金坛市给水工程设计开题报告
2020-07-24 01:07
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
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1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述： |
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超滤技术在给水厂中的应用 摘 要：随着环境污染问题日益严重化以及《生活饮用水卫生标准》对饮用水水质各项指标要求的日渐严格化，传统水处理技术已经不能满足我们的需求，发展以超滤技术为代表的新型水处理技术便尤为重要。通过对超滤技术概况及其工程应用的介绍，分析了超滤技术作为一种膜分离技术的发展局限及其市场前景。 关键词：给水厂, 超滤技术，膜分离技术，应用 Application of Ultrafiltration Technology in Water Supply Plant Abstract :With the increasingly serious problems of environmental pollution and the strict requirements of the Standards for Drinking Water Quality concerning the indicators of the quality of drinking water，traditional water treatment technology has been unable to meet our needs，so it is necessary to develop a new type of water treatment technology represented by ultrafiltration technology.This paper analyzes the limitations in the development of ultrafiltration technology and market prospects by introducing the basic fact of ultrafiltration technology and its engineering application． Key words :water supply plant，ultrafiltration technology，membrane separation technology，application 1 前言 近年来，我国水环境质量严重恶化，传统给水厂处理的饮用水已经无法满足人们的生活需要，因此进一步的深度处理就成了一种必然的发展趋势。在新形势下，第一代水处理工艺（又称常规工艺，主要工艺流程为混凝 沉淀 过滤 氯消毒）面临着生物安全性与化学安全性问题，第二代水处理工艺面临着生物安全性问题[1]。饮用水的安全倍受人们关注，与之相关的深度处理技术随着社会的发展也面临着各种巨大的挑战。超滤作为一种膜分离技术，是目前水处理领域研究的热点之一。超滤对去除水中微米级的颗粒优于常规水处理技术中的过滤能力，而且还具有去除过滤所不具备的纳米级微粒的能力，符合饮用水水质不断提高和工业给水预处理的要求，有效地保证了饮用水的安全性。 2 超滤技术在给水处理中的运用现状 近年来，随着超滤膜价格的不断下降和运行经验的不断积累，在我国城市净水厂中 的应用越来越广，超滤水厂在数量和规模上均呈现逐年增加的趋势[2]。它具有占地面积小、出水水质稳定、自动化程度高等特点，能有效去除水体中的悬浮物、胶体、细菌、病毒和大分子有机物，在老水厂升级改造和新水厂建设中得到越来越广泛的应用[3]。超滤膜的材料又可以分为有机高分子材料和无机材料两大类，有机高分子材料主要有醋酸纤维素、聚丙烯、聚酰胺和聚砜，也可采用聚醚砜、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯。无机材料主要有陶瓷、金属、玻璃、硅酸盐以及碳纤维[4]。根据超滤膜前处理工艺的不同，分为简单、常规和复杂预处理的超滤净水工艺。 2.1简单预处理的超滤技术 简单预处理的超滤技术，是指原水经过简单处理之后直接进行超滤的净水技术。相较于常规净水工艺而言，其省去了过滤，有时甚至可以省去沉淀，这样一来，处理流程就明显缩短了。原水经过预氧化或混凝等简单处理后直接进入超滤膜过滤，同时在池子内完成浓水回收和污泥浓缩，之后再加入消毒剂进入清水池。 简单预处理的超滤技术中水中的微生物及絮凝体等都依靠超滤膜去除，因此该处理工艺具有流程短、占地面积小和运行管理方便的优点。 南通的芦泾水厂原水取自长江，水质较好，水中微生物含量较高。该水厂采用混凝 超滤的净水工艺，运行简单，出水水质良好。低通量、低跨膜压差、同一膜池内分单元运行的运行方式对减轻膜污染具有良好的效果[5]。 2.2常规预处理的超滤技术 常规预处理的超滤技术，是指原水经过混凝、沉淀、过滤等处理之后再进行超滤的净水技术。与进行简单预处理的超滤技术相比，这种工艺流程对水中有机物的适应性更高，主要用于原水浊度波动性较大，水质复杂的水厂建造。 东营南郊净水厂水质改善工程为我国首座十万吨级日供水的浸没式超滤膜净水厂，为超滤水厂的设计、施工、调试和运行积累了非常重要的经验[6]。水厂正式投产五年来，运作良好，出水水质达到了国家饮用水卫生标准的106项要求[7]。 2.3复杂预处理的超滤技术 目前，我国很多地区都存在水源污染的情况，当常规处理不能满足我们的要求时，需要对原水进行复杂预处理以此来确保水质安全。复杂预处理包括了臭氧活性炭滤池、炭砂滤池、曝气生物活性炭滤池等等。在复杂预处理的超滤技术中超滤的作用是拦截出水中可能存在的微生物，确保了出水水质的达标。与进行其他预处理的超滤技术相比，经过复杂预处理的工艺出水水质显然更能得到保障，膜污染也更轻，但也存在着占地面积大、运行成本高的缺点。这种工艺一般用于水中有机物或微生物含量高的场合。 无锡中桥水厂原水取自太湖，在常规水处理工艺后增加了臭氧活性炭与超滤系统。水厂出水水质全面达到且部分优于《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）。尤其是对藻类细菌等有很好的去除效果，几乎能完全去除藻类、细菌和”两虫”，极大提高了饮用水的生物安全性[8]。 3 超滤技术在水厂运行中现存问题及分析 3.1能耗较高 和传统的水处理工艺相比，超滤技术的驱动压力高于普通滤池，并且需要频繁的进行水力清洗和化学清洗，导致了能耗的增加。北京第九水厂应急改造工程采用了”混凝 超滤”工艺，以12台37kw功率抽吸泵作为过滤动力,能耗为0.041kw#183;h/m3，相对于其采用传统工艺的三期综合池的0.013kw#183;h/m3[9]。因此，在使用超滤技术的时候要注意能耗问题，比如一些地区采用重力流虹吸出水的运行方式来减少能耗[10]。 3.2膜污染问题 膜污染在一定程度上使膜通量下降，同时也增加了运行能耗，而且还改变了膜对一些污染物的去除效果，使超滤技术的发展受到了一定局限。乌鲁木齐红雁池水厂为恢复下降的膜通量，以7到15天的周期进行化学清洗，消耗次氯酸200mg/L，每隔4到6个月还需要进行恢复性化学清洗[11]，超滤的成本也相应上升。因此，针对不同的原水水质，需要充分考虑超滤组合工艺、操作运行方式对膜污染的影响，使膜污染降到最低。也有研究发现，离子浓度对膜污染有着不同作用，在低离子强度范围内能够增加膜污染，而在一定范围内却降低膜污染[12]。目前，国内外对膜污染的防控思路分为三类：一是改变原水的特性；二是采用科学的超滤方法；三是改善超滤膜本身的耐污染性。 3.3膜系统受温度影响较大 水温较高时，水的粘度最大，如果通量保持不变，则会造成TMP以及膜阻力系数大幅度上升，导致反洗膜通量迅速下降。水温较低时，膜壳内存水可能会因为低温结冰对膜丝造成一定的伤害。因此，有必要采用不同工艺开发新型耐热耐寒膜品种，减少膜系统因温度变化幅度过大而产生的不良影响。 3.4部分有机污染物难以去除 超滤膜无法对溶解态有机污染物有效去除，如耗氧量、UV 254 、氨氮等。因此，我们需要针对水中可溶性有机污染物开发以超滤技术为核心的处理工艺，提高超滤膜技术的处理效果。改进现有膜组件生产工艺，优化膜系统配置技术及操作条件，提高产品质量和产量。 4 超滤技术市场前景 目前，我国已建城镇水厂中大部分为第一代净水工艺，出水水质达不到新国家标准的要求，大部分的水厂净水工艺急待升级改造；另外，随着水源污染问题和二代净水工艺安全性问题被人们关注，大部分水厂迫切需要增加深度处理单元。用超滤取代常规工艺中的过滤单元或沉淀单元，提高了出水水质的同时，还提高了出水水量；另外，可充分利用原工艺中的沉淀和过滤空间，不再增设新的净水构筑物，降低建设费用和后期运行费用。因此，超滤技术在水厂净水工艺升级改造中具有广阔的应用前景。 2005至2010年期间全球处理量超过1万吨/天的超滤膜产品在净化水质方面的应用占据了大概40%以上的份额[13]。根据中国膜工业协会依据近几年膜工业经济建设的需求分析预测:2015年，我国对膜的市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10%～15%[14]。 在经过前期投入后，我国有机分离膜市场得到了迅速的发展。而超滤膜作为目前为止最有效的水预处理方法，在国内市场的需求开始迅速增长。虽然相对于反渗透膜强大的市场占有率，目前超滤膜还没形成较大占据局面，但是在近年来超滤膜开始翻倍增长，进入发展的关键时期。在我国，采用膜技术净化饮用水的项目逐渐增多，未来这些项目必定使超滤膜市场份额排名领先。 超滤膜技术在MBR、废水回用及海水淡化预处理这3个领域的应用上平分秋色，各占据约20%的市场份额[15]。然而，目前在中国，超滤膜在废水回用领域占据着更大的市场份额，在国内市场，超滤技术已在化工、钢铁，电力等工业废水处理领域有较多应用。随着经济社会的发展，大规模废水处理工程将越来越多，为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。近几年我国进入严重缺水期，水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。 5 结语 随着膜技术的发展进步以及膜价格的逐步降低，用超滤技术在一定程度上取代传统的深度处理单元已经逐渐成为现实[16]。但仍需要在膜组件、膜系统的自主研发上多投入人力和财力。通过开发新工艺来解决超滤膜在运行时需要更加严格的原水水质要求、膜污染导致的膜使用寿命缩短等问题，增加膜品种，提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力，提高产业化程度，严格控制工艺参数。这样，就能使超滤膜技术在饮用水处理的过程中得到更为广泛的发展，使饮用水处理的出水水质得到进一步提高。
参考文献: [1]李圭白,麗芳术,梁恒.关于在城市饮水净化中采用绿色工艺的一些思考[J].给水排水,2014,40(8):1～3. [2]范小江,张锡辉,苏子杰等.超滤技术在我饮用水厂中的应用进展[J].中国给水排水,2013,29(22):64～70. [3]李圭白,田家宇,齐鲁.第三代城市饮用水净化工艺及超滤零污染通量［J].给水排水,2010,36(8):11～15. [4] 汪琳,胡克武,冯兆敏.超滤膜技术在自来水厂中应用的研究进展[J].城镇供水,2011,(1):7～10． [5]顾宇人,曹林春,陈春圣,等.超滤膜法短流程工艺在南通市芦泾水厂提标改造工程中的应用[J].给水排水,2010,36(11):9～15. [6]常海庆,梁恒,高伟,等.东营南郊净水厂超滤膜示范程的设计和运行经验简介[J].给水排水,2012,38(6):9～13. [7]于淑花,蔡传义,于海宽,等.东营南郊超滤膜水厂五年运行效果评价[J].中国给水排水,2014,30(18):28～30. [8]笪跃武,殷之雄,李廷英,等.超滤技术在无锡中桥水厂深度处理工程中的应用[J].中国给水排水,2012,28(8):79～83. [9]姚左钢.超滤在水厂滤池反冲洗废水处理中的应用[C].杭州:饮用水安全控制会议暨中国土木工程学会水工业分会给水专业分会第14届年会,2015. [10]岳鹏,丁昀,杨庆,等.超滤技术在城镇给水处理中的研究进展与应用[J].净水技术,2017,36(4):36～42. [11]胡兴华,陶辉,陈卫,等。红雁池水厂超滤膜组合工艺处理效能研究[J].给水排水,2013,39(7):32～35. [12]米娜,苗瑞,王磊,等.不同离子强度下蛋白质在PVDF膜面吸附行为评价[J].环境科学技术,2015,49(11):6574～6580. [13]王大新.有机高分子微滤/超滤膜的现状与未来[J].新材料产业,2011(6):28～32． [14]汤景梅.超滤技术在水处理行业中的应用[J].科技资讯,2010(21):107． [15]郑晨,马晓力.超滤技术在给水处理中的应用及发展状况[J],2013(31):163～165. [16]任海静,石春力,卢珊,等.饮用水深度处理中的绿色工艺--超滤膜处理[J].建设科技,2015(13):50～52.
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
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题目：金坛市给水工程设计 1.工程概况： 1.1自然概况 金坛市地处苏南中部，茅山东麓，位于北纬31#176;33#8217;42”-31#176;#730;53#8217;22”，东经119#176;17#8217;45”- 119#176;44#8217;59”。东邻常州市武进区，西接句容市，南连溧阳市、宜兴市，北接丹阳市配套建设供水干线至各供水点。要求设计水厂及相关建筑和供水管网。 2、设计的深度为扩大初步设计，做概算。 3、设计应做到： （1）设计方案符合本地地形、地质、水源、水质情况。出水水质符合国家的饮用水标准。 （2）管网设计应布局要合理经济，且考虑远近期的关系。 （3）要应用成熟且适合本项目情况的工艺、技术。工艺合理、布局紧凑、设备运行经济可靠，便于操作和维修。 （4）建设造价价位合理。 （5）运行费用低、运行要可靠。 （6）本项目区为6度抗震设防。 （7）构筑物大详图 4.工艺选择： 4.1混凝池： 混合设备的基本要求是药剂与水的混合必须快速均匀。 混合方式基本分为两大类：水力混合和机械混合。前者简单，但不能适应流量的变化；后者可进行调节，能适应各种流量的变化，但需有一定的机械维修量。具体采用何种形式应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。 常用的水力混合有：水泵混合、管式静态混合器混合、扩散混合器混合、跌水混合和水跃混合、机械混合等。 4.1.1水泵混合 优点：设备简单；混合充分，效果较好；不另消耗动能。 缺点：吸水管较多时，投药设备要增加，安装、管理较麻烦；配合加药自动控制较困难；G值相对较低。 适用条件：适用于一级泵房距处理构筑物120m以内的水厂。 4.1.2管式静态混合器 优点：设备简单，维护管理方便；不需土建构筑物；在设计流量范围，混合效果较好；不需外加动力设备。 缺点：运行水量变化影响效果；水头损失较大；混合器构造较复杂。 适用条件：适用于水量变化不大的各种规模的水厂。 4.1.3扩散混合器 优点：不需外加动力设备；不需土建构筑物；不占地。 缺点：混合效果受水量变化有一定影响。 适用条件：适用于中等规模水厂。 4.1.4跌水（水跃）混合 优点：利用水头的跌落扩散药剂；受水量变化影响较小；不需外加动力设备。 缺点：药剂的扩散不易完全均匀；需建混合池；容易夹带气泡。 适用条件：适用于各种规模水厂，特别当重力流进水水头有富余时。 4.1.5机械混合 优点：混合效果较好；水头损失较小；混合效果基本不受水量变化影响。 缺点：需耗动能；管理维护较复杂；需建混合池。 适用条件：适用于各种规模的水厂。 常用混合方式的主要特点及使用
经过综合比较， 本设计选用管式静态混合器，安装在配水井出口和絮凝池进口之间。 4.2絮凝池 絮凝是使脱稳的胶体或者细微悬浮物聚集长大为絮体的过程。 絮凝设备的基本要求是，原水与药剂混合后通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。 絮凝设备可分为两大类：水力和机械。前者简单，但不能适应流量的变化；后者能进行调节，适应流量变化，但机械修理工作量较大。 分类：隔板絮凝池、网格（栅条）絮凝池、穿孔旋流絮凝池、涡流絮凝池。 4.2.1隔板絮凝池 隔板絮凝池分为往复式和回转式。 a. 往复式隔板絮凝池 优点：絮凝效果好；构造简单，施工方便。 缺点：絮凝时间长；水头损失较大；转折处絮粒易破碎；出水流量不易分配均匀。 适用条件：水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小。 b. 回转式隔板絮凝池 优点：絮凝效果好；水头损失较小；构造简单，管理方便。 缺点：构造简单，管理方便。 适用条件：水量大于30000m3/d的水厂；水量变动小；适用于旧池改建和扩建。 4.2.2折板絮凝池 优点：絮凝时间短；絮凝效果好。 缺点：构造较复杂；水量变化影响絮凝效果。 适用条件：水量变化不大的水厂。 4.2.3网格（栅条）絮凝池 优点：絮凝时间短；絮凝效果好；构造简单。 缺点：水量变化影响絮凝效果。 适用条件：水量变化不大的水厂；单池处理能力以1.0～2.5万m3/d为宜。 4.2.4机械絮凝池 优点：絮凝效果好；水头损失小；可适应水质、水量的变化。 缺点：需机械设备和经常维修。 适用条件：大小水量均适合，并适应水量变动较大的水厂。 常用絮凝池的优缺点及使用条件
经过比较，本设计选用网格絮凝池。 4.3沉淀池 沉淀是指水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程。原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮杂质已形成粗大的絮凝体，要在沉淀池中分离出来以后完成澄清的作用。 常用沉淀池的种类：平流沉淀池、斜管（板）沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池。 4.3.1平流沉淀池 优点：单位体积造价较低；操作管理方便，施工简单；对原水浊度、污水进水水质变化的适应性强，挖潜能力大，处理效果较为稳定；带有机械排泥设备时，排泥效果好。 缺点：占地面积较大；不采用机械排泥装置时，排泥较困难；设置机械排泥装置时，增加维护工作量。 适用条件：大中型水厂；大中小型污水厂。 4.3.2斜管（板）沉淀池 优点：沉淀效率高；池体小、占地少。 缺点：材料耗用较多，需定期更换；对原水浊度适应性较差；采用机械排泥装置时，维护管理较平流池麻烦。 适用条件：用于各种规模水厂；用于各种规模污水厂的初沉池；适合旧沉淀池的改扩建和挖潜。 4.3.3竖流式沉淀池 优点：排泥方便、管理简单；占地面积较小；可与絮凝池合建，不需另设絮凝池。 缺点：上升流速受颗粒沉降速度影响，出水量小，一般沉淀效果较差；池子深度大，施工比较复杂；对冲击负荷和温度变化适应性较差；池径不宜过大，否则布水不均。 适用条件：适用于小型水厂、污水厂。 4.3.4辐流式沉淀池 优点：沉淀效果好；设置机械排泥时，运行可靠，管理简单。 缺点：基建投资及经常运行费用大；刮泥机维护管理费用大；对施工技术水平要求高。 适用条件：适用于大中型污水厂及中型水厂的高浊度水的预沉。
综上，经比较采用对原水水质适应性良好的平流沉淀池。 4.4过滤池 在常规水处理过程中，过滤一般是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。 滤池分类：普通快滤池、双阀滤池、V型滤池、多层滤料滤池、虹吸滤池、无阀滤池、移动罩滤池等。 4.4.1普通快滤池 滤池特点：下向流、砂滤料的四阀式滤池。 优点：有成熟的运转经验，运行稳妥可靠；采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大；池深较浅；可采用降速过滤，水质较好。 缺点：阀门多；必须设有全套冲洗设备。 适用条件：可适用于大、中、小型水厂；单池面积一般不宜大于100m2；有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备。 4.4.2双阀滤池 滤池特点：下向流、砂滤料的双阀滤池。 优点：有成熟的运转经验，运行稳妥可靠；采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可做得较大；池深较浅；可采用降速过滤，水质较好；减少二只阀门，相应降低了造价和检修工作量。 缺点：必须设有全套冲洗设备；增加形成虹吸的抽气设备。 适用条件：可适用于大、中、小型水厂；单池面积一般不宜大于100m2；有条件时尽量采用表面冲洗或空气助洗设备。 4.4.3（均质滤料滤池）V型滤池 滤池特点：下向流均粒砂滤料，带表面扫洗的汽水反冲洗滤池 优点：运行稳妥可靠；采用砂滤料，材料易得；滤床含污量大、周期长、滤速高、水质好；具有气水反冲洗和水表面扫洗，冲洗效果好。 缺点：配套设备多，如鼓风机等；土建较复杂，池深比普通快滤池深。 适用条件：适用于大、中型水厂；单池面积可达150m2以上。 4.4.4虹吸滤池 滤池特点：下向流、砂滤料、低水头互洗式无阀滤池。 优点：不需大型阀门；不需冲洗水泵或冲洗水箱；易于自动化操作。 缺点：土建结构复杂；池深大，单池面积不能过大，反洗时要浪费一部分水量，冲洗效果不易控制；变水位等速过滤，水质不如降速过滤。 适用条件：适用于中型水厂（水量）；单池面积不宜过大；每组滤池个数不小于6池。 4.4.5无阀滤池 滤池特点：下向流、砂滤料、低水头带水箱反冲洗的无阀滤池。 优点：不需设阀门；自动冲洗，管理方便；可成套定型制作（钢制）。 缺点：运行过程看不到滤层情况；清砂不便；单池面积较小；冲洗效果较差，反洗时要浪费部分水量；变水位等速过滤，水质不如降速过滤。 适用条件：适用于小型水厂；单池面积一般不大于25m2。
本设计中，原水水质较好，经网格絮凝池和斜板沉淀池后，浊度较低，又由于水量较大，所以经过仔细的比较，决定选用普通快滤池进行过滤。 去除有机物及氨氮的技术上主要有预处理和深度处理两种，但值得注意的是，预处理中通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐，没有从根本上将硝酸氮从水中去除，只是转化氮的形态，总氮没有减少。 综合考虑后，选用臭氧活性炭滤池作为深度处理，去除处理水中的有机物及氨氮。 4.5消毒 常用的消毒方式：液氯消毒、漂白粉消毒、氯铵消毒、次氯酸钠消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒。 几种常用消毒剂的性能特点
本设计采用液氯消毒，经济有效，余氯具有持续消毒的作用。 综上， 净水工艺流程如下： 管式静态混合器→配水井→网格絮凝池→平流沉淀池→普通快滤池→臭氧活性炭滤池→液氯消毒→清水池→二泵房→用户
4.6管网设计 考虑金坛区地势自西向东倾斜，于西环二路和龙山路交界处以西拟建水厂。从沿河西路向东北方向敷设给水管道，左右延伸成环状管网。
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毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
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指导教师意见： |
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1．对”文献综述”的评语：
2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：
指导教师： 年 月 日 |
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所在专业审查意见：
负责人： 年 月 日 |
