永泰縣南區(qū)水廠改造工程設(shè)計

陳楹泓

永泰縣南區(qū)水廠改造工程設(shè)計

陳楹泓

(福州城建設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350001)

為解決水廠因運行時間較久，設(shè)備老化、供水水質(zhì)水量不穩(wěn)定的問題，永泰縣南區(qū)水廠進行了取水泵站改造，以及廠區(qū)進出水管、反應(yīng)沉淀池、重力式無閥濾池、綜合樓及加藥間、二級泵房及自控等系統(tǒng)的改造。該項目通過增加臨時取水泵及提高反應(yīng)沉淀池進水平衡水箱標(biāo)高等技術(shù)措施使項目實施過程中實現(xiàn)了不停水施工。項目竣工后水廠出水平均濁度為0.54NTU，制水能力提高20%，自動化程度明顯提高。

自來水廠；改造；設(shè)計思路

0 引言

永泰縣位于福建省中部，戴云山北麓，東經(jīng)118°32′至119°32′，北緯25°39′至26°5′之間，東臨閩侯縣、福清市，西接德化、尤溪縣，南連莆田市仙游縣，北接閩清縣，東離福州市區(qū)62km。近期(2020年)規(guī)劃人口10萬人、遠期(2030年)規(guī)劃人口15.38萬人。永泰縣南區(qū)水廠，建成于1997年，設(shè)計規(guī)模2.0萬m3/d。

1 工程實施必要性

永泰縣南區(qū)水廠采用折板絮凝、斜管沉淀及重力式無閥濾池工藝，工程實施前，由于運行時間較久，供水水質(zhì)不穩(wěn)定，且取水泵因長期運行損耗，電耗較高，取水量也不滿足設(shè)計要求。同時，由于設(shè)備老化嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低、隱患多、生產(chǎn)安全沒有保障，自動化程度低工人勞動強度大等諸多問題[1]。

為了解決水廠因運行時間久，設(shè)備老化、供水水質(zhì)水量不穩(wěn)定的問題[2]，改造永泰縣南區(qū)水廠是十分必要的。

2 設(shè)計思路

2.1 設(shè)計原則

(1)工程建設(shè)過程中要求保證正常生產(chǎn)，不能出現(xiàn)停水；

(2)在保證水質(zhì)的情況下，充分發(fā)揮原有設(shè)施的潛力，改造升級，節(jié)約工程投資，降低運行成本[3]。

2.2 設(shè)計規(guī)模

該項目為改造工程，設(shè)計規(guī)模為原水廠設(shè)計規(guī)模即2.0萬m3/d。

2.3 總體方案

改造取水頭部及泵房，改造廠區(qū)凈水構(gòu)筑物并對綜合樓進行修繕，新增廠區(qū)自動控制系統(tǒng)。

2.4 工藝流程

根據(jù)原水水質(zhì)指標(biāo)，該工程原水水質(zhì)較好，符合飲用水水源的要求，但存在濁度波動較大的問題，因此該工程凈水工藝除了要求能有效去除原水中的懸浮物(濁度)及消毒殺菌，達到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006[4]與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T-2005[5]的要求外，還要求能有效控制沉淀。

該工程凈水工藝采用：“折板反應(yīng)斜管沉淀+重力式無閥濾池”，并在反應(yīng)沉淀池前投加消毒劑二氧化氯及PAM，濾池后投加二氧化氯。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

本設(shè)計凈水廠出水濁度控制目標(biāo)≤0.6NTU，其余指標(biāo)均應(yīng)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006與《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T 206-2005，同時出廠水藻類控制目標(biāo)參考美國、加拿大飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計近期凈水出水藻類含量控制目標(biāo)≤105個/L。

3 工程設(shè)計簡述

3.1 取水工程

取水工程包括新建取水平臺、改造取水泵房及新增臨時應(yīng)急水泵3個部分。

由于現(xiàn)狀取水頭部為管道直接插入河水中取水，雨季時經(jīng)常堵塞，故本次增設(shè)取水平臺及進水格柵，采用側(cè)面進水。

取水泵房更換3臺舊水泵、進出水端閥門改為電動閥、電纜橋架改造、控制柜移至地面層，變配電改造。

取水泵房抽真空系統(tǒng)改造，改為全自動真空吸水成套設(shè)備2套，一用一備。

泵后出水總管改造，由3臺泵中間接管，代替原立管，然后到出水口處再接入原管道中。

同時，為保證改造期間不停水，增設(shè)2臺臨時潛水泵。

3.2 凈水廠工程

3.2.1 廠區(qū)進出水管改造

現(xiàn)狀南區(qū)水廠進水總管上未設(shè)加藥混合設(shè)備，本次擬在反應(yīng)沉淀池前進廠總管上加裝管式靜態(tài)混合器，改善混合效果，同時于進、出廠總管上增設(shè)2臺超聲波流量計，進廠管道改造。

3.2.2 反應(yīng)沉淀池改造

(1)將原一期、二期混凝土折板拆除，更新為不銹鋼折板；斜管支架全部更換為不銹鋼支架；一期、二期斜管更新。

(2)一期出水槽采用鋼板，已部分生銹，本次改造為不銹鋼穿孔集水槽。

(3)針對現(xiàn)狀排泥工作量大，因此本次改造將排泥閥由長桿排泥閥改為液動快開排泥閥(自動控制，帶電磁閥)，加裝自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化排泥，并于過渡區(qū)增設(shè)穿孔排泥管排泥。

(4)項目取水水源為大樟溪，雨季時濁度變化大，故考慮與反應(yīng)區(qū)增設(shè)高分子(PAM)投加裝置1套。

(5)為保證改造順利進行于兩座反應(yīng)沉淀池與濾池間管道設(shè)置聯(lián)通管道，并對反應(yīng)沉淀池進水平衡水箱進行加高。

3.2.3 重力式無閥濾池改造

本次改造將一期濾池濾板進行更換，改用短柄濾頭，濾板采用不銹鋼制作，原承托層取消；同時由于濾料已使用較長年限，流失現(xiàn)象嚴(yán)重，截污能力有所下降，因此本次改造將濾池濾料進行更換，采用均勻級配粗砂濾料，墊層改為厚度50mm的粒徑為2mm～4mm粗砂層，濾料層厚度950mm的粒徑為0.8mm～1.2mm石英砂層。濾料化學(xué)穩(wěn)定性及衛(wèi)生指標(biāo)需滿足《水處理用濾料》 CJ/T 43-2005[6]標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2.4 加藥間改造

(1)加藥間改造，混凝加藥采用聚合氯化鋁，最大投加量30mg/L，常年10mg/L～15mg/L。藥液投加濃度為5%～10%，每天配藥2～3次。加藥間內(nèi)分別設(shè)兩格溶解池及溶液池，設(shè)攪拌機攪拌溶藥，兩格池子輪流使用。溶解池內(nèi)藥液溶解充分后由耐腐蝕液下泵提升至溶液池，耐腐蝕液下泵共設(shè)2臺，一用一備，再加水稀釋后直接用軟管泵提升至加藥點。

藥液投加采用軟管泵，共設(shè)1個投藥點，通過原水流量計及流動電位檢測儀信號自動控制投加量，投藥點位于反應(yīng)沉淀池前的靜態(tài)混合器上。

(2)加氯間改造，增加反應(yīng)前二氧化氯投加點，防止藻類在反沉池中生長。前端加二氧化氯設(shè)1個投加點，位于反沉池進水管道上；中端加二氧化氯設(shè)1個投加點，設(shè)在反沉池與濾池的連通管道上，根據(jù)實際情況，這兩個加氯點任選一個投加，最大加二氧化氯量為0.76mg/L；末端加二氧化氯設(shè)1個投加點，位于濾池出水管上，最大加二氧化氯量為1.14mg/L。拆除1臺額定產(chǎn)氯量1kg/h的二氧化氯發(fā)生器，另增加1臺復(fù)合二氧化氯發(fā)生器，額定產(chǎn)氯量2kg/h，與現(xiàn)狀形成一用一備。投加量采用余氯及流量復(fù)合環(huán)自動控制。

3.2.5 二級泵房改造

二級泵房改造，更換水泵、出水閥門改為電動閥閘閥，出水總管改造，按遠期規(guī)模設(shè)置總管，單臺水泵出水管與總管連接方式改為斜三通連接。

增加主要設(shè)備如下：

(1)拆除3臺舊泵，更新3臺水泵，其中Q=485.0m3/h，H=43m，N=75kW，水泵兩臺，配套兩臺變頻器；另Q=320.0m3/h，H=43m，N=55kW，水泵一臺；同時增加兩臺自用水泵Q=15.0m3/h，H=40m，N=4kW，設(shè)2臺變頻器。

(2)新設(shè)電動單梁懸掛式起重機1臺，起重量3t, 行程10.0m，跨度8.0m，起升6m，P=4.5+3×0.4kW。

(3)配置電動閘閥DN300的4臺，DN200的1臺，實現(xiàn)閥門自動控制。

3.2.6 控制系統(tǒng)

根據(jù)工藝處理方案，設(shè)計1套符合工藝要求并具有良好性價比的綜合自動化系統(tǒng)是自控專業(yè)的主要內(nèi)容。設(shè)計范圍包括：在線檢測儀表、計算機監(jiān)控系統(tǒng)及安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。所有現(xiàn)場受控設(shè)備設(shè)三級控制：就地、現(xiàn)場PLC站和水廠中控室。

4 運行情況

永泰縣南區(qū)水廠改造工程實施后確保了永泰縣城區(qū)的供水水質(zhì)的穩(wěn)定，大大改善了水廠凈水條件和自動化水平，降低了能耗，并充分挖掘了水廠制水潛力，提高產(chǎn)水量至2.4萬m3/d。

(1)供水水質(zhì)穩(wěn)定

從2014年6月竣工驗收，至2016年12月化驗分析結(jié)果表明：出廠水濁度最高為0.96NTU，最低為0.11NTU，平均為0.54NTU；最高余氯為0.21mg/L，最低余氯為0.10mg/L，平均余氯為0.14mg/L；最大菌落總數(shù)為2個/mL，最小菌落總數(shù)為0，平均為0.3個/mL；其余指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006，水質(zhì)合格率達到100%。

(2)水廠自動化程度大大提高

水泵及加藥設(shè)備采用進口設(shè)備，開關(guān)、閥門、加氯設(shè)備等采用國內(nèi)一線品牌，儀表及自動化設(shè)備安裝到位，改造完成以來運行正常，取水泵房實現(xiàn)無人值守，凈水廠區(qū)實現(xiàn)遠程控制。

(3)降低了能耗

項目竣工后運行年平均生產(chǎn)電耗285.83kWh/1 000m3，鹽酸消耗2mg/L，氯酸鈉消耗0.67mg/L，聚合氯化鋁消耗5.81mg/L，比工程實施前降低10%～18%。

5 設(shè)計回顧及經(jīng)驗

隨著城市的發(fā)展，人們對水質(zhì)的要求越來越高，水廠設(shè)備老化，生產(chǎn)效率降低，改造勢在必行。如何實現(xiàn)不停水施工是舊水廠改造存在的共同問題，在項目實施過程中要綜合考慮運行安全與經(jīng)濟、技術(shù)進步的發(fā)展變化。

本次水廠改造歷時180d，期間最大的問題是如何實現(xiàn)不停水施工，為此設(shè)計中結(jié)合水廠工藝的特點，采取以下兩點措施解決該問題：

(1)取水泵站設(shè)計了臨時取水潛水泵，待潛水泵投入使用后再對原取水泵房內(nèi)離心泵進行拆除。潛水泵采用一用一庫備，設(shè)計規(guī)模為原取水規(guī)模的70%，保障永泰縣城區(qū)過渡期用水需求，設(shè)計參數(shù)：Q=690.0m3/h，H=32m，N=90kW。

除了新增潛水泵，還需對取水頭部進行改造，取水頭部改造的原因主要是基于雨季漂浮物多容易纏繞取水管頭部格柵網(wǎng)，導(dǎo)致水泵進水管堵塞。最早考慮設(shè)計混凝土整體式取水井，但因取水頭部位置水流湍急水下混凝土無法澆筑，大型設(shè)備也無法運至河道中施工，因此必須通過新建取水平臺實現(xiàn)立柱的架設(shè)。取水平臺采用沿岸邊設(shè)計鎮(zhèn)墩將工字鋼直接架設(shè)深入河中，并沿取水區(qū)域搭設(shè)平臺，平臺四周設(shè)9座立柱，立柱的設(shè)計也同以往設(shè)計不同，采用直徑600mm的鋼管直接焊接于工字鋼平臺上，并在鋼管中采用帶Φ108套管的地質(zhì)鉆孔打3孔后，用高壓注漿灌填成型。該取水頭部平臺經(jīng)歷永泰2016年7月9日的洪災(zāi)仍然穩(wěn)定運行，如圖2所示。

圖2 取水頭部平臺平面布置圖

(2)為實現(xiàn)反應(yīng)沉淀池改造期間超負(fù)荷運行，于反應(yīng)沉淀池出水管間設(shè)置聯(lián)通管道，并加高進水平衡水箱。經(jīng)過計算，當(dāng)反應(yīng)沉淀池進水平衡水箱加高30cm時，單座反應(yīng)沉淀池過流量可達到2萬m3/d，因此設(shè)計中考慮通過增設(shè)不銹鋼圍擋，并通過膨脹螺栓固定于進水平衡水箱頂，四周打玻璃膠止水，通水后過水量達到設(shè)計要求，實現(xiàn)逐池改造。

通過以上兩個措施，克服了南區(qū)水廠改造過程中的難點，使水廠改造工作得以順利進行。

設(shè)計中還采用了新的加藥方案，在之前加藥間的工藝設(shè)計中一般采用隔膜計量泵投加，隔膜計量泵的配件費用較高。首次采用軟管泵進行投加，配件僅需更換軟管，后續(xù)維護成本低。通過原水流量計及流動電位檢測儀信號自動控制投加量，投藥點位于反應(yīng)沉淀池前的靜態(tài)混合器上，藥液溶解充分并加水稀釋后直接用軟管泵提升至加藥點。

同時，在廠區(qū)反應(yīng)沉淀池排泥改造中，采用了液動快開排泥閥(自動控制，帶電磁閥)，加裝自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化排泥，大大減輕了工人的勞動強度。

該項目設(shè)計經(jīng)驗有以下5點：

(1)做好項目策劃工作和前期勘察、技術(shù)方案論證工作，是保證設(shè)計進度和設(shè)計質(zhì)量的重要前提；

(2)要盡可能多地收集資料，包括設(shè)計資料、地質(zhì)資料、運行管理資料以及社會環(huán)境資料；

(3)在今后設(shè)計中，應(yīng)多采用有推廣價值且效果好的新技術(shù)，以提高工程的耐久性，降低工程造價；

(4)在設(shè)計中要嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系文件的要求和程序開展設(shè)計，以提高設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量，更好地為工程建設(shè)服務(wù)；

(5)加強后期服務(wù)，在施工過程中發(fā)現(xiàn)問題，及時解決處理。同時要積極與建設(shè)各方加強溝通與協(xié)調(diào)，以利于控制工期和工程投資。

6 結(jié)語

永泰縣南區(qū)水廠改造工程改造周期短，出水水質(zhì)良好，并具有去除藻類、有機物效果好的特點，適應(yīng)了人民群眾對水質(zhì)要求不斷提高的需要。目前該工程已穩(wěn)定運行兩年半，受到業(yè)主單位的好評。文中介紹了舊水廠改造的內(nèi)容和解決方法，為自來水行業(yè)采用不停水方案改造水廠工程積累了一定的經(jīng)驗。

[1] 陳松海，李京會，劉新青.城鎮(zhèn)老水廠的工藝改造 [J]. 中國給水排水，2005(4)：72-75.

[2] 羅惠云,長沙市第一水廠改造擴建工程設(shè)計[J].給水排水，2005，31(3)：1-4.

[3] 趙寶霞.天津開發(fā)區(qū)凈水廠改造工程方案比選[J].市政技術(shù)，2010，2(28)：63-65.

[4] GB5749-2006 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[5] CJ/T-2005 城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[6] CJ/T43-2005 水處理用濾料[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

Reconstruction design of the Southern Waterworks of Yongtai

CHENYinghong

(Fuzhou City Construction Design &Research Institute Co.Ltd, Fuzhou 350001)

In order to solve the water for a long time operation, equipment aging, water quality and quantity of the instability problem a single sentence, sentence deletion, Southern Waterworks of Yongtai reformed the water pumping station; and reconstructed the inlet and outlet pipe of plant, reaction and sedimentation tank, gravity valveless filter, comprehensive building and dosing room, secondary pump house and automatic control system.The project through the technical measures such as increase in the temporary water pump and raising the level of the water tank in the reaction settling tank to ensure the project implementated water keep supply. After the completion of the project, the average turbidity of the effluent is 0.54NTU, the water capacity is increased by 20%, and the automation level is improved obviously.

Waterworks; Reconstruction; Design idea

陳楹泓(1982.7- )，男，工程師。

E-mail:51698626@qq.com

2017-03-03

TU991

A

1004-6135(2017)04-0084-04