計中必須遵守設計規范的規定如果采用現行規范中尚未列入的新技術、新工藝、新設備和新材料則必須通過科學論證確證行之有效方可付諸工程實際但對與確實行之有效、經濟效益高、技術先進的新工藝、新設備和新材料應積極采用不必受現行設計規范的約束4.2水廠工藝流程選擇 給水處理方法和工藝流程的選擇應根據原水水質及設計生產能力等因素通過調查研究必要的實驗并參考相似條件下處理構筑物的運行經驗經技術經濟比較后確定由于水源不同水質各異飲用水處理系統的組成和工藝流程有多種多樣 以地表水作為水源時處理工藝流程中通常包括混合、絮凝、沉淀或澄清、過濾及消毒工藝流程如圖： 源水混凝劑投入混合絮凝沉淀過濾消毒清水池二級泵站用戶 4.3 處理構筑物的選擇4.3.1混凝工藝選擇4.3.1.1 混凝劑的選擇與投加 硫酸亞鐵 .7絮體形成較快沉淀時間短；使用于堿度高、濁度高PH=8.1-9.6混凝作用好但原水色度較高時不宜采用；當PH較低時常用氯氧化物使鐵氧化成三價腐蝕性較高 粗制硫酸鋁 .18 制造工藝簡單價格低；設計時含無水硫酸鋁一般可采用20%-25%；含有20%-30%不溶物其他同精制硫酸鋁 精制硫酸鋁 .18 制造工藝復雜水解作用緩慢；含無水硫酸鋁50%-52%；適用于水溫為20-40當PH=4-7時主要去除有機物；PH=5.7-7.8時主要去除懸浮物；PH=6.4-7.8時處理濁度高色度低（小于30度）的水 三氯化鐵 .6 不受水溫影響絮體大沉淀速度快效果好易溶解易混合渣少對屬（尤其對鐵）腐蝕性大對混凝土亦腐蝕對塑料會因發熱而引起變形原水PH=6.0-8.4之間為宜當原水堿度不足時應加適量石灰；處理低濁水時效果不顯著 聚合氯化鋁 簡稱PAC凈化效率高用藥量少出水濁度低過濾性能好原水濁度高時尤為顯著溫度適應性高PH值使用范圍寬（PH=5-9）因而可調PH值操作方便腐蝕性小勞動條件好成本低 聚丙烯酰胺 又名三號絮凝劑簡寫PAM 處理高濁度水池效果顯著既可保證水質又可減少混凝劑用量和沉淀池容積目前被認為是處理高濁水最有效的絮凝劑之一適當水解后效果提高常與其他混凝劑配合使用或作助凝劑其單體丙烯酰胺有毒用于飲用水凈化應控制用量4.3.1.2混凝劑投加方式選擇 水泵投加采用計量泵投加不需另設計量設備 水射器投加采用水射器投加設備簡單使用方便但水射器效率較低且易磨損 重力投加將溶液池架高利用重力將藥液投入水泵壓水管或混合設施入口處這種投加方式安全可靠但溶液池位置較高結合上述優缺點采用計量泵投加混凝劑綜上所述PAM等有機高分子混凝劑有毒性不易控制用量由于在投混凝劑前加液氯進行預處理如用硫酸亞鐵作混凝劑易被氧化成三價鐵本設計采用聚合氯化鋁混凝劑無機高分子混凝劑操作方便腐蝕性小勞動條件好成本低凈化效率高用藥量少溫度適用性高采用計量泵投加因為其使用方便操作簡單工作可靠廣泛應用于加藥系統即混凝劑采用聚合氯化鋁PAC計量泵投加 4.3.2 混合工藝混合的主要作用是讓藥劑迅速而均勻地擴散到水中使其水解產物與原水中的膠體顆粒充分作用完成脫體脫穩以便進一步去除對混合的基本要求是快速與均勻一般混合時間10-30s混合方式基本分為兩大類：水力混合和機械混合水力混合簡單但不能適應流量的變化機械混合可進行調節能適應各種流量的變化具體采用何種混合方式應根據凈水工藝布置、水質、水量、投加藥劑品種及數量以及維修條件等因素確定 機械混合 優點：混合效果好且不受水量變化影響適用于各種規格的水廠 缺點：需增加混合設備和維修工作 水泵混合 優點：混合效果好不需增加混合設施節省動力 缺點：使用腐蝕性藥劑時對水泵有腐蝕作用 管式混合 優點：混合簡單無需建混合設施 缺點：當混合效果不穩定流速低時混合不充分 靜態混合器 優點：構造簡單無運動部件安裝方便混合快速均勻缺點：當流量降低時混合效果下降綜上所述因為水廠水量變化不大以整體經濟效益而言是最具有優勢的本計采用管式靜態混合器 4.3.3 絮凝池形式的選擇絮凝池形式的選擇和絮凝時間的采用應根據原水水質情況和相似條件下的運行經驗或通過試驗確定 隔板式絮凝池 優點：絮凝效果好構造簡單施工方便 缺點：容積較大水頭損失較大轉折處礬花易破碎 適用條件：大、中型的水廠水量變動小者 旋流式絮凝池 優點：容積小水頭損失較小 缺點：池子較深地下水位高處施工較困難絮凝效果較差 適用條件：一般用于中小型水廠 折板絮凝池優點：絮凝效果好絮凝時間短容積較小缺點：構造較隔板絮凝池復雜造價較高適用條件：流量變化較小的中小型水廠 渦流式絮凝池優點：絮凝時間短容積小造價較低缺點：池子較深錐底施工較困難絮凝效果較差適用條件：水量小于3萬噸立方米/d的水廠 網格、柵條絮凝池優點：絮凝池效果好水頭損失小凝聚時間短缺點：末端池底易積泥綜上所述由于水廠水量變化大屬于大中型水廠等故采用隔板式絮凝池4.3.4 沉淀工藝選擇沉淀池類型時應根據原水水質、設計生產能力、處理后水質要求并考慮原水水濕變化、處理水量均勻程度以及是否連續運轉等因素結合當地條件通過技術經濟比較確定沉淀池的個數或能夠單獨排空的分格數不宜少于2個經過混凝沉淀的水在進入濾池前的渾濁度一般不宜超過10度遇高濁度原水或低濕低濁度原水時不宜超過15度設計沉淀池時需要考慮均勻配水和均勻集水沉淀池積泥區的容積應根據進出水的懸浮物含量、處理水量、排泥周期和濃度等因素通過計算確定當沉淀池排泥次數較多時宜采用機械化或自動化排泥裝置應設取樣裝置 平流式沉淀池 優點：造價較低操作管理方便施工較簡單；對原水濁度適應性強處理效果穩定采用機械排泥設施時排泥效果好缺點：采用機械排泥設施時需要維護機械排泥設備；占地面積大水力排泥時排泥困難適用條件：一般適用于大中型水廠 斜管（板）沉淀池優點：沉淀效率高池體小占地小缺點：斜管（板）耗材多對原水濁度適應性較平流池差；不設排泥裝置時排泥困難設排泥裝置時維護管理麻煩適用條件：尤其適用于沉淀池改造擴建和挖潛結合優缺點本設計處理水量為15萬立方米/d屬于大中型水廠故采用平流式沉淀池4.3.5 過濾工藝供生活飲用水的濾池出水水質經消毒后應符合現行生活飲用水衛生標準的要求；供生產用水的過濾池出水水質應符合生產工藝要求；濾池形式的選擇應根據設計生產能力、原水水質和工藝流程的高程布置等因素結合當地條件通過技術經濟比較確定虹吸濾池優點：不需大型閥門易于自動化操作管理方便 缺點：土建結構復雜池深大單池面積小沖洗水量大；等速過濾水質不如變速過濾 適用條件：適用于中型水廠單池面積不宜大于25-30 V型濾池 優點：采用氣水反沖洗有表面橫向掃洗作用沖洗效果好節水；配水系統一般采用長柄濾頭沖洗過程自動控制缺點：采用均質濾料濾層較厚濾料較粗過濾周期長 適用條件：適用于大中型水廠 普通快濾池 優點：有成熟的運轉經驗運行穩妥可靠采用用砂濾料材料易得價格便宜采用大阻力配水系統單池面積可做的較大池深較淺可采用降速過濾水質較好缺點：閥門多價格高易損壞需設有全套沖洗設備適用條件：一般用于大中水廠單池面積不宜大于100綜上所述V型濾池適用于大中型水廠且沖洗效果好節水運行可靠穩妥本設計采用V型濾池4.3.6 消毒工藝 液氯消毒優點：經濟有效使用方便PH值越低消毒作用越強在管網內有持續消毒殺菌作用缺點：氯和有機物反映可生成對健康有害的物質臭氧消毒優點：殺菌能力很高消毒速度快效率高不影響水的物理性質和化學成分操作簡單管理方便缺點：不能解決管網再污染的問題成本高 二氧化氯消毒優點：對細菌、病毒等有很強的滅活能力能有效地去除或降低水的色、嗅及鐵錳、酚等物質缺點：ClO2本身和副產物ClO2-對人體血紅細胞有損害 漂白粉消毒優點：持續消毒殺菌缺點：漂白粉不穩定有效氯的含量只有其20%-25%綜合上述優缺點鑒于液氯消毒目前使用最為廣泛經濟有效使用方便所以本設計采用液氯消毒4.4給水處理廠工藝流程的確定通過以上各種工藝的比較及目前技術方面的要求水廠采用如圖1所示的工藝流程通過對主要處理構筑物的分析比較從中制定出水廠處理工藝流程如圖2所示 投加消毒劑 一級泵站配水井絮凝沉淀過濾清水池二級泵站 投加混凝劑圖1 水廠處理工藝流程一級泵站 配水井 管式靜態混合器投加混凝劑（硫酸鋁）隔板絮凝池平流沉淀池V型濾池 投加消毒劑（液氯）清水池吸水井二級泵站圖2 水廠處理工藝流程框圖（構筑物）5、研究目標、主要特色及工作進度5.1畢業設計進度計劃序號各階段工作內容起訖日期備 注1下達設計任務書借閱相關資料第1周2工藝流程的確定第2周3取水構筑物、二級泵房的設計計算第3周4凈水構筑物的設計計算第4、5周5水廠總平面布置圖、水廠給水管線圖、水廠排水管線圖的繪制第6周6工藝流程圖、水廠高程布置圖的繪制第7周7取水構筑物平剖面圖、二級泵房平剖面圖的繪制第8周8凈水構筑物平剖面圖的繪制第9周9設計說明書、設計計算書的編寫第10周10出圖、校核第11周11 整理第12周5.2預期成果 通過此次畢業設計熟悉并掌握給水工程的設計內容、原理、方法和步驟學會根據設計原