某水廠改擴建工程集約化設計方案

薛苗苗

(上海市政工程設計研究總院〈集團〉有限公司，上海 200092)

1 水廠現狀

安徽某水廠(A廠)設計總規模為25萬m3/d，分兩期建成，水源取自長江。其中，一期工程規模為10萬m3/d，于1993年建成投產，采用管式混合、網格絮凝平流沉淀池、雙閥濾池的常規處理工藝，由于水廠出水水質指標不穩定，二期建成后一直處于停運狀態。二期工程規模為15萬m3/d，于2012年9月建成通水，采用機械混合、折板絮凝平流沉淀池、V型濾池的常規處理工藝，出廠水水質符合《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)標準的要求，目前夏季高峰期水廠已處于滿負荷運行狀態。水廠取水泵房已完成設備改造，取水能力提高至30萬m3/d，1根DN1200和1根DN1400原水管線，全長為2.3 km。

2 存在問題及解決方案

2.1 存在問題

(1)一期系統已停運：一期采用管式混合器，與二期配水不均勻；網格絮凝池絮凝時間和平流沉淀池反應沉淀時間偏短，雙閥濾池設計參數偏高，施工質量差，池壁存在多處漏水、滲水現象，出水指標難以滿足新的水質標準要求；二泵房設備陳舊，需重新改建；變配電和自控系統設備老化，已無法運行。

(2)供水有缺口：二期供水生產線已滿負荷運行，區域內另一老舊水廠(C廠)關停后需由A廠轉供，供水格局發生變化，A廠已無法滿足區域供水量要求。

(4)液氯消毒存在安全風險：水廠處于城市中心地帶，液氯運輸和使用過程中一旦發生泄漏，對周邊居民和環境會造成嚴重影響。

(5)用地緊張：水廠總占地面積約為60 000 m2，一期占地面積約為22 000 m2，在一期用地范圍內進行改擴建，用地較為緊張。

2.2 解決方案

(1)針對供水格局變化和一期系統存在的問題，通過系統方案論證，提出合理的改擴建方案。

(2)增設排泥水處理系統，濃縮池上清液回用，減少廢水排放；消毒由液氯改為次氯酸鈉。

(3)充分利用水廠現有建(構)筑物進行改造，新增建(構)筑物采用組合、疊合設計，節約用地；充分考慮與遠期深度處理系統的銜接，減少遠期建設對水廠生產的影響。

3 系統方案論證

目前,某市主城區最高日供水量為55萬m3/d，其中A水廠供水量為15萬m3/d、B水廠為32萬m3/d、C水廠為8萬m3/d。參考近幾年水量5%增長率計算，2年后主城區需水量約為60.6萬m3/d。根據規劃C水廠將于2020年底關停。

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方案一為A水廠一期系統進行改造，供水能力恢復至25萬m3/d。A水廠建成C水廠關停后，主城區實際供水能力為58萬m3/d，其中A水廠為25萬m3/d，B水廠為32萬m3/d，2年后主城區將出現2.6萬m3/d的供水缺口。因此，需啟動新規劃的D水廠與A水廠同步建設以填補供水缺口。

方案二為A水廠拆除一期工程，新建15萬m3/d新系統，供水能力提高至30萬m3/d。A水廠建成C水廠關停后，主城區實際供水能力達到63萬m3/d，其中A水廠供水量為30萬m3/d，B水廠為33萬m3/d，可滿足2年后水量增長的需求，此時D水廠可延緩建設。以上兩個方案比選如表1所示。

表1 改擴建工程方案比選Tab.1 Comparison of Reconstruction and Expansion Project Schemes

根據表1分析，方案一雖然本工程投資費用比方案二低，但受水廠工藝自身條件限制，改造后一期系統穩定性較差。隨著區域內供水格局的變化和水量的增長需同步啟動D水廠建設，近期一次性投資和運行成本都較高。因此，建議水廠的改擴建系統方案選擇方案二。

4 水廠集約化設計方案

4.1 工藝流程

結合A水廠二期的運行情況，本期同樣采用效果穩定可靠的機械混合+折板絮凝平流沉淀池+均粒濾料濾池的常規處理工藝，同時增加排泥水處理系統，濃縮池上清液考慮回用，脫水機分離液達標排入污水系統。消毒由液氯改為次氯酸鈉消毒，預留臭氧活性炭深度處理用地。本次改擴建工程采用的工藝流程如圖1所示。

4.2 水廠用地現狀

如圖2所示，水廠圍墻內總占地面積為60 225 m2，其中一期拆除區域占地面積約為22 000 m2，生活區占地面積約為9 000 m2(其中公司維保部為3 600 m2)，二期占地面積約為29 225 m2(其中可建區域為660 m2)。除去公司維保部，水廠的可用地面積僅為56 625 m2。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart

圖2 水廠用地現狀Fig.2 Existing Land Use for WTP

根據《城市生活垃圾處理和給水與污水處理工程項目建設用地指標》、《城市給水工程規劃規范》，30萬m3/d凈(配)廠常規處理工藝用地指標為84 000 m2和0.30 m2/(m3·d-1)，本工程建設用地遠遠小于規范規定的用地指標。設計方案充分利用水廠現有構筑物改造，新增建(構)筑物采用集約化設計，并考慮于遠期深度處理系統銜接。

4.3 集約化設計方案

4.3.1 配水井與預臭氧接觸池合建

配水井與預臭氧接觸池合建，布置于二期范圍內的預留空地，設計規模為30萬m3/d，設1座分2格，平面尺寸為為30.2 m×12.1 m。近期僅作配水井用，通過閥門切換可超越預臭氧接觸池，遠期再增加預臭氧設備。

4.3.2 絮凝沉淀池下疊清水池

設計規模為15萬m3/d，設1座分2格，平面尺寸為147.7 m×33.85 m；清水池疊于沉淀池下，分為2格，有效水深為4.00 m，有效容積為18 000 m3。本期工程建成后，全廠清水池總庫容為47 000 m3(現狀二期總有效容積為29 000 m3)，調節比例為15.7%。

4.3.3 砂濾池設置雙層渠道

設計規模為15.0萬m3/d，設1座分8格，雙排布置，與反沖洗泵房、鼓風機房和配電間合建，平面尺寸為50.6 m×50.4 m。考慮濾池近、遠期出水方向的快速切換，出水渠道設置為雙層，上層廊道設置一個至遠期深度處理單元進水端的接口，下層廊道設置兩個管道接口，一個連接清水池進水端，一個連接遠期深度處理單元出水端。平面布置如圖3～圖5所示。

圖3 濾池雙層渠道平面布置圖Fig.3 Layout of Double-Layer Channel of the Filter

圖5 濾池雙層渠道B-B剖面圖Fig.5 B-B Cross Section of Double-Layer Channel of the Filter

4.3.4 濃縮池下疊排泥水調節池

設計規模為30萬m3/d，設1座分2格，運行時間為24 h/d。采用重力濃縮池，單格直徑為18 m，泥水分離區增設斜板，增加有效面積，提高濃縮池的水力負荷及固體通量，相比普通重力濃縮池占地面積可縮小約2.5倍。 排泥水調節池疊于濃縮池下，設獨立運行的兩格，有效容積為3 100 m3。

4.3.5 廢水池改造為回用水池

利用原廢水池通過更換潛水泵改造成回用水池。平面尺寸為21.65 m×25.6 m，回用水池有效水深為4.30 m，有效容積為2 200 m3，更換4臺新泵，2用2備，Q=250 m3/h。

4.3.6 輔助生產車間集約布置

輔助生產車間設計規模為30萬m3/d，平面尺寸為65.44 m×19.20 m，包括加礬間、加氯間、污泥脫水機房(下疊平衡池和污泥泵房)，加PAM間，變電所。輔助生產車間平面布置如6所示。

圖6 輔助生產車間平面布置圖Fig.6 Layout of Auxiliary Production Workshop

根據《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)10.2.6[1]：濃縮池上清液回用至凈水系統且脫水分離液進去排泥水系統進行循環處理時，濃縮和脫水工序使用的各類藥劑必須滿足涉水衛生要求。根據工藝流程圖，本工程濃縮池上清液回用，脫水機分離液達標排放，設PAM投加系統2組，1組2臺，1用1備，制備能力為5 kg/h，一套用于濃縮池前投加滿足涉水衛生要求的陰離子PAM，最大加注量為1.5 mg/L；一套用于離心脫水機前投加陽離子PAM，最大加注量為3.5 kg/(t干泥)。

4.3.7 加氯間改造為機修間和倉庫

機修間和倉庫基于原有二期加氯間進行改造，原氯庫改造為機修車間，原中和室改造為倉庫，保留衛生間、值班室、水質間功能，其余房間預留為工具間。

5 平面布置方案

5.1 平面布置方案

根據廠區現狀用地及周邊標高，原水管道自廠區西南側進入。本期清水管道自廠區南側道路出廠的現實情況，并結合原一期拆除范圍內池體深度條件，以降低土方開挖、地基處理費用，將地下深度較大的濃縮池下疊排泥水池設置在原一期清水池位置。排泥水處理系統遠離生活管理區，新建二級泵房靠近清水管線等原則進行布置，如圖7所示。

圖7 水廠平面布置圖Fig.7 Layout of WTP

5.2 用地指標對比表

由表2可知，通過水廠集約化布置，水廠常規處理布置方案可節約用地約32%，遠期深度處理方案可節約用地約39%。

表2 用地指標對比Tab.2 Comparison of Land Use Indicator

6 結論

(1)水廠新建15萬m3/d處理系統，既可補充現階段C水廠關停后區域供水量，又可滿足近兩年水量增長的需求，改擴建工程是必要的，并于2020年底投產運行。

(2)結合A水廠二期的運行情況采用效果穩定可靠的機械混合+折板絮凝平流沉淀池+均粒濾料濾池常規處理工藝，同時增加排泥水處理系統，濃縮池上清液考慮回用，脫水機分離液達標排入污水系統，消毒由液氯改為現場制備次氯酸鈉。

(3)構筑物和管線設計時充分考慮常規處理與預處理、深度處理之間的接口預留和切換，既可滿足常規處理工藝流程，又可保證遠期建設深度處理工程時不影響水廠的正常生產。

(4)采用組合布置方式，將加礬系統、加氯系統、加PAM系統、變電所和污泥脫水系統集中布置，絮凝沉淀池下疊清水池，污泥濃縮池下疊排泥水調節池，布置緊湊，方便管理、節省用地。