淮水北調(diào)淮北市配水工程某大型水廠工藝設(shè)計(jì)

王殊然

（合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽合肥 230041）

1.基本概況

水廠設(shè)計(jì)供水規(guī)模為30.0萬m3/d。

水源為淮水北調(diào)工程調(diào)入水，原水水質(zhì)為地表水Ⅳ類水。限制取水水位為27.0m，對應(yīng)設(shè)計(jì)枯水流量的年保證率為95%。

近期供水對象為城市工業(yè)用水（非食品、釀酒等行業(yè)），遠(yuǎn)期視城市給水專項(xiàng)規(guī)劃確定。

結(jié)合本工程的實(shí)際情況，建設(shè)單位提供的工業(yè)企業(yè)的需水水質(zhì)統(tǒng)一為地表水Ⅳ類水，濁度5.0NTU基本能滿足大部分企業(yè)的用水要求。考慮到在配水過程中濁度可能增加，故本工程供水水質(zhì)為地表水Ⅳ類水，其中出廠水濁度≤3.0NTU。

2.工藝流程

水廠包含凈水處理和排泥水處理，預(yù)留遠(yuǎn)期預(yù)處理和深度處理用地。根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)，擬定凈水處理工藝采用“混合+絮凝+沉淀+過濾+消毒”的常規(guī)處理工藝[1]。廠區(qū)排泥水包含絮凝沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水，其中，絮凝沉淀池排泥水采用“濃縮+脫水”的成熟污泥處理工藝。濾池反沖洗廢水因水質(zhì)較好，含固率低，在不影響水廠出水水質(zhì)的情況下經(jīng)排水池調(diào)節(jié)后均勻回用。水廠總體工藝流程示意圖詳見圖1。

圖1 水廠工藝流程示意圖

3.工藝設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械混合池

來自于加藥間的藥液在進(jìn)入絮凝池前應(yīng)和原水充分、劇烈地混合。混合的方法有很多種，結(jié)合本工程實(shí)際情況，采用機(jī)械混合。

機(jī)械混合池與絮凝沉淀池合建，按7.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)4座，分別建于4組折板絮凝平流沉淀池進(jìn)水端。混合池單格尺寸為3m×3.1m×5.65m（有效水深4.45m），內(nèi)設(shè)漿板式攪拌器，混合時(shí)間44s。

3.2 折板絮凝平流沉淀池

折板絮凝、平流沉淀池采用組合式，共設(shè)2座，單座設(shè)計(jì)規(guī)模15萬m3/d，每座分2組，2組合建，每組設(shè)計(jì)處理能力為7.5萬m3/d。

折板絮凝池采用異波折板，水流沿折板豎向上下流動，多次轉(zhuǎn)折，促使絮凝。對原水的水量和水質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，絮凝時(shí)間20.69min，分3段，每段各格的豎向流速依次為0.31m/s、0.21m/s、0.1m/s，折板間距從絮凝池首段到末段逐步增大，G值從大到小。絮凝池每組平面尺寸19.9m×17.0m，有效水深3.70m。為排除絮凝池中可能產(chǎn)生的少量積泥，池底設(shè)DN200穿孔排泥管，采用電動快開排泥閥，可實(shí)現(xiàn)自動排泥。

沉淀池與絮凝池配套分2組，2組合建，每組池長105m，池寬19.9m，有效水深3.5m，水平流速12mm/s，停留時(shí)間2.2h。為保證進(jìn)水均勻，沉淀池進(jìn)口采用配水花墻配水，花墻前設(shè)2.5m過渡區(qū)。出水采用淹沒孔流指形集水槽，每組10條，長18.0m，寬0.4m，高0.85m。采用跨度為20.2m泵吸式桁架吸泥機(jī)2臺。

單座絮凝池與沉淀池組合總長130.5m，寬50.4m。根據(jù)水量、原水濁度、水溫等自動控制加礬量投加量，排泥閥由PLC進(jìn)行時(shí)序控制自動排泥。

3.3 V型濾池

水廠設(shè)V型濾池2座，單座設(shè)計(jì)規(guī)模15萬m3/d。每座濾池單元數(shù)為8格，雙排對稱布置，中間為管廊，管廊內(nèi)布置清水渠、反沖洗水管、氣管及閥門等。單座濾池設(shè)計(jì)流量Q=1.05×15=31.5萬m3/d=6562.5m3/h，單格過濾面積為101.4m2（長15m，寬6.76m），設(shè)計(jì)濾速8.09m/h，強(qiáng)制濾速8.63m/h。

濾池濾料為采用石英砂均勻級配粗砂濾料，粒徑0.95mm～1.20mm，K60＜1.40，濾層厚度1.20m。下部粗砂承托層粒徑2mm～4mm，厚度0.1m。濾層上最大水深1.20m，最大過濾水頭2.3m。為了保證配氣、配水的均勻性，采用帶可調(diào)式濾頭的整澆濾板[2]，提高施工精度，降低施工難度，加快施工速度，縮短工期。

濾池采用氣水反沖洗，沖洗歷時(shí)：氣沖2.0min，氣水同時(shí)沖洗4min；單獨(dú)水沖6.0min，總歷時(shí)12min。氣沖強(qiáng)度15L/（s·m2），氣水同時(shí)沖洗時(shí)水沖強(qiáng)度2.5L/（s·m2），氣水同時(shí)沖洗時(shí)氣沖強(qiáng)度15L/（s·m2），單獨(dú)水沖洗強(qiáng)度 5.0L/（s·m2），表面掃洗強(qiáng)度 2.0L/（s·m2）。

每格濾池出水管上設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥控制濾池恒水位運(yùn)行。濾池反沖洗按運(yùn)行周期、出水濁度、水頭損失等自控進(jìn)行。正常過濾時(shí)濾池反沖洗周期24h～36h。

3.4 反沖洗泵房

水廠設(shè)濾池反沖洗泵房一座，設(shè)計(jì)流量按一次沖洗1格濾池設(shè)計(jì)。反沖洗泵房平面尺寸46.81m×10.4m，水泵間布置成半地下式，以保證快速自灌起動；其余為地面式框架結(jié)構(gòu)。

泵房內(nèi)設(shè)反沖洗水泵3臺（2用1備），單泵流量Q=912.6m3/h，揚(yáng)程H=10m，配套電機(jī)功率N=55kW。三葉式羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺（2用1備），風(fēng)量Q=45.63m3/min，出風(fēng)壓力0.049MPa。沖洗水管和氣管上分別設(shè)置流量計(jì)對反沖洗水和空氣進(jìn)行計(jì)量。反沖洗泵房內(nèi)設(shè)電動單梁懸掛起重機(jī)一套，起重量3t。

3.5 清水池

清水池按30萬m3/d規(guī)模設(shè)2座，均為地下式，單座平面尺寸94.0m×68.5m，有效水深3.80m。2座總有效調(diào)節(jié)容積471200m3，調(diào)節(jié)比例15.2%，池內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流墻。池內(nèi)設(shè)有集水坑和溢流管，放空和溢流均排入廠區(qū)雨水系統(tǒng)。

3.6 加藥、加氯間

加藥間、加氯間按30萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)。盡可能縮短加藥管線距離，降低加藥管結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)將加藥間和加氯間分開建設(shè)。

（1）加藥間。加藥間1座，平面尺寸為15.68m×35.35m。混凝劑為液體堿式氯化鋁[3]（Al2O3含量10%），采用濕式投加，設(shè)計(jì)平均投加量30mg/L，最大投加量60mg/L，最佳投加量根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果確定，可適當(dāng)調(diào)整。設(shè)地下式液體礬庫2格，單格礬庫容積94.6m3，設(shè)計(jì)儲存時(shí)間10d。設(shè)溶液池2座，單座溶液池容積31.5m3，每日調(diào)配次數(shù)1次。

混凝劑（PAC）投加泵采用隔膜式計(jì)量泵。共安裝5臺計(jì)量泵（4用1備），用于混合池的混凝劑投加，每臺計(jì)量泵投加量660L/h。所有計(jì)量泵的流量在運(yùn)行過程中可根據(jù)進(jìn)水流量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。當(dāng)沖程手動可調(diào)或自動可調(diào)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可由變頻器控制調(diào)節(jié)。

（2）加氯間。加氯間具有前加氯及后加氯雙重功能，采用液氯消毒。前加氯用于對凈水廠原水中的有機(jī)物進(jìn)行預(yù)氧化處理。后加氯則是對濾后水進(jìn)行消毒，滿足衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)要求。前加氯投加點(diǎn)設(shè)在絮凝沉淀池進(jìn)水管上，最大投加量2mg/L，最佳投加率可根據(jù)進(jìn)水流量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。后加氯投加點(diǎn)設(shè)在濾池出水總管上，最大投加量1mg/L，最佳投加率在運(yùn)行過程中可根據(jù)濾后出水流量和余氯情況進(jìn)行復(fù)合環(huán)路控制投加量。氯瓶采用1t級氯瓶，氯庫按12d儲量設(shè)計(jì)。

加氯系統(tǒng)采用真空投加方式，氯源切換采用自動壓力切換。加氯采用自動投加柜式加氯機(jī)。共設(shè)5臺加氯機(jī)，前加氯2臺，后加氯2臺，共同備用1臺。單臺投加能力13kg/h。配備1套氯氣壓力自動切換裝置，2套氯氣真空調(diào)節(jié)器，2臺電子秤（2t）。為確保用氯安全，單獨(dú)設(shè)置漏氯吸收間，安裝1套漏氯吸收裝置。氯庫及加氯間內(nèi)設(shè)置雙探頭氯氣泄漏檢測儀1套，并設(shè)置低、高檢測極限。一旦發(fā)生嚴(yán)重泄氯事故，漏氯吸收裝置立即投運(yùn)，加氯間及氯庫均按規(guī)范要求設(shè)有強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。

3.7 排水池

本次設(shè)計(jì)濾池反沖洗廢水進(jìn)入排水池調(diào)節(jié)，由泵打至配水井全部回用。30萬m3/d規(guī)模時(shí)共有濾池16格，設(shè)計(jì)考慮每次沖洗1格，則每次反沖洗廢水量為389.4m3。為減小排水池容積，且盡可能均勻回收，避免對反應(yīng)沉淀池造成較大的沖擊，16格濾池考慮按24h均勻沖洗，每次反沖洗間隔1.5h。

排水池分為可獨(dú)立運(yùn)行的2格，同時(shí)工作，單格有效調(diào)節(jié)容量按容納1格濾池的反沖洗水量計(jì)算。排水池單格平面尺寸為12.0m×11.0m，有效水深3.1m，超高2.0m。排水池底部采用斜坡式，順?biāo)鞣较蛟O(shè)置縱坡，坡向末端集水坑，避免池底積泥。

排水池進(jìn)水管設(shè)置電動蝶閥，便于自動切換進(jìn)水。每格排水池設(shè)2臺潛水泵，1用1備，單泵流量135m3/h，揚(yáng)程15m，配套電機(jī)功率15kW，用于反沖洗廢水回用。每格排水池設(shè)2臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，配套電機(jī)功率4kW，以均勻污泥濃度，防止污泥沉積。

3.8 排泥池

本次設(shè)計(jì)排泥池1座，容積根據(jù)單格沉淀池最大一次排泥量，并留有一定貯存容積確定。按30萬m3/d規(guī)模一次設(shè)計(jì)，分為可獨(dú)立運(yùn)行的2格，單格有效容積594m3，平面尺寸18m×11m，有效深度3.0m。

每格排泥池設(shè)2臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，以均勻污泥濃度，防止污泥沉積。每格排泥池設(shè)2臺潛污泵（1用1備），單泵流量100m3/h，揚(yáng)程15m，用于提升排泥水至污泥濃縮池。

3.9 污泥濃縮池

污泥濃縮池采用圓形輻流式濃縮池，按30萬m3/d規(guī)模一次設(shè)計(jì)，分為獨(dú)立運(yùn)行的2座，固體通量取0.8kg/（m2?h），單座濃縮池直徑為Φ25m，周邊水深4.0m，內(nèi)設(shè)一臺周邊傳動式濃縮機(jī)。污泥濃縮后，上清液排至污水管網(wǎng)，沉淀底泥重力排至污泥脫水車間。

3.10 污泥平衡池

污泥平衡池用來平衡濃縮池的來泥量及脫水車間處理量之間的差值，同時(shí)作為脫水車間進(jìn)料泵的吸泥井。本次按照30萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)，分2格，交替運(yùn)行。單格尺寸為6m×7.2m×6.7m，有效水深5.0m，有效調(diào)節(jié)容積為216m3。每格平衡池設(shè)2臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，配套電機(jī)功率1.5kW，以均勻污泥濃度，防止污泥沉積。

3.11 污泥脫水車間

設(shè)污泥脫水車間1座，平面總尺寸為37.0m×10.0m，目的是提高污泥含固率，以利外運(yùn)。設(shè)計(jì)土建按30萬m3/d一次建成，設(shè)計(jì)最大干泥量18.8t/d。最大濕污泥量627 m3/d，平均含水率97%[4]，泥餅含水率≤75%，固體含量回收率＞98%，分離水SS值≤400mg/L。

設(shè)置3臺離心脫水機(jī)（2用1備），按每天運(yùn)行16h計(jì)算，則單臺脫水機(jī)處理能力應(yīng)為20m3/h，電機(jī)功率41kW。當(dāng)原水濁度超過設(shè)計(jì)值，且儲泥池?zé)o法儲存時(shí)，可考慮延長脫水機(jī)工作時(shí)間，直至24h連續(xù)運(yùn)行，離心機(jī)的脫水濾液排放至廠區(qū)污水系統(tǒng)。

離心機(jī)污泥進(jìn)料泵采用螺桿泵3臺（2用1備），單泵輸送能力10m3/h～30m3/h，輸送量可調(diào)，配套電機(jī)功率5.5kW；配套3臺污泥切割機(jī)，最大處理量20m3/h，電機(jī)功率2.2kW；脫水機(jī)房內(nèi)設(shè)1臺泥餅水平無軸螺旋輸送機(jī)，長度為8m，配套電機(jī)功率4.0kW；脫水車間共設(shè)置1臺傾斜無軸螺旋輸送機(jī)，總長15m，最大傾斜角25°，配套電機(jī)功率7.5kW。

采用陽離子聚丙烯酰胺進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)，平均投加率3kg/T DS，最大投加率5kg/T DS。設(shè)置1套絮凝劑自動配制裝置，最大制備能力5.9kg/h，配套電機(jī)功率3.87kW。設(shè)3臺投藥計(jì)量泵，2用1備，單臺流量1600L/h可調(diào)，配套電機(jī)功率1.1kW。

為保持泥庫環(huán)境衛(wèi)生，考慮設(shè)置1座儲泥斗，可臨時(shí)儲存脫水泥餅。脫水泥餅由螺旋輸送機(jī)送入儲泥斗，直接裝車外運(yùn)，避免二次裝卸，減輕勞動強(qiáng)度。

4.結(jié)語

該工程投入運(yùn)行后，出水水質(zhì)穩(wěn)定且符合水質(zhì)目標(biāo)，為淮北市工業(yè)企業(yè)供水提供保障，改善了地下水超采現(xiàn)象，促進(jìn)了淮北市的水資源優(yōu)化配置，有著明顯的資源效益、環(huán)境效益、社會效益。