城鎮工業園區給水廠工藝設計研究

吳艷濤WU Yan-tao

（中煤科工集團杭州研究院有限公司，杭州 311201）

0 引言

隨著我國經濟快速發展，某工業園區招商引資不斷深化，落戶企業日益增多，工業園區的規模不斷擴大，園區內人口持續增長。該園區需盡快完善公建服務設施和公用工程設施，并配套相應規模的給水廠，擴大供水規模及供水范圍，以保證工業經濟和園區發展需要[1]。

綜上，該工業園區配套建設了一座25，000m3/d 的給水處理廠，本文著重對該項目的建設進行工藝設計及分析。

1 工程概況

1.1 設計規模

一期處理規模：25000m3/d，水廠自用水系數取值0.05，實際按照26，400m3/d 設計，即1100m3/h；遠期處理總規模：65000m3/d。

1.2 設計進水水質

根據水質化驗報告，并參照同類型給水處理工程的水質情況確定本工程水源水質如表1。

表1 進、出水水質表一覽表

2 工藝設計

2.1 工藝簡述

根據水源水質特點及工業園區用水要求，選用成熟的、穩定可靠的、先進的給水處理工藝，確保處理效果，減少占地、降低運行費用和工程投資。廠區豎向設計在確保防洪澇標準的條件下，力求減少廠區填方量和節省用水提升費用。利用以上原則，對給水廠進行工藝設計，流程如下：

①原水經取水泵房提升后，經埋地管道輸送至給水廠，由于當地水質總鐵及總錳含量較高，故在前端設置曝氣池，并配合后續的混凝沉淀以達到去除原水中的總鐵及總錳含量，經曝氣后的原水進入管道混合器。

②管道混合器前端投加PAC 混凝劑以及消毒劑并調整pH[2]，在管道混合器內設置多節固定葉片，使水流成對分流，同時產生渦旋反向旋轉及交叉流動，從而獲得混合效果。管道混合器具有設備簡單，維護方便，不需外加動力設備等優點。

③原水經管道混合器混合后進入網格絮凝池，網格絮凝池具有反應時間短、構造簡單、絮凝效果好的特點[3，4]。網格絮凝池是采用多格豎井串聯而成，進水水流順序從一格流向下一格，上下交錯流動，直至出口。在反應池分格內，水平放置網格，通過網格的空隙時，水流收縮，過網孔后水流擴大，形成良好的絮凝條件。在反應池底部設置排泥管，采用電動排泥閥排泥。

④經過混合絮凝的原水通過斜板沉淀池進行泥水分離[5，6]。斜板沉淀池是在沉淀池內裝置直徑較小的平行傾斜板，底部設置排泥管排泥，利用“淺層沉淀”原理[7]，極大縮短了顆粒物之間的沉降距離，降低了沉淀時間，增加了沉淀面積，從而提高了顆粒物的去除效率。沉淀池出水進入錳砂快濾池。

⑤錳砂是自然界存在的一種天然礦物質，具有良好的氧化性能和吸附性能，利用錳砂這一特性，可以去除水中的鐵、錳離子等雜質，從而使水質達標[8，9]。在錳砂快濾池中，斜板沉淀池出水從上方進入快濾池，依次經過多層粒徑不同的錳砂過濾層，其中粒徑較大的錳砂主要去除大顆粒雜質，粒徑較小的錳砂則用于吸附水中的鐵、錳離子等雜質[10]。錳砂快濾池具有出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節能和便于自動化管理等特點。

⑥錳砂快濾池出水進入清水池。為了抑制微生物和細菌在網格絮凝池、斜板沉淀池和錳砂快濾池中的生長，保證處理水的衛生合格達標，本工程在管道混合器和過濾之后，采用次氯酸鈉對水質進行消毒[11，12]。

⑦網格絮凝池、斜板沉淀池中的排泥水匯集到污泥池。污泥池出水回流到網格絮凝池，污泥通過污泥泵提升輸送至污水處理廠進行污泥系統統一處理。

2.2 工藝流程圖

經水質分析后，給水廠主工藝采用“原水→取水泵房→曝氣池→管道混合器→網格絮凝池→斜板沉淀池→錳砂快濾池→清水池→供水泵房”，工藝流程圖見圖1。

圖1 給水處理工藝流程圖

3 工程設計

本工藝所采用的設計參數，如曝氣池的供氧量、停留時間，斜板沉淀池的表面負荷[13]，錳砂快濾池的濾速[14]、反洗強度[15]、氣洗強度[16]等，均參考已建成同類型給水處理廠運行的成功經驗，具有科學性與實踐性。

3.1 主要設計參數

①取水泵房。取水泵房土建按照65，000m3/d 建設，一期設備按照25，000m3/d 配置，采用框架結構，設計2 層。平面尺寸：30.0m（L）×12.0m（W），一樓安放取水泵，二樓作為取水泵房配電房及辦公室。泵房配置水泵2 臺，1 用1備，規格：1100m3/h×25.0m×132kW；取水池排泥泵2 臺，1用1 備，規格：200m3/h×20.0m×18.5kW；雙規行車（含導軌），1 臺，規格：3t，5.8kW；玻璃鋼軸流風機3 臺，規格：DTZ-3，7B 型，5000m3/h；固定插入式管道流量計1 臺；立式空調，1 臺。取水渠道中配置進水格網及進水閘門[17]，各2 套。

②曝氣池。曝氣池采用鋼砼結構，按照26，400m3/d 設計，平面尺寸37.0m（L）×23.0m（W），池深7.0m，有效水深6.0m，HRT 為4 小時。配套2 臺鼓風機，規格：113.3m3/min×68.6kPa×185kW；在線pH 計1 臺；ABS 曝氣管745m2。

③管道混合器。管道混合器是使藥劑與來水在管道內流過時，通過混合元件的作用而達到均勻混合的目的。本次管道混合器采用玻璃鋼材質，管徑DN600，長3.0m，數量2 套。

④網格絮凝池。網格絮凝池采用鋼砼結構，設置2 座，單座平面尺寸：8.5m（L）×7.75m（W），池深6.5m，有效水深6.0m，HRT 為40min。設備配置微窩絮凝器[18]2 套，規格：隔板間距300-600mm，翼片間距300-500mm，電動排泥閥11 套，規格：DN250；在線pH 計1 臺。

⑤斜板沉淀池。斜板沉淀池采用鋼砼結構，設計流量26，400m3/d，并聯設置2 座，表面負荷取值6.5m3（/m2·h），平面尺寸11.0m（L）×7.75m（W），池深6.5m，有效水深6.0m。內置聚丙烯斜板填料170m3；出水槽7 套，規格：18.0m×0.3m×0.6m（H）；電動排泥閥11 套，規格：DN250；在線濁度計1 臺。

⑥錳砂快濾池。錳砂快濾池采用鋼砼結構，設計流量26，400m3/d，濾速取值7.0m/h，水洗強度15l/s·m2，氣洗強度18l/s·m2。平面尺寸：7.5m（L）×5.0m（W），池深5.0m，共設置4 座。內置快濾池反洗風機2 臺，規格：43.8m3/min×49kPa×55kW；反沖洗水泵3 臺，2 用1 備，規格：1000m3/h×15m×75kW；快濾池進水電動蝶閥、出水電動蝶閥，反沖洗進氣電動蝶閥，反沖洗排水電動蝶閥，反沖洗進水電動蝶閥等各4 套；PP 長柄濾頭共計6750 個；超聲波液位計4 臺。

⑦清水池。清水池采用鋼砼結構，設計流量26，400m3/d，用來儲存業主生產用水及園區消防用水。平面尺寸70.0m（L）×27.0m（W），池深5.5m，有效水深5.0m，HRT 為8 小時。內置超聲波液位計2 臺，在線濁度計1 臺。

⑧供水泵房。供水泵房采用框架結構，尺寸30.5m（L）×9.0m（W）×1F，配置清水泵3 臺，2 用1 備，規格：550m3/h×0.6MPa×185kW；電動蝶閥3 臺，集水柜（恒壓裝置）1 套；單梁雙軌行車1 臺；潛水排污泵1 臺，規格：50m3/h×20.0m×5.5kW；壓力傳感器1 臺，玻璃鋼軸流風機2 臺，規格：DTZ-3，7B 型，5000m3/h。

⑨集水池。集水池采用鋼砼結構，平面尺寸14.0m（L）×4.5m（W），池深5.0m，用來收集快濾池反洗廢水、地面沖洗廢水及其他廢水。內置潛水提升泵2 臺，規格：150m3/h×15.0m×11kW；超聲波液位計1 臺。

⑩集泥池。集水池采用鋼砼結構，平面尺寸5.5m（L）×4.5m（W），池深5.0m，用來收集斜板沉淀池、錳砂快濾池排泥廢水。內置豎軸式攪拌機1 臺，規格：Φ2.0m；污泥提升泵2 臺，規格：200m3/h×20.0m×18.5kW；超聲波液位計1 臺。

?加藥間。加藥間采用框架結構，一層布置，平面尺寸16.5m（L）×11.0m（W）。內置PAC 加藥系統1 套，次氯酸鈉加藥系統1 套，液堿加藥系統1 套，電動葫蘆1 臺，玻璃鋼軸流風機2 臺，規格：DTZ-3，7B 型，5000m3/h。加藥間設備配置清單，詳見表2 加藥間主要設備一覽表。

表2 加藥間主要設備一覽表

?風機房。風機房采用框架結構，一層布置，平面尺寸23.0m（L）×11.0m（W）。內置雙規行車1 臺，規格：3t，5.85.8kW；玻璃鋼軸流風機4 臺，規格：DTZ-3，7B 型，5000m3/h。

?配電房及控制室。配電房及控制室采用框架結構，一層布置，平面尺寸17.5m（L）×9.0m（W）。

3.2 平面設計

根據廠區地形、風向、道路進出條件、工藝流程等影響因素[19]將廠區分為主生產區，輔助生產區，生活管理區等三個部分。廠區圍墻內無較高建筑物，廠外是道路，有利于安全防火要求。廠區內有直接通向建筑物的道路，建（構）筑物間距均滿足《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）（2018 版）的有關規定。在總平面設計中，充分考慮消防通道的順暢、便捷，消防利用室外消火栓。此外，充分利用房前屋后，道路兩側，零碎邊角用地進行綠化、美化水廠的生產、生活環境[19，20]。

3.3 高程設計

在處理工藝流程中，各構筑物之間水流應為重力流。兩構筑物之間水面差即為流程中的水頭損失，包括構筑物本身，連接管道，計量設備等水頭損失在內。水頭損失應通過計算確定，并留有安全余量。

4 結語

①本項目工藝采用“原水→取水泵房→曝氣池→管道混合器→網格絮凝池→斜板沉淀池→錳砂快濾池→清水池→供水泵房”，主要出水水質滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2022）中規定的水質標準。

②本項目已穩定運行近一年，實際出水效果優于設計標準。因采用的網格絮凝池，較傳統混凝攪拌池，節省了電耗，從而降低了運行成本，也減少了設備的維護費用。

③本項目核心工藝段采用“網格絮凝池→斜板沉淀池”，該組合工藝設備安裝簡單，管理維護方便，對原水水量和水質變化的適應性強，也可適應高濁水、低濁水及微污染水質，絮凝效果穩定可靠，可為相似工程提供參考。