李少文

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)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(zhèn)缺水問題突出。南方某城鎮(zhèn)目前主要給水廠原有設(shè)計(jì)制水規(guī)模為20萬m3/d，實(shí)際供水規(guī)模已達(dá)22萬m3/d，長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，但仍有多地反映用水緊張。同時(shí)，在建及擬建的工業(yè)園、房地產(chǎn)小區(qū)等，用水缺口大，超負(fù)荷運(yùn)行也對水廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)造成了影響?；诖?，當(dāng)?shù)刈詠硭締?dòng)了水廠二期及配套管網(wǎng)工程建設(shè)的工作，文章主要對水廠二期的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 建設(shè)規(guī)模及總體工藝流程

該水廠現(xiàn)狀規(guī)模為20萬m3/d，二期建設(shè)規(guī)模為20萬m3/d，建成后總供水規(guī)?？蛇_(dá)40萬m3/d。原水由江水及當(dāng)?shù)啬持行退畮鞓?gòu)成，對各水源構(gòu)成的原水水質(zhì)分析，基本穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類。根據(jù)水廠一期工程長期的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，原水經(jīng)常規(guī)處理工藝后，出水水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）的要求?？傮w工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

二期凈水廠工程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括凈水構(gòu)筑物、生產(chǎn)廢水回收和污泥處置構(gòu)建筑物，以及電氣工程。

（1）預(yù)氧化接觸池、配水井。預(yù)氧化接觸池、配水井合建，共設(shè)2座，每池按20萬m3/d一次建成。該池近期作為化學(xué)藥劑氧化接觸池使用，在進(jìn)水區(qū)投加高錳酸鉀（應(yīng)急）和次氯酸鈉；遠(yuǎn)期水廠進(jìn)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(shí)間為5min，分2條渠道運(yùn)行。單池外包尺寸為33.60m×6.90m。

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

（3）氣水反沖洗濾池。土建及設(shè)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(yùn)行，單格過濾面積為103.3m2，濾速為7.05m/h，強(qiáng)制濾速為7.7m/h。

（4）清水池。設(shè)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(shí)已按40萬m3/d建設(shè)完成，共設(shè)置了6臺(tái)泵位，并已經(jīng)按20萬m3/d配置了4臺(tái)水泵，其中3臺(tái)配置了變頻器。本次安裝2臺(tái)水泵，單泵參數(shù)Q=5800m3/h，H=46m，功率為1000kW。與現(xiàn)狀水泵形成4用2備，其中3臺(tái)變頻、3臺(tái)工頻運(yùn)行。

（6）加藥間（改造）。水廠一期時(shí)土建已經(jīng)按40萬m3/d一次建成，在加藥間內(nèi)設(shè)置了液氯、液氨、石灰、礬等投加設(shè)備。本次對加礬系統(tǒng)進(jìn)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(shè)置5臺(tái)數(shù)字計(jì)量投加泵，本次將其中3臺(tái)小泵更換成大泵，大泵參數(shù)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(jì)）。②加次氯酸鈉：前加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯計(jì)），后加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯計(jì)），次氯酸鈉采用現(xiàn)場制備、投加設(shè)備。③加高錳酸鉀：用于應(yīng)急處理，投加量1～2mg/L，投加濃度2%。④加燒堿：用于應(yīng)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(shè)2座內(nèi)徑20m的濃縮池。

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

（11）其他改造內(nèi)容。由于水廠一期工程建成較早，本次二期擴(kuò)建工程還將廠內(nèi)現(xiàn)有的電氣、自控系統(tǒng)進(jìn)行整合優(yōu)化，對廠內(nèi)道路、綠化、現(xiàn)有建筑進(jìn)行翻新改造。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 機(jī)械混合

本次設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)一期工程水力流程圖，發(fā)現(xiàn)從配水井出水到沉淀池進(jìn)水，總共只有0.8m水損?？鄢齼沙刂g管道水損，靜態(tài)混合器實(shí)際水損不足0.5m。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，靜態(tài)混合器運(yùn)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(kuò)建工程中改采用機(jī)械混合工藝，由于攪拌器可根據(jù)混合效果、加藥量等參數(shù)調(diào)整轉(zhuǎn)速，混合效果更好。從工藝流程上來說，可以節(jié)省靜態(tài)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(shí)現(xiàn)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(chǎn)生消毒副產(chǎn)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(qiáng)力滅菌殺病毒藥劑，其消毒效果好，投加準(zhǔn)確，操作安全，使用方便，易于儲(chǔ)存，對環(huán)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(yùn)行費(fèi)用較高；現(xiàn)場制備次氯酸鈉投加方式，一次性投資高，但運(yùn)行費(fèi)用較低。以20萬m3/d水量滿負(fù)荷運(yùn)行計(jì)算，按前加氯1.5mg/L，后加氯1.5mg/L平均投加量計(jì)算，一年消耗有效氯182.5t，采用現(xiàn)場制備藥液投加的方式，一年節(jié)約運(yùn)行成本約70萬元。但現(xiàn)場制備原液的一次性投資費(fèi)用遠(yuǎn)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(shí)間成本、貸款利息等因素，這個(gè)周期還將進(jìn)一步延長。因此，從經(jīng)濟(jì)上來說，現(xiàn)場制備次氯酸鈉并投加的方式并不占優(yōu)。

但作為一個(gè)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(xiàn)場制備次氯酸鈉并投加，相比直接投加商品次氯酸鈉，不會(huì)受到產(chǎn)品供應(yīng)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(diǎn)優(yōu)勢無法從經(jīng)濟(jì)角度衡量，故設(shè)計(jì)采用現(xiàn)場制備、投加的方式。

3.3 廢水回收+污泥處理設(shè)施

社會(huì)各界近年來對水環(huán)境問題的重視程度日益增加，已投入大量的人力、物力進(jìn)行水污染治理。然而，當(dāng)前我國的水污染形勢依然嚴(yán)峻，水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。

在過去的城市凈水廠建設(shè)中，由于凈水廠產(chǎn)生的污泥對環(huán)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(shù)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(jìn)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(guī)模的不斷擴(kuò)大，用水規(guī)模逐漸增大，凈水廠排泥總量也隨之增加，將造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。

該縣區(qū)內(nèi)尚未建設(shè)反沖洗水回用及泥處理設(shè)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(jié)約了廠區(qū)自用水量，同時(shí)也滿足了環(huán)保日趨嚴(yán)格的發(fā)展趨勢。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 V型濾池濾板的調(diào)整

原設(shè)計(jì)氣水反沖洗濾池濾板采用傳統(tǒng)的預(yù)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(yù)制，濾板脫模養(yǎng)護(hù)，運(yùn)輸?shù)跹b預(yù)制濾板，調(diào)整濾板水平度。一方面，該工藝工期較長；另一方面，由于為預(yù)制拼裝，各濾板之間采用專用的膠泥密封，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)構(gòu)施工完成后，即可進(jìn)入濾梁面找平、模板安裝、鋼筋加工安裝、預(yù)埋座安裝、混凝土澆筑及濾頭安裝，相對而言，工期較短，且現(xiàn)澆濾板與池壁、池梁形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，力學(xué)結(jié)構(gòu)及整體密封性也更有保障[1]。

該項(xiàng)目施工過程中，考慮到水廠通水的任務(wù)，同時(shí)保障施工質(zhì)量，將濾板方案調(diào)整為整體澆注濾板的方式。由于在凈水構(gòu)筑物的濾池結(jié)構(gòu)中，濾池的配水系統(tǒng)是至關(guān)重要的，尤其是氣水反沖工藝對配水系統(tǒng)有更高的要求。在以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，為保證濾池整體結(jié)構(gòu)質(zhì)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(diào)試，以保證施工質(zhì)量[2]。

4.2 廠內(nèi)給水管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化

原設(shè)計(jì)過程中廠內(nèi)給水管道設(shè)計(jì)較為簡單，僅在管線總圖中結(jié)合現(xiàn)有一期管道布置走向，使廠區(qū)用水主管道成環(huán)，造成后續(xù)施工過程中諸多不明確及存在部分可優(yōu)化的地方。（1）由于廠區(qū)面積較大，原設(shè)計(jì)給水管道設(shè)計(jì)圖紙未考慮運(yùn)行及檢修需要，設(shè)置分段閥門，易導(dǎo)致如某段管道發(fā)生事故，全廠停水的情況，因此后續(xù)增設(shè)廠內(nèi)給水管道的分段檢修閥門。（2）原設(shè)計(jì)未考慮構(gòu)筑物池頂?shù)孛鏇_洗水管，根據(jù)建設(shè)單位的反饋，為便于以后廠區(qū)的運(yùn)行維護(hù)，保持池頂?shù)恼麧嵏蓛簦扛粢欢ň嚯x預(yù)留構(gòu)筑物池頂?shù)臎_洗水管接頭是必要的，后期水廠設(shè)計(jì)可根據(jù)實(shí)際需要考慮此部分內(nèi)容。

5 結(jié)論

缺水問題不僅影響到農(nóng)村，亦影響城鎮(zhèn)；既影響工業(yè)，又影響農(nóng)業(yè)，最終將嚴(yán)重制約和影響城市的發(fā)展進(jìn)程。解決好城鎮(zhèn)的缺水問題，不僅是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)工作，更是一項(xiàng)政治任務(wù)。該水廠二期工程的建設(shè)解決了當(dāng)?shù)氐挠盟畣栴}，采用次氯酸鈉消毒，配套建設(shè)泥處理及廢水回收系統(tǒng)，將是今后水廠建設(shè)的趨勢。