南方城鎮(zhèn)小型自來水廠設(shè)計(jì)探討

韓佩君　胡新立　余軍

摘要：采用絮凝、沉淀、過濾、消毒常規(guī)工藝即可有效去除青年運(yùn)河水的濁度、色度及細(xì)菌，折板絮凝、斜管沉淀及V型濾池很好地解決了城鎮(zhèn)小型水廠節(jié)能、節(jié)地、管理的問題。針對可能存在的有機(jī)污染和藻類暴發(fā)，在取水泵站設(shè)置高錳酸鉀預(yù)氧化和活性炭投加系統(tǒng)，預(yù)留臭氧活性炭深度處理用地以備遠(yuǎn)期提標(biāo)。為減少環(huán)境污染及降低自用水系數(shù)，對排泥水進(jìn)行重力濃縮、板框壓濾，對反沖洗水直接回用。實(shí)際運(yùn)行出水水質(zhì)滿足國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其中濁度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下。

關(guān)鍵詞：運(yùn)河水；預(yù)處理；常規(guī)處理；濁度；自用水

為實(shí)現(xiàn)湛江市遂溪縣嶺北鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)統(tǒng)一供水，改變嶺北鎮(zhèn)依靠地下水的現(xiàn)況，防止地陷、海水倒灌和政策原因?qū)е碌某杀旧蠞q，地表水廠的建設(shè)被提上日程。小城鎮(zhèn)水廠由于投資有限，宜合理確定近、遠(yuǎn)期規(guī)模，分期建設(shè)避免浪費(fèi)。工業(yè)園區(qū)劃撥的建設(shè)用地有限，且運(yùn)維管理人員缺乏，根據(jù)用地指標(biāo)選擇節(jié)省用地、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單的工藝至關(guān)重要。

1 水廠簡介

1.1 總體情況

嶺北鎮(zhèn)某水廠總規(guī)模6萬 m3/d，一期設(shè)計(jì)規(guī)模

2萬 m3/d，包含取水工程、輸水工程、凈水工程及配水工程4個(gè)部分。水廠有效用地面積0.96 ha，用地指標(biāo)為0.48 m2·d-1/m3，低于《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》中0.70 m2·d-1/m3。水源為青年運(yùn)河（鶴地水庫來水），取水泵站設(shè)置高錳酸鉀預(yù)氧化和臭氧活性炭投加系統(tǒng)；凈水工程采用折板絮凝+斜管沉淀+V型砂濾+接觸消毒的常規(guī)處理工藝，污泥處理工藝采用重力濃縮+板框脫水后外運(yùn)。

1.2 規(guī)模及水源

1.2.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

水廠最高日用水量可采用城市綜合用水量指標(biāo)法、綜合生活用水比例相關(guān)法、不同類別用地用水量指標(biāo)法[1]。

根據(jù)《廣州黃埔（遂溪）產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園總體規(guī)劃》，園區(qū)就業(yè)人口4萬人，建成后園區(qū)內(nèi)可解決0.4萬人的居住問題，鎮(zhèn)區(qū)解決3.6萬人的居住問題。由于嶺北鎮(zhèn)某水廠主供工業(yè)園，故不適合采用以用水人口為計(jì)算基礎(chǔ)的城市綜合用水量指標(biāo)法。同時(shí)暫無工業(yè)用水與綜合生活用水比值數(shù)據(jù)，故綜合生活用水比例相關(guān)法也不準(zhǔn)確。根據(jù)控制性詳細(xì)規(guī)劃中規(guī)劃用地平衡表，采用不同類別用地用水量指標(biāo)法計(jì)算最高日用水量。結(jié)合入駐企業(yè)現(xiàn)狀用水量調(diào)查并考慮節(jié)水技術(shù)發(fā)展，為避免投資浪費(fèi)，工程分期建設(shè)，近期工程規(guī)模為2萬 m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為6萬 m3/d。

1.2.2 水源選取

選擇優(yōu)質(zhì)水源，是控制凈水工藝成本的基礎(chǔ)。嶺北鎮(zhèn)附近水源包括合流水庫、羅馬壇水庫和青年運(yùn)河。將3個(gè)水源水質(zhì)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作對比。

合流水庫總氮超標(biāo)，存在富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)；庫容較小，水深淺，藻類平均高達(dá)1359萬個(gè)/L。羅馬壇水庫糞大腸菌群超標(biāo)，為周邊養(yǎng)殖場污染所致；此外鐵含量超標(biāo)。青年運(yùn)河水質(zhì)較好，僅總磷偶爾微量超標(biāo)，可在絮凝沉淀工藝中被去除。從水質(zhì)角度看，青年運(yùn)河最適合作為飲用水水源。

合流水庫距離水廠約15km，穿越嶺北鎮(zhèn)中心；羅馬壇水庫和青年運(yùn)河距離水廠約9km和12km，且沿途沒有成片聚集區(qū)，方便建設(shè)。從經(jīng)濟(jì)角度看，水源近不但使輸水管道建設(shè)成本降低，而且減少了后續(xù)運(yùn)營電費(fèi)。

綜上所述，選取距離較近、水質(zhì)優(yōu)良的青年運(yùn)河作為本工程水源。

2 總體方案論證

2.1 工藝路線

工藝選擇需考慮對青年運(yùn)河水污染物去除效果好、符合出水水質(zhì)的工藝，同時(shí)滿足運(yùn)管水平和經(jīng)濟(jì)條件，保留遠(yuǎn)期提標(biāo)可能性。本工程也借鑒了周邊類似水源的設(shè)計(jì)工藝[2]。遂溪縣運(yùn)河水廠和湛江市赤坎水廠均以青年運(yùn)河為水源，采用水力絮凝+斜管（平流）沉淀+砂濾池+清水池；湛江市麻章水廠和霞山水廠均以合流水庫為水源，采用生物接觸氧化（預(yù)臭氧）+機(jī)械混合+網(wǎng)格絮凝+平流沉淀+砂濾池+清水池。

青年運(yùn)河基本符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水質(zhì)[3]，

考慮的重點(diǎn)是采取措施抑制藻類，降低出水濁度、色度和細(xì)菌學(xué)指標(biāo)，以上目標(biāo)采用常規(guī)絮凝、沉淀、過濾、消毒工藝即可實(shí)現(xiàn)。提標(biāo)預(yù)留臭氧-活性炭深度處理用地，以進(jìn)一步降低色、嗅、味和AOC、Ames，改善口感。鑒于運(yùn)河自鶴地水庫途經(jīng)眾多城鎮(zhèn)，存在突發(fā)污染的可能，設(shè)置化學(xué)預(yù)氧化及物理吸附系統(tǒng)。

水廠沉淀池排泥水的懸浮固體濃度高出濾池沖洗廢水十?dāng)?shù)倍，若將沉淀池排泥水和濾池反沖洗廢水按合并處理工藝一起排入綜合調(diào)節(jié)池，雖可比分別處理工藝省去排水池，減少了該部分的基建投資和占地，但沉淀池排泥水卻被濾池反沖洗水極大稀釋，極不利于后續(xù)污泥濃縮[4]。因此本工程考慮排泥池和排水池分建。反洗廢水考慮直接回用，可在一定程度上改善原水低濁狀況下的絮凝條件，節(jié)省礬耗。

2.2 工藝選擇

取水泵站應(yīng)急加藥選擇安全的氧化劑—高錳酸鉀，可除鐵錳、有機(jī)物和藻類，同時(shí)相比氯氧化，不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，可降低氯化水的致突變性。粉末活性炭作為吸附劑，利用其發(fā)達(dá)的孔隙和比表面積，應(yīng)對突發(fā)性或季節(jié)性污染（如農(nóng)藥、重金屬或有機(jī)物）。

建設(shè)初期相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)用水量較少，靜態(tài)混合器效果難以保證，故選用對水量變化適應(yīng)性好的機(jī)械混合。國內(nèi)水廠中機(jī)械絮凝應(yīng)用較少，主要以水力絮凝為主；折板絮凝顆粒碰撞機(jī)會(huì)大，能量消耗省，絮凝效果較網(wǎng)格絮凝更優(yōu)。為確保附壁紊流效應(yīng)，提高對水量水質(zhì)變化適應(yīng)性，采用多通道豎流折板。平流沉淀池是國內(nèi)大中型水廠采用最廣泛的池型，占地面積大是其主要缺點(diǎn)。對于小型水廠，特別是用地不充裕的情況，選用斜管沉淀池更加合適，故采用上向流斜管沉淀池，占地小，運(yùn)行也較穩(wěn)定。濾池選用技術(shù)成熟、生產(chǎn)管理方便、使用廣泛的V型濾池。考慮到紫外線和臭氧無持續(xù)消毒能力，液氯貨源緊張、運(yùn)輸不便，次氯酸鈉易揮發(fā)分解，不宜久貯，選用可現(xiàn)場制備、安全可靠的ClO2作為消毒劑，且其適用于有一定有機(jī)污染的原水。

反沖洗廢水經(jīng)排水池潛水泵提升直接回用至絮凝沉淀池前端。采用簡單穩(wěn)定的重力濃縮池；脫水至含水率60%后更易處置，故選擇板框壓濾機(jī)脫水。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 取水泵站應(yīng)急加藥間

（1）高錳酸鉀投加系統(tǒng)

采用1套三腔連續(xù)制備系統(tǒng)，制備能力2200 L/h。濕式投加，溶液濃度2%，投加量采用0.5～2.5 mg/L。

（2）活性炭投加系統(tǒng)

活性炭料倉體積10 m3，溶液罐體積5 m3，采用煤質(zhì)粉末活性炭，炭漿濃度5%，投加量為5～30 mg/L。

3.2 輸、配水工程

一般路段采用DN600離心球墨鑄鐵管，T型承插接口，開挖施工，覆土深度保持在1.2 m左右，可有效減少與其他管線沖突。管頂以上500mm中央壓實(shí)度略小于兩側(cè)，貫徹“中松側(cè)實(shí)法”以保護(hù)管道。過路段采用牽引管施工，管材為HDPE實(shí)壁牽引管。

3.3 凈水工程

3.3.1 水處理系統(tǒng)

（1）混合絮凝沉淀池

1座2組；混合時(shí)間一般為10～30s，最多不超過2 min。水量較小，土建尺寸無法減少時(shí)，可填充素砼；攪拌器N=7.5 kW，保證G在500～1000 s-1。絮凝池折板夾角90°，依次為異波、同波和直板[5]，總絮凝時(shí)間30min，三段絮凝時(shí)間分別為10.7min、10.7min和8.6min，流速為0.28m/s、0.17m/s、0.13m/s，GT在104～105之間。為防止絮體破碎，出水經(jīng)過渡區(qū)設(shè)置整流柵條。

沉淀池液面負(fù)荷6.2 m3/（m2·h）。采用多頭靜壓排泥，排泥角閥分組控制，以免水量過大溢出排泥渠。排泥角閥和排泥管可分別按照管嘴出流[6]和長管計(jì)算得出分組最大控制個(gè)數(shù)。

（2）汽水反沖洗V型濾池

1座4組，設(shè)計(jì)濾速7.1 m/h。雙排布置，濾層厚度1.20 m，出水管上設(shè)置氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制濾池恒水位運(yùn)行，濾料上水深不得小于1.2 m。濾池反沖洗按運(yùn)行周期、出水濁度、水頭損失等自控進(jìn)行。先氣沖洗，再汽水同時(shí)沖洗，最后水漂洗，同時(shí)增設(shè)表面掃洗。正常過濾時(shí)濾池反沖洗周期24～36 h。V型槽配水孔關(guān)系到表面掃洗的均勻性，土建施工混凝土振搗易帶動(dòng)表掃管位移，故采用不銹鋼V型槽；且表掃孔高程應(yīng)與排水槽頂標(biāo)高一致以防止表掃效果差或?yàn)V料面傾斜。濾板采用鋼筋砼整澆，可有效防止預(yù)制小塊濾板接縫漏氣漏水和濾板坍塌現(xiàn)象。

（3）清水池

1座2組，有效容積按近期規(guī)模10%設(shè)計(jì)。清水池的最低水位，應(yīng)保證消毒有效接觸時(shí)間t10不小于30 min（ClO2）[5]。

（4）二級(jí)泵房

平面尺寸L×B=15.9×7.6 m，地下深4.05 m，地上高7.60 m。高濕系數(shù)1.40，大小泵搭配。

（5）加藥間

平面尺寸L×B=22.0×7.9 m，PAC設(shè)計(jì)最大投加量20 mg/L（有效成分Al2O3含量28%）。采用隔膜式計(jì)量泵2臺(tái)，交替使用。ClO2預(yù)加氯最多2.0 mg/L，投在進(jìn)水總管電磁流量計(jì)井后；主加氯1.5 mg/L，投在濾池集水池；補(bǔ)氯投在二級(jí)泵房吸水井，控制出廠二氧化氯余量為0.1 mg/L。ClO2發(fā)生器3套，2用1備。單套制備能力2 kg/h。

3.3.2 泥處理系統(tǒng)

（1）回收水池

1座，平面尺寸L×B=8.8m×5.8 m，有效水深為

3 m，內(nèi)設(shè)功率2.2 kW的潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。處理水量332.8 m3/d，經(jīng)潛水泵提升回流至混合池。

（2）排泥池

1座，平面尺寸L×B=8.8×6.2 m，有效水深為

2.65 m，內(nèi)設(shè)功率為2.2 kW潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。貯泥量按1天計(jì)，污泥含固率以0.8%計(jì)，污泥泵提升后輸泥至濃縮池。

（3）污泥濃縮池

1座，φ=9 m，固體通量取0.75 kg/（m2·h），液面負(fù)荷0.1 m3/（m2·h），設(shè)置中心傳動(dòng)污泥濃縮機(jī)。進(jìn)泥含水率99.2%，出泥含水率降到97.5%。

（4）污泥平衡池及脫水機(jī)房

平衡池1座2格，單格尺寸L×B =3 m×3 m，水深5.15 m，每格設(shè)置一臺(tái)1.5 kW攪拌機(jī)，貯存高濃度污泥的同時(shí)兼作調(diào)理池。隔膜式板框壓濾機(jī)1用1備，單機(jī)過濾面積100 m2，進(jìn)泥含水率≤98%，泥餅含水率≤60%，運(yùn)行時(shí)間12 h；PAM投加量不超過5 kg/tDS。脫水機(jī)附屬設(shè)備還包括進(jìn)料泵、絮凝劑制備裝置及輸送泵、電動(dòng)污泥斗、壓榨水箱及壓榨泵、清洗水箱及清洗泵、儀表氣罐、工藝氣罐、冷干機(jī)及空壓機(jī)等。

設(shè)計(jì)絕干污泥量為1.1噸/d，泥量公式采用S=（K1C0+K2D）×Q×10-6，參考周邊水源水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，其中Q為水量（m3/d），K1為濁度與SS的換算系數(shù)，一般為0.7～2.2，本工程取1.5；K2為藥劑轉(zhuǎn)化泥量系數(shù)，對于PAC而言為1.53；D為投藥量（mg/L）。C0為一定保證率對應(yīng)的濁度值，本工程按照95%保證率對應(yīng)統(tǒng)計(jì)濁度；K1跟水源、濁度范圍有關(guān)，應(yīng)取較長時(shí)間水樣實(shí)測，建議國家規(guī)范調(diào)研不同流域、不同類型、不同特點(diǎn)的水源水K1值。

3.4 工程投資

本工程一期規(guī)模2萬 m3/d，包括完整取水、輸水、凈水和配水工程。概算總投資8012.23萬元，建安費(fèi)5975.28萬元，其中凈水工程3241.15萬元，凈水環(huán)節(jié)噸水指標(biāo)1620元/m3。

4 結(jié)語

（1）小城鎮(zhèn)自來水廠由于投資有限，宜合理確定近、遠(yuǎn)期規(guī)模，分期建設(shè)。

（2）對于確定新建工業(yè)園區(qū)的供水規(guī)模，宜根據(jù)規(guī)劃用地平衡表使用不同類別用地用水量指標(biāo)法。

（3）對于水源較好的城鎮(zhèn)小型水廠而言，主要目標(biāo)為降低濁度、色度和細(xì)菌學(xué)指標(biāo)，僅采用絮凝、沉淀、過濾、消毒工藝即可實(shí)現(xiàn)。預(yù)留深度處理用地用于遠(yuǎn)期提標(biāo)。對于存在有機(jī)污染、藻類暴發(fā)可能的水源水，可設(shè)置化學(xué)預(yù)氧化及活性炭投加系統(tǒng)。

（4）小城鎮(zhèn)自來水廠建設(shè)用地有限且運(yùn)管人員缺乏，應(yīng)選擇節(jié)省用地、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單的工藝。折板絮凝、斜管沉淀及V型濾池很好地解決了節(jié)能、節(jié)地、管理的問題。反洗水回用可降低自用水系數(shù)。

（5）由于采用常規(guī)處理工藝中節(jié)地、穩(wěn)定的成熟工藝，凈水環(huán)節(jié)噸水指標(biāo)1620元/m3，低于廣東省常規(guī)自來水廠1800-2000元/m3噸水造價(jià)；用地指標(biāo)為0.48 m2·d-1/m3，低于《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》中

0.70 m2·d-1/m3。

（6）運(yùn)行期間出廠水濁度穩(wěn)定在0.5 mg/L以下，二氧化氯余量0.1 mg/L以上；管網(wǎng)末梢二氧化氯余量0.02 mg/L以上；出水水質(zhì)滿足國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）[7]。

參考文獻(xiàn)

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[7] GB 5749-2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.