集成式一體化水處理設(shè)備在中小型水廠中的應(yīng)用

□王明智 謝麗清 謝金星

集成式一體化水處理設(shè)備在中小型水廠中的應(yīng)用

□王明智 謝麗清 謝金星

傳統(tǒng)凈水廠水處理建筑物（絮凝池、沉淀池和過濾池等）采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，施工工藝復(fù)雜，養(yǎng)護(hù)周期長。集成式一體化水處理設(shè)備是將傳統(tǒng)的鋼筋混凝土池壁，集成為焊接厚鋼板，或者鋼框架與瓦楞鋼板組合焊接。南水北調(diào)配套工程新建地表水廠多為中小型水廠，集成一體化水處理設(shè)備具有特定優(yōu)勢，具有廣泛的應(yīng)用前景。

一體化水處理設(shè)備；中小型水廠；設(shè)計(jì)；工程應(yīng)用

南水北調(diào)中線一期工程分配河北省總水量約30.4億m3，其覆蓋范圍主要包括石家莊、邯鄲、邢臺、滄州、衡水、保定、廊坊等市，總干渠于2014年12月建成通水，配套輸水管道已基本建設(shè)完成，除各規(guī)模城市建設(shè)大中型水廠外，其余各縣均建設(shè)中小型地表水廠。

隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，集成式一體化水處理設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，其作用是在原有成熟的處理工藝技術(shù)和保證出水水質(zhì)的前提下，對各處理單元進(jìn)行組合、優(yōu)化，形成技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、管理方便、經(jīng)濟(jì)合理的集成式一體化產(chǎn)品。

1.凈水廠工藝設(shè)計(jì)和選擇

傳統(tǒng)地表水廠處理工藝經(jīng)過幾十年發(fā)展，已基本形成“混合→絮凝→沉淀→過濾→消毒→二次加壓”成熟的核心工藝。工作原理為：在原水中投加混凝劑，通過混合器使其與原水充分混合，在絮凝池內(nèi)水中膠體物質(zhì)脫穩(wěn)并逐漸形成較大顆粒，經(jīng)過沉淀池和過濾池將形成的大顆粒物質(zhì)去除，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

1.1 混合工藝選擇

目前在給水處理中采用的水力混合多為管式靜態(tài)混合器。管式靜態(tài)混合器是在管道內(nèi)安裝一定形狀的導(dǎo)流葉片，使水流產(chǎn)生分流或旋流，以達(dá)到混合效果。優(yōu)點(diǎn)為：投資較低、安裝容易、無需經(jīng)常維修、混合效果顯著，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)為：混合強(qiáng)度受水力條件影響，要求具有一定的管內(nèi)流速，當(dāng)產(chǎn)水量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)管內(nèi)流速降低，將影響混合效果，進(jìn)而影響后續(xù)反應(yīng)沉淀效果。在設(shè)計(jì)流量下，管式靜態(tài)混合器水頭損失較大（一般不小于0.6m）。

1.2 絮凝工藝選擇

網(wǎng)格絮凝池系傳統(tǒng)穿孔旋流反應(yīng)池的改進(jìn)池型，在原池型的基礎(chǔ)上減小每個(gè)豎井平面尺寸，增加了網(wǎng)格設(shè)備，使用該反應(yīng)設(shè)備可以縮短反應(yīng)時(shí)間，強(qiáng)化絮凝作用，形成的礬花密實(shí)度大，易于在沉淀池內(nèi)沉淀。該反應(yīng)池的優(yōu)點(diǎn)為池體構(gòu)造簡單，施工比較方便，且設(shè)備較少，運(yùn)行管理方便，適合水量變化不大的中小型水廠。

1.3 沉淀工藝選擇

斜板（管）沉淀池的優(yōu)點(diǎn)為具有沉淀時(shí)間短，沉淀效率高，占地省、出水水質(zhì)穩(wěn)定。因斜管沉淀池的水力半徑較斜板大，故斜管沉淀池的水力條件比斜板沉淀池更為優(yōu)越。當(dāng)前，我國使用較多的是斜管沉淀池。

1.4 過濾工藝選擇

過濾是達(dá)到出水濁度要求的重要保證，均質(zhì)濾料濾池（V型濾池）是近年來應(yīng)用十分廣泛的一種池型，其優(yōu)點(diǎn)為過濾周期長，濾料層利用率高，濾后水質(zhì)好，采用氣水反沖洗，耗水量少，出水水質(zhì)好，濾池體積小，并可根據(jù)濾池水位的變化微量調(diào)節(jié)出水閥門的開啟度，以達(dá)到恒水位恒速過濾的目的；缺點(diǎn)為自控要求較高，反沖洗設(shè)備較多，造價(jià)較無閥濾池稍高。

2.一體化水處理設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

一是自動(dòng)化程度高。對于中小型凈水廠工程，常規(guī)鋼筋混凝土構(gòu)筑物水處理技術(shù)自動(dòng)化應(yīng)用必要性較小，相對成本較高，本設(shè)備充分考慮技術(shù)的先進(jìn)性、現(xiàn)代化、自動(dòng)化。避免重復(fù)改造，規(guī)模擴(kuò)大方便；水廠的設(shè)備全部自動(dòng)控制，最大限度減少人員配置，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

二是系統(tǒng)模塊化。一體化水處理設(shè)備日處理水量有 1200m3/d、2400m3/d、3600m3/d、5000m3/d以及10000m3/d等，設(shè)計(jì)過程中根據(jù)水廠規(guī)模不同，選擇不同的設(shè)備組合方式，以保證選用設(shè)備總處理水量滿足水處理構(gòu)筑物日處理水量要求，同時(shí)最大限度提高檢修時(shí)供水保障率。此外，由于城鎮(zhèn)需水量隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷提高，且用水量會隨時(shí)間、季節(jié)不同而變化，一體化水處理設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際用水量的大小進(jìn)行投入運(yùn)行模塊數(shù)量的增減，從而有效提高單模塊水處理效率。

三是運(yùn)行成本低。運(yùn)行成本是凈水廠能否持續(xù)正常運(yùn)營的重要指標(biāo)，本設(shè)備在工藝設(shè)計(jì)中盡力減少動(dòng)力費(fèi)用，節(jié)約藥劑投加量，生產(chǎn)過程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，縮小人員配置，以降低運(yùn)行成本。

四是占地少。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土水廠構(gòu)筑物繁多、結(jié)構(gòu)尺寸和間距較大，占地較多。隨著建筑用地和工業(yè)用地的急增，土地資源越來越寶貴，采用新型的集成式一體化凈水廠技術(shù)，使空間利用率大幅提高，大大節(jié)約了占地面積。

五是投資小、建設(shè)周期短。傳統(tǒng)自來水廠常見鋼混結(jié)構(gòu)較多，大面積土方開挖、支護(hù)模板、綁扎鋼筋及混凝土養(yǎng)護(hù)等使得施工周期長，投資大。而新型的集成式一體化凈水設(shè)備采用鋼結(jié)構(gòu)制作，工業(yè)化批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低、速度快，有效縮短了工期和經(jīng)費(fèi)。

3.一體化水處理設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

一體化水處理設(shè)備將傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的絮凝池、沉淀池和過濾池集成到一組鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備中，其處理池工藝形式分別采用網(wǎng)格絮凝池、斜管沉淀池和V型濾池。以5000m3/d一體化水處理設(shè)備為例，其外結(jié)構(gòu)尺寸 （長×寬×深）為18600mm×4000mm×5100mm，工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

3.1 絮凝區(qū)

設(shè)備絮凝區(qū)有效尺寸（長×寬×深）為4050mm×3700mm×4900mm，有效容積為 73.4265m3。反應(yīng)絮凝時(shí)間 T為21.1min，滿足規(guī)范要求絮凝時(shí)間。

絮凝池穿孔旋流分格數(shù)為12格，起點(diǎn)孔口流速為0.9～1.0m/s，末端孔口流速為0.1～0.2m/s。

3.2 沉淀區(qū)

設(shè)備沉淀區(qū)有效尺寸（長×寬×深）為8025mm×3700mm×4650mm。

斜管沉淀區(qū)內(nèi)選用六角形蜂窩斜管，邊距采用35mm，長度為1000mm，與水平面成60°安裝，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為7.5m3/(m2·h)，進(jìn)水采用穿孔墻整流布水，使水流均勻分配，斜管與池壁間隙處也設(shè)有阻流擋板，防止水流短路。

排泥管采用穿孔管結(jié)構(gòu)，沿污泥區(qū)底部設(shè)置，利于污泥的徹底排凈。排泥時(shí)間為1min，排泥周期為12h。

3.3 過濾區(qū)

設(shè)備過濾區(qū)有效尺寸（長×寬×深）為6000mm×3700mm×4400mm。

均質(zhì)粗砂濾料濾床厚度為1200mm，粒徑0.9～1.2mm，礫石承托層厚度為100mm，粒徑2～4mm，過濾速度為8.8m/h。

反沖洗時(shí)首先單獨(dú)氣洗，氣洗強(qiáng)度15L/m2·s，時(shí)間2min；然后氣水同時(shí)沖洗，氣洗強(qiáng)度15L/m2·s，水洗強(qiáng)度3.5L/ m2·s，時(shí)間4min；最后單獨(dú)水洗，水洗強(qiáng)度7L/m2·s，時(shí)間6min。

4.推廣和應(yīng)用

截至目前，集成式一體化水處理設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于河北省南水北調(diào)配套地表水廠建設(shè)中，其中新河縣南湖水廠一期工程和泊頭市東辛閣地表水廠設(shè)計(jì)規(guī)模均為1.5萬m3/d，設(shè)備選用4 組5000m3/d一體化水處理設(shè)備。在南水北調(diào)配套其它地表水廠中，還有魏縣、肥鄉(xiāng)、雞澤、南大港、藁城以及館陶等均使用集成式一體化水處理設(shè)備。

此外，平山縣西柏坡水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為1500m3/d，取水水源為上游石板水庫地表水，供水對象為西柏坡鎮(zhèn)各村居民生產(chǎn)和生活用水，選用2組1200m3/d一體化水處理設(shè)備，由于該工程建設(shè)于山區(qū)，廠區(qū)占地面積極為有限，且建設(shè)工期較短，因此一體化設(shè)備可充分發(fā)揮其優(yōu)勢和特點(diǎn)。

5.結(jié)論

集成一體化水處理設(shè)備具有集成化程度高、施工周期短、運(yùn)行成本低、建設(shè)投資少、占地面積小、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，且由于單組模塊水處理量各有不同，可以根據(jù)水廠設(shè)計(jì)規(guī)模選擇不同的模塊組合。在縣級及以下中小規(guī)模（建設(shè)規(guī)模小于5萬m3/d，尤其是小于3萬m3/d）的地表水廠中具有較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

2017-02-05

王明智，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，工程師。

謝麗清，女，漢族，北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，工程師。

謝金星，男，漢族，北方綠野建筑設(shè)計(jì)有限公司，工程師。