某市給水廠常規工藝擴容工程設計實例

彭麗奇

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

某市給水廠規模為14萬m3/d，主要負責某市重點發展區域的供水任務。自2021年1月以來，隨著重點發展區域開發建設進程的加快以及用水需求的持續增長，某市給水廠超產天數不斷增加，目前已長期處于高負荷運轉狀態。本工程為緩解水廠供水壓力，保障重點發展區域的正常生活生產用水，結合國內外給水廠工程案例，對某市給水廠常規工藝擴容工程方案進行了論證和設計。

1 給水廠概況

1.1 建設概況

1.1.1 設計規模

某市給水廠設計規模為14萬m3/d。

1.1.2 現狀凈水工藝

某市給水廠建有2條凈水生產線，均為“預處理+常規處理”的組合工藝，一條為“曝氣生物濾池+穿孔旋流反應池+平流沉淀池+虹吸濾池”；另一條為“曝氣生物濾池+網格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池”。

1.2 運行概況

1.2.1 供水產能

根據近3年生產運行資料，某市給水廠取水量為6.94～17.87萬m3/d，供水量為6.44～17.30萬m3/d，呈總體上升趨勢，每年供水高峰月均處于超產狀態。2021年1—7月，某市給水廠最高日供水規模為17.3萬m3/d，超產率為20%，合計超產天數163d，超產占比為76.89%，處于高負荷運轉狀態。

1.2.2 水質處理

根據生產運行資料，某市給水廠近3年來原水濁度為4.19～511.14NTU，月平均濁度8.02～108.66NTU，變化幅度較大；氨氮濃度為0.01～1.29mg/L，月平均氨氮濃度穩定保持在0.5mg/L以下，基本滿足地表Ⅱ類水氨氮標準，2021年2月起每月均存在超標情況。

經廠內工藝處理后，出廠水濁度有效控制在0.07～0.19NTU，氨氮有效控制在0.01～0.19mg/L，pH有效控制在6.90～7.32，總氯有效控制在0.98～1.54mg/L，滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2022）中的限值要求。

1.2.3 藥耗電耗

某市給水廠原水水質和供水量變化幅度較大，導致加藥和用電量也隨之變化，其中氯耗為18.58～48.05mg/L，礬耗為23.56～52.88mg/L；堿耗為1.32～18.80mg/L；電耗為0.245～0.286kW·h/m3，但均處于正常水平。

1.2.4 總體評價

某市給水廠現狀處理構筑物在原水水質變化幅度較大的情況下仍能保障出廠水質穩定達標，設施運行情況良好，除水廠設計產能不足需超產以滿足供水范圍內增長的用水量需求外，處理能力不存在其他問題，只需對水廠進行擴建新增產能滿足供水需求即可。

2 主要設計參數

2.1 設計水量

根據規劃要求，常規工藝擴容工程設計水量為6萬m3/d。

2.2 設計水質

出廠水質執行《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2022）。

3 工程總體方案

3.1 取水工程方案

3.1.1 取水工程現狀

某市給水廠現狀取水工程包括吸水井和取水泵房，吸水井尺寸為13.85m×6.5m×2.2m，有效容積約198m3，吸水井前端設有攔污網。

取水泵房平面尺寸為19.50m×13.45m，內設有取水泵4臺，兩臺大泵兩臺小泵（大泵流量3450m3/h，揚程24m，功率280kW；小泵流量2030m3/h，揚程24m，功率200kW），大泵取水管管徑為DN900，小泵取水管管徑為DN700，設計規模為14萬m3/d。

3.1.2 取水工程方案比選

（1）方案一：新建取水工程。

方案一擬新建一座吸水井，尺寸為4m×6m×2.2m；并新建一座設計規模為6萬m3/d的取水泵房，配置離心泵3臺，兩用一備，設備參數為流量1400m3/h，揚程27m，功率為200kW。

（2）方案二：對現狀取水工程進行改造。

方案二擬將現狀取水泵房內的一臺小泵（流量2030m3/h，揚程24m，功率200kW）替換為大泵（流量3700m3/h，揚程27m，功率400kW，變頻），并調整配套基礎及水泵進、出水管道，現狀吸水井及吸水井前端的攔污網予以保留，改造后共4臺取水泵，大泵兩用一備，小泵1臺。

（3）方案比選。

經比較，方案二工程量較小，僅需更換一臺小取水泵，并調整配套基礎及水泵進、出水管道，且取水泵房改造期間對水廠連續生產影響較小，故推薦方案二，即對現狀取水泵房進行改造。

3.2 送水工程方案

3.2.1 送水工程現狀

某市給水廠現狀送水泵房包括1座吸水井，平面尺寸27.4m×7.0m×7.8m，分2格；泵房內送水泵5臺，3臺為大泵，流量2530m3/h，揚程為45m，功率約450kW，其中一臺為變頻；2臺為小泵，流量1265m3/h，揚程為45m，功率約220kW。

3.2.2 送水工程方案比選

（1）方案一：對現狀送水泵房進行改造。

方案一擬將現狀送水泵房內的5臺送水泵全部替換為型號一致的新送水泵，新泵參數為：流量2710m3/h，揚程47m，功率500kW。改造后共5臺送水泵，四用一備，2臺變頻。同步對現狀送水泵房供電系統進行高壓電改造，將原有5臺0.38kV水泵更換為5臺10kV500kW高壓電水泵，提升用電效率，降低電耗。

（2）方案二：新建送水泵房。

方案二擬新建一座送水泵房，設計規模6萬m3/d，配套離心泵3臺，兩用一備，一臺變頻，水泵揚程為47m。現狀送水泵房設備及土建滿足現狀14萬m3/d的流量及揚程要求，予以保留，仍采用低壓供電設備。

（3）方案比選。

鑒于某市給水廠常規工藝擴容工程用地較為緊張，并綜合考慮用電效率、后期運維等因素，推薦方案一，即對現狀送水泵房進行改造。

3.3 工藝流程

3.3.1 凈水工藝流程

常規工藝擴容工程選用“曝氣生物濾池+網格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池”作為凈水工藝。

3.3.2 污泥處理工藝流程

常規工藝擴容工程采用“排泥調節池+污泥濃縮池+平衡池+污泥脫水車間”組合工藝進行污泥處理，并設置回收水池收集V型濾池反沖洗廢水以及污泥濃縮池上清液，回流至網格絮凝池前端，提高水廠用水效率。

4 工藝設計

常規工藝擴容工程主要建、構筑物包括凈水建、構筑物和污泥處理建、構筑物兩部分。

4.1 主要凈水建、構筑物設計

4.1.1 曝氣生物濾池

數量：1座，2組，共4個單池，雙排布置。

單池流量：656.3m3/h。

濾速：12.15m/h。

單池尺寸：9.0m×6.0m。

有效水深：7.95m。

總平面尺寸：30.0m×15.0m。

4.1.2 鼓風機房

數量：1座。

主要設備：2臺鼓風機（1用1備，單臺風機風量43m3/min，電機功率30kW），2臺空壓機（1用1備，1.6m3/min，1.0MPa，5.5kW），1個空氣罐（2m3，1.1MPa）。

總平面尺寸：18.0m×10.0m。

4.1.3

網格絮凝池

數量：1座，2組。

單池流量：1312.6m3/h。

絮凝時間：22.2min。

絮凝池總容積：959.0m3。

每組孔室數量：30格。

每格尺寸：2.0m×1.8m。

有效水深：4.5m。

總平面尺寸：30.0m×14.8m。

4.1.4 斜管沉淀池

數量：1座，2組。

單池流量：1312.6m3/h。

管內沉淀時間：5.56min。

上升流速：1.88mm/s。

表面負荷：6.65m3/（m2·h）。

有效水深：4.15m。

總平面尺寸：30.0m×17.3m。

4.1.5 V型濾池

數量：1座，共4個單池（雙格），單排布置。

單池流量：656.3m3/h。

濾速：8.04m/h。

強制濾速：10.72m/h。

單池（雙格）過濾面積：81.6m2。

濾料：石英砂，濾料層厚度1.2m，濾料有效粒徑0.9～1.2mm，墊層濾料粒徑d10=1.0mm，均勻系數K80=1.30，墊層厚度0.10m。

總平面尺寸：36.0m×27.3m。

4.1.6 反沖洗泵房

數量：1座，與V型濾池合建。

主要設備：3臺反沖洗水泵（2用1備，單泵流量1050m3/h，揚程12m，功率43.2kW），3臺鼓風機（2用1備，單臺風機風量47m3/min，電機功率43.2kW），2臺空壓 機（1用1備，2.0m3/min，1.0MPa），1個 空 氣 罐（4m3，1.1MPa）。

4.1.7 綜合加藥間

數量：1座。

藥劑種類：聚合氯化鋁、次氯酸鈉、氫氧化鈉。

總平面尺寸：38.0m×12.0m。

（1）投礬系統。

作用：使水中膠體脫穩并促進絮體生成，進而去除水中的懸浮物和膠體等雜質[1-2]。

聚合氯化鋁投加量：35mg/L（有效含量10%）。；

主要設備：3臺數字隔膜計量泵，2用1備，流量530L/h，壓力0.3MPa，功率0.75kW。

（2）次氯酸鈉投加系統。

作用：殺滅水中的大腸桿菌、病原微生物等[3-4]。

次氯酸鈉投加量：35mg/L（有效含量10%）。

主要設備：3臺數字隔膜計量泵（2用1備），2個儲液罐（容積10m3）。

（3）氫氧化鈉投加系統。

作用：通過酸堿中和反應調節原水pH[5]。

氫氧化鈉投加量：4mg/L（有效含量10%）。

主要設備：2臺數字隔膜計量泵（1用1備），2個儲液罐（容積5m3）。

4.2 主要污泥處理建、構筑物設計

4.2.1 回收水池

數量：1座，分2格。

有效深度：4.4m。

主要設備：3臺潛水排污泵，2用1備，Q=40m3/h，H=7m，N=2.2kW。

總平面尺寸：20.0m×5.5m。

4.2.2 污泥調節池

數量：1座，分2格。

有效深度：4.2m。

主要設備：3臺潛水排污泵，2用1備，Q=40m3/h，H=7m，N=2.2kW。

總平面尺寸：25.0m×10.0m。

4.2.3 污泥濃縮池

數量：1座，分2格。

進泥量：67.80m3/h。

進流干污泥濃度：1.89kg/m3。

固體通量：1.00kg/（m2·h）。

濃縮時間：6h。

有效深度：7.2m。

上清液回流量：63.52m3/h。

總平面尺寸：24.0m×10.0m。

4.2.4 平衡池

數量：1座，分2格。

進泥量：4.28m3/h。

儲存時間：24h。

有效深度：4.2m。

總平面尺寸：6.0m×6.0m。

5 結語

目前某市給水廠尚能穩定達標供水，但現狀處理構筑物長期處于超產狀態，設施長期超負荷運行，耗損嚴重，無法有效保障未來的出廠水量和水質。本工程的建設是消除供需缺口，緩解供水壓力，改善設施運行工況的必要舉措，同時對滿足供水范圍內不斷增長的用水需求，助力城市重點開發區域的穩步高質量發展具有重要意義。此外，本工程的建設有助于提升供水調配靈活性，強化供水突發事件下的應急保障能力。