南方某水廠二期擴建工程設計

李少文

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000）

隨著城市人口的快速增長，用水需求越來越大，城鎮缺水問題突出。南方某城鎮目前主要給水廠原有設計制水規模為20萬m3/d，實際供水規模已達22萬m3/d，長期處于超負荷運行狀態，但仍有多地反映用水緊張。同時，在建及擬建的工業園、房地產小區等，用水缺口大，超負荷運行也對水廠出水水質達標造成了影響。基于此，當地自來水公司啟動了水廠二期及配套管網工程建設的工作，文章主要對水廠二期的設計進行介紹。

1 建設規模及總體工藝流程

該水廠現狀規模為20萬m3/d，二期建設規模為20萬m3/d，建成后總供水規模可達40萬m3/d。原水由江水及當地某中型水庫構成，對各水源構成的原水水質分析，基本穩定達到地表水Ⅲ類。根據水廠一期工程長期的生產經驗，原水經常規處理工藝后，出水水質滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）的要求。總體工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 設計參數

二期凈水廠工程設計內容主要包括凈水構筑物、生產廢水回收和污泥處置構建筑物，以及電氣工程。

（1）預氧化接觸池、配水井。預氧化接觸池、配水井合建，共設2座，每池按20萬m3/d一次建成。該池近期作為化學藥劑氧化接觸池使用，在進水區投加高錳酸鉀（應急）和次氯酸鈉；遠期水廠進行深度處理改造，再將該池作為臭氧接觸池使用。水力停留時間為5min，分2條渠道運行。單池外包尺寸為33.60m×6.90m。

（2）機械混合、折板絮凝、平流沉淀池。機械混合、折板絮凝、平流沉淀池合建。設1座反應池，規模20萬m3/d，一次建成。單池外包尺寸為48.8m×135.05m。機械攪拌池停留時間為60s；折板絮凝池停留時間為20min；平流沉淀池停留時間為2h，水平流速為15mm/s。

（3）氣水反沖洗濾池。土建及設備按20萬m3/d一次建成。該池外包尺寸為44.9m×55.41m。分12格運行，單格過濾面積為103.3m2，濾速為7.05m/h，強制濾速為7.7m/h。

（4）清水池。設2座清水池，單池外包尺寸為79.5m×79.5m。有效水深為3.4m，單池有效容積為21000m3。

（5）送水泵房（改造）。送水泵房土建工程在水廠一期時已按40萬m3/d建設完成，共設置了6臺泵位，并已經按20萬m3/d配置了4臺水泵，其中3臺配置了變頻器。本次安裝2臺水泵，單泵參數Q=5800m3/h，H=46m，功率為1000kW。與現狀水泵形成4用2備，其中3臺變頻、3臺工頻運行。

（6）加藥間（改造）。水廠一期時土建已經按40萬m3/d一次建成，在加藥間內設置了液氯、液氨、石灰、礬等投加設備。本次對加礬系統進行改造，增加次氯酸鈉、高錳酸鉀和燒堿的投加功能。原有液氯、液氨、石灰投加不再使用。①加礬：一期工程共設置5臺數字計量投加泵，本次將其中3臺小泵更換成大泵，大泵參數為940L/h，4bar。平均投加量為20mg/L，最大投加量為40mg/L（以三氧化二鋁有效成分約10%的液體礬計）。②加次氯酸鈉：前加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯計），后加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯計），次氯酸鈉采用現場制備、投加設備。③加高錳酸鉀：用于應急處理，投加量1～2mg/L，投加濃度2%。④加燒堿：用于應急處理，最大投加量10mg/L。

（7）排水池。按40萬m3/d一次建成，池體外包尺寸為23.2m×18.8mm，有效水深4.5m。

（8）排泥池。按40萬m3/d一次建成，池體外包尺寸為23.2m×18.8mm，有效水深3.0m。

（9）污泥濃縮池。按40萬m3/d一次建成，設2座內徑20m的濃縮池。

（10）污泥脫水車間。土建按40萬m3/d規模一次建成，設備同步安裝，總建筑面積963.30m2。配備10～40m3/h離心脫水機3臺，2用1備。

（11）其他改造內容。由于水廠一期工程建成較早，本次二期擴建工程還將廠內現有的電氣、自控系統進行整合優化，對廠內道路、綠化、現有建筑進行翻新改造。

3 設計要點

3.1 機械混合

本次設計時，根據一期工程水力流程圖，發現從配水井出水到沉淀池進水，總共只有0.8m水損。扣除兩池之間管道水損，靜態混合器實際水損不足0.5m。而根據經驗，靜態混合器運行水損在0.5～1.0m。為改善水廠二期工程混合效果，本次二期擴建工程中改采用機械混合工藝，由于攪拌器可根據混合效果、加藥量等參數調整轉速，混合效果更好。從工藝流程上來說，可以節省靜態混合器這一部分的水損，將其分配到沉淀池及濾池中，可以實現提高絮凝、沉淀的效果，延長濾池沖洗周期等目的。

3.2 消毒藥劑

原有一期采用液氯消毒，存在安全隱患、易產生消毒副產物、投加量控制難度大等問題。次氯酸鈉溶液作為一種真正高效、廣譜、安全的強力滅菌殺病毒藥劑，其消毒效果好，投加準確，操作安全，使用方便，易于儲存，對環境無毒害，不存在跑氣泄漏的情況，二期將全廠改為投加次氯酸鈉。

商品型次氯酸鈉溶液一次性投資少，但運行費用較高；現場制備次氯酸鈉投加方式，一次性投資高，但運行費用較低。以20萬m3/d水量滿負荷運行計算，按前加氯1.5mg/L，后加氯1.5mg/L平均投加量計算，一年消耗有效氯182.5t，采用現場制備藥液投加的方式，一年節約運行成本約70萬元。但現場制備原液的一次性投資費用遠大于投加商品藥液，基本上15年左右可以收回投資。若考慮時間成本、貸款利息等因素，這個周期還將進一步延長。因此，從經濟上來說，現場制備次氯酸鈉并投加的方式并不占優。

但作為一個大型水廠，次氯酸鈉投加是水廠凈水工藝流程必不可少的步驟，現場制備次氯酸鈉并投加，相比直接投加商品次氯酸鈉，不會受到產品供應商供貨周期的限制，在供水安全性方面有比較高的保證，這一點優勢無法從經濟角度衡量，故設計采用現場制備、投加的方式。

3.3 廢水回收+污泥處理設施

社會各界近年來對水環境問題的重視程度日益增加，已投入大量的人力、物力進行水污染治理。然而，當前我國的水污染形勢依然嚴峻，水環境質量不容樂觀。

在過去的城市凈水廠建設中，由于凈水廠產生的污泥對環境造成的危害相對較小，凈水廠的污泥處理容易被忽略，大多數凈水廠的污泥直接排入附近水體，部分不存在適宜接納水體的水廠才考慮進行污泥處理。自來水廠沉淀池排泥水和濾池反沖洗水等自用水量一般占水廠總凈水量的4%～7%，加上城市規模的不斷擴大，用水規模逐漸增大，凈水廠排泥總量也隨之增加，將造成嚴重的水資源浪費。

該縣區內尚未建設反沖洗水回用及泥處理設施的水廠，本次水廠二期將采用反沖洗廢水直接回用，加排泥水濃縮脫水處理的方式，大大節約了廠區自用水量，同時也滿足了環保日趨嚴格的發展趨勢。

4 經驗總結

4.1 V型濾池濾板的調整

原設計氣水反沖洗濾池濾板采用傳統的預制小塊混凝土濾板工藝，該工藝需要制作鋼制模具，濾板澆筑預制，濾板脫模養護，運輸吊裝預制濾板，調整濾板水平度。一方面，該工藝工期較長；另一方面，由于為預制拼裝，各濾板之間采用專用的膠泥密封，整體結構強度相對較弱，密封處理對施工要求較高。

而整體澆注濾板的方式，在濾池濾梁體結構施工完成后，即可進入濾梁面找平、模板安裝、鋼筋加工安裝、預埋座安裝、混凝土澆筑及濾頭安裝，相對而言，工期較短，且現澆濾板與池壁、池梁形成一個結構整體，力學結構及整體密封性也更有保障[1]。

該項目施工過程中，考慮到水廠通水的任務，同時保障施工質量，將濾板方案調整為整體澆注濾板的方式。由于在凈水構筑物的濾池結構中，濾池的配水系統是至關重要的，尤其是氣水反沖工藝對配水系統有更高的要求。在以后的項目設計中，為保證濾池整體結構質量，建議采用整體澆筑濾板，并且建議由模板供貨廠家施工，長柄濾頭安裝則建議由供貨廠家安裝調試，以保證施工質量[2]。

4.2 廠內給水管道的設計優化

原設計過程中廠內給水管道設計較為簡單，僅在管線總圖中結合現有一期管道布置走向，使廠區用水主管道成環，造成后續施工過程中諸多不明確及存在部分可優化的地方。（1）由于廠區面積較大，原設計給水管道設計圖紙未考慮運行及檢修需要，設置分段閥門，易導致如某段管道發生事故，全廠停水的情況，因此后續增設廠內給水管道的分段檢修閥門。（2）原設計未考慮構筑物池頂地面沖洗水管，根據建設單位的反饋，為便于以后廠區的運行維護，保持池頂的整潔干凈，每隔一定距離預留構筑物池頂的沖洗水管接頭是必要的，后期水廠設計可根據實際需要考慮此部分內容。

5 結論

缺水問題不僅影響到農村，亦影響城鎮；既影響工業，又影響農業，最終將嚴重制約和影響城市的發展進程。解決好城鎮的缺水問題，不僅是一項經濟工作，更是一項政治任務。該水廠二期工程的建設解決了當地的用水問題，采用次氯酸鈉消毒，配套建設泥處理及廢水回收系統，將是今后水廠建設的趨勢。