1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1目的及意义
武汉市是中国最年轻的超大城市，2019年末户籍人口908.35万人，流动人510.30万人，居民日均用水量大约是180升左右。保证居民的正常供水对社会的发展和稳定具有重要意义。走马岭第一、二、三期工程总共的日供水量为30万吨，四期工程建设完之后，日供水能力将达到50万吨，能够满足“十三五”期间全区的供水增长需求。出厂水水质严格满足《生活饮用水标准卫生》（gb5749-2006）要求。走马岭水厂建设工程是为解决武汉临空港经济技术开发区供水发展需求、改善投资环境提高生活质量、促进区域经济社会健康持续快速发展而投资兴建的。
1.2国外现状分析
一般发达国家对于水质保护更加严格，因此自来水厂的水源水质普遍高于国内，再加上水质净化工艺的和管理水平的成熟，使这些国家可以实现自来水直接饮用。以下选取美国、日本、法国典型自来水厂的净水工艺进行分析。
（1）美国洛杉矶市自来水厂
洛杉矶市自来水厂是全美最大、最先进的自来水厂，最大日出水量230万，平均日出水量160万m3。工艺流程图如图1-1所示：
图1-2-1美国洛杉矶市自来水厂净水工艺图
① 格栅筛网——原水通过棍式栏污栅和旋转式洗滤网，分别取出漂浮物和悬浮物，
确保后序净水构筑物不受堵塞和破坏。
② 臭氧预氧化——臭氧发生器共5台（4用1备），产量150kg/h。臭氧接触室共4
座，采用微孔陶瓷臭氧扩散器，臭氧投加率1-1.5mg/l，停留时间5min，余臭氧由接触室顶部集中抽送到加热——催化销毁装置中，控制余臭氧低于0.1mg/l排入大气。
③ 快速混合——混合池共8只，单池尺寸，各安装快速搅拌器，把混凝剂快速均匀扩散在水里，和水中微粒形成絮物聚集在一起。
④ 絮凝——絮凝池36只，单池尺寸停留时间10min，水中带电的
微粒和混凝剂经一段时间相互碰撞，粘合在一起，形成絮凝物，保持悬浮状态。
⑤ 过滤——滤池24只，单池面积130m2，无烟煤滤料，厚度1.83m，有效粒径1.5
mm，均匀系数1.5。气水混合反冲，速度73m/h，滤料表面不易结快滤层不形成泥球。
⑥ 反冲洗水回收池——数量8只，回收池面积9150m2，地深2.7m，回收池容积
28000m3，反冲洗水在回收池澄清后用泵将清液重新回用。
⑦ 消毒——加氯，由于预臭氧氧化水中有机物，最后消毒时，三卤甲烷大大减少，4台加氯机容量124kg/h，最后加氯率5.6mg/l。
⑧ 控制系统——有分散的自控系统进行的自动控制，办公大楼内计算机主机从各个处理装置收集数据。16终端微机对各处理工序进行多环控制，其中包括臭氧处理，混凝剂投加率，过滤和反洗等。
（2）日本北海道札幌市白川自来水厂
札幌市人口约200万，是北海道政治、经济、文化中心。百川水厂水源均是河水，给水能力将来是800000m3d。百川自来水厂包括第一净水厂、第二净水厂、第三净水厂，以及污泥脱水设备和太阳能污泥干化场等。
百川取水口设有活性炭投加系统，活性炭具有良好的吸附和过滤性能，投加方是：该取水口在水源水水质异常的时候投加含水50%的粉末活性炭于溶解槽中，以保证后续的水处理系统的处理效果。
水处理工艺流程如下：
水库来水——百川取水口取水——投加活性炭系统——沉砂池——投加消石灰——混凝——沉淀——过滤——次氯酸消毒——净水厂——供水。
日本很多净水厂处理采用传统的净水工艺(混凝、沉淀、过滤和消毒)之外，还根据水源水质的不同，增加了相应的高度净水设施，通过深度处理：活性炭处理、臭氧处理和生物处理，臭氧和活性炭处理组合工艺，有效地改善了水质，效果显著。
自来水厂的管理自动化程度很高，净水厂管理人员较少。水厂对水源水、进厂水、水处理过程水、管网水水质、水压、流量等信息通过光缆传入中央控制室，进行24小时全方位监控，保证配水设施政策运行。
（3）法国巴黎木桑水厂
法国巴黎木桑 (morsan-sur-seine) 水厂位于塞纳河上游50 km处, 目前的处理能力是22.5×104 m3/d, 由三个处理流程组成, 每个处理能力为7.50×104 m3/d。
图1-2-2 法国巴黎木桑水厂工艺流程图
澄清工艺分三个阶段进行设计和建设。
阶段1采用pulsator脉冲澄清池:表面积为715m2, 上升流速为4m/h。混凝后的水进入澄清池底部的配水系统, 然后向上通过泥砂区。泥砂区由污泥颗粒组成, 特殊的脉冲系统设计和适当的水力作用可保证泥砂颗粒均匀分布, 并实现泥砂与水的分离。澄清后的水汇入上部的集水槽。
阶段2采用了superpulsator超脉冲澄清池:斜板沉淀区面积为416 m2, 上升流速为8 m/h。该池的最大特点是占地面积比较小, 由于沉淀区设有斜板, 使得上升流速增加了一倍, 相应地减少了一半沉淀区面积。
阶段3采用了高效澄清池densadeg,该工艺采用了法国新近许可使用的聚合物 (能提
高絮凝效果) , 确保了澄清池出水水质更好。更重要的是投加该聚合物所产污泥有很好的
浓缩效果 (可直接送往脱水机房脱水) 。该澄清池有三个主要区域:混凝反应区，预沉淀
区，澄清终端区。
该段工艺的特点是回流三个阶段的滤池反冲洗废水和1、2两阶段含水率很高的污
泥。砂滤采用了v型滤池，活性炭滤池具有去除悬浮固体和吸附溶解性有机物的双重功能。滤池出水投加氢氧化钠以调整碳酸根平衡, 防止钙类沉淀或腐蚀管道。消毒采用液氯, 为保证杀菌效果, 应使清水池内的氯接触时间≥2 h。
木桑水厂采用自动控制系统进行监控, 可实现无人操作。所有的监控功能集中于中央控制室, 并与位于montgeron的地区控制中心联网。控制中心还有一套高级数据处理系统, 它不仅可以优化各工艺的运行, 还能预测需水量的变化, 从而对运行参数作出调整。
总体而言，国外先进的水处理技术与自动化等技术结合可在提高净水效率的基础上降低水厂的运行维护成本，其注重水源的保护与先进的管理经验也值得借鉴。
1.3国内现状分析
国内自来水处理的核心工艺主要以物理法为主，如絮凝、沉淀、过滤和消毒。随着饮用水质量需求的提高，往往也加入了生物处理等深度处理工艺。
（1）福建省泉州市安溪县自来水厂三期工程工艺
安溪县自来水厂三期工程位于福建省泉州市安溪县吾都村，在现状老水厂旁进建。安溪县自来水厂现有规模为8.0×104 m3/d，分3次建设完成。老水厂净水工艺主要为絮凝、沉淀、过滤和后加氯消毒等。三期工程设计规模为5.0×104m3/d。
安溪县自来水厂三期工程出水水质执行现行国家标准gb 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。综合考虑原水水质和现状水厂处理效果，三期工程采用管式静态混合、折板絮凝、平流沉淀、v型滤池过滤以及次氯酸钠消毒等净水工艺。安溪县自来水厂三期工程工艺流程如图1-2所示：
图1-3-1安溪县自来水厂三期工程工艺流程图
主要处理构筑物工程设计如下;
① 折板絮凝池、平流沉淀池
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计内容
走马岭水厂四期工程，该水厂扩建部分计划用地面积27463m2。四期工程计划设计规模20万m3/d，共两组10万m3/d的工艺，采用主要工艺流程：折板反应- 平流沉淀-V型滤池过滤-送水泵房泵送。每组工艺的主要建设内容有：2座5万m3/d折板反应池、2座5万m3/d平流沉淀、8格V型滤池过滤，1套气水反冲洗系统、1套加药加矾系统，在原送水泵房内增设水泵机组，排水排泥池内增设机组设备。完成工艺图初步设计，编制估算或概算。
水厂进出水水质主要指标如表2-1-1所示。
表2-1-1 走马岭水厂进出水主要水质指标
|
| PH | 浊度（NTU） | 化学耗氧量（mg/L） | 余氯（mg/L） | 氨氮（mg/L） |
| 进水指标 | 8.2 | 13.28 | 2.89 | / | 0.09 |
| 出水指标 | [6.5,8.5] | 1 | ＜5 | ≥0.3 | ＜0.5 |
2.2方案比选
（1）方案1：
图2-1 方案1工艺流程图
（2）方案2：
图2-2 方案2工艺流程图
两种方案均采用液氯预氧化技术及氯消毒方式。使用液氯预氧化，可以氧化掉一部分可能影响絮凝沉淀的有机物，为后续混凝创造条件，同时可以对原水进行初步消毒。
两种方案均选用新型高效的聚合氯化铝铁(PAFC)作为混凝剂，集铝盐和铁盐各自优点，对铝离子和铁离子的形态都有明显改善，聚合程度大幅提高;对高浊水和低温低浊水的净化效果特别明显，可不加助凝剂。
方案1采用了穿孔反应池和斜管沉淀池，其沉淀效率虽高并不见得沉淀效果好，因
为斜管沉淀池容易长藻而堵塞，不易管理且处理效果稳定性较平流沉淀池差。双阀滤池省去了进水和排水阀门，从而节省了滤池造价，降低了动力消耗，简化了操作步骤，但是其过滤效果不如V型滤池
方案2采用折板絮凝池和平流沉淀池。折板絮凝池形成水流曲折的水道达到紊流状态，使能量得到充分利用，能耗与药耗有所降低，停留时间缩短; 而平流沉淀池对前期絮凝要求不需要很高，且在进平流沉淀池后要经过1.5～2h的沉淀，沉淀效果较好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，所以前期投矾量不需要很多就能保证出厂水浊度达到国家标准。平流沉淀池的水力停留时间较斜管沉淀池更长，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，更有利于水体中有机物的氧化去除。平流沉淀池构造简单，沉淀效果好且稳定，管理方便且有成熟的运行经验。V型滤池自动化程度高、管理方便，尽管土建施工技术要求较高，但设计、施工及运行经验成熟，而且气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。折板絮凝具有絮凝时间短、药耗低、管理方便、排泥简单、洗池容易、絮凝过程简单等优点，尤其适用于大中型水厂。
从造价来看，方案1更有优势，但是方案2的净水效果更好，方案的选择主要考虑净水效果。方案2实现了反冲洗水的回用以及污泥的资源化利用，更为环保节能，同时方案2的自动化程度更高，管理成本降低。
3. 研究计划与安排
1、2020年1月进行项目初步情况分析了解，通过查阅相关文献资料、规范和调研，明确研究内容，完成文献翻译； 2、2020年2-3月在武汉市东西湖自来水公司进行实习培训与辅导，针对性搜集数据，进行分析，并进行现场调查与实践，完成开题报告；
3、2020年4月结合武汉市东西湖自来水公司实习培训与辅导，针对性分析与研究，撰写初步设计说明书初稿，绘制工艺图初步设计图纸；
4、2020年5月分析总结，进一步完善初步设计说明书、设计图纸，进行估算或概算编制，准备毕业答辩。
4. 参考文献（12篇以上）
| 为斜管沉淀池容易长藻而堵塞，不易管理且处理效果稳定性较平流沉淀池差。双阀滤池省去了进水和排水阀门，从而节省了滤池造价，降低了动力消耗，简化了操作步骤，但是其过滤效果不如V型滤池 方案2采用折板絮凝池和平流沉淀池。折板絮凝池形成水流曲折的水道达到紊流状态，使能量得到充分利用，能耗与药耗有所降低，停留时间缩短; 而平流沉淀池对前期絮凝要求不需要很高，且在进平流沉淀池后要经过1.5～2h的沉淀，沉淀效果较好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，所以前期投矾量不需要很多就能保证出厂水浊度达到国家标准。平流沉淀池的水力停留时间较斜管沉淀池更长，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，更有利于水体中有机物的氧化去除。平流沉淀池构造简单，沉淀效果好且稳定，管理方便且有成熟的运行经验。V型滤池自动化程度高、管理方便，尽管土建施工技术要求较高，但设计、施工及运行经验成熟，而且气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量大大减少。折板絮凝具有絮凝时间短、药耗低、管理方便、排泥简单、洗池容易、絮凝过程简单等优点，尤其适用于大中型水厂。 从造价来看，方案1更有优势，但是方案2的净水效果更好，方案的选择主要考虑净水效果。方案2实现了反冲洗水的回用以及污泥的资源化利用，更为环保节能，同时方案2的自动化程度更高，管理成本降低。 3.进度安排 1、2020年1月进行项目初步情况分析了解，通过查阅相关文献资料、规范和调研，明确研究内容，完成文献翻译； 2、2020年2-3月在武汉市东西湖自来水公司进行实习培训与辅导，针对性搜集数据，进行分析，并进行现场调查与实践，完成开题报告； 3、2020年4月结合武汉市东西湖自来水公司实习培训与辅导，针对性分析与研究，撰写初步设计说明书初稿，绘制工艺图初步设计图纸； 4、2020年5月分析总结，进一步完善初步设计说明书、设计图纸，进行估算或概算编制，准备毕业答辩。 4.参考文献[1]黄仲杰.美国洛杉矶市自来水厂简介[J].城镇供水,1996(06):38 34. [2]曹伟新,王育,王健.法国巴黎木桑水厂的设计及运行[J].中国给水排水,2005(07):104-106. [3]张金华,叶善驰.安溪县自来水厂三期工程设计[J].市政技术,2019,37(06):171-175. [4]李亮,周建忠,汪麟,赵忠富.广州南沙水厂的工程设计及特点[J].中国给水排水,2011,27(14):41-45. [5]张钢,王峰慧,范玉柱.西安市第五水厂地下水净水工艺设计介绍[J].净水技术,2016,35(S1):50-55. [6]张晓健,陈超,林朋飞.应对水源突发污染的城市供水应急处理技术研究与应用[J].中国应急管理,2013(10):11-17. [7]李柏林,杨莹,王俊,杨威,夏天明,李晔.武汉市自来水厂典型工艺设计及运行效能对比[J].中国给水排水,2019,35(23):35-40. [8]王俊,杨莹,李柏林,李晔,王恒,杨威,夏天明.武汉走马岭自来水厂三期工程改造实践[J].中国给水排水,2019,35(18):112-117. [9]《室外给水设计规范》（GB50013-2006） [10]《室外排水设计规范》（2016年版）（GB50014-2006） [11]《建筑给水排水设计规范》（2009年版）（GB50015-2003） [12]《泵站设计规范》（GB50265-2010） [13]《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008） [14]《总图制图标准》（GB/T50103-2010） [15]《工业企业总平面设计规范》（GB 50187-2012） [16]《建筑给水排水制图标准》（GB/T50106-2010） [17]《给水排水工程基本术语标准》（GB/T50125-2010） [18]《城市给水工程项目建设标准》（建标120-2009）
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