生产和生活需求的给排水管网设计

食品厂用水的地方大致可分以下几方面：①食品成品中的水分；②食品生产工艺过程的用水，如原料清洗和调制、蒸煮加热、冷却等用水；③设备运行用水，如水环式真空泵、均质泵、水冷式冷凝器等设备用水；④暖气、空调及生产蒸汽等用水；⑤环境清扫美化、设备及用具的清洗等卫生用水；⑥职工生活用水；⑦消防用水。

食品厂给水工程的任务在于经济合理、安全可靠的供应上述用水，满足工艺、设备对水量、水质及水压的要求。

上述用水中，除食品成分中的水分外都将在人们生产和生活使用过程中受到污染，成为废水和污水。食品厂排水工程的任务就是收集和处理上述废水和污水，使其符合国家的水质排放标准，并及时排除；同时还要有组织地及时排除天然降雨及冰雪融化水，以保证工厂生产的正常进行。

一、设计内容及设计所需基础资料

（一）设计内容

整体项目的给排水设计可以包括：取水及净化工程，厂区及生活区给排水管网，车间内外给排水管网，室内卫生工程，冷却循环水系统，消防系统，污水处理系统（另见本书第六章有关章节）。

（二）设计所需基础资料

给排水工程设计大致需要收集下列资料：

（1）各用水部门对水量、水质、水温、用水时间等方面的要求。

（2）厂区和厂区周围的有关地质、地形资料。

（3）建厂所在地的气象、水文、地质资料，特别是取水河湖的详细水文资料。

（4）接入厂区的市政自来水及排水管网状况。

（5）当地环保和消防主管部门的要求。

（6）当地管材供应情况。

（三）设计注意事项

（1）在具有城市自来水供应的地方应优先考虑采用。

（2）自备水源时，水质应符合卫生部规定的生活饮用水卫生标准及本厂的特定要求。

（3）消防、生产、生活给水管网尽可能用同一管路系统。

（4）排放的生活、生产废水应进行处理，达到国家规定的排放标准。

（5）雨水溢流周期建议采用P=1。

（6）冷却水应循环使用，以节约用水量和能源消耗。

（7）凡用于增压（如消防、冷却循环等）的水泵应尽可能集中布置，以利于统一管理及使用。

（8）主厂房或车间的给排水管网设计应满足生产工艺和生活安排的需要。

二、水质和水源

（一）食品工厂对水质的要求

食品厂水的用途一般可分为：一般生产用水、生活用水、特殊生产用水、冷却用水和消防用水等。不同的用途，有着不同的水质要求。

一般生产用水和生活用水的水质要求要符合生活饮用水水质标准。特殊生产用水是指直接进入产品构成产品组分用水和锅炉用水，这些用水对水质有特殊要求，必须在符合生活饮用水水质标准的基础上，给予进一步处理。现将各类用水水质标准的某些项目列于表5-1中。

表5-1　各类用水水质标准

冷却用水（如制冷系统的冷却用水）和消防用水，其水质要求可低于生活饮用水标准，由于冷却水要循环使用，一般要求无悬浮混浊物质，以免污染黏于传热壁上影响传热效果，增加清理困难。

表5-2　水源的优缺点比较

（二）水源

水源的选择，应根据当地具体情况通过技术和经济比较后确定，有自来水供应的地方，一般优先考虑采用自来水，其次考虑地下水，再次才考虑地面水。各种水源优缺点如表5-2所示。

三、给水处理

给水处理的目的主要是除去水中的悬浮物质、有色物质、胶体物质、可溶性盐类、病菌及其他有害成分，以满足各种用水的水质标准。给水处理的一般方法有以下几种：

（1）自然沉淀：水在沉淀池中停留较长时间，用沉淀方法去除水中较大颗粒的杂质。

（2）混凝沉淀：在水中加混凝剂（通常为硫酸铝［A12（SO4）3·8H2O］、硫酸亚铁［FeSO4·7H2O］、三氯化铁［FeC13·6H20］等），使水中的胶体物质及细小难沉的悬浮物质相互凝聚成较大的易沉绒体，然后在沉淀池和澄清池中沉淀和澄清，使水由浊变清。

（3）过滤：使水通过装有滤料的过滤池或过滤器，经过滤料与水中细微杂质间的吸附、筛滤作用，得到澄清的水。

（4）消毒：通过物理方法（加热、紫外线、超声波和放射线等）或化学方法（氯、臭氧、过锰酸钾及重金属离子等药剂消毒）杀死水中的病菌。目前广泛采用的是氯消毒法，即在水中加适量的液氯和漂白粉。

（5）软化：软化是指降低水中钙、镁离子的含量，从而降低水的硬度。软化方法有加热法［水加热到100℃以上，使Ca2+、Mg2+形成CaCO3、Mg（OH）2和石膏而沉淀］，药剂法［水中加石灰和苏打，与Ca2+、Mg2+形成CaCO3和Mg（OH）2而沉淀］，和离子交换法（使水和离子交换剂接触，以交换剂中的Na+或H+把水中的Ca2+、Mg2+离子交换出来）。

此外，当水中铁、锰等含量超过水标准时还要进行除铁、锰处理等。

根据原水不同水源和水质及生产对水质的要求，常联合使用以上不同的给水处理工艺：

（1）以河水、湖水等地面水用作生活饮用水时，一般都要经过以下工序处理：

原水→预沉→混凝沉淀或澄清→过滤→消毒

（2）以地下水为饮用水水源时，处理工艺较简单，一般只经过消毒即可。

（3）无论何种水源，锅炉用水一般都要进行软化处理，且一般用离子交换法进行软化。

（4）当被用作特种用水时，工艺较为复杂：生活用水→机械过滤→电渗透或反渗透→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→紫外线或超滤杀菌→特种用水。

四、全厂用水量计算

（一）生产用水量

生产用水包括生产工艺用水、锅炉用水和冷冻机房冷却用水等。

（1）生产工艺用水量：计算见第三章有关章节。

（2）锅炉用水量：可按下式估算：

qm=K 1 K2 Q

式中　qm——锅炉房最大小时用水量，t/h；

K1——蒸发量系数，一般取1.15；

K2——锅炉房的其他用水系数，一般取1.25～1.35；

Q——锅炉蒸发量，t/h。

（3）冷冻机房冷却用水量：主要包括汽缸冷却用水和冷却塔循环用水。汽缸冷却用水量见冷冻机产品样本；冷却塔循环用水量qm，L可按如下公式计算：

式中　qm，L——冷却塔循环水量，t/h；

η——使用系数，一般取1.1～1.15；

Ql——冷凝器负荷，kJ/h；(www.xing528.com)

t1——冷凝器出水温度（即冷却塔进水温度），℃；

t2——冷却器进水温度（即冷却塔出水温度），℃。

制冷机的冷却水循环量取决于热负荷和进出水温差。一般情况下，取t2≤36℃，t1≤32℃。

（二）生活用水量

生活用水量的多少与当地气候、人们的生活习惯以及卫生设备的完备程度有关，可根据当地类似企业或居民的生活用水量来确定，也可按下列公式进行估算：

式中　qm——最大小时生活用水量，t/h；

K——小时变化系数^[1]；

Q——用水量指数*；

N——使用人数，人；

t——使用时间，h。

（三）消防用水量

食品厂的室外消防用水量为10～75L/s，室内消防用水量以2股×2.5L/s计。由于食品厂的生产用水量一般都较大，在计算全厂总用水量时，可不计消防用水量，在发生火警时，可调整生产和生活用水加以解决。

五、给水系统

（一）自来水系统

自来水系统见图5-1。

图5-1　自来水给水系统

（二）地下水给水系统

地下水给水系统见图5-2。

图5-2　地下水给水系统

（三）地面水给水系统

地面水给水系统见图5-3。

图5-3　地面水给水系统

六、给水管网的布置

厂区域的室内、外给水管网的任务是把符合水质标准的水由城市干管或净化构筑物送至各用水点，以保证所需水量和水压。

室外管网布置形式分环状和树枝状两种。小型食品厂的配水系统一般采用树枝状，大中型生产车间进水管往往分几路接入，故多采用环状管网，以确保供水正常。室外给水管一般采用铸铁管，用铅或石棉水泥接口，若采用焊接钢管和无缝钢管要进行防腐处理，用焊接接口。

室内管网由进户管、水表接点、干管、支管和配水设备等组成。为供水可靠和水压稳定，有的系统配有水箱和水泵。室内给水管网布置形式有上行式、下行式和分区式三种，布置方式与建筑物的性质、几何形状、结构类型、生产设备的布置和用水点的位置有关。

七、冷却循环水系统

食品厂制冷、空调降温，真空蒸发工段等都需要冷却水，为减少给水消耗，常设置冷却水循环系统。降低水温的冷却构筑有冷却池、喷水池、自然通风冷却塔和机械通风冷却塔等。被广泛使用的机械通风冷却塔为BLT型系列圆形玻璃钢冷却塔，这种冷却塔具有体积小、质量轻、安装使用方便、冷却效果好、省水（只需补充循环水量5%～10%的新鲜水）等优点。

八、消防系统

食品厂的消防给水一般与生产、生活给水管合并，采用合流给水系统。室外消防给水管网应为环形，水量按15L/s考虑。当采用高压给水系统消防时，管道内压力应保证消防用水量达到最大，且水枪布置在任何位置的最高处时水枪充实水柱仍不小于10m，当采用低压给水系统消防时，管道内压力应保证在灭火时不小于10m水柱。室内消火栓的配置，应保证两股水柱水量不小于2.5L/s，保证同时到达室内任何部位，管道内压力应保证水枪出口充实水柱不小于7m。

九、排水系统

（一）排水系统组成

食品厂的排水系统包括室内排水系统和室外排水系统两大部分。室内排水系统包括卫生器具或生产设备的受水器、水封器、支管、立管、干管、出户管、通气管等管钢。室外排水系统包括支管、干管、检查井、雨水口及小型处理构筑物等。

（二）排水量的计算

食品厂排水量普遍较大，排水中包括生产废水、生活污水和雨水。

（1）生产废水、生活污水需经过处理达到排放标准后才能排放，排放量可按下式计算：

qυ=K×qυ，1

式中　qυ，1——生产、生活最大小时给水量，m3/h；

K——系数，一般取0.85～0.9。

（2）雨水量的计算按下式：

qυ=q×φ×A

式中　qυ——雨水量，L/s；

q——暴雨强度，L/（s·m2）（可查阅当地有关气象水文资料）；

φ——经流系数，食品厂一般取0.5～0.6；

A——厂区面积，m2。

（三）排水管道设计

工厂卫生是食品厂的头等大事，而排水设施和排水效果的好坏又直接关系到工厂卫生面貌的优劣，工艺设计人员在设计时要注意以下几点：

（1）生产车间室内排水采用明沟，明沟宽200～300mm，深150～400mm，坡度1%～2%，明沟终点设排水地漏，用铸铁排水管或焊接钢管排到室外。

（2）在进入明沟排水管道之前，应设置格栅，以截留固形物，防止管道堵塞。

（3）生产车间内的卫生消毒池、地坑及电梯坑等，均需考虑排水装置。

（4）车间的对外排水尽可能浊清分流，其中对含油脂或固体残渣较多的废水，需在车间外经沉淀池撇油去渣后，再接入厂区下水管。

（5）食品厂室外污水排放不得采用明沟，而必须采用埋地暗管，若不能自流出厂外，得采用排水泵站进行排放。

（6）厂区下水管一般采用混泥土管，其管顶埋设深度一般不宜小于0.7m。