模塊化水廠設(shè)計在集鎮(zhèn)供水工程中的應(yīng)用
——以云南某集鎮(zhèn)供水工程為例

楊 黎 王曉輝

（1.云南省設(shè)計院集團有限公司，云南昆明 650228；2.云南城源工程建設(shè)有限公司，云南昆明 650228）

1.前言

對于城鎮(zhèn)供水，國家有比較詳細的規(guī)定和要求，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50282《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》、GB 50013《室外給水設(shè)計規(guī)范》中對供水工程的設(shè)計、建設(shè)做出了詳細的規(guī)定。根據(jù)這些規(guī)范建設(shè)的供水廠，一般需要建設(shè)大量鋼筋砼結(jié)構(gòu)的土建工程，其特點是占地面積大，施工周期長，建設(shè)投資高。

中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會2013年發(fā)布的《模塊化水處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（ECS357：2013）對供水廠的建設(shè)提出了一種新的方式，特別是對水廠水處理設(shè)施的建設(shè)方式提出了另外一種方法，即對凈水處理設(shè)施提出工廠生產(chǎn)凈水模塊，現(xiàn)場組裝安裝的建設(shè)方式，這種方法不同于以往的鋼筋砼結(jié)構(gòu)建設(shè)方式，值得設(shè)計工作者關(guān)注和研究。根據(jù)筆者了解，模塊化水廠在云南目前建設(shè)的較少，本文擬結(jié)合模塊化水廠在工程實例中的應(yīng)用進行研究和探討。

2.模塊化水處理系統(tǒng)

模塊化水處理系統(tǒng)是指原水經(jīng)由組合水處理模塊以及附屬模塊處理運行后，其水質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的水處理系統(tǒng)。水處理模塊是指具有水處理的某一工序功能，可以預(yù)加工生產(chǎn)、現(xiàn)場組裝并方便組合成水處理系統(tǒng)的單元裝置[1]。

對于地表水源，模塊化水處理系統(tǒng)一般采用的工藝流程如下：

模塊化水處理系統(tǒng)中的水處理模塊可以根據(jù)水源水質(zhì)情況進行增加或者刪減，如果當(dāng)原水中含有藻類物質(zhì)時，可以在工藝流程中增加氣浮模塊進行處理。

模塊化水處理系統(tǒng)可以應(yīng)用于原水處理的供水工程、中水回用系統(tǒng)及工業(yè)用水系統(tǒng)，根據(jù)用戶的水質(zhì)需要進行水處理模塊的增減，其具有以下特點：

水處理模塊占地面積小，僅為傳統(tǒng)模式的1/8~1/6。

圖1 模塊化水處理系統(tǒng)工藝流程圖

水處理模塊建造采用工廠化生產(chǎn)模式生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量好、工期短、投資少、見效快，其中工期可縮短1/3~1/2，成本減少30%~50%。

通過使用輕質(zhì)、無毒、耐腐材料，并采用鋼構(gòu)混凝土內(nèi)襯外噴復(fù)合技術(shù)，解決了防腐問題，保證了使用壽命。

自動化控制系統(tǒng)技術(shù)先進，不僅實現(xiàn)了全自動及智能化，還具有遠程遙控、監(jiān)視、數(shù)據(jù)共享等功能。

建設(shè)和生產(chǎn)具有靈活性、可調(diào)性、應(yīng)急性，既可快速進行分期建設(shè)，又可根據(jù)用水量自動調(diào)整投入運行的模塊數(shù)量。

水處理模塊置于車間，使水處理系統(tǒng)從室外轉(zhuǎn)到室內(nèi)，避免二次污染，管理方便，安全可靠。[2]

根據(jù)上述模塊化水處理系統(tǒng)的特點，模塊化水處理系統(tǒng)中的水處理模塊可以采用工廠式生產(chǎn)，運至現(xiàn)場進行組裝即可，因此，在《模塊化水處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（CECS357：2013）中水處理模塊對應(yīng)匹配的水廠處理規(guī)模進行了相關(guān)說明，如下表所示：

根據(jù)上表可以知道，當(dāng)設(shè)計水廠處理規(guī)模為上述水處理模塊對應(yīng)處理規(guī)模的倍數(shù)時，就可以從對應(yīng)的水處理模塊中選擇幾套水處理模塊進行組裝即可，從而使水廠處理設(shè)施實現(xiàn)并聯(lián)運行，提高了水廠用水的安全性，水廠規(guī)模對應(yīng)水處理模塊選擇情況表如下：

表1 組合水處理模塊規(guī)格表

表2 水廠規(guī)模匹配情況表

當(dāng)水廠規(guī)模確定后，處理工藝模塊就可以根據(jù)上表情況進行配合組裝，將工廠生產(chǎn)出的水處理模塊運至水廠現(xiàn)場進行安裝即可。

3.工程案例

本工程案例為云南某集鎮(zhèn)供水工程，新建集鎮(zhèn)水廠一座，服務(wù)人口為26295人，集鎮(zhèn)水廠處理規(guī)模為3800m3/d，供水水質(zhì)符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）要求，水源為集鎮(zhèn)周邊的河水，根據(jù)收集到的原水水質(zhì)監(jiān)測資料，水質(zhì)情況較好，原水只要通過絮凝、沉淀、過濾即可達標(biāo)，無需對原水進行特殊處理。

3.1 工程總體設(shè)計

本水廠為新建水廠，本著一次規(guī)劃，分期建設(shè)到位的原則，水廠總體設(shè)計由綜合樓、輔助車間、凈水設(shè)施、清水池、回用水池、進場道路等組成，現(xiàn)狀場地標(biāo)高為2448~2459m，水廠設(shè)計按遠期規(guī)模征地1992.84m2，除凈水處理構(gòu)筑物外，其余建構(gòu)筑物按遠期建設(shè)一次到位。

根據(jù)本工程的實際情況及建設(shè)方經(jīng)常接觸的水處理工藝，其中凈水設(shè)施主要采用穿孔旋流絮凝池、斜管沉淀池、普通快濾池，將模塊化水處理設(shè)施與常規(guī)構(gòu)筑物水處理設(shè)施從凈水設(shè)施占地面積、自動化程度、施工周期、工程投資等方面進行比較選擇，比選表如下：

通過上表可以看出，對于本工程來說，模塊化水處理設(shè)施較常規(guī)構(gòu)筑物水處理設(shè)施占有優(yōu)勢，因此，采用模塊化水處理設(shè)施為本工程的凈水處理設(shè)施進行建設(shè)，其工藝流程如下圖2：

圖2 工程案例工藝流程圖

工藝流程圖中的模塊化凈水設(shè)備是由絮凝水處理模塊、沉淀水處理模塊、過濾水處理模塊組成。

根據(jù)廠址地形及凈水工藝要求，結(jié)合凈水廠的整體美觀及有利于道路交通組織，將全廠的管理及構(gòu)筑物合理、有機的聯(lián)系起來，在保證工藝布局合理、生產(chǎn)管理方便，連接管線簡捷的基本原則下，綜合考慮將建構(gòu)筑物分區(qū)、分類在空間和處理面設(shè)計上協(xié)調(diào)統(tǒng)一，建構(gòu)筑物緊湊布置，合理預(yù)留，做到美觀、大方、實用、經(jīng)濟。

表3 工藝比選表

水廠總體布置圖如下圖：

圖3 水廠總體布置圖

從水廠總體布置圖上可以看出，模塊化水處理系統(tǒng)布置較常規(guī)鋼砼水處理構(gòu)筑物要緊湊，基本上是合建在一起，占地面積不大。

3.2 凈水單體工藝設(shè)計

凈水單體設(shè)計主要是絮凝、沉淀、過濾及清水池的設(shè)計，分別如下：

3.2.1 絮凝部分

絮凝池采用穿孔旋流絮凝池，水廠處理水量為3800m3/d（已考慮自用水量），即152.08m3/h。原水中顆粒物較少，取絮凝時間為23min，設(shè)計絮凝池為6格。考慮到與斜管沉淀池合建，池有效水深為5m，超高0.5m。第一格孔口尺寸最小，流速最大，水流在池內(nèi)旋流轉(zhuǎn)速也最大，而后孔口尺寸逐漸增大，流速逐格減小，起點孔口流速取0.8m/s，末端孔口流速取0.2m/s。

3.2.2 沉淀部分

沉淀池采用斜管沉淀池，斜管采用塑料斜管，斜管斷面積為正六邊形，內(nèi)切圓直徑30mm，斜管長1m，斜管傾角60°，斜管高度0.87m；斜管板厚0.5mm，沉淀池有效尺寸長度為8.75m，寬度為4.5m，有效水深為5m，沉淀負荷為7.6m3/（m2·h）。清水區(qū)高度為0.95m，池底設(shè)集泥區(qū)，集泥區(qū)高度為1.05m，采用DN150穿孔管排泥。

3.2.3 過濾部分

濾池采用單層石英砂濾料，設(shè)計濾速v=5.7m/h，有效粒徑d10=0.55mm，不均勻系數(shù)k80=1.4，填裝厚度為1000mm，平均沖洗強度 q=15L/（m2·s），沖洗歷時 t=10min，允許水頭損失采用1.7m。

3.2.4 清水池

清水池調(diào)節(jié)容量按照供水規(guī)模的20%考慮，清水池的調(diào)節(jié)容積為V=800m3。設(shè)計兩座矩形鋼筋砼清水池，水池尺寸為11.2m×11.2m×3.5m，為防止處理水在清水池中產(chǎn)生死水變質(zhì)，池中設(shè)置導(dǎo)流墻，池頂設(shè)通氣管，池頂覆土0.5m。

3.3 工程設(shè)計特點

本工程為模塊化水廠在云南建設(shè)的較少案例，項目的成功建成，特別是對于云南集鎮(zhèn)水處理規(guī)模較小的凈水廠建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

采用的凈水處理工藝為常用凈水工藝（絮凝—沉淀—過濾），工程實踐表明，采用模塊化建設(shè)后的水廠與采用鋼筋砼構(gòu)筑物建設(shè)的水廠處理效果一致，但是模塊化建設(shè)的時間要短，節(jié)約了建設(shè)時間。

采用模塊化建設(shè)的凈水處理系統(tǒng)布置緊湊，占地面積比鋼砼構(gòu)筑物占地少，有利于山區(qū)用地緊張的水廠建設(shè)，節(jié)約用地。

4.結(jié)語

本工程為集鎮(zhèn)小規(guī)模的凈水廠設(shè)計，采用的凈水工藝為模塊化水處理系統(tǒng)，筆者通過工程實踐得到以下經(jīng)驗：

模塊化水處理系統(tǒng)與一般的一體化水處理系統(tǒng)是有區(qū)別的，模塊化水處理系統(tǒng)與鋼砼水處理構(gòu)筑物一樣分塊建設(shè)，兩者只是結(jié)構(gòu)形式、建設(shè)方式不同，而一體化水處理系統(tǒng)是所有水處理工藝合成在一個整體構(gòu)造中，處理規(guī)模也較模塊化水處理系統(tǒng)小。

模塊化水處理系統(tǒng)與目前國家推薦的裝配式建筑有些相似，從生產(chǎn)、運輸、組裝上等環(huán)節(jié)上看，兩者也是采用工廠批量生產(chǎn)、通過車輛運輸、工地現(xiàn)場組裝完成，因此，模塊化水廠建設(shè)符合當(dāng)前國家相關(guān)政策，從施工時間、占地面積、投資上看，模塊化水廠具有一定優(yōu)勢，在時間緊張，占地較少的前提下，可以優(yōu)先推薦使用。

模塊化水廠根據(jù)《模塊化水處理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（CECS357：2013）上的要求，不僅能適用規(guī)模較小的凈水廠，也能適合規(guī)模較大的凈水廠，因此，從長遠看具有較好的發(fā)展前景。