水廠改擴建設(shè)計的重難點問題分析及應對措施
——以汨羅市二水廠改擴建工程為例

文/張翀 湖南省建筑設(shè)計院有限公司 湖南長沙 410000

劉宇軒 中國建筑第五工程局有限公司 湖南長沙 410000

1、項目概況

汨羅市地處湖南省東北部，緊靠南洞庭湖東畔、汨羅江下游，為湖南岳陽下轄的縣級市，現(xiàn)有人口約70萬人。汨羅市城區(qū)現(xiàn)狀有兩座自來水廠，一座為汨羅市二水廠，一座為新市水廠。二水廠一期工程建于2001年，取水自汨羅江水源，設(shè)計規(guī)模為3×104m3/d，為整個汨羅市城區(qū)提供用水。為解決汨羅市用水供需矛盾以及汨羅江水源水質(zhì)日益惡化的現(xiàn)狀，本次設(shè)計對水廠進行改擴建，擴建至6×104m3/d。改擴建采用優(yōu)質(zhì)水源，引水自43km外的蘭家洞水庫，但由于水庫存在著季節(jié)性鐵錳超標的問題，在水廠處理工藝選擇上應重點考慮，并對原設(shè)計不符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的部分進行改造。改擴建后工藝流程為：蘭家洞水庫水源→取水泵房→格柵曝氣池→絮凝沉淀池→氣水反沖洗砂濾池→清水池→送水泵房→城市配水管網(wǎng)。水廠經(jīng)改擴建后，出廠水水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》。

2、重難點問題分析及應對

2.1 解決用水隱患開辟另一水源

汨羅市原飲水水源為汨羅江，為汨羅市唯一的飲用水水源，近年來汨羅江連續(xù)出現(xiàn)砷超標的現(xiàn)象，目前作為城區(qū)供水的單一水源，應對突發(fā)水質(zhì)污染事故能力較差，需加大對汨羅江流域綜合治理保護力度和水廠處理工藝抗風險能力的建設(shè)。汨羅市“引蘭入市”工程實施后，將蘭家洞水庫水引入到汨羅市城區(qū)，將蘭家洞水庫水源作為汨羅市主要水源，汨羅江作為汨羅市的第二水源，解決了汨羅市單一水源的問題。引蘭入市二期水廠改擴建工程作為汨羅市“引蘭入市”項目的重要組成部分，徹底解決了汨羅市水源安全隱患，保障了汨羅市城區(qū)飲水的安全。

2.2 選擇合適工藝重點去除鐵錳

蘭家洞水庫水質(zhì)基本滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）》Ⅲ類標準，鐵、錳指標季節(jié)性超標嚴重，在如何選擇合適的工藝，確保出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）標準，是項目的重點和難點。本次改擴建工程在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增加了除鐵、除錳設(shè)施，經(jīng)過對各項除鐵錳工藝方案進行詳細對比論證后，并結(jié)合水源水質(zhì)特性和廠區(qū)現(xiàn)狀用地限制，最終確定采用穩(wěn)妥可靠的壓縮空氣曝氣+除鐵除錳濾池工藝同時去除鐵錳污染。通過曝氣氧化把易溶于水的二價鐵氧化成難溶于水的三價鐵，氧化生成的三價鐵經(jīng)水解后，生成氫氧化鐵膠體。含鐵錳的原水經(jīng)過曝氣后，再經(jīng)濾層過濾，利用濾料表面生成催化活性濾膜達到穩(wěn)定的除鐵錳效果。同時，隨著濾料的不斷成熟，在濾料孔隙生成了鐵細菌，對活性濾膜有促進作用。自投產(chǎn)運行以來，廠區(qū)去除鐵錳效果良好，各項指標均滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）標準要求。

2.3 協(xié)調(diào)豎向流程減少水頭損失

水廠在改擴建過程中，首先應復核現(xiàn)有構(gòu)筑物生產(chǎn)能力，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，而如何協(xié)調(diào)兩期工程的豎向流程也是重難點之一。經(jīng)詳細計算后，將現(xiàn)有一期絮凝沉淀池、濾池降低負荷運行，改造后負荷降低至2×104m3/d。二期工程設(shè)計中受一期已建構(gòu)筑物水位標高限制，可利用水頭富余極小，通過工藝流程詳細計算，盡量減少二期構(gòu)筑物水頭損失，實現(xiàn)了兩期工程豎向流程協(xié)調(diào)運行。除此之前設(shè)計中充分考慮了土石方平衡、廠區(qū)雨水收集和排除以及與周邊地形的協(xié)調(diào)等情況。

2.4 優(yōu)化施工時序確保改建不停產(chǎn)

由于項目一期工程為整個汨羅市城區(qū)提供現(xiàn)狀用水，在改擴建過程中做到不停產(chǎn)是項目設(shè)計中重點和難點之一。項目在設(shè)計中充分考慮了改造過程中不停產(chǎn)運行方案的可行性，通過協(xié)調(diào)廠區(qū)現(xiàn)有管線和新建管線減少了改造工程的難度，優(yōu)化施工時序和工期，并制定了工程實施過程中各項應急處理措施。通過對現(xiàn)有構(gòu)筑物進行改造和新建水處理構(gòu)筑物，將本項目擴建至6×104m3/d，滿足了汨羅市整個城區(qū)安全供水的要求。

2.5 利用有限用地做好平面布置

廠址位于汨羅市東部，廠區(qū)現(xiàn)狀征地面積為16281.45m2，除去一期已用面積，二期改擴建工程可用建設(shè)用地僅為10629.53m2（合15.94畝）。現(xiàn)狀周圍均為基本農(nóng)田，新征用地困難，只能在原征地紅線范圍內(nèi)進行改擴建工程，總平面布置應力求緊湊，以節(jié)省用地，故用地資源緊張也是項目設(shè)計難點之一。整個廠區(qū)平面布局在現(xiàn)有征地范圍內(nèi)，與一期工程相協(xié)調(diào)，工藝流程順暢，單位水量占地為0.271 m2/m3，其占地指標低于《城市給水工程項目建設(shè)標準》（建標120-2009）中III類常規(guī)處理水廠用地0.35～0.41 m2/m3的標準。

汨羅市引蘭入市二期水廠改擴建工程設(shè)計計算負荷618kW，計算視在負荷653kW，單位水量耗電量0.173kWh/m3，實際能耗為0.17kWh/m3，能耗指標處于國內(nèi)先進水平。

2.6 做好設(shè)備選型提升管控體系

如何做好電氣設(shè)備選型及自動控制系統(tǒng)設(shè)計，使得項目改擴建之后達到設(shè)備先進、使用方便、管理簡單、維護簡便等也是需要重點考慮的問題。本水廠改擴建工程工藝、電氣設(shè)備和材料多為國產(chǎn)一線品牌，先進可靠，主要耗電設(shè)備如水泵、風機等均配備變頻調(diào)速裝置，集中無功補償裝置等配備完善，各項節(jié)能措施落實到位，節(jié)能管理制度、人員齊全完整。自控系統(tǒng)先進，維護管理簡便，整個廠區(qū)生產(chǎn)運行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)人員勞動強度低，改擴建后未增加水廠勞動定員，實現(xiàn)了水廠的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.7 合理控制能耗做好節(jié)能設(shè)計

新型水廠的改擴建工程在控制能耗節(jié)約資源等方面亦是重點。本項目從燈具、水泵、大型設(shè)備等都注重節(jié)能設(shè)計選型，達到合理降低能耗的目的。項目室外照明采用節(jié)能型照明燈具，照明電耗相比于傳統(tǒng)白熾燈照明電耗節(jié)能達到30%以上。大功率潛水泵和鼓風機的控制方式采用變頻控制，使得水泵和鼓風機電機的運行效率大大提高。根據(jù)水位高低變化，變頻控制實現(xiàn)水泵電機的無級調(diào)速，控制電機的運行狀態(tài)。水泵工作原理可知，P（功率）=Q（流量～）×H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺水泵電機功率為73KW，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為37.4KW，省電48.8%，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時，其耗電量為9.1KW，省電87.5%。

2.8 協(xié)調(diào)周邊環(huán)境達到風格統(tǒng)一

改擴建工程如何與原一期工程形成建筑風格融合，達到更高的標準要求也是重難點問題。本期建筑風格延續(xù)了一期建筑的風格，在建筑物滿足水廠的特殊功能要求的前提下，平面布局吸納園林式的風格布局，主體建筑采用坡屋頂，將細膩的園林布局平法與簡法、大方的現(xiàn)代風格相結(jié)合，整個廠區(qū)建筑在綠化的襯托下，高低錯落有致，造型富有生機，形成了自己獨特的風格，體現(xiàn)廠區(qū)建筑獨立的個性和文化氣息。

結(jié)語：

汨羅市二水廠現(xiàn)狀設(shè)計規(guī)模為3×104m3/d，本次改擴建規(guī)模為6×104m3/d，采用蘭家洞水庫原水重力自流進入廠區(qū)，采用除鐵、錳+常規(guī)處理工藝，出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）106項標準。同時原有一期工程3.0×104m3/d規(guī)模降負荷至2.0×104m3/d運行，新建4.0×104m3/d常規(guī)處理生產(chǎn)線，新建6×104m3/d格柵及曝氣池。汨羅市二水廠改擴建后的工藝流程選擇較為優(yōu)化，有針對性，處理效果較好，項目各項評價指標良好，社會效益顯著，建設(shè)方案可行，本文也從八個方面探討分析了水廠改擴建設(shè)計過程中遇到的常見重難點問題，提出的解決方案較有針對性且做了很多優(yōu)化，對于同類型的水廠改擴建工程設(shè)計有較強的指導意義。