（一）净水工艺方案的内容

净水方案的主要内容包括：净水工艺流程选择，如要不要预沉池，采取何种反应池、滤池，是否需要除铁除锰、净水药剂（混凝剂、助凝剂等）的选择；净水构筑物和设备型式的选择和计算药剂配制与投加设备、混合设备、反应池、沉淀（澄清）、气浮池、滤池及反冲洗设施、消毒设备等；进行合理的工艺流程安排和组合，设置其他生产构筑物或设备（如配水井、流量计，余氯计量装置），在特殊情况下的处理流程与措施（如超越管的设置多处加药点的设置等）。

（二）确定净水工艺的依据

（1）水质情况。第一、究竟哪些水质项目必须处理；第二、当原水水质变化很大时，究竟用哪个数值作为处理的依据。

（2）供水量的要求。例如要求的安全程度和保证率等。

（3）水处理实验资料。决定药剂种类、剂量和影响因素、沉降速度的取值、预氯化处理的必要性等。

（4）水厂所在地区的有关具体条件。如药剂和建筑材料供应、技术水平和管理经验等。

（5）对计量设备、水质检验及自动化程度的要求，设备的自动化既可以减轻管理工作，又可以严格控制工程达到安全经济供水的目的。

（6）处理后水（生活用水或工业用水）的水质要求。以地表水为水源时，生活饮用水处理通常采用混合、絮凝、沉淀或澄清、过滤和消毒的工艺流程。工业用水或以地下水为水源的生活用水、净水，工艺流程常比较简单。遇特殊原水水质，如微污染原水、含藻类、含铁、锰、氟或以海水为水源时，则需进行特殊处理。

总之，净水方案的选择，决定于水源水质，用户对水质的要求，生产能力，当地条件，并参考水处理试验资料和相似条件下净水厂的运转管理经验，通过技术经济比较综合研究决定。

（三）水处理工艺方案的确定

1.工艺流程的选择

水厂工艺流程的选择是水厂设计最为关键的问题，直接关系到工程造价、运行成本和出水水质。当前的常规水处理工艺流程如表3-11，可供参考选择。

表3-11　净水工艺流程选择

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由于水污染日趋严重，对水源进行预处理和深度处理显得日益重要起来，其流程一般为：预处理+常规处理；常规处理+深度处理；或预处理+常规处理+深度处理。预处理和深度处理用来去除常规处理难以去除的水中的有机物，鉴于目前我国水源普遍受到严重污染的形势，在现有和新建的水厂增加预处理或深度处理工艺以去除有机污染物已是大势所趋。常用的预处理工艺主要是粉末活性炭法、强氧化剂化学氧化法、生物滤池和生物接触氧化法。深度处理方法有粒状活性炭吸附法、臭氧一粒状活性炭联用法或生物活性炭法、合成树脂吸附法、光化学法及膜分离法。建议采用粒状活性炭吸附法或臭氧一粒状活性炭联用法。

2.净水构筑型式的选择

混凝、沉淀、过滤等过程主要是通过其相应的净化构筑物（设备）来完成的。同一过程有着不同型式的净水构筑物，而且都具有各自的特点，包括它的工艺系统、构造形式适应性能、设备材料要求、运行方式、管理和维护要求等。同时，其建造费用和运行费用也是有差异的。因此，当确定净水工艺流程后，应进行净水构筑物型式的选择，并通过技术经济比较确定，见表3-12。

3.净水药剂的选择和其最佳用量的确定

在原水中投加净水药剂是进行混凝沉淀（澄清）或直接过滤（接触过滤或微絮凝过滤）的前提。选择适宜的净水药水剂和确定最佳用量是使混凝沉淀或直接过滤取得良好效果的必要条件。

通常，不同水质的原水，其适宜的药剂品种和最佳用量也不相同。因此选择适宜药剂和最佳用量的方法，最好参照同一水源或与原水水质相似的已建净水厂的经验，但应注意其混凝条件（混合、反应、加药点等），因为不同的混凝条件，所取得的混凝效果是有差异的，有时这个差异是很大的。

表3-12　净水构筑物适用条件

选择适宜药剂品种和最佳用量的另一种方法，是通过烧杯搅拌试验求得。经验证明：搅拌试验可以比较满意的选择出适宜的药剂及其最佳用量。

选择净水药剂时应注意，当用于生活饮用水时，不得含有对人体健康有害的成分，如选用由工业废料配制成的药剂时，应取得当地卫生监督部门的同意；当用于工业用水时，不应含有对生产及其产品有不良影响的成分。

此外，在选择净水药剂时，还应进行不同药剂及用量的经济比较，了解药剂供应情况。

当几种药剂比较结果相近或相同时，应选择对容器及设备腐蚀性较低的药剂。

4.水消毒方法的选择

消毒对于保证人民安全饮水有极为重要的意义。近年来我国经济发展，对于环境产生的负面效应，如水源有机物含量大大增加，给饮用水消毒提出了新的课题，鉴于我国目前的经济状况，城市供水建议暂时根据表3-13中消毒剂性能选用合适的消毒剂，选用相应的消毒用装置。

表3-13中列出了常用几种消毒剂的性能及其他情况，在设计中应根据要求结合实际情况，选择经济有效的消毒剂，然后确定加药仪器，根据原水情况选择加药点位置和个数。

表3-13　常用消毒剂的性能

（四）净水构筑物的设计计算

1.混合设备

混合设施的设计要保证把混凝剂快速、均匀地扩散到水体中，延长混合时间没有作用。因此混合设施虽然结构形式各异，但设计基本思路相同，即依靠水头损失或外加机械能量输入水流（表3-14～表3-17），达到药剂和水流快速、均匀混合的目的。主要混合设备的类型、特点及主要设计参数见表3-18。

表3-14　孔口流量系数

表3-15　孔板局部阻力系数

表3-16　文氏管局部阻力系数

表3-17　进水管、锥帽及孔板孔径关系

2.絮凝池

水量规模、水质条件不同，所采用的絮凝池型式应进行恰当的选择和组合，否则，絮凝效果较差，沉淀出水不能满足要求，同时会造成施工困难、工程造价和制水成本的增加。常见的絮凝池类型、特点及主要设计参数见表3-19、表3-20。

发达国家多采用机械类絮凝工艺，我国采用水力类工艺较多。水力类工艺存在着对流量和原水水质的变化适应性差的缺点，处理效果一般均是随水量的减少而由于达不到所需要的G值而下降，但水量的减少增加了沉淀工艺的停留时间和降低了滤池的滤速，后者对出水水质的提高足以对混凝工艺效果的下降进行补偿，所以最终出水水质并没有下降。

总之，无论对于何种絮凝池，成功设计的关键在于根据絮凝体成长的要求将整个絮凝池所消耗的能量进行合理分配。

表3-18　混合设备的类型、特点及主要设计参数

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表3-19　絮凝池的类型、特点及适用条件

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表3-20　絮凝池的主要设计参数及计算公式

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表3-21　折板絮凝池的G值和T值

表3-22　波纹板絮凝池的G值和T值

3.沉淀池

沉淀池在给水处理中担负着去除80％～90％以上悬浮固体的作用，是主要的净水构筑物之一。由于进水水质、水量规模、高程布置的差异，在沉淀池选择上存在一定差异，下面就给水处理中最常用的沉淀池优缺点、适用条件及主要设计参数进行比较，见表3-23～表3-26。

表3-23　常用沉淀池的类型、特点及主要设计参数

表3-24　平流式沉淀池的计算数据及公式

表3-25　净水中悬浮物质沉降速度参考值

表3-26　异向流及侧向流斜管沉淀池计算数据及公式

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4.澄清池

絮凝和沉淀属于两个单元过程：水中脱稳杂质通过碰撞结合成较大的絮凝体，然后在沉淀池内下沉，而澄清池则将两个过程综合于一个构筑物内完成，主要依靠活性泥渣层达到澄清目的。当脱稳杂质随水流与泥渣层接触时，便被泥渣层截留下来，使水获得澄清，也即接触絮凝。在絮凝同时，杂质从水中分离出来，清水在澄清池上部收集。

澄清池形式的选择，主要应根据原水水质、出水要求、生产规模以及水厂布置、地形、地质、排水等条件，进行技术经济比较后决定。常见澄清池一般特点、适用范围及主要设计参数见表3-27。

表3-27　澄清池分类比较

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5.气浮池

气浮池宜用于浊度小于100 NTU及含有藻类等密度小的悬浮物质的原水，气浮池布置形式较多，应该根据原水水质变化、净水出水水质要求、基建投资的多少、现场占地面积的形状以及后续处理构筑物在高程上的衔接等条件来综合考虑。

图3-2　气浮工艺示意图

1—进水管；2—气浮分离室；3—气浮接触室；4—絮凝池；5—压力溶气罐；6—空气压缩机；7—排渣槽

平流式气浮池是常用的形式，一般采用与絮凝池合建。原水完成絮凝后，从下部进入气浮接触室，延长絮粒与气泡的接触时间，池面浮渣定期刮入集渣槽；清水由底部集取。这种池型优点是：成矩形布置，占地紧凑，构造简单，造价低。缺点是：池身浅，与后续处理构筑物在高程上不易匹配（可通过将它建于清水池之上，以提高其高程进行改进），以及分离室的容积利用率不高（可通过将絮凝池以及气浮分离区做浅而只局部加深接触室进行改进）。

竖流式气浮池平面多呈圆形或正方形，絮凝池在池中央，环状隔墙间为接触室，水流成辐射状向四周扩散，水力条件比平流式单侧出流要好，缺点是圆形占地利用率不高，溶气水管及集水管等管线不好布置，同样存在与后续处理构筑物的高程匹配问题。

气浮—沉淀一体式布置，可以应对进水水质短期的高藻爆发、短期的低温絮凝不良等突发状况。以往沉淀池为保证出水水质，一般采用延长停留时间或降低负荷的做法，通过前段采用沉淀、后段采用气浮达到同样目的。其优点是当沉淀池出水已经符合要求时，气浮装置可以停开，以节约能耗。改进的浮沉池对低温低浊水具有较好的处理效果，该池平时作为沉淀池使用，低温低浊季节作为气浮池使用。

气浮—过滤一体式布置可以节约占地面积与造价，充分利用气浮分离区下部的容积设置滤池。气浮的浮渣上升至池面，清水则向下通过过滤层进一步过滤。滤池可以用普通快滤池形式，也可以用移动冲洗罩形式，一般以后者的结合更为合理和经济。气浮池的刮渣机可以兼作冲洗罩的移动设备。同时由于设置了滤层，可以使气浮集水更为均匀。这种形式适合老沉淀池的改造、挖潜，但在运行管理上较为麻烦。

设计要点：

（1）溶气压力一般为0.2～0.4 MPa，回流比一般为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。

（2）为避免打碎颗粒，絮凝池一般与气浮池合建。絮凝时间一般为10～20min，进入气浮接触池的水流要分布均匀，流速一般控制在0.1m/s。

（3）接触室水流上升速度一般为10～20mm/s，水流在室内的停留时间不宜小于60s。此外，其长宽还应满足安装和检修要求。

（4）气浮分离池内水流停留时间一般为15～30min，水流（向下）流速1.5～2.5mm/s。

（5）气浮池有效水深一般为2.0～3.0m，长宽比无严格要求，一般单格宽度不超过10m，池长不超过15m。

（6）气浮池刮渣一般采用刮渣机定期排除，刮渣机的行车速度一般在5m/min以内。

（7）气浮池的集水应力求均匀，一般采用穿孔集水管，管内水流的最大流速控制在0.5m/s左右。

（8）压力容器罐一般采用阶梯环填料，填料层高度一般为1.0～1.5m。罐直径一般根据过水截面负荷率100～200m3/（h·m2）选取，罐高度在2.5～3.5m之间。

气浮池计算数据及公式见表3-28。

表3-28　气浮池计算数据

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6.集水槽

沉淀池、气浮池等净水构筑物须设置集水槽，以均匀收集清水。集水槽的布置，各种净水构筑物不同，例如，平流沉淀池是在出水端设条形槽或指形槽；斜管沉淀池在池表面设集水槽；圆形澄清池当池径小时设环形槽，大池可用环形槽加辐射槽等，如图3-3所示。斜管沉淀池也可用穿孔集水管代替集水槽，集水管的孔眼朝上，孔眼上的水深一般为0.07～0.1m，孔眼直径为20～25mm。

图3-3　集水槽布置形式

（a）斜管（板）沉淀池；（b）平流沉淀池；（c）澄清池

集水槽设计要求：

按平面布置确定集水槽条数。(www.daowen.com)

矩形池的集水槽中心距为1.2～1.8m。圆形池，当Q≤200～300m3/h时可用环形槽，大于300m3/h时采用环形槽加辐射槽。

按每条集水槽的集水流量（设计时考虑1.2～1.5倍的超负荷系数）确定集水槽的宽度

式中　Q——一条穿孔集水槽的流量，m3/s。

为施工方便，槽底为平坡。集水槽高度如图3-4所示。

图3-4　集水槽高度（　单位：mm）

集水槽堰口或孔口上水头采用0.05～0.07m。为保证自由出流，孔口或堰口位于槽内水位以上0.07m左右。

三角堰用钢板制成，堰口为90°角，堰口高0.1m，堰口宽0.2m。

集水槽常用的出水方式有孔口，堰口以及三角堰口三种形式，如图3-5所示。

三种出水方式的计算公式如下：

孔口

堰口

三角堰

式中　q——流量，m3/s；

w——孔口面积，m2；

b——堰长，m；

h——自由水头，m。

图3-5　集水方式

（a）非淹没孔口；（b）三角堰；（c）薄壁堰

堰口和三角堰口的平整度不如孔口容易达到均匀集水的平整度要求，所以目前采用圆形孔口出水较普遍。三角锯齿堰宜设计成可调整形式，以便安装时校平。

7.滤池

过滤一般是指通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其他杂质的过程。滤池是地表水厂中不可缺少的净水构筑物，对于大多数地面水处理来说，过滤是消毒工艺前的关键性处理手段，对保证出水水质具有重要作用。滤料组成、滤料的冲洗方式、水流方向及滤速等是影响过滤效果的主要因素。据此，滤池的分类大致如下：①按照冲洗方式不同分为水冲洗滤池和气水反冲洗滤池；②按照滤池的布置不同分为普通快滤池、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池、V形滤池等；③按照配水系统不同分为小阻力、中阻力、大阻力配水系统滤池；④按滤池在运行周期内的滤速变化分为等速过滤和变速（降速）过滤等。

设计要点：

（1）滤速及滤料组成。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。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，宜按表3-29选用。

表3-29　滤速及滤料组成

注　滤料的相对密度为石英砂2.50～2.70；无烟煤1.4～1.6；重质矿石4.40～5.20。

当滤池采用大阻力配水系统时，其承托层宜按表3-30选用，三层滤料滤池的承托层宜按表3-31选用；采用滤头配水（气）系统时，承托层可采用粒径2～4mm粗砂，厚度为50～100mm。

表3-30　大阻力配水系统承托层材料、粒径与厚度　单位：mm

表3-31　三层滤料滤池的承托层材料、粒径与厚度　单位：mm

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（2）配水、配气系统。

1）大阻力配水系统。大阻力配水系统主要由配水干管（渠）和配水支管（穿孔管）组成，具有布局简单，配水均匀和造价较低的优点，因此该系统使用较广，其缺点是水头损失大，通过系统的水头损失一般大于3m，耗能较其他方式高。大阻力穿孔管配水系统孔眼总面积与滤池面积之比宜为0.2％～0.28％；配水干管（渠）进口处的流速为1.0～1.5m/s，配水支管进口处的流速为1.5～2.0m/s，配水支管孔眼出口流速为5～6m/s；支管间距为0.25～0.30m，支管长度与其直径之比不应大于60；孔眼间距为0.15～0.25m，孔眼直径约为9～12mm，设于支管两侧，与垂线呈45°角向下交错排列。干管（渠）顶上宜设排气管，排出口需在滤池水面以上。

2）中阻力配水系统。常用的中阻力配水方式有滤砖和滤头，通过系统的水头损失一般为0.5～3.0m，滤砖配水系统孔眼总面积与滤池面积之比宜为0.6％～0.8％。

3）小阻力配水系统。小阻力配水系统较常使用的有格栅式、平板式和滤头，通过系统的水头损失一般小于0.5m；小阻力滤头配水系统缝隙总面积与滤池面积之比宜为1.25％～2.00％。

4）气水反冲洗配水配气系统。为保证气水反冲洗时配水配气的均匀，一般采用的配水配气系统有：①气水共用一套大阻力配水配气系统，只适用于先气冲、后水冲洗，不适用于气水同时冲洗；②气水各用一套大阻力配水配气系统；③采用长柄滤头等适用于气水反冲洗的专用配水系统。

采用长柄滤头配气配水系统是目前在气水反冲洗滤池中应用最普遍的配水、配气系统。其配气干管进口端流速为10～15m/s，配水（气）渠配气孔流速为10m/s左右，配水干管进口端的流速为1.5m/s左右，配水（气）渠配水孔出口的流速为1～1.5m/s；配水（气）渠顶上宜设排气管，排出口需在滤池水面以上。

（3）反冲洗。滤池反冲洗是通过水流的剪切力和颗粒之间的碰撞作用，以清除滤层中截留的污物，重新恢复过滤能力。滤池反冲洗的方式有三种：单独用水反冲洗，气—水反冲洗，带表面冲洗的水反冲洗。这三种冲洗方式的冲洗强度和冲洗时间见表3-32和表3-33。

表3-32　水冲洗强度及冲洗时间（水温20℃）

注　当采用表面冲洗设备时，冲洗强度可取低值。

表3-33　气水冲洗强度及冲洗时间

注　表中单层粗砂均匀级配滤料中，无括号的数值适用于无表面扫洗的滤池；括号内的数值适用于有表面扫洗的滤池。

当增设表面冲洗设备时，表面冲洗强度宜采用2～3 L/（m2·s）（固定式）或0.50～0.75L/（m2·s）（旋转式），冲洗时间均为4～6min。

单独水冲洗滤池的冲洗周期，当为单层细砂级配滤料时，宜采用12～24h；气水冲洗滤池的冲洗周期，当为粗砂均匀级配滤料时，宜采用24～36h。

一般双层滤料宜采用先气冲洗、后水冲洗方式，在水冲阶段滤层处于膨胀状态。级配石英砂滤料采用气水冲洗或单独水冲两种方式均可，在水冲阶段滤层处于膨胀状态。均质滤料宜采用先气冲洗、再气水同时冲洗、后水冲洗，冲洗时滤层只产生微膨胀。固定式表面冲洗的水反冲洗方式适用于各种滤池。

（4）滤池反冲洗水来源。

1）直接采用出水泵站的出水进行滤池冲洗。由于水厂出水压力一般高于滤池冲洗所需压力且压力有一定变化，因此需在引出的冲洗管上设置压力调节阀或其他减压装置和控制设备。采用出水泵站的出水进行滤池冲洗能耗较大，目前运用较少。

2）采用专用冲洗水泵。专用冲洗水泵可根据滤池冲洗压力和水量进行配置，水泵可从清水池吸水，冲洗强度容易控制，能量浪费少，但需增加相应设备。

水泵流量

水泵扬程

式中　F——单格滤池面积，m2；

q——冲洗强度，L/（m2·s）；

H0——排水槽顶与清水池最低水位高差，一般约7m左右，m；

h1——水泵压水管和吸水管总水头损失，通过计算确定，m；

h2——配水系统水头损失，大阻力系统取4.0m，中阻力系统取1.0m左右，小阻力系统取0.5m左右，m；

h3——承托层水头损失，一般为0.14m，m；

Hcq——承托层厚度，m；

h4——砂滤层水头损失，一般取0.7m，m；

γ1——滤料密度，kg/m3；

γ0——水的密度，kg/m3；

m0——滤料孔隙率，石英砂为0.41，％；

HL——滤料厚度；

h5——富裕水头，一般采用1～2m。

冲洗水泵扬程一般在12m（小阻力）到15m（大阻力）左右。

3）采用高位冲洗水箱（塔）。冲洗水塔容积（按冲洗一次水量的1.5倍计）

式中　t——冲洗时间，min；

水塔的水箱底部高于排水槽顶的高度

式中　h1——冲洗水塔（水箱）到滤池配水系统的管道水头损失，通过计算确定；

h2，h3，h4，h5同上式。

因此冲洗水塔高度等于H0值加排水槽顶高于地面的距离。水箱的水深不宜大于3m。冲洗水塔底离地面高度一般在6.0～6.5m（小阻力配水系统）到9.5～10.0m（大阻力配水系统）范围。

4）滤池自冲洗。利用其他滤池出水和滤后水位与反冲洗排水堰的水位差进行冲洗，如无阀滤池和虹吸滤池的冲洗方式。这种冲洗方式冲洗水头小，要求配套小阻力配水系统，冲洗强度不易调节。

对于采用自冲洗方式的滤池（如虹吸滤池、移动罩滤池）滤池分格数应不小于6格，否则难以保证要求的冲洗水量。

（5）滤池排水设施。滤池废水集水系统包括洗砂排水槽和集水渠。冲洗时，反冲洗废水自由跌入排水槽，排水槽中废水自由跌入集水渠。当滤池采用不膨胀冲洗或微膨胀冲洗时，滤池常常单设集水渠而不设排水槽。

为了均匀收集滤层反冲洗水，洗砂排水槽口应尽量水平，一般要求误差小于2mm，其水平总面积一般不大于滤池面积的25％，排水槽长度不大于6m，两槽的中心间距一般为1.5～2.0m。排水槽断面一般有三角形槽底和半圆形槽底两种形式，如图3-6所示。排水槽底可以做成平坡，整条槽的断面相同。

图3-6　排水槽布置形式

洗砂排水槽的槽顶距离滤料表面的高度为

式中　H1——滤层厚度，m；

e——滤层膨胀率；

x——排水槽断面模数，m；

Q——该槽分担的冲洗流量等于槽长与两槽的中心距和冲洗强度的乘积，m3/s；

δ——排水槽底厚度，0.05～0.08m，m；

0.07——排水槽超高。

图3-7　排水渠及排水槽

洗砂排水槽接入矩形集水渠时，如图3-7所示，渠底离槽底的高度为

式中　Q——滤池冲洗流量，m3/s；

q——冲洗强度，m3/s·m2；

F——滤池面积，m2；

B——排水渠宽度，m；

0.2——安全高度，m。

（6）滤池配管（渠）。滤池各种配管（渠）的管径由流速通过计算确定，其流速宜采用如下数值：进水管（渠）为0.8～1.2m/s；出水管（渠）为1.0～1.5m/s；冲洗水管（渠）为2.0～2.5m/s；排水管（渠）为1.0～1.5m/s；初滤水排放管（渠）为3.0～4.5m/s；输气管为10～15m/s。

表3-34是国内常用滤池的特点、适用条件和主要设计参数。

表3-34　常用滤池特点、适用条件和主要设计参数

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