饒平縣第二水廠三期擴建工藝設(shè)計

任 毅，陳志鐸

(1.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510610；2.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300384)

1 概述

饒平縣第二水廠現(xiàn)狀供水規(guī)模為9.0萬m3/d，水廠總占地約100畝，取水口位于黃岡河下游，上林與山門交界處段，采用樁架式取水頭部，進水管采用2根DN1400鋼管。第二水廠分兩期建成，一期供水能力為3.0萬m3/d，于2001年底建成通水。二期供水能力為6.0萬m3/d，于2004年底建成通水，采用混凝—沉淀—過濾—消毒的常規(guī)處理工藝，其中混合采用管式靜態(tài)混合器，絮凝采用水平折板絮凝池，總停留時間20min，有效水深3.05m，沉淀采用平流沉淀池，沉淀時間1.75h，設(shè)1座均質(zhì)濾料濾池，濾池分3格，單排布置，單池面積90m2，正常濾速9.7m/h，濾料為石英砂均質(zhì)濾料，清水池調(diào)節(jié)容積按設(shè)計規(guī)模的11%計算，設(shè)計總?cè)莘e6600m3，絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC)，最大投加量8mg/L，采用計量泵自動投加，消毒劑為液氯，前加氯投加量2mg/L，后加氯投加量1～1.5mg/L，采用遠距離真空投加，根據(jù)水質(zhì)特點設(shè)1座活性碳間，最大投加量25mg/L，采用干投機自動投加[1]。

2 存在問題

2.1 原水水質(zhì)存在安全隱患

第二水廠取水口存在兩方面的水質(zhì)安全隱患，一是取水口東南側(cè)規(guī)劃為工業(yè)用地，潛在的工業(yè)污染可能對取水點水質(zhì)產(chǎn)生嚴重影響，增加了水源污染風(fēng)險；二是取水口上游約0.4km處，東北側(cè)規(guī)劃物流中心，并擬建跨河大橋，對現(xiàn)狀取水口構(gòu)成危險品泄漏污染威脅[2- 3]。

2.2 供水規(guī)模不足

隨著饒平縣城開發(fā)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，區(qū)域經(jīng)濟社會將迎來較快發(fā)展，用水量需求也將出現(xiàn)較快增長。根據(jù)《潮州市饒平縣中心城區(qū)及周邊城鎮(zhèn)給水工程專項規(guī)劃》，至2035年，饒平縣中心城區(qū)最高日需水量為30萬m3/d，平均日需水量為23萬m3/d[4- 5]。

第二水廠規(guī)劃用水量遠超現(xiàn)狀水廠供水規(guī)模，現(xiàn)有水廠供水規(guī)模將難以保障縣城的發(fā)展需求。加之“引韓濟饒”工程已于2017年3月開工建設(shè)，工程總投資約12.8億元，第二水廠為該工程的兩個配套交水點之一[6]，為保證“引韓濟饒”工程效益的發(fā)揮，實施第二水廠三期擴建工程，加大縣城供水規(guī)模，是饒平縣城經(jīng)濟社會發(fā)展亟待解決的問題。

2.3 水處理工藝有短板

第二水廠現(xiàn)狀采用液氯消毒，液氯鋼瓶屬高壓容器，日常儲備量大，卸貨及儲存條件較高，需要起吊設(shè)備，操作人員必須取得特種設(shè)備操作資格證，且操作程序嚴格，流程較復(fù)雜，在運輸、管理方面存在安全隱患，屬重大危險源[7]；加之原水有機物微污染呈高發(fā)態(tài)勢，使用液氯消毒可能產(chǎn)生三鹵甲烷等致突變與致癌變的有機化合物，GB5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》中對消毒副產(chǎn)物有明確限定，消毒副產(chǎn)物防治是水行業(yè)發(fā)展的趨勢[8]。

2.4 不符合國家現(xiàn)有環(huán)保要求。

第二水廠排泥水主要來源有沉淀池排泥及濾池反沖洗排水，排泥水總固體含量一般在0.1%～2%之間，以無機顆粒、泥沙和部分有機物為主[9]，主要來源于原水中懸浮雜質(zhì)和水廠投加的絮凝劑、助凝劑。第二水廠一期與二期未建排泥水處理單元，水廠排泥水直接排入廠區(qū)雨水管道，未考慮排泥水的處理處置，最終流入黃岡河，不符合國家環(huán)保要求。

3 取水口上移及原水管道工程工藝設(shè)計

第二水廠取水口上移至水質(zhì)有保障的水源保護區(qū)內(nèi)，位于黃岡河高堂水閘上游1724m處的直流段，工程包括取水樞紐和原水輸水管工程兩部分，第二水廠三期擴建完成后，總供水規(guī)模為20萬m3/d，取水量為21.6萬m3/d。

3.1 取水樞紐

取水樞紐主要包括取水頭部、引水管、格柵吸水井、取水泵房等。

取水頭部采用棱形樁架式取水頭部，該結(jié)構(gòu)形式方便巡視與維護，且水流條件較好，可攔截隨水流沖刷而下的泥沙、樹葉和其它漂浮物，洪水期取水水質(zhì)較好[10]，且與第二水廠現(xiàn)狀取水頭部形式一致，有一定的運營與管理經(jīng)驗。

由于進水管需穿越黃岡河大堤，為盡量減少大堤開挖深度，便于后續(xù)設(shè)備檢修和管理，引水管采用虹吸式引水管，設(shè)計采用2根DN1400鋼管。

取水泵房采用半地下式矩形泵房，泵房平面尺寸為31.6m×10.3m，水泵單排布置，共設(shè)置4臺，其中大泵2臺(1用1備)，單泵設(shè)計流量4500m3/h，小泵2臺，單泵設(shè)計流量2250m3/h。

3.2 原水輸水管線

原水輸水管線接取水泵站出水管，沿黃岡河左岸堤外向東南鋪設(shè)，沿線經(jīng)過城崗村、宅畔村后，過疏北大橋沿灌渠邊鋪設(shè)，經(jīng)光隴村、廈深高鐵橋、后葛村、下寨村、聯(lián)饒溪、沈海高速大橋后，沿黃岡河左岸鋪設(shè)至第二水廠交水點。原水輸水管設(shè)計管線全長約11.4km，管徑為DN1500，管道設(shè)計工作壓力為0.4MPa。輸水管道采用明挖法施工，局部過特殊地段和過河段采用架管[11- 13]。

3.3 調(diào)度管理

“引韓濟饒”工程正常運行前，以黃岡河為主要水源，根據(jù)第二水廠實際需水量對取水泵站進行調(diào)度。

“引韓濟饒”工程正常運行后，第二水廠將形成雙水源互為備用的供水格局，正常情況下，以韓江水作為主要水源，黃岡河取水泵站不運行；當(dāng)韓江遇到特枯年，來水量難以滿足本流域用水需求時，運行黃岡河取水泵站，保證第二水廠的供水需求[6]。

4 凈水廠主要建、構(gòu)筑物工藝設(shè)計

4.1 處理工藝選擇

根據(jù)饒平縣水務(wù)工程建設(shè)管理中心提供的2016—2017年高堂水閘水質(zhì)監(jiān)測資料，數(shù)據(jù)與GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》評價標準進行比較，結(jié)果表明水質(zhì)全部為Ⅱ類和Ⅲ類。第二水廠出水水質(zhì)應(yīng)全面達到GB5749—2006中規(guī)定的106項水質(zhì)指標要求，并且水質(zhì)中的濁度≤0.5NTU。

根據(jù)對第二水廠進出水水質(zhì)分析，并參照饒平縣現(xiàn)有水廠生產(chǎn)經(jīng)驗，確定擴建工程凈水廠采用混凝—沉淀—過濾—消毒的常規(guī)處理工藝，并結(jié)合水源地與凈水廠二期工程已經(jīng)增設(shè)的活性碳系統(tǒng)，進一步高效吸附原水中可能存在或突發(fā)的污染因子。

為節(jié)省水資源并消除生產(chǎn)廢水排放對環(huán)境的污染，除考慮進行凈水處理外，第二水廠工藝流程還考慮對濾池反沖水進行回收，回收水池底排泥及反應(yīng)沉淀池排泥均排至污泥調(diào)節(jié)池，經(jīng)濃縮池濃縮后送至離心脫水機脫水，脫水后泥餅外運填埋。其工藝流程如圖1—2所示[14- 15]。

圖1 水處理工藝流程圖

圖2 泥處理工藝流程圖

4.2 總體布置

結(jié)合現(xiàn)狀條件、近遠期發(fā)展、工藝流程、投資等因素，統(tǒng)籌兼顧、因地制宜的進行凈水廠總平面布置，體現(xiàn)出分區(qū)明確、組織合理、整合有序的整體構(gòu)思。三期擴建總體布置擬定兩個方案，方案對比見表1。

表1 第二水廠三期擴建系統(tǒng)方案比選

由表1可以看出，方案一雖然存在建、構(gòu)筑物布置集中緊湊，對設(shè)計要求較高，且預(yù)留深度處理用地有限等不足，但該方案水處理、泥處理工藝流程順暢，可節(jié)省投資，且該方案原地擴建無需另行增加建設(shè)用地(方案二新增用地靠近現(xiàn)狀堤防，水行政管理部門批準實施難度較大)，綜合以上分析，第二水廠三期擴建總體布置選用方案一，即第二水廠原地擴建至20萬m3/d。

4.3 凈水處理工藝方案

二期常規(guī)處理工藝(折板絮凝平流沉淀—均質(zhì)濾料濾池)運行較好、管理較為成熟，第二水廠三期擴建常規(guī)處理工藝同二期，僅對混合與消毒方式作方案論證。

4.3.1混合方式

混合的本質(zhì)是混凝劑的水解產(chǎn)物向水體中的擴散過程，其目的在于使藥劑均勻地擴散到所投加的水流中[16]。按照混合設(shè)施的結(jié)構(gòu)形式，混合可分為水力混合和機械混合，兩種混合方式均能取得較好的混合效果，是凈水廠中常用的混合設(shè)施。相比之下，機械混合對凈水廠進水流量變化的適應(yīng)性更強，能在各種流量條件下取得較好的混合效果，同時能耗較低。考慮到第二水廠三期擴建投產(chǎn)后，處理水量不會立即達到設(shè)計規(guī)模，故第二水廠三期擴建混合工藝不同于一期與二期采用的水力混合，而采用機械混合方式。

設(shè)計機械混合池、折板絮凝池與平流沉淀池采用合建形式，共設(shè)置兩座，每座混合反應(yīng)沉淀池包括2格混合池，單格平面尺寸2.5m×2.5m，有效水深3m，攪拌器采用推進式高效金屬葉輪，攪拌器配備調(diào)速電機，單臺電機功率為9kW，混合時間56s，攪拌速度梯度G取600s-1。

4.3.2消毒方式

第二水廠一、二期消毒工藝采用液氯，鑒于液氯在使用及運輸過程中一旦發(fā)生泄漏，會對水廠周邊的居民、環(huán)境造成較為嚴重的影響。目前，次氯酸鈉消毒方式是國內(nèi)大中型水廠普遍采用的替代工藝，且橋東水廠和竹竿山水廠于2019年9月底完成次氯酸鈉消毒劑替換液氯系統(tǒng)的技術(shù)改造，結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗，第二水廠三期擴建消毒工藝優(yōu)化為成品次氯酸鈉。

設(shè)計采用10%成品次氯酸鈉溶液進行投加，按照儲存時間4d計算，儲存體積約為50m3，設(shè)置2個PE儲罐，通過精確計量將次氯酸鈉輸送到水廠各工藝投加點，分別在沉淀池前進水總管處預(yù)加氯，預(yù)加氯根據(jù)原水水質(zhì)情況間歇性投加，最大投加量按4.0mg/L計；清水池前常規(guī)加氯，最大投加量按2.0mg/L計算；送水泵房流量計井處補充加氯，補氯最大投加量按0.5mg/L計算，共計有機械隔膜計量泵8臺。

4.4 排泥水處理工藝方案

排泥水處理系統(tǒng)布置于二期水處理工藝北側(cè)，包括污泥調(diào)節(jié)池、濃縮池、提升泵房、調(diào)理罐及脫水機房。

4.4.1污泥產(chǎn)量

處理水量為20萬m3/d時，產(chǎn)生干污泥量約為9.8t/d。根據(jù)經(jīng)驗，混合反應(yīng)沉淀池排泥含固率一般為0.4%，則排放污泥流量為2444.5m3/d。

4.4.2污泥調(diào)節(jié)池

污泥調(diào)節(jié)池負責(zé)收集混合絮凝沉淀池排泥及脫水機房排出的污泥脫水濾液，并將混合污泥打入濃縮池。污泥調(diào)節(jié)池共一座，分為兩格。總平面尺寸29m×11m，有效水深4m，設(shè)有4臺潛水泵，2用2備，單泵流量Q=80m3/h，H=12m，并設(shè)有2套潛水?dāng)嚢杵鳎琋=7.5kW。

4.4.3污泥濃縮池

受場地用地限制，新建3座重力式污泥濃縮池。污泥濃縮池單池直徑14m，有效水深4m。濃縮池中濃縮后的污泥經(jīng)污泥提升泵排至污泥調(diào)理罐中，澄清后的上清液排放到回流調(diào)節(jié)池。每格濃縮池內(nèi)設(shè)1臺中心轉(zhuǎn)動濃縮機，線速度v=1.5m/min。

4.4.4污泥提升泵房

設(shè)置污泥提升泵房將濃縮池濃縮后的污泥送往污泥調(diào)理罐，以滿足板框脫水機每個批次的污泥調(diào)理容積的要求。建筑尺寸6.6m×16.6m×3.3m，設(shè)有3臺污泥提升泵，2用1備，單泵流量Q=80m3/h，H=30m。

4.4.5污泥調(diào)理罐

為調(diào)節(jié)污泥濃縮池排泥的不均勻性，并使污泥濃度更加均勻以利于污泥脫水機的運行，設(shè)2座污泥調(diào)理罐，單座有效容積50.24m3，直徑4m，有效水深4m，內(nèi)設(shè)2套潛水?dāng)嚢铏C以防止污泥在調(diào)理罐內(nèi)沉降，攪拌機直徑2m，功率P=15kW。

4.4.6污泥脫水機房

脫水機房建筑尺寸40.36m×12m×15.2m，采用隔膜擠壓全自動板框脫水機，共2臺，單臺過濾面積300m2，配置2套投藥系統(tǒng)，一套用于投加PAC，一套用于投加聚丙烯酰胺(PAM)，調(diào)質(zhì)后的污泥由投料泵輸入脫水機，脫水后泥餅含水率不大于60%，泥餅外運填埋。

4.5 系統(tǒng)銜接

在三期擴建正常運行之前(含施工期間)，一、二期工藝按原系統(tǒng)正常運行。在三期擴建正常運行之后，一、二期與三期共用配水井，一期與二期共用送水泵房，一期與三期共用清水池，工藝系統(tǒng)銜接如圖3所示。

圖3 一、二期與三期工藝系統(tǒng)銜接圖

5 結(jié)語

為滿足饒平縣城用水需求，并保證“引韓濟饒”工程效益的發(fā)揮，將第二水廠供水規(guī)模擴建至20萬m3/d。本文對第二水廠雙水源調(diào)度管理規(guī)則提出建議，并對第二水廠原地擴建的總體布置與工藝設(shè)計進行有針對性的設(shè)計，對城鎮(zhèn)大、中型給水廠擴建的工藝設(shè)計具有借鑒作用。但第二水廠現(xiàn)狀工藝、給水、污水、雨水、加氯、加藥和電力等綜合管線布置復(fù)雜且健康狀況不一，對廠區(qū)總體布置影響較大，可能導(dǎo)致設(shè)計方案全面調(diào)整，建議科學(xué)開展廠區(qū)現(xiàn)狀綜合管線的探測，并理順現(xiàn)狀與擴建綜合管線的銜接關(guān)系，減少設(shè)計變更，為項目實施創(chuàng)造有利條件。