南方某水厂二期扩建工程设计

李少文

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000）

随着城市人口的快速增长，用水需求越来越大，城镇缺水问题突出。南方某城镇目前主要给水厂原有设计制水规模为20万m3/d，实际供水规模已达22万m3/d，长期处于超负荷运行状态，但仍有多地反映用水紧张。同时，在建及拟建的工业园、房地产小区等，用水缺口大，超负荷运行也对水厂出水水质达标造成了影响。基于此，当地自来水公司启动了水厂二期及配套管网工程建设的工作，文章主要对水厂二期的设计进行介绍。

1 建设规模及总体工艺流程

该水厂现状规模为20万m3/d，二期建设规模为20万m3/d，建成后总供水规模可达40万m3/d。原水由江水及当地某中型水库构成，对各水源构成的原水水质分析，基本稳定达到地表水Ⅲ类。根据水厂一期工程长期的生产经验，原水经常规处理工艺后，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）的要求。总体工艺流程图如图1所示。

图1 工艺流程图

2 设计参数

二期净水厂工程设计内容主要包括净水构筑物、生产废水回收和污泥处置构建筑物，以及电气工程。

（1）预氧化接触池、配水井。预氧化接触池、配水井合建，共设2座，每池按20万m3/d一次建成。该池近期作为化学药剂氧化接触池使用，在进水区投加高锰酸钾（应急）和次氯酸钠；远期水厂进行深度处理改造，再将该池作为臭氧接触池使用。水力停留时间为5min，分2条渠道运行。单池外包尺寸为33.60m×6.90m。

（2）机械混合、折板絮凝、平流沉淀池。机械混合、折板絮凝、平流沉淀池合建。设1座反应池，规模20万m3/d，一次建成。单池外包尺寸为48.8m×135.05m。机械搅拌池停留时间为60s；折板絮凝池停留时间为20min；平流沉淀池停留时间为2h，水平流速为15mm/s。

（3）气水反冲洗滤池。土建及设备按20万m3/d一次建成。该池外包尺寸为44.9m×55.41m。分12格运行，单格过滤面积为103.3m2，滤速为7.05m/h，强制滤速为7.7m/h。

（4）清水池。设2座清水池，单池外包尺寸为79.5m×79.5m。有效水深为3.4m，单池有效容积为21000m3。

（5）送水泵房（改造）。送水泵房土建工程在水厂一期时已按40万m3/d建设完成，共设置了6台泵位，并已经按20万m3/d配置了4台水泵，其中3台配置了变频器。本次安装2台水泵，单泵参数Q=5800m3/h，H=46m，功率为1000kW。与现状水泵形成4用2备，其中3台变频、3台工频运行。

（6）加药间（改造）。水厂一期时土建已经按40万m3/d一次建成，在加药间内设置了液氯、液氨、石灰、矾等投加设备。本次对加矾系统进行改造，增加次氯酸钠、高锰酸钾和烧碱的投加功能。原有液氯、液氨、石灰投加不再使用。①加矾：一期工程共设置5台数字计量投加泵，本次将其中3台小泵更换成大泵，大泵参数为940L/h，4bar。平均投加量为20mg/L，最大投加量为40mg/L（以三氧化二铝有效成分约10%的液体矾计）。②加次氯酸钠：前加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯计），后加氯最大投加量2.0mg/L（按有效氯计），次氯酸钠采用现场制备、投加设备。③加高锰酸钾：用于应急处理，投加量1～2mg/L，投加浓度2%。④加烧碱：用于应急处理，最大投加量10mg/L。

（7）排水池。按40万m3/d一次建成，池体外包尺寸为23.2m×18.8mm，有效水深4.5m。

（8）排泥池。按40万m3/d一次建成，池体外包尺寸为23.2m×18.8mm，有效水深3.0m。

（9）污泥浓缩池。按40万m3/d一次建成，设2座内径20m的浓缩池。

（10）污泥脱水车间。土建按40万m3/d规模一次建成，设备同步安装，总建筑面积963.30m2。配备10～40m3/h离心脱水机3台，2用1备。

（11）其他改造内容。由于水厂一期工程建成较早，本次二期扩建工程还将厂内现有的电气、自控系统进行整合优化，对厂内道路、绿化、现有建筑进行翻新改造。

3 设计要点

3.1 机械混合

本次设计时，根据一期工程水力流程图，发现从配水井出水到沉淀池进水，总共只有0.8m水损。扣除两池之间管道水损，静态混合器实际水损不足0.5m。而根据经验，静态混合器运行水损在0.5～1.0m。为改善水厂二期工程混合效果，本次二期扩建工程中改采用机械混合工艺，由于搅拌器可根据混合效果、加药量等参数调整转速，混合效果更好。从工艺流程上来说，可以节省静态混合器这一部分的水损，将其分配到沉淀池及滤池中，可以实现提高絮凝、沉淀的效果，延长滤池冲洗周期等目的。

3.2 消毒药剂

原有一期采用液氯消毒，存在安全隐患、易产生消毒副产物、投加量控制难度大等问题。次氯酸钠溶液作为一种真正高效、广谱、安全的强力灭菌杀病毒药剂，其消毒效果好，投加准确，操作安全，使用方便，易于储存，对环境无毒害，不存在跑气泄漏的情况，二期将全厂改为投加次氯酸钠。

商品型次氯酸钠溶液一次性投资少，但运行费用较高；现场制备次氯酸钠投加方式，一次性投资高，但运行费用较低。以20万m3/d水量满负荷运行计算，按前加氯1.5mg/L，后加氯1.5mg/L平均投加量计算，一年消耗有效氯182.5t，采用现场制备药液投加的方式，一年节约运行成本约70万元。但现场制备原液的一次性投资费用远大于投加商品药液，基本上15年左右可以收回投资。若考虑时间成本、贷款利息等因素，这个周期还将进一步延长。因此，从经济上来说，现场制备次氯酸钠并投加的方式并不占优。

但作为一个大型水厂，次氯酸钠投加是水厂净水工艺流程必不可少的步骤，现场制备次氯酸钠并投加，相比直接投加商品次氯酸钠，不会受到产品供应商供货周期的限制，在供水安全性方面有比较高的保证，这一点优势无法从经济角度衡量，故设计采用现场制备、投加的方式。

3.3 废水回收+污泥处理设施

社会各界近年来对水环境问题的重视程度日益增加，已投入大量的人力、物力进行水污染治理。然而，当前我国的水污染形势依然严峻，水环境质量不容乐观。

在过去的城市净水厂建设中，由于净水厂产生的污泥对环境造成的危害相对较小，净水厂的污泥处理容易被忽略，大多数净水厂的污泥直接排入附近水体，部分不存在适宜接纳水体的水厂才考虑进行污泥处理。自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗水等自用水量一般占水厂总净水量的4%～7%，加上城市规模的不断扩大，用水规模逐渐增大，净水厂排泥总量也随之增加，将造成严重的水资源浪费。

该县区内尚未建设反冲洗水回用及泥处理设施的水厂，本次水厂二期将采用反冲洗废水直接回用，加排泥水浓缩脱水处理的方式，大大节约了厂区自用水量，同时也满足了环保日趋严格的发展趋势。

4 经验总结

4.1 V型滤池滤板的调整

原设计气水反冲洗滤池滤板采用传统的预制小块混凝土滤板工艺，该工艺需要制作钢制模具，滤板浇筑预制，滤板脱模养护，运输吊装预制滤板，调整滤板水平度。一方面，该工艺工期较长；另一方面，由于为预制拼装，各滤板之间采用专用的胶泥密封，整体结构强度相对较弱，密封处理对施工要求较高。

而整体浇注滤板的方式，在滤池滤梁体结构施工完成后，即可进入滤梁面找平、模板安装、钢筋加工安装、预埋座安装、混凝土浇筑及滤头安装，相对而言，工期较短，且现浇滤板与池壁、池梁形成一个结构整体，力学结构及整体密封性也更有保障[1]。

该项目施工过程中，考虑到水厂通水的任务，同时保障施工质量，将滤板方案调整为整体浇注滤板的方式。由于在净水构筑物的滤池结构中，滤池的配水系统是至关重要的，尤其是气水反冲工艺对配水系统有更高的要求。在以后的项目设计中，为保证滤池整体结构质量，建议采用整体浇筑滤板，并且建议由模板供货厂家施工，长柄滤头安装则建议由供货厂家安装调试，以保证施工质量[2]。

4.2 厂内给水管道的设计优化

原设计过程中厂内给水管道设计较为简单，仅在管线总图中结合现有一期管道布置走向，使厂区用水主管道成环，造成后续施工过程中诸多不明确及存在部分可优化的地方。（1）由于厂区面积较大，原设计给水管道设计图纸未考虑运行及检修需要，设置分段阀门，易导致如某段管道发生事故，全厂停水的情况，因此后续增设厂内给水管道的分段检修阀门。（2）原设计未考虑构筑物池顶地面冲洗水管，根据建设单位的反馈，为便于以后厂区的运行维护，保持池顶的整洁干净，每隔一定距离预留构筑物池顶的冲洗水管接头是必要的，后期水厂设计可根据实际需要考虑此部分内容。

5 结论

缺水问题不仅影响到农村，亦影响城镇；既影响工业，又影响农业，最终将严重制约和影响城市的发展进程。解决好城镇的缺水问题，不仅是一项经济工作，更是一项政治任务。该水厂二期工程的建设解决了当地的用水问题，采用次氯酸钠消毒，配套建设泥处理及废水回收系统，将是今后水厂建设的趋势。