洪塘水廠擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)探討

胡 艷 紅

(廈門水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，福建 廈門 361008)

1 項(xiàng)目概況

洪塘水廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為1.5萬(wàn)m3/d，水源來(lái)自汀溪水庫(kù)，水質(zhì)較好，一般為二類水體，夏季藻類較多，個(gè)別指標(biāo)超標(biāo)，水質(zhì)為三類水體。洪塘水廠現(xiàn)狀處理設(shè)施主要為1.2萬(wàn)m3/d的三園一體處理構(gòu)筑物及0.3萬(wàn)m3/d的舊處理系統(tǒng)，濾池采用無(wú)閥濾池，無(wú)閥濾池利用上部水箱進(jìn)行反沖洗，由于水頭不足，反沖洗不徹底，影響出水水質(zhì)，處理工藝的瓶頸使得制水量及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法進(jìn)一步提高。

根據(jù)片區(qū)規(guī)劃，洪塘水廠作為泵站建設(shè)期內(nèi)的過(guò)渡水廠，規(guī)模應(yīng)在滿足規(guī)劃區(qū)近期用水量的基礎(chǔ)上適當(dāng)富余，隨著規(guī)劃區(qū)的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)在2年～3年內(nèi)用水需求將突破2.5萬(wàn)m3/d，所以為滿足片區(qū)不斷提高的用水需求，洪塘水廠的擴(kuò)建是十分必要的。

2 項(xiàng)目擴(kuò)建重難點(diǎn)分析

2.1 舊水廠是否保留

2.1.1現(xiàn)狀處理設(shè)施存在問(wèn)題

洪塘水廠現(xiàn)狀有2組處理設(shè)施，包括1.2萬(wàn)m3/d的三園一體處理構(gòu)筑物和3 000 m3/d的處理設(shè)施。2組構(gòu)筑物過(guò)濾均采用無(wú)閥濾池，現(xiàn)場(chǎng)所有閥門均為手動(dòng)閥門，自動(dòng)化程度低。由于汀溪水庫(kù)水質(zhì)良好，目前出水水質(zhì)可滿足要求。改造項(xiàng)目應(yīng)最大程度利用現(xiàn)狀設(shè)施，但存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)生產(chǎn)工藝不能滿足水質(zhì)提升的要求：水廠采用的三園一體處理池，是一種主要應(yīng)用于村鎮(zhèn)小型水廠的集約型處理工藝，其中的無(wú)閥濾池利用上部水箱進(jìn)行反沖洗，由于水頭不足，反沖洗效果較差，對(duì)出水濁度、鐵、錳等指標(biāo)控制效果差，目前出水水質(zhì)基本可以滿足現(xiàn)行國(guó)標(biāo)常規(guī)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。2020年起廈門將力推優(yōu)質(zhì)供水工程，供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步對(duì)標(biāo)深圳及上海等一流城市，屆時(shí)落后的生產(chǎn)處理工藝將無(wú)法滿足更高的水質(zhì)要求。

2)設(shè)備老舊控制系統(tǒng)落后：根據(jù)目前水廠運(yùn)行情況，因水廠設(shè)備老化、破損嚴(yán)重，維修頻繁，生產(chǎn)閥門、水泵啟停等全為人工手動(dòng)控制，管理十分不便。

3)生產(chǎn)、調(diào)節(jié)水量不足：水廠現(xiàn)狀制水規(guī)模為1.5萬(wàn)m3/d，隨著規(guī)劃區(qū)企業(yè)陸續(xù)入駐，根據(jù)企業(yè)需水量數(shù)據(jù)，至2020年用水總量將突破2.0萬(wàn)m3/d。復(fù)核現(xiàn)狀處理工藝的生產(chǎn)能力，反應(yīng)池停留時(shí)間為23 min，沉淀池上升流速7.8 m/h，濾池正常濾速為8 m/h，已達(dá)設(shè)計(jì)值上限，制水量無(wú)法進(jìn)一步提高。

4)不滿足環(huán)保要求：水廠現(xiàn)狀沒(méi)有污泥處理系統(tǒng)，沉淀池排泥水及濾池反沖洗水均通過(guò)管道直接排放到月龍路雨水渠道中，原廠內(nèi)排水采用管、渠混合，改造十分困難。

2.1.2保留1.5萬(wàn)t現(xiàn)狀處理設(shè)施對(duì)廠區(qū)的影響

1)現(xiàn)狀水廠地面標(biāo)高31.5 m～31.9 m，設(shè)計(jì)水廠藍(lán)田路大門處道路中心標(biāo)高為27.92 m，月龍路大門處道路標(biāo)高為26.3 m。與現(xiàn)狀水廠高差約4 m，如在廠區(qū)西側(cè)僅擴(kuò)建1萬(wàn)m3/d生產(chǎn)工藝，并不拆除原系統(tǒng)，則為確保新舊工藝系統(tǒng)水力高程的統(tǒng)一，舊廠區(qū)西側(cè)需要在原場(chǎng)地上回填2 m以上，對(duì)應(yīng)需要考慮增加回填土方約8 000 m3。擴(kuò)建1萬(wàn)m3/d工藝后，水廠內(nèi)存在3套不同的處理工藝，管理難度大，維護(hù)人員素質(zhì)要求高，管理人員數(shù)量增加，提高日常運(yùn)行成本。

2)經(jīng)濟(jì)性欠佳：擴(kuò)建2.5萬(wàn)m3/d與擴(kuò)建1萬(wàn)m3/d并保留1.5萬(wàn)m3/d舊廠相比，僅在絮凝沉淀池、濾池、清水池三項(xiàng)在擴(kuò)建規(guī)模上有差異，其余部分如廢水回收池、污泥脫水車間、二級(jí)泵房皆需根據(jù)2.5萬(wàn)m3/d建設(shè)，對(duì)應(yīng)三項(xiàng)投資因規(guī)模差額約500萬(wàn)元；而增加擋土墻約200 m及廠區(qū)回填土方約8 000 m3，基礎(chǔ)處理等費(fèi)用約需300萬(wàn)元。再綜合日后管理難度、人員成本及環(huán)境影響等因素，擴(kuò)建1萬(wàn)m3/d并保留1.5萬(wàn)m3/d舊廠的方案沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.1.3拆除舊廠新建水廠的優(yōu)點(diǎn)

1)新建全套工藝系統(tǒng)，普及自動(dòng)化控制，末端改用V型濾池，后期可提升改造為錳砂濾池或活性碳濾池，提高出水水質(zhì)，滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高的要求，提高水廠自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。

2)根據(jù)規(guī)劃道路標(biāo)高重新確定廠區(qū)內(nèi)地坪，與周圍道路協(xié)調(diào)統(tǒng)一，且由于不受現(xiàn)狀處理設(shè)施的影響，對(duì)水廠重新布局，水廠生產(chǎn)區(qū)、管理區(qū)分區(qū)明確，方便日后管理。

根據(jù)上述分析，為便于水廠泵站統(tǒng)一布局，以及日后維護(hù)管理的便利性，決定拆除舊廠區(qū)，統(tǒng)籌新建新的水廠及洪塘泵站。

2.2 用地緊張，采用疊合池

根據(jù)原水水質(zhì)和凈化后水質(zhì)的目標(biāo)要求，本供水工程凈水處理采用常規(guī)處理工藝：原水→混合→絮凝→沉淀→過(guò)濾→消毒→用戶，可滿足目前生活飲用水水質(zhì)的要求。根據(jù)比選論證，洪塘水廠擴(kuò)建工藝見圖1。

規(guī)劃洪塘泵站與洪塘水廠位于同一地塊，總占地面積為15 459.476 m2，現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物及管理房占地約4 746.80 m2，位于規(guī)劃用地內(nèi)的東北角。水廠建設(shè)期內(nèi)，為保障現(xiàn)狀水廠正常供水，舊處理系統(tǒng)需待新水廠投入運(yùn)營(yíng)后方可拆除，所以水廠生產(chǎn)性構(gòu)筑物在建設(shè)期內(nèi)實(shí)際可用面積僅約10 712 m2。

處理設(shè)施建設(shè)在西北角，可用面積約2 500 m2，需布置絮凝沉淀池、濾池、廢水回收池、加藥加氯間及污泥處理工藝，使用面積緊張，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，可將處理構(gòu)筑物疊合在清水池上方，考慮本項(xiàng)目以后僅為加壓泵站，若采用清水池與處理構(gòu)筑物疊合，將來(lái)處理池位于加壓泵站范圍內(nèi)，功能分區(qū)不明確，經(jīng)調(diào)研了解，晉江某自來(lái)水廠采用污泥疊加工藝，將污泥濃縮池及脫水車間置于廢水回收池及排泥池上方，使用效果良好，所以本項(xiàng)目參見類似工程經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)工程實(shí)際情況，將污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行疊加。

2.3 總平面布置及建設(shè)時(shí)序

洪塘水廠用地紅線范圍內(nèi)規(guī)劃分成三大功能區(qū)：水廠—泵站—管理。

本次擴(kuò)建工程水廠位于地塊西北部，建設(shè)內(nèi)容為2.5萬(wàn)m3/d生產(chǎn)線，包括絮凝沉淀池、濾池、廢水回收池、污泥處理系統(tǒng)及加藥加氯間，該地塊內(nèi)無(wú)現(xiàn)狀設(shè)施。

中部及南側(cè)為洪塘泵站用地，包括12萬(wàn)m3/d的清水池、二級(jí)泵房以及配電房等?，F(xiàn)狀地塊內(nèi)有水廠原水管、排污管、辦公樓及宿舍區(qū)。為保障水廠在建設(shè)期內(nèi)安全穩(wěn)定生產(chǎn)，本工程建設(shè)期內(nèi)先遷建原水管、臨時(shí)搭建管理用房后，將現(xiàn)狀辦公樓、宿舍拆除，拆除后建設(shè)清水池、二級(jí)泵房及配電房。

待水廠、加壓泵站建成可正常供水后，即可拆除現(xiàn)狀1.5萬(wàn)m3/d的處理構(gòu)筑物，建設(shè)綜合辦公樓、宿舍、機(jī)修間及庫(kù)房。

3 擴(kuò)建方案

3.1 反應(yīng)池+斜管沉淀池

反應(yīng)池采用小孔眼網(wǎng)格絮凝池，設(shè)計(jì)流量Q=2.625萬(wàn)m3/d，反應(yīng)池停留時(shí)間t=15 min，分為兩組，單組設(shè)計(jì)流量1.312 5萬(wàn)m3/d。

每組凈尺寸13.00 m×5.20 m×5.20 m(有效水深4.20 m)，分為三級(jí)段，共24格，單格尺寸均為：1.20 m×1.20 m，三段豎井流速均為0.11 m/s。

3.2 V型濾池

V型濾池規(guī)模2.625萬(wàn)m3/d，采用單排布置，設(shè)置4組濾池。

平面尺寸：34.1 m ×15.0 m。

濾池加蓋，總高度為8.9 m，其中下部0.8 m，上部8.1 m。

設(shè)計(jì)流量Q=1 094 m3/h。

設(shè)計(jì)濾速v=8.0 m/h。

濾池面積F=Q/v=1 094/8.0=136.75 m2。

單格濾池面積f=136.75/4=34.2 m2。

單格濾池長(zhǎng)L=7.2 m。

單格濾池寬B=4.8 m。

單格濾池實(shí)際面積f′=7.2×4.8=34.56 m2。

正常過(guò)濾實(shí)際濾速：

v′=Q/Nf′=1 094/(34.56×4)=7.91 m/h。

3.3 清水池

本次建設(shè)2座清水池，單座清水池凈尺寸52.0 m×36.5 m×5.0 m，有效水深4.8 m，有效容積占最高日用水量的15%。

3.4 加壓泵房

加壓泵房近期設(shè)計(jì)水量為6萬(wàn)m3/d，時(shí)變化系數(shù)取1.5，最大時(shí)水量3 750 m3/h。出水絕對(duì)水壓65 m，設(shè)置3臺(tái)水泵，2用1備。

單臺(tái)參數(shù)為Q=1 900 m3/h，H=45 m，N=355 kW。

遠(yuǎn)期12萬(wàn)m3/d，增加2臺(tái)同型號(hào)水泵，4用1備。

水泵啟動(dòng)方式采用變頻啟動(dòng)。泵房?jī)?nèi)配置排污泵1臺(tái)，單梁懸臂式起重機(jī)1臺(tái)。泵房為半地下式，平面尺寸36.4 m×10.2 m，地上部分高度8.1 m，地下部分深度為4.3 m。

3.5 廢水回收池

濾池反沖洗水通過(guò)管道收集至廢水回收池內(nèi)，廢水回收池有效容積150 m3，凈尺寸15.0 m×5.0 m×4.3 m。

3.6 排泥組合池

排泥組合池包括排泥池與污泥平衡池。

絮凝沉淀池共2組，沉淀池每天排泥水約為189 m3，考慮一定的安全容積，污泥調(diào)節(jié)池容積定為200 m3，分兩格，池體尺寸為17.0 m×4.7 m×6.0 m，有效水深4.0 m。

設(shè)3臺(tái)潛污泵，2用1備，規(guī)格為Q=15 m3/h，H=12 m，N=2.2 kW。采用液位計(jì)，根據(jù)液位的變化，自動(dòng)控制水泵的運(yùn)行。

污泥平衡池主要作用是調(diào)節(jié)污泥量，平衡前后處理裝置的流量，同時(shí)作為藥劑投加池。污泥平衡池設(shè)置1個(gè)，由于與排泥池合建，置于排泥池上方，本設(shè)計(jì)平衡池尺寸為4.9 m×4.9 m×4.1 m，可存儲(chǔ)10 h的污泥量，污泥可在平衡池靜沉一段時(shí)間后，將上清液回流至廢水回收池，根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，靜沉后污泥濃度可達(dá)到2%，則污泥量為0.945/2.0%=47.25 m3/d。

3.7 污泥脫水機(jī)房

脫水機(jī)按照一天8 h工作計(jì)，則進(jìn)流量為47.25/8=11.812 5 m3/h，設(shè)置2臺(tái)脫水機(jī)，規(guī)格為60～100 kg-DS/h，3.7 kW，互為備用，亦可2臺(tái)同時(shí)使用，則運(yùn)行時(shí)間為4 h。

3.8 加藥加氯間

新建加藥加氯間一座，結(jié)構(gòu)尺寸12.6 m×10.8 m×4.8 m。

加藥間混凝劑采用液態(tài)聚合雙酸鋁鐵，最大投加量20 mg/L。

消毒采用10%次氯酸鈉溶液，投加量暫定為1 mg/L～2 mg/L。

4 結(jié)語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)對(duì)比，拆除水廠現(xiàn)有生產(chǎn)線，采用了更高標(biāo)準(zhǔn)的處理工藝，以便應(yīng)對(duì)日后水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高及廠區(qū)的整體效果及與道路的銜接。

2)通過(guò)合理的總平面圖布局，整個(gè)廠區(qū)分為水廠—泵站—管理區(qū)三個(gè)區(qū)域，功能明確，水力流程順暢，遠(yuǎn)期水廠停止生產(chǎn)，其余管理區(qū)，生廠區(qū)均為單獨(dú)的分區(qū)。

3)經(jīng)過(guò)合理安排建設(shè)時(shí)序，廠區(qū)擴(kuò)建不影響現(xiàn)狀生產(chǎn)，既能保障現(xiàn)狀正常供水，且建成后可滿足規(guī)劃區(qū)水量增長(zhǎng)的需求。