水廠(chǎng)改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)問(wèn)題分析及應(yīng)對(duì)措施

張翀 劉宇軒

【摘要】現(xiàn)在的城市水廠(chǎng)出水規(guī)模不能滿(mǎn)足城市生活及工業(yè)等用水需求是常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)水廠(chǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建則成了勢(shì)在必行的舉措;本文以汨羅市二水廠(chǎng)改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)為實(shí)例，旨在分析在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的水源安全隱患、工藝處理流程的選擇、如何做到不停產(chǎn)改建及電氣設(shè)備選型等重難點(diǎn)問(wèn)題，并提出了解決方案。

【關(guān)鍵詞】水廠(chǎng)改擴(kuò)建;除鐵錳;工藝流程;節(jié)能設(shè)計(jì)

1、項(xiàng)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(yáng)下轄的縣級(jí)市，現(xiàn)有人口約70萬(wàn)人。汨羅市城區(qū)現(xiàn)狀有兩座自來(lái)水廠(chǎng)，一座為汨羅市二水廠(chǎng)，一座為新市水廠(chǎng)。二水廠(chǎng)一期工程建于2001年，取水自汨羅江水源，設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3/d，為整個(gè)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(jì)對(duì)水廠(chǎng)進(jìn)行改擴(kuò)建，擴(kuò)建至6×104m3/d。改擴(kuò)建采用優(yōu)質(zhì)水源，引水自43km外的蘭家洞水庫(kù)，但由于水庫(kù)存在著季節(jié)性鐵錳超標(biāo)的問(wèn)題，在水廠(chǎng)處理工藝選擇上應(yīng)重點(diǎn)考慮，并對(duì)原設(shè)計(jì)不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的部分進(jìn)行改造。改擴(kuò)建后工藝流程為：蘭家洞水庫(kù)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(chǎng)經(jīng)改擴(kuò)建后，出廠(chǎng)水水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

2、重難點(diǎn)問(wèn)題分析及應(yīng)對(duì)

2.1解決用水隱患開(kāi)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(lái)汨羅江連續(xù)出現(xiàn)砷超標(biāo)的現(xiàn)象，目前作為城區(qū)供水的單一水源，應(yīng)對(duì)突發(fā)水質(zhì)污染事故能力較差，需加大對(duì)汨羅江流域綜合治理保護(hù)力度和水廠(chǎng)處理工藝抗風(fēng)險(xiǎn)能力的建設(shè)。汨羅市“引蘭入市”工程實(shí)施后，將蘭家洞水庫(kù)水引入到汨羅市城區(qū)，將蘭家洞水庫(kù)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(wèn)題。引蘭入市二期水廠(chǎng)改擴(kuò)建工程作為汨羅市“引蘭入市”項(xiàng)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(diǎn)去除鐵錳

蘭家洞水庫(kù)水質(zhì)基本滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，鐵、錳指標(biāo)季節(jié)性超標(biāo)嚴(yán)重，在如何選擇合適的工藝，確保出水達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）標(biāo)準(zhǔn)，是項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本次改擴(kuò)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(guò)對(duì)各項(xiàng)除鐵錳工藝方案進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比論證后，并結(jié)合水源水質(zhì)特性和廠(chǎng)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(shí)去除鐵錳污染。通過(guò)曝氣氧化把易溶于水的二價(jià)鐵氧化成難溶于水的三價(jià)鐵，氧化生成的三價(jià)鐵經(jīng)水解后，生成氫氧化鐵膠體。含鐵錳的原水經(jīng)過(guò)曝氣后，再經(jīng)濾層過(guò)濾，利用濾料表面生成催化活性濾膜達(dá)到穩(wěn)定的除鐵錳效果。同時(shí)，隨著濾料的不斷成熟，在濾料孔隙生成了鐵細(xì)菌，對(duì)活性濾膜有促進(jìn)作用。自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，廠(chǎng)區(qū)去除鐵錳效果良好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3協(xié)調(diào)豎向流程減少水頭損失

水廠(chǎng)在改擴(kuò)建過(guò)程中，首先應(yīng)復(fù)核現(xiàn)有構(gòu)筑物生產(chǎn)能力，滿(mǎn)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(diǎn)之一。經(jīng)詳細(xì)計(jì)算后，將現(xiàn)有一期絮凝沉淀池、濾池降低負(fù)荷運(yùn)行，改造后負(fù)荷降低至2×104m3/d。二期工程設(shè)計(jì)中受一期已建構(gòu)筑物水位標(biāo)高限制，可利用水頭富余極小，通過(guò)工藝流程詳細(xì)計(jì)算，盡量減少二期構(gòu)筑物水頭損失，實(shí)現(xiàn)了兩期工程豎向流程協(xié)調(diào)運(yùn)行。除此之前設(shè)計(jì)中充分考慮了土石方平衡、廠(chǎng)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(shí)序確保改建不停產(chǎn)

由于項(xiàng)目一期工程為整個(gè)汨羅市城區(qū)提供現(xiàn)狀用水，在改擴(kuò)建過(guò)程中做到不停產(chǎn)是項(xiàng)目設(shè)計(jì)中重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中充分考慮了改造過(guò)程中不停產(chǎn)運(yùn)行方案的可行性，通過(guò)協(xié)調(diào)廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)有管線(xiàn)和新建管線(xiàn)減少了改造工程的難度，優(yōu)化施工時(shí)序和工期，并制定了工程實(shí)施過(guò)程中各項(xiàng)應(yīng)急處理措施。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有構(gòu)筑物進(jìn)行改造和新建水處理構(gòu)筑物，將本項(xiàng)目擴(kuò)建至6×104m3/d，滿(mǎn)足了汨羅市整個(gè)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(chǎng)址位于汨羅市東部，廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)狀征地面積為16281.45m2，除去一期已用面積，二期改擴(kuò)建工程可用建設(shè)用地僅為10629.53m2（合15.94畝）?，F(xiàn)狀周?chē)鶠榛巨r(nóng)田，新征用地困難，只能在原征地紅線(xiàn)范圍內(nèi)進(jìn)行改擴(kuò)建工程，總平面布置應(yīng)力求緊湊，以節(jié)省用地，故用地資源緊張也是項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。整個(gè)廠(chǎng)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(biāo)低于《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（建標(biāo)120-2009）中III類(lèi)常規(guī)處理水廠(chǎng)用地0.35～0.41 m2/m3的標(biāo)準(zhǔn)。

汨羅市引蘭入市二期水廠(chǎng)改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)計(jì)算負(fù)荷618kW，計(jì)算視在負(fù)荷653kW，單位水量耗電量0.173kWh/m3，實(shí)際能耗為0.17kWh/m3，能耗指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使得項(xiàng)目改擴(kuò)建之后達(dá)到設(shè)備先進(jìn)、使用方便、管理簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便等也是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。本水廠(chǎng)改擴(kuò)建工程工藝、電氣設(shè)備和材料多為國(guó)產(chǎn)一線(xiàn)品牌，先進(jìn)可靠，主要耗電設(shè)備如水泵、風(fēng)機(jī)等均配備變頻調(diào)速裝置，集中無(wú)功補(bǔ)償裝置等配備完善，各項(xiàng)節(jié)能措施落實(shí)到位，節(jié)能管理制度、人員齊全完整。自控系統(tǒng)先進(jìn)，維護(hù)管理簡(jiǎn)便，整個(gè)廠(chǎng)區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，改擴(kuò)建后未增加水廠(chǎng)勞動(dòng)定員，實(shí)現(xiàn)了水廠(chǎng)的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.7合理控制能耗做好節(jié)能設(shè)計(jì)

新型水廠(chǎng)的改擴(kuò)建工程在控制能耗節(jié)約資源等方面亦是重點(diǎn)。本項(xiàng)目從燈具、水泵、大型設(shè)備等都注重節(jié)能設(shè)計(jì)選型，達(dá)到合理降低能耗的目的。項(xiàng)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(dá)到30%以上。大功率潛水泵和鼓風(fēng)機(jī)的控制方式采用變頻控制，使得水泵和鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行效率大大提高。根據(jù)水位高低變化，變頻控制實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，控制電機(jī)的運(yùn)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(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。例如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為73KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為37.4KW，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為9.1KW，省電87.5%。

2.8協(xié)調(diào)周邊環(huán)境達(dá)到風(fēng)格統(tǒng)一

改擴(kuò)建工程如何與原一期工程形成建筑風(fēng)格融合，達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)要求也是重難點(diǎn)問(wèn)題。本期建筑風(fēng)格延續(xù)了一期建筑的風(fēng)格，在建筑物滿(mǎn)足水廠(chǎng)的特殊功能要求的前提下，平面布局吸納園林式的風(fēng)格布局，主體建筑采用坡屋頂，將細(xì)膩的園林布局平法與簡(jiǎn)法、大方的現(xiàn)代風(fēng)格相結(jié)合，整個(gè)廠(chǎng)區(qū)建筑在綠化的襯托下，高低錯(cuò)落有致，造型富有生機(jī)，形成了自己獨(dú)特的風(fēng)格，體現(xiàn)廠(chǎng)區(qū)建筑獨(dú)立的個(gè)性和文化氣息。

結(jié)語(yǔ)：

汨羅市二水廠(chǎng)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3/d，本次改擴(kuò)建規(guī)模為6×104m3/d，采用蘭家洞水庫(kù)原水重力自流進(jìn)入廠(chǎng)區(qū)，采用除鐵、錳+常規(guī)處理工藝，出水達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）106項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)原有一期工程3.0×104m3/d規(guī)模降負(fù)荷至2.0×104m3/d運(yùn)行，新建4.0×104m3/d常規(guī)處理生產(chǎn)線(xiàn)，新建6×104m3/d格柵及曝氣池。汨羅市二水廠(chǎng)改擴(kuò)建后的工藝流程選擇較為優(yōu)化，有針對(duì)性，處理效果較好，項(xiàng)目各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)良好，社會(huì)效益顯著，建設(shè)方案可行，本文也從八個(gè)方面探討分析了水廠(chǎng)改擴(kuò)建設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的常見(jiàn)重難點(diǎn)問(wèn)題，提出的解決方案較有針對(duì)性且做了很多優(yōu)化，對(duì)于同類(lèi)型的水廠(chǎng)改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

作者簡(jiǎn)介：

張翀（1988-02），女，工程師，主要從事給排水設(shè)計(jì)工作。