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水处理设计手册

水处理技术手册

（内部资料，务需外传）

编辑：

郭新程娇

审核：

陈宪平罗红亮

东营禹龙水务有限公司

贰零零三年十一月

一.常用管道的允许流速2

二.流速、流量与管道直径的关系2

三.原水箱设计规则2

四.管道与流量的关系参考数据表2

五.管道内外径的关系2

六.原水泵设计规则2

七.絮凝剂、助凝剂加药设计规则（可参照exsell表格）2

八.机械过滤器设计规则2

九.活性炭过滤器设计参数2

十.反洗水泵设计规则2

十一.罗茨鼓风机的选择2

十二.5um精密过滤器的参考数据2

十三.阻垢加药的设计2

十四.反渗透系统的设计2

十五.反渗透清洗系统的选择2

十六.中间水箱的有效容量设计规则2

十七.鼓风填料式除碳器的设计2

十八.混床的运行设计及再生工艺过程技术数据2

十九.混床再生周期及耗酸碱量的计算2

二十.各类交换床常用运行流速2

二十一.树脂再生周期及耗盐量的计算2

二十二.过滤器滤料填充计算公式及参考数据2

二十三.无油空压机的选择2

二十四.换热器的设计原理2

二十五.超滤系统2

二十六.EDI装置2

常用管道的允许流速

介质

管道种类

允许流速（M/S）

盐溶液

1－2.4

污水

压力管

≥0.9

浓酸

0.5－1

稀酸

1－2

浓碱液

0.5－1

稀碱液

1－2

水

离心泵进水管

0.5－1

离心泵出水管及压力水管

2－3

虹吸管

0.8－1

流速、流量与管道直径的关系

Q=π×（D÷2）2×V×3600

Q-------------------流量（单位：

m3/h）

D-------------------管道直径（单位：

m）

V-------------------水流速（单位：

m/s）

3600---------------单位换算系数（单位：

s/h）

原水箱设计规则

1.预处理采用全自动表头

出力为1吨及1吨以下系统可按预处理每小时处理量的80％～100％；

出力为1吨以上系统可按预处理每小时处理量的50％～80％；

2.预处理不采用全自动表头，且反冲从原水箱抽水;

原水箱可按照预处理每小时处理量1～2倍选型；

3.预处理不采用全自动表头，且反冲不从原水箱抽水;

原水箱可按照预处理每小时处理量的50％～100％；

4.对于大型设备，修筑原水池时，原水池的容量一般按原水2个小时处理量来选择。

管道与流量的关系参考数据表

V

Q

D

D=mmV=m/sQ=T/H

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

15

0.3

0.64

1.0

1.27

1.59

1.91

2.2

2.5

20

0.6

1.13

1.7

2.26

2.83

3.39

4.0

4.5

25

0.9

1.77

2.6

3.53

4.42

5.30

6.2

7.1

32

1.4

2.89

4.3

5.79

7.24

8.68

10.1

11.6

40

2.3

4.52

6.8

9.04

11.31

13.56

15.8

18.1

50

3.5

7.07

10.6

14.13

17.67

21.20

24.7

28.3

65

6.0

11.94

17.9

23.88

29.86

35.82

41.8

47.8

80

9.0

18.09

27.1

36.17

45.24

54.26

63.3

72.3

100

14.1

28.26

42.4

56.52

70.69

84.78

98.9

113.0

125

22.1

44.16

66.2

88.31

110.45

132.47

154.5

176.6

150

31.8

63.59

95.4

127.17

159.04

190.76

222.5

254.3

200

56.5

113.04

169.6

226.08

282.74

339.12

395.6

452.2

225

71.5

143.07

214.6

286.13

357.85

429.20

500.7

572.3

250

88.3

176.63

264.9

353.25

441.79

529.88

618.2

706.5

300

127.2

254.34

381.5

508.68

635.9

763.02

890.2

1017.4

350

173.1

346.2

519.3

692.4

865.5

1038.6

1211.6

1384.7

400

226.1

452.2

678.2

904.3

1130.4

1356.5

1582.6

1808.6

管道内外径的关系

管材通经

英寸值

PVC管外径

不锈钢外径

管材通经

英寸值

PVC管外径

不锈钢外径

DN15

1/2″

20

18

DN100

4″

110

108

DN20

3/4″

25

25

DN125

5″

140

133

DN25

1″

32

32

DN150

6″

160

159

DN32

1+1/4″

40

38

DN200

8″

200

219

DN40

1+1/2″

50

45

DN250

10″

250

273

DN50

2″

63

57

DN300

12″

315

325

DN65

2+1/2″

75

76

DN350

14″

355

377

DN80

3″

90

89

DN400

16″

400

425

原水泵设计规则

1.如果客户使用原水箱

原水泵扬程范围为：

30~50m；流量就高不就低；超出量不超过20％；

2.如果客户不使用原水箱

若原水供水水压满足3－5kg的压力可不设原水加压泵；

若原水供水水压低于2kg则必须设置加压泵，使后续设备的供水压力达到3－5kg；

3.泵的操作台数：

在不设变频器的情况下，需要连续运行的水泵一般一用一备，但供水量超过150T/H以上时，可设两用一备或三用一备，尤其在作电厂项目时，一定要考虑备用；

絮凝剂、助凝剂加药设计规则（可参照exsell表格）

1.常用絮凝剂有：

硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）、硫酸亚铁、氯化铁、聚合铁（PFS）。

在目前的水处理设计中，各种混凝剂的加药量可参考数据如下：

硫酸亚铁40－100mg/L;三氯化铁25－60mg/L；

硫酸铝35－80mg/L；聚合铝5－10mg/L。

实际运行中还要进行混凝试验后予以确认。

常用助凝剂有：

用于调节PH值的石灰（CaO）或纯碱（Na2CO3）；作为氧化剂的氯（Cl2）

或漂白粉（CaOCl2）；作为絮凝物加固剂的水玻璃（Na2O·xSiO2·yH2O）；用作高分子吸附剂的聚丙烯酰氨（PAM）等。

一般来说，阳离子型适用于PH较低的水质，阴离子型适用于PH较高的水质，非离子型受PH影响很小；PAM有一定的毒性，饮用水中单体丙烯酰胺的最高允许浓度为0.25ug/L；它不能提高除铁和除有机物的效果。

电厂项目中，通常选用聚丙烯酰氨（PAM）作助凝剂，其加药浓度为1－3ppm，配比浓度为0.1%-0.5%。

实际运行中还要进行混凝试验后予以确认。

机械过滤器设计规则

A过滤器的滤速

过滤器的形式

滤速（m/h）

混凝澄清

直流混凝

正常滤速

强制滤速

细砂过滤

6－8

单层滤料

单流

8－10

10－14

6－10

双流

15－18

双层滤料

10－14

14－18

三层滤料

18－20

20－25

B过滤器滤料级配及反洗强度表

项目

过滤器型式

滤料

反洗强度L/M2.S

种类

粒径mm

层高mm

水反洗

空气擦洗

空气

水

重

力

式

滤

池

单层滤料

无烟煤

0.8－1.5

700

10

－

－

石英砂

0.5－1.2

700

15

－

－

大理石

0.5－1.2

700

15

－

－

双

层

滤

料

普通快滤池

无烟煤

石英砂

0.8－1.8

0.5－1.2

400－500

400－500

13－16

10－15

－10

－10

接触

滤池

无烟煤

石英砂

1.2－1.8

0.5－1.0

400－600

400－600

15－17

－

－

－

－

压

力

式

滤

器

细砂过滤

石英砂

0.3－0.5

600－800

10－12

27－33

－

单层滤料

石英砂

0.5－1.2

1200

12－15

20

－

无烟煤

0.5－1.2

1200

10－12

10

－

双层滤料

石英砂

0.5－1.2

800

13－16

10－15

8－10

无烟煤

0.8－1.8

400

注：

1表中所列为反洗水温20度的数据，水温每增减1度，反洗强度相应增减1%。

2反洗时间根据过滤器（池）的形式和预处理方式而定，一般5－10min。

3重力式过滤器是水流对大气敞开，它流经滤料是靠其自身重力来完成的；

4压力式过滤器是水流在压力作用下，流经装在压力容器内的滤料，并以比进水压力稍低的压力流出压力容器。

C过滤器的罐体直径计算公式：

R=SQR[Q/（V×π）]

SQR-------------开平方

R-----------------过滤器半径（单位：

m）

Q-----------------设备处理水量（单位：

m3/h）

V-----------------设计流速（单位：

m/h，通常按V=8m/h计算）

活性炭过滤器设计参数

活性炭床的水流速度v＝5－15m/h，一般不大于15m/h；

活性炭床的层高H＝1000－2000mm，一般不低于1000mm；

滤料：

当处理饮用水时多采用木质碳，如椰壳碳、桔壳碳、山核桃碳等；当处理工业水时多采用煤质碳，粒径一般为2－3mm；

反洗方式：

采用空气和水联合反洗，反洗强度为0.5m3/（㎡.S）,反洗时间为10－15min（或反洗流速20－30m/h，反洗时间4－10min，3－6d反洗一次），滤层膨胀率为30－50％）。

使用寿命一般为2－3年，饱和碳去再生或更换，目前有的厂每年更换50％。

罐体直径计算公式同机械过滤器的计算公式。

反洗水泵设计规则

反冲水泵的流量的确定主要需考虑过滤器截面积和反洗强度两个因素，原则上在没有空气擦洗时，流量较大，若设置了罗茨风机进行空气擦洗，则反洗流量会缩小1/3,具体计算公式如下：

Q=K×S×3.6

Q-------------------流量（单位：

m3/h）

K-------------------滤料的反洗强度（单位：

L/m2·s）

S-------------------罐体截面积（单位：

m2）

3.6-----------------比例常数（单位：

s/h·m3/L）

反洗时间一般为5~10min。

反洗水泵的台数一般的情况下，一台即可，但是在罐体数量较多、反洗频率又大时，建议备用一台。

罗茨鼓风机的选择

罗茨鼓风机的选择主要取决于排出压力及风量。

过滤器的气洗压力一般为50~70Kpa;气洗强度参照滤料的反洗强度。

风量的计算公式为：

Q=K×S×10-3×60

Q-------------------流量（单位：

m3/min）

K-------------------反洗强度（单位：

L/m2·s）（参见表一）

S-------------------罐体截面积（单位：

m2）

60------------------单位换算系数（单位：

s/min）

10-3----------------单位换算系数（单位：

m3/L）

5um精密过滤器的参考数据

1.250mm长滤芯每根滤芯可过0.5吨/小时；

2.500mm长滤芯每根滤芯可过1.0吨/小时；

3.1000mm长滤芯每根滤芯可过1.5-2吨/小时。

阻垢加药的设计

清力公司的阻垢剂PTP-0100，加药量一般为2-4ppm，可根据原水水质报告，在设计软件上计算出加药量，实际添加量一般在设计值上加0.5-1ppm。

可按下公式计算加药箱中应加入浓缩液的体积：

U=（Q×a×V）÷（8×1000×ρ浓×X）

U------------------应加入浓缩液的体积（单位：

L）

Q------------------反渗透给水流量，（单位：

m3/h）

a-------------------加药剂量（单位：

ppm，g/T）

V------------------加药箱有效容积（单位：

L）

ρ-----------------阻垢剂浓缩液密度（单位：

Kg/L）（ρ浓=1.45，ρ标=1.08）

X------------------加药计量泵实际工作出力（单位：

L/h）

1000--------------单位换算系数（单位：

g/Kg）

8-------------------浓缩倍数

反渗透系统的设计

反渗透系统因为投资较高，一般不考虑备用，但是针对50T/H以上的系统一般设计为2－3套独立的装置，出水总量满足供水即可。

系统的回收率为75％，脱盐率按选用膜元件的性能确定，浓水原则上应该无压力排放，但为了降低运行费用，我司建议将浓水收集至反洗水箱，用来反洗机械过滤器，反洗水箱容量的确定看具体系统的大小，满足过滤器的1-2次用量即可。

膜元件的选择以膜供应厂家提供的选型原则为准，在进行软件模拟后确定。

高压泵的选择要考虑3年后的增压，故要在软件模拟数据之上加2－3kg。

反渗透清洗系统的选择

1.清洗泵的选择

清洗泵的大小根据下表的流量和压力再加上管路和滤芯的压力损失来选择，水泵的材质必须是316不锈钢或非金属聚酯复合材料。

在高流量循环期间每支压力容器推荐清洗流量

清洗压力

元件直径（in）

每支压力容器的流量值

psig

bar

gpm

m3/h

20~60

1.5~4.0

2.5

3~5

0.7~1.2

20~60

1.5~4.0

4

8~10

1.8~2.3

20~60

1.5~4.0

6

16~20

3.6~4.5

20~60

1.5~4.0

8

30~40

6.0~9.1

20~60

1.5~4.0

8

35~45

8.0~10.2

2.清洗药箱的选择

混合循环清洗水箱可以是聚丙烯或玻璃钢（FRP），清洗水箱应有盖子和温度表计，提高清洗温度有利于提高清洗效率。

一个确定清洗箱大小的大致原则是将空的压力容器的体积加上清洗液循环管路的体积而得。

3.清洗过滤器的选择

清洗系统的过滤器安装在清洗水泵的出口，为一次性使用，使用周期为3－4个月，故清洗过滤器的出水量可比正常出水量高2－3倍，单支过滤芯的出水量可比保安过滤器的滤芯出水量增加一倍，过滤器的规格按装填滤芯数量选择。

滤芯出水量选型表格如下：

250mm长滤芯每根滤芯可过水1吨/小时；

500mm长滤芯每根滤芯可过水2吨/小时；

1000mm长滤芯每根滤芯可过水4吨/小时。

中间水箱的有效容量设计规则

对单元制系统，应为每套水处理设备出力的2－5min贮水量，且最小不应少于2M3；对于母管制系统，总有效容量应为水处理设备出力的15－30min的贮水量。

鼓风填料式除碳器的设计

A鼓风填料式除碳器的直径根据设计处理水量由下表确定：

设备直径mm

处理水量m3/h

空气耗量m3/h

600

16.8

336－504

800

30.0

600－900

1000

46.8

936－1404

1100

56.4

1128－1692

1250

73.2

1464－2196

1400

91.8

1836－2754

1600

120.0

2400－3600

1800

151.8

3036－4554

2000

187.2

3744－5616

2200

226.8

4536－6804

2500

293.4

5868－8802

2800

367.8

7356－11034

3200

480.6

9612－14418

技术条件

淋水密度：

60m3/m2.h；填料：

D25*25*3mm拉希瓷环；

进水碳酸硬度：

～7.5mmol/L；出水残余CO2<5mg/L；

汽水比：

20－30m3/m3

注：

上表仅供参考，选型时要看供货厂家提供的数据及选择的填料而定。

B鼓风填料式除碳器的填料高度的确定

因为水温会影响二氧化碳在水中溶解度（见下表），所以应根据除碳器直径按设计处理水温及进水中二氧化碳量按下表确定填料层高度。

不同温度时二氧化碳的溶解度（0.1Mpa）

水温℃

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

CO2溶解度g/m3

3347

2774

2319

1971

1689

1450

1250

1106

974

862

762

鼓风填料式除碳器填料高度

进水温度℃

进水中CO2含量mg/L

67

114

165

222

287

360

443

填料层高度m

15

2.50

3.15

3.15

4.00

4.00

4.00

4.00

20

25

30

35

2.002.50

3.15

3.15

2.50

3.15

3.15

1.60

2.00

2.50

2.50

2.00

2.50

2.50

40

1.60

2.00

2.00

混床的运行设计及再生工艺过程技术数据

流速：

一级混床的设计运行流速为40－60m/H，二级混床的设计运行流速为60－80m/H；

填料：

常规情况下树脂装填高度为001×7MB600mm，201×7MB1200mm；

再生工艺过程技术数据：

再生工艺过程技术数据

操作步骤

工艺参数

两步法

同时法

小反洗

流速m/h

时间min

终点

10－15

15－20

树脂分层明显

10－15

15－20

树脂分层明显

再生

阳树脂

再生

进酸流速m/h

进酸浓度％

用酸量kg

顶压水流速m/h

时间min

5

2－3

＃

5

视进酸情况定

5

2－3

＃

－

－

阴树脂

再生

进碱流速m/h

进碱浓度％

用碱量kg

托碱水流速m/h

时间min

5

1－1.5

＃

5

视进碱情况定

5

1－1.5

＃

－

－

对流情况

顶压水流速m/h

托碱水流速m/h

5

5

5

5

终点

硬度～0umol/L

HsiO3－<50ug/L

硬度～0umol/L

HsiO3－<50ug/L

混脂

风压Mpa

时间min

风量m3/m2.min

终点

0.1－0.5

3－5

2.3

混脂均匀

0.1－0.5

3－5

2.3

混脂均匀

正洗

流速m/h

时间min

10－15

5－10

10－15

5－10

终点

HsiO3－<20/L电导率<0.2us/cm

运行

流速m/h

40－60

终点指标

硬度～0umol/LHsiO3－<20/L

电导率<0.2us/cm

注：

＃混床用酸碱量见下表

混床再生比耗与出水质量关系

再生剂耗量kg/m3（树脂）

出水电导率us/cm

H2SO3

HCL

NaOH

Ⅰ型树脂

Ⅱ型树脂

243

162

130

113

198

132

106

92

162

81

49

32

0.07

0.167

0.25

0.34

0.10

0.25

0.40

0.40

混床再生周期及耗酸碱量的计算

2.阳离子交换的再生周期计算公式为：

h阳=（E阳×V阳）÷（P阳×Q）

h阳-----------------阳树脂再生周期（单位：

h）

E阳----------------阳树脂工作交换容量（mol/L）（约为1mol/L）

V阳----------------阳树脂量（L）

P阳----------------处理水中阳离子的含量（mol/L）

Q------------------处理水流量（m3/h）

3.阴离子交换的再生周期计算公式为：

h阴=（E阴×V阴）÷（N阴×Q）

h阴-----------------阴离子再生周期（单位：

h）

E阴----------------阴树脂工作交换容量（mol/L）（约为0.5mol/L）

V阴----------------阴树脂量（L）

N阴----------------处理水中阴离子和CO2的含量总和（mol/L）

Q------------------处理水流量（m3/h）

阴阳树脂的再生周期短的为混床的再生周期。

直径为800mm-1200mm的混床，阴阳树脂的装填高度为800mm、400mm；

直径为1500mm-3200mm的混床，阴阳树脂的装填高度为1200mm、600mm。

4.再生阳树脂一次消耗盐酸溶液量的计算公式：

mHCl=E阳×V阳×M×nHCl÷30%

mHCl----------------再生一次的消耗HCl的量（g）

E阳------------------阳树脂工作交换容量（mol/L）（约为1mol/L））

V阳------------------阳树脂量（L）

M--------------------摩尔当量（g/mol）（HCl摩尔当量是36.5g/mol）

nHCl------------------HCl的再生比耗（HCl的再生比耗一般为5）

30%-----------------HCl的浓度按30%计算

5.每年耗酸量的计算公式：

mHCl·年=Q产×P阳×M×nHCl÷30%×24×350

mHCl·年-------------一年（按350天计算）消耗HCl的量（单位：

g）

Q产-----------------系统总产水量（单位：

m3/h）

P阳------------------处理水中阳离子的含量（mol/L）

6.再生一次阴树脂消耗碱溶液量的计算公式：

mNaOH=E阴×V阴×M×nNaOH÷30%

mNaOH---------------再生一次的消耗NaOH的量（单位：

g）

E阴------------------阴树脂工作交换容量（mol/L）（约为0.5mol/L））

V阴------------------阴树脂量（L）

M--------------------摩尔当量（g/mol）（NaOH摩尔当量是40g/mol）

nNaO