设计一体化净水装置的优化方案

一体化净水装置的设计原则：①净水工艺流程简洁，有利于净水装置的整体布局；②装置整体性强，方便安装；③装置整体质量不能太大，便于运输；④装置总体尺寸小，以便置于室内和运输；⑤装置耐盐雾腐蚀，利于珊瑚岛上使用，因此宜采用不锈钢材料制作。

根据设计原则和水处理工艺流程的特点，设计一体化净水装置来处理淡水透镜体水。工艺流程为：混凝—沉淀—过滤—消毒。

（1）涡流式絮凝室的设计计算

涡流式絮凝室设计为一倒置的圆锥体与一段圆柱体组合成一体。水从锥底处流入形成涡流扩散后，逐渐上升，随着锥体截面积不断增大，絮凝流速也逐步由大变小，速度梯度G值也由大逐渐变小，以便于絮体的形成。

1）主要设计参数

①设计流量Q＝1.70 m3/h；

②底部入口处流速采用v2＝0.7 m/s，锥顶部流速采用v1＝3.5 mm/s；

③底部锥角采用θ＝30°。

2）设计计算

①锥顶部面积

②锥顶部直径

③圆锥底部面积

④圆锥底部直径

⑤圆锥部分高度

⑥锥顶部高度

取H2＝200 mm。

⑦絮凝池体积

⑧絮凝时间

（2）沉淀部分设计计算

根据西沙岛上的实际情况和人员的管理水平，选用沉淀分离效率高、运行稳定、性能可靠的逆向流斜管沉淀单元。

1）主要设计参数

①设计流量仍为Q＝1.70 m3/h；

②斜管倾角采用θ＝45°，长度采用L＝1 000 mm；

③管内流速取v＝2.5 mm/s；

④管材结构系数β取3%。

2）设计计算

①有效沉淀面积

②实际需要沉淀单元面积

③沉淀单元尺寸

考虑沉淀单元与絮凝单元尺寸相匹配，并留有余地，取其边长为500 mm，正方形。

④沉淀单元集水系统

设两根DN32不锈钢管，每根开20个Ф8集水孔，孔距15 mm，孔眼流速0.24 m/s。(www.xing528.com)

⑤沉淀单元高度

a.集水管上水深取30 mm；

b.集水区高度取135 mm；

c.斜管区高度取707 mm；

d.总高度为：（30＋135＋707）mm＝872 mm。

⑥沉淀时间

沉淀单元的泥渣进入涡流絮凝室，增加絮凝室中的颗粒碰撞机会，提高絮凝效果，老化和多余的泥渣在强制集水管的作用下进入浓缩室，通过定期开闭不锈钢球阀DN25由不锈钢管排出。

（3）过滤单元设计计算

为了使过滤单元运行管理简便，尽量减少操作阀门，同时考虑过滤介质化学性质稳定、不产生对人体有毒有害物质、机械强度高、经久耐用等，确定采用单阀压力滤池，其尺寸与前述处理单元形成一体。滤池中滤料采用陶粒—石英砂双层滤料，其中：陶粒粒径为0.8～1.8 mm，厚200 mm；石英砂粒径为0.5～1.2 mm，厚400 mm。垫料层采用卵石，粒径为2～10 mm，厚50 mm。

1）主要设计参数

①过滤流量：Q＝1.7 m3/h；

②设计滤速：v＝7.7 m/h；

③平均冲洗强度：q＝15 L/（s·m2）；

④冲洗历时采用4 min。

2）设计计算

①过滤面积

滤池设两格，每格面积F：

②每格尺寸设计为390 mm×280 mm。

③滤池高度

a.集水区高度：50 mm；

b.配水滤板厚度：3 mm；

c.垫料层高度：50 mm；

d.滤料层高度：600 mm；

e.净室高度：250 mm；

f.锥顶盖高度：50 mm；

g.冲洗水箱高度：740 mm；

h.水箱保护高度：27 mm；

故滤池总高度为1 770 mm。

（4）滤池冲洗

在滤池进水管上设压力表，以反映滤层的污染情况，即水流阻力变化情况。当水流阻力达到设定值时，便对滤池进行反冲洗，反冲洗由特制的四通阀控制，分格依次冲洗，即将一格滤池的四通阀逆时针旋转90°，便进行冲洗，达到设定的冲洗历时时自动停止。此时将四通阀顺时针旋转90°，该格过滤单元即恢复过滤。待冲洗水箱充满，净化装置出水时，再按相同方法冲洗另一格过滤单元。

考虑到海岛远离大陆，技术依托条件差，一体化净水装置将混凝室、斜管沉淀室、过滤室等结合在一起，组成一个有机的整体，结构紧凑，操作维护方便。装置结构简图如图9.10所示。

图9.10　一体化净水装置结构简图

1—进水阀门；2—污泥浓缩室；3—混凝室；4—污泥浓缩室挡板；5—回流集水管；6—斜管沉淀室；7—水箱出水管；8—沉淀室集水管；9—水箱；10—化验龙头；11—过滤室；12—检查孔；13—排污放空阀；14—反冲强度调节器；15—反冲洗管；16—三通阀；17—紫外线消毒器

（5）加药设备

加药混凝方案中的加药装置采用外购设备，该设备计量精确、操作方便。装置结构简图如图9.11所示。

图9.11　自动加药装置

电凝聚工艺方案中的电凝聚装置自行设计，设计处理水量为1.7 m3/h。装置结构简图见图9.2。