第二水廠三期擴建工藝設計分析

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摘要:文章分析饒平縣第二水廠現狀存在的問題，提出上移取水口降低原水水質安全隱患、優化混合與消毒方式補齊凈水工藝短板、新增排泥水處理裝置設施達到環保要求。同時，介紹了第二水廠原地擴建的工藝流程與總體布置，并設計了凈水處理與排泥水處理的相關工藝參數與設備配置方案。

關鍵詞:水廠擴建;工藝;排泥水處理;設計特點

1概述

饒平縣第二水廠現狀供水規模為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—消毒的常規處理工藝，其中混合采用管式靜態混合器，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1座均質濾料濾池，濾池分3格，單排布置，單池面積90m2，正常濾速9.7m/h，濾料為石英砂均質濾料，清水池調節容積按設計規模的11%計算，設計總容積6600m3，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，根據水質特點設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原水水質存在安全隱患。第二水廠取水口存在兩方面的水質安全隱患，一是取水口東南側規劃為工業用地，潛在的工業污染可能對取水點水質產生嚴重影響，增加了水源污染風險;二是取水口上游約0.4km處，東北側規劃物流中心，并擬建跨河大橋，對現狀取水口構成危險品泄漏污染威脅［2-3］。2.2供水規模不足。隨著饒平縣城開發建設規模的不斷擴大，區域經濟社會將迎來較快發展，用水量需求也將出現較快增長。根據《潮州市饒平縣中心城區及周邊城鎮給水工程專項規劃》，至2035年，饒平縣中心城區最高日需水量為30萬m3/d，平均日需水量為23萬m3/d［4-5］。第二水廠規劃用水量遠超現狀水廠供水規模，現有水廠供水規模將難以保障縣城的發展需求。加之“引韓濟饒”工程已于2017年3月開工建設，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”工程效益的發揮，實施第二水廠三期擴建工程，加大縣城供水規模，是饒平縣城經濟社會發展亟待解決的問題。2.3水處理工藝有短板。第二水廠現狀采用液氯消毒，液氯鋼瓶屬高壓容器，日常儲備量大，卸貨及儲存條件較高，需要起吊設備，操作人員必須取得特種設備操作資格證，且操作程序嚴格，流程較復雜，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態勢，使用液氯消毒可能產生三鹵甲烷等致突變與致癌變的有機化合物，GB5749—2006《生活飲用水衛生標準》中對消毒副產物有明確限定，消毒副產物防治是水行業發展的趨勢［8］。2.4不符合國家現有環保要求。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，不符合國家環保要求。

3取水口上移及原水管道工程工藝設計

第二水廠取水口上移至水質有保障的水源保護區內，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，該結構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，洪水期取水水質較好［10］，且與第二水廠現狀取水頭部形式一致，有一定的運營與管理經驗。由于進水管需穿越黃岡河大堤，為盡量減少大堤開挖深度，便于后續設備檢修和管理，引水管采用虹吸式引水管，設計采用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，共設置4臺，其中大泵2臺(1用1備)，單泵設計流量4500m3/h，小泵2臺，單泵設計流量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，沿線經過城崗村、宅畔村后，過疏北大橋沿灌渠邊鋪設，經光隴村、廈深高鐵橋、后葛村、下寨村、聯饒溪、沈海高速大橋后，沿黃岡河左岸鋪設至第二水廠交水點。原水輸水管設計管線全長約11.4km，管徑為DN1500，管道設計工作壓力為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調度管理?！耙n濟饒”工程正常運行前，以黃岡河為主要水源，根據第二水廠實際需水量對取水泵站進行調度。“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、構筑物工藝設計

4.1處理工藝選擇。根據饒平縣水務工程建設管理中心提供的2016—2017年高堂水閘水質監測資料，數據與GB3838—2002《地表水環境質量標準》評價標準進行比較，結果表明水質全部為Ⅱ類和Ⅲ類。第二水廠出水水質應全面達到GB5749—2006中規定的106項水質指標要求，并且水質中的濁度≤0.5NTU。根據對第二水廠進出水水質分析，并參照饒平縣現有水廠生產經驗，確定擴建工程凈水廠采用混凝—沉淀—過濾—消毒的常規處理工藝，并結合水源地與凈水廠二期工程已經增設的活性碳系統，進一步高效吸附原水中可能存在或突發的污染因子。為節省水資源并消除生產廢水排放對環境的污染，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沉淀池排泥均排至污泥調節池，經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］。4.2總體布置。結合現狀條件、近遠期發展、工藝流程、投資等因素，統籌兼顧、因地制宜的進行凈水廠總平面布置，體現出分區明確、組織合理、整合有序的整體構思。三期擴建總體布置擬定兩個方案，方案對比見表1。由表1可以看出，方案一雖然存在建、構筑物布置集中緊湊，對設計要求較高，且預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，可節省投資，且該方案原地擴建無需另行增加建設用地(方案二新增用地靠近現狀堤防，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。二期常規處理工藝(折板絮凝平流沉淀—均質濾料濾池)運行較好、管理較為成熟，第二水廠三期擴建常規處理工藝同二期，僅對混合與消毒方式作方案論證。4.3.1混合方式。混合的本質是混凝劑的水解產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］。按照混合設施的結構形式，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施。相比之下，機械混合對凈水廠進水流量變化的適應性更強，能在各種流量條件下取得較好的混合效果，同時能耗較低?？紤]到第二水廠三期擴建投產后，處理水量不會立即達到設計規模，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，共設置兩座，每座混合反應沉淀池包括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生泄漏，會對水廠周邊的居民、環境造成較為嚴重的影響。目前，次氯酸鈉消毒方式是國內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的技術改造，結合當地的工程經驗，第二水廠三期擴建消毒工藝優化為成品次氯酸鈉。設計采用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加氯，預加氯根據原水水質情況間歇性投加，最大投加量按4.0mg/L計;清水池前常規加氯，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。排泥水處理系統布置于二期水處理工藝北側，包括污泥調節池、濃縮池、提升泵房、調理罐及脫水機房。4.4.1污泥產量。處理水量為20萬m3/d時，產生干污泥量約為9.8t/d。根據經驗，混合反應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污泥調節池。污泥調節池負責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。污泥調節池共一座，分為兩格?？偲矫娉叽?9m×11m，有效水深4m，設有4臺潛水泵，2用2備，單泵流量Q=80m3/h，H=12m，并設有2套潛水攪拌器，N=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污泥提升泵排至污泥調理罐中，澄清后的上清液排放到回流調節池。每格濃縮池內設1臺中心轉動濃縮機，線速度v=1.5m/min。4.4.4污泥提升泵房。設置污泥提升泵房將濃縮池濃縮后的污泥送往污泥調理罐，以滿足板框脫水機每個批次的污泥調理容積的要求。建筑尺寸6.6m×16.6m×3.3m，設有3臺污泥提升泵，2用1備，單泵流量Q=80m3/h，H=30m。4.4.5污泥調理罐。為調節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2座污泥調理罐，單座有效容積50.24m3，直徑4m，有效水深4m，內設2套潛水攪拌機以防止污泥在調理罐內沉降，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，一套用于投加PAC，一套用于投加聚丙烯酰胺(PAM)，調質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，工藝系統銜接如圖3所示。5結語為滿足饒平縣城用水需求，并保證“引韓濟饒”工程效益的發揮，將第二水廠供水規模擴建至20萬m3/d。本文對第二水廠雙水源調度管理規則提出建議，并對第二水廠原地擴建的總體布置與工藝設計進行有針對性的設計，對城鎮大、中型給水廠擴建的工藝設計具有借鑒作用。但第二水廠現狀工藝、給水、污水、雨水、加氯、加藥和電力等綜合管線布置復雜且健康狀況不一，對廠區總體布置影響較大，可能導致設計方案全面調整，建議科學開展廠區現狀綜合管線的探測，并理順現狀與擴建綜合管線的銜接關系，減少設計變更，為項目實施創造有利條件。

作者:任毅 陳志鐸 單位:1.中水珠江規劃勘測設計有限公司 2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司