集约布置技术在某水厂扩建工程设计中的应用

陈艳丽

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 工程背景

某水厂建于1987年，为了满足地区水量发展需要历经了多次改扩建，目前保留了2条6万m3/d总计12万m3/d规模的常规处理生产线，常规处理工艺为机械加速澄清池+快滤池+清水池+二级泵房，该2条生产线位于厂区南侧，北侧分别为水厂办公楼、机修、仓库、车库、食堂和加药间等设施。

水厂现状占地63.5亩，本次在水厂南侧新征用地18.1亩，扩建工程内容为8万m3/d规模常规处理、20万m3/d规模排泥水处理系统，其中新建的综合加药间和二级泵房为20万m3/d规模，同步预留将来深度处理工程接口。

按照通常做法，上述扩建工程内容无法在18.1亩地块完成，本着节能、环保、减少投资、充分挖潜改造的原则[1]，尽量利用现有设施，综合评价、比较后，保留并利用的现有设施有：水厂办公楼、2条生产线的净水处理构筑物（澄清池、快滤池、清水池）；拆除不能满足生产需要的加药间、二级泵房。现状加药间面积较小，没有条件再增加扩建8万m3/d的加药设备，更无法增加新的药剂品种，而且，现有设备陈旧、简陋，也需要改造；老二级泵房12万m3/d要扩建为20万m3/d规模，不仅改造工程量大，也对正常生产运行影响较大，另外，由于其位于现有和扩建工艺之间，带来处理工艺流程很不顺畅，而且，将来深度处理扩建时连通施工困难较大、工艺流程也不顺畅。

2 总体布局思路

由于原水是从水厂西侧接入，出厂清水向水厂东侧、南侧接出，现状2条生产线也是自西向东布置，位于厂区南部，北部为加药间、办公楼等附属设施，总占地63.5亩，其用地指标为0.35m2/m3/d-1，然而新征用地仅18.1亩，用于扩建8万m3/d常规处理和新建20万m3/d排泥水处理，用地远远不够，还要保证12万m3/d现状生产线正常运行，所以，必须另辟它径！经过多方案经济技术比较，抓住用地紧张的关键点，从集约化布置入手，通过挖潜、改造、整合，力争用最小的占地解决面临的问题。

3 集约布置设施设计[1-3]

上述集约化布置（合建）的处理构筑物内容和主要设计参数分别为：

（1）将絮凝、平流沉淀池与清水池叠建，既采用了运行稳定、出水效果好的平流沉淀池之优点，也避免了其占地大的缺点，同时解决了现状水厂清水池调节容量过小的问题，原调节量6.67%，扩建（叠建）后达到了10.25%。

絮凝、沉淀池设计规模为8万m3/d，共设1座。絮凝池折板采用不锈钢折板，排泥采用斗式排泥，絮凝时间约为23 min，分为3个区。平流沉淀池水平流速12 mm/s，沉淀时间150 min，有效水深3.4 m，沉淀池采用穿孔墙配水，出水采用24 m长指型槽集水，排泥采用机械虹吸式排泥。清水池叠建于絮凝沉淀池之下，有效容积约12 500 m3，有效水深3.6 m，加上现状清水池8 000 m3，共计总有效容积约 20 500 m3，约为水厂 20万 m3/d供水规模10.25%。

（2）将扩建的8万m3/d砂滤池与20万m3/d二级泵房及变配电设施合建为一幢，节省了部分占地。

a.砂滤池：设计规模8万m3/d，采用均质滤料滤池，共分成6格，单格池面积约69.68 m2，单排布置，滤速8.4m/h，滤床厚1.20m，滤料采用均质石英砂，d10取0.9mm，k80≤1.40。滤池期终水头损失2.0m。采用气水反冲冲洗方式，气冲强度为55 m3/m2·h，气水冲时水冲强度为7.5 m3/m2·h，单水冲强度为15.0 m3/m2·h，表面扫洗强度为 7.8 m3/m2·h；

b.吸水井和二级泵房：设计规模20万m3/d，内设5台水泵泵位，3台大泵、2台小泵，其中大泵单台流量为4 000~4 500 m3/h，小泵单台流量为3 000~3 600 m3/h，水泵扬程均为35 m，其中2台大泵拟考虑采用变频机组，以更好适应管网水量水压变化。

（3）将排泥水收集、调节、浓缩、脱水等系统全部集约化合建于一体（即排泥水综合构筑物），最大程度的节约了用地，见图1：回用水池收集池、排泥水调节池、、脱水前的平衡池及泥水提升泵房布置在地下层，上次分别布置浓缩池、脱水车间、泥饼间及加药间、配电间等。

图1 排泥水综合构筑物

a.回用水池：考虑仅接收单格滤池的初滤水，设1格容积约280 m3，内设2台潜水泵将初滤水提升至沉淀池前的原水管道。

b.排泥水调节池：接收来自新建絮凝沉淀池和现状澄清池排泥，现状澄清池每天排泥量约300 m3/d，新建絮凝沉淀池约1 680 m3/d，约2~3 h，则排泥量约840~560m3/h。调节池容积约1 750m3，分2格，共设4台潜水提升泵。

c.浓缩池：采用斜板重力浓缩池，共设置2座，单座直径为11 m，池深约8.6 m。85%保证率的浓缩池固体负荷约为60 kgTDS/m2·d。原水悬浮固体含量浓缩池上部设置斜板，底部设置中心传动刮泥机，刮泥机的刮壁带有搅拌栅条，以通过慢速搅拌提高浓缩效果。浓缩池底部浓缩排泥水含固率3%。浓缩池的上清液达标排放。

d.平衡池：共2座，每座平面尺寸7.55 m×7.6 m，深度约3.5 m，有效容量约200 m3。

e.脱水机房：平面尺寸约20 m×26.0 m，设离心脱水机3台，PAM储存、制备及加注设备1套，污泥库1处，配电间、辅助用房和控制间各1处。排泥水进入脱水机之前投加PAM，PAM投加率2~4 kg/TDS·T。

（4）将现状零散的仓库、机修等几幢小建筑物拆除，腾出地块用于新建一幢二层附属用房（包含拆除功能用房）和排泥水系统的综合污泥处理车间。

由此，在完成现状设施的集约化整合、改造同时，布置了扩建8万m3/d常规处理和20万m3/d排泥水系统设施，也同步完成了远期深度处理扩建的接口、预留了预处理和配水井用地。

4 主要设计特点

如前所述，主要设计特点归纳为：

（1）抓住并解决主要矛盾

本案例中的主要矛盾是用地紧张，常规思路无法完成，解决用地问题成为必须首先解决之重，通过分析、比较，确定了合理利用和拆除的原有构（建）筑物，为扩建工程腾出了部分用地。

（2）最大化的集约布置

尽管有新征用地、腾出了部分用地，其总可用地约28亩，但仍然无法完成常规布置，通过综合比较，采用了最大程度的集约化设计：将沉淀池和清水池叠建、将排泥水系统整合成排泥水综合构筑物合建于一体、将砂滤池与二级泵房合建，使扩建工程得以完成，扩建部分用地指标仅0.23 m2/（m3·d），使扩建完成后的20万m3/d水厂用地指标为0.272 m2/（m3·d），低于《城市给水工程项目建设标准》建标120-2009指标0.35 m2/（m3·d）和《上海市基础设施用地指标》（沪建交联【2007】548号）指标0.34 m2/（m3·d）。

总图布置见图2。

图2 总图布置

4 结语

（1）针对同一原水、同一清水池、同一供水泵房的第3条生产线扩建工程，合理设计了工艺流程和构筑物选型，在完成扩建工程的同时，也提高了清水池的调节量，并对原有构筑物进行评价后，合理进行了利用、拆除，也同步完成了远期扩建深度处理的预留接口。

（2）应用叠合式、组合式节地技术，形成了絮凝沉淀池下叠清水池、砂滤池－反冲洗泵房－供水泵房组合构筑物、排泥水综合构筑物等，使扩建后20万m3/d规模水厂总的用地指标仅0.272m2/（m3·d），提高了土地利用效率，解决了新征场地不够的难题，为其他相似工程提供了可借鉴的老厂改扩建经验。