某市給水廠常規(guī)工藝擴(kuò)容工程設(shè)計實(shí)例

彭麗奇

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

0 引言

某市給水廠規(guī)模為14萬m3/d，主要負(fù)責(zé)某市重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域的供水任務(wù)。自2021年1月以來，隨著重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域開發(fā)建設(shè)進(jìn)程的加快以及用水需求的持續(xù)增長，某市給水廠超產(chǎn)天數(shù)不斷增加，目前已長期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。本工程為緩解水廠供水壓力，保障重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域的正常生活生產(chǎn)用水，結(jié)合國內(nèi)外給水廠工程案例，對某市給水廠常規(guī)工藝擴(kuò)容工程方案進(jìn)行了論證和設(shè)計。

1 給水廠概況

1.1 建設(shè)概況

1.1.1 設(shè)計規(guī)模

某市給水廠設(shè)計規(guī)模為14萬m3/d。

1.1.2 現(xiàn)狀凈水工藝

某市給水廠建有2條凈水生產(chǎn)線，均為“預(yù)處理+常規(guī)處理”的組合工藝，一條為“曝氣生物濾池+穿孔旋流反應(yīng)池+平流沉淀池+虹吸濾池”；另一條為“曝氣生物濾池+網(wǎng)格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池”。

1.2 運(yùn)行概況

1.2.1 供水產(chǎn)能

根據(jù)近3年生產(chǎn)運(yùn)行資料，某市給水廠取水量為6.94～17.87萬m3/d，供水量為6.44～17.30萬m3/d，呈總體上升趨勢，每年供水高峰月均處于超產(chǎn)狀態(tài)。2021年1—7月，某市給水廠最高日供水規(guī)模為17.3萬m3/d，超產(chǎn)率為20%，合計超產(chǎn)天數(shù)163d，超產(chǎn)占比為76.89%，處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1.2.2 水質(zhì)處理

根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行資料，某市給水廠近3年來原水濁度為4.19～511.14NTU，月平均濁度8.02～108.66NTU，變化幅度較大；氨氮濃度為0.01～1.29mg/L，月平均氨氮濃度穩(wěn)定保持在0.5mg/L以下，基本滿足地表Ⅱ類水氨氮標(biāo)準(zhǔn)，2021年2月起每月均存在超標(biāo)情況。

經(jīng)廠內(nèi)工藝處理后，出廠水濁度有效控制在0.07～0.19NTU，氨氮有效控制在0.01～0.19mg/L，pH有效控制在6.90～7.32，總氯有效控制在0.98～1.54mg/L，滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022）中的限值要求。

1.2.3 藥耗電耗

某市給水廠原水水質(zhì)和供水量變化幅度較大，導(dǎo)致加藥和用電量也隨之變化，其中氯耗為18.58～48.05mg/L，礬耗為23.56～52.88mg/L；堿耗為1.32～18.80mg/L；電耗為0.245～0.286kW·h/m3，但均處于正常水平。

1.2.4 總體評價

某市給水廠現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物在原水水質(zhì)變化幅度較大的情況下仍能保障出廠水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，設(shè)施運(yùn)行情況良好，除水廠設(shè)計產(chǎn)能不足需超產(chǎn)以滿足供水范圍內(nèi)增長的用水量需求外，處理能力不存在其他問題，只需對水廠進(jìn)行擴(kuò)建新增產(chǎn)能滿足供水需求即可。

2 主要設(shè)計參數(shù)

2.1 設(shè)計水量

根據(jù)規(guī)劃要求，常規(guī)工藝擴(kuò)容工程設(shè)計水量為6萬m3/d。

2.2 設(shè)計水質(zhì)

出廠水質(zhì)執(zhí)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022）。

3 工程總體方案

3.1 取水工程方案

3.1.1 取水工程現(xiàn)狀

某市給水廠現(xiàn)狀取水工程包括吸水井和取水泵房，吸水井尺寸為13.85m×6.5m×2.2m，有效容積約198m3，吸水井前端設(shè)有攔污網(wǎng)。

取水泵房平面尺寸為19.50m×13.45m，內(nèi)設(shè)有取水泵4臺，兩臺大泵兩臺小泵（大泵流量3450m3/h，揚(yáng)程24m，功率280kW；小泵流量2030m3/h，揚(yáng)程24m，功率200kW），大泵取水管管徑為DN900，小泵取水管管徑為DN700，設(shè)計規(guī)模為14萬m3/d。

3.1.2 取水工程方案比選

（1）方案一：新建取水工程。

方案一擬新建一座吸水井，尺寸為4m×6m×2.2m；并新建一座設(shè)計規(guī)模為6萬m3/d的取水泵房，配置離心泵3臺，兩用一備，設(shè)備參數(shù)為流量1400m3/h，揚(yáng)程27m，功率為200kW。

（2）方案二：對現(xiàn)狀取水工程進(jìn)行改造。

方案二擬將現(xiàn)狀取水泵房內(nèi)的一臺小泵（流量2030m3/h，揚(yáng)程24m，功率200kW）替換為大泵（流量3700m3/h，揚(yáng)程27m，功率400kW，變頻），并調(diào)整配套基礎(chǔ)及水泵進(jìn)、出水管道，現(xiàn)狀吸水井及吸水井前端的攔污網(wǎng)予以保留，改造后共4臺取水泵，大泵兩用一備，小泵1臺。

（3）方案比選。

經(jīng)比較，方案二工程量較小，僅需更換一臺小取水泵，并調(diào)整配套基礎(chǔ)及水泵進(jìn)、出水管道，且取水泵房改造期間對水廠連續(xù)生產(chǎn)影響較小，故推薦方案二，即對現(xiàn)狀取水泵房進(jìn)行改造。

3.2 送水工程方案

3.2.1 送水工程現(xiàn)狀

某市給水廠現(xiàn)狀送水泵房包括1座吸水井，平面尺寸27.4m×7.0m×7.8m，分2格；泵房內(nèi)送水泵5臺，3臺為大泵，流量2530m3/h，揚(yáng)程為45m，功率約450kW，其中一臺為變頻；2臺為小泵，流量1265m3/h，揚(yáng)程為45m，功率約220kW。

3.2.2 送水工程方案比選

（1）方案一：對現(xiàn)狀送水泵房進(jìn)行改造。

方案一擬將現(xiàn)狀送水泵房內(nèi)的5臺送水泵全部替換為型號一致的新送水泵，新泵參數(shù)為：流量2710m3/h，揚(yáng)程47m，功率500kW。改造后共5臺送水泵，四用一備，2臺變頻。同步對現(xiàn)狀送水泵房供電系統(tǒng)進(jìn)行高壓電改造，將原有5臺0.38kV水泵更換為5臺10kV500kW高壓電水泵，提升用電效率，降低電耗。

（2）方案二：新建送水泵房。

方案二擬新建一座送水泵房，設(shè)計規(guī)模6萬m3/d，配套離心泵3臺，兩用一備，一臺變頻，水泵揚(yáng)程為47m?，F(xiàn)狀送水泵房設(shè)備及土建滿足現(xiàn)狀14萬m3/d的流量及揚(yáng)程要求，予以保留，仍采用低壓供電設(shè)備。

（3）方案比選。

鑒于某市給水廠常規(guī)工藝擴(kuò)容工程用地較為緊張，并綜合考慮用電效率、后期運(yùn)維等因素，推薦方案一，即對現(xiàn)狀送水泵房進(jìn)行改造。

3.3 工藝流程

3.3.1 凈水工藝流程

常規(guī)工藝擴(kuò)容工程選用“曝氣生物濾池+網(wǎng)格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池”作為凈水工藝。

3.3.2 污泥處理工藝流程

常規(guī)工藝擴(kuò)容工程采用“排泥調(diào)節(jié)池+污泥濃縮池+平衡池+污泥脫水車間”組合工藝進(jìn)行污泥處理，并設(shè)置回收水池收集V型濾池反沖洗廢水以及污泥濃縮池上清液，回流至網(wǎng)格絮凝池前端，提高水廠用水效率。

4 工藝設(shè)計

常規(guī)工藝擴(kuò)容工程主要建、構(gòu)筑物包括凈水建、構(gòu)筑物和污泥處理建、構(gòu)筑物兩部分。

4.1 主要凈水建、構(gòu)筑物設(shè)計

4.1.1 曝氣生物濾池

數(shù)量：1座，2組，共4個單池，雙排布置。

單池流量：656.3m3/h。

濾速：12.15m/h。

單池尺寸：9.0m×6.0m。

有效水深：7.95m。

總平面尺寸：30.0m×15.0m。

4.1.2 鼓風(fēng)機(jī)房

數(shù)量：1座。

主要設(shè)備：2臺鼓風(fēng)機(jī)（1用1備，單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量43m3/min，電機(jī)功率30kW），2臺空壓機(jī)（1用1備，1.6m3/min，1.0MPa，5.5kW），1個空氣罐（2m3，1.1MPa）。

總平面尺寸：18.0m×10.0m。

4.1.3

網(wǎng)格絮凝池

數(shù)量：1座，2組。

單池流量：1312.6m3/h。

絮凝時間：22.2min。

絮凝池總?cè)莘e：959.0m3。

每組孔室數(shù)量：30格。

每格尺寸：2.0m×1.8m。

有效水深：4.5m。

總平面尺寸：30.0m×14.8m。

4.1.4 斜管沉淀池

數(shù)量：1座，2組。

單池流量：1312.6m3/h。

管內(nèi)沉淀時間：5.56min。

上升流速：1.88mm/s。

表面負(fù)荷：6.65m3/（m2·h）。

有效水深：4.15m。

總平面尺寸：30.0m×17.3m。

4.1.5 V型濾池

數(shù)量：1座，共4個單池（雙格），單排布置。

單池流量：656.3m3/h。

濾速：8.04m/h。

強(qiáng)制濾速：10.72m/h。

單池（雙格）過濾面積：81.6m2。

濾料：石英砂，濾料層厚度1.2m，濾料有效粒徑0.9～1.2mm，墊層濾料粒徑d10=1.0mm，均勻系數(shù)K80=1.30，墊層厚度0.10m。

總平面尺寸：36.0m×27.3m。

4.1.6 反沖洗泵房

數(shù)量：1座，與V型濾池合建。

主要設(shè)備：3臺反沖洗水泵（2用1備，單泵流量1050m3/h，揚(yáng)程12m，功率43.2kW），3臺鼓風(fēng)機(jī)（2用1備，單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量47m3/min，電機(jī)功率43.2kW），2臺空壓 機(jī)（1用1備，2.0m3/min，1.0MPa），1個 空 氣 罐（4m3，1.1MPa）。

4.1.7 綜合加藥間

數(shù)量：1座。

藥劑種類：聚合氯化鋁、次氯酸鈉、氫氧化鈉。

總平面尺寸：38.0m×12.0m。

（1）投礬系統(tǒng)。

作用：使水中膠體脫穩(wěn)并促進(jìn)絮體生成，進(jìn)而去除水中的懸浮物和膠體等雜質(zhì)[1-2]。

聚合氯化鋁投加量：35mg/L（有效含量10%）。；

主要設(shè)備：3臺數(shù)字隔膜計量泵，2用1備，流量530L/h，壓力0.3MPa，功率0.75kW。

（2）次氯酸鈉投加系統(tǒng)。

作用：殺滅水中的大腸桿菌、病原微生物等[3-4]。

次氯酸鈉投加量：35mg/L（有效含量10%）。

主要設(shè)備：3臺數(shù)字隔膜計量泵（2用1備），2個儲液罐（容積10m3）。

（3）氫氧化鈉投加系統(tǒng)。

作用：通過酸堿中和反應(yīng)調(diào)節(jié)原水pH[5]。

氫氧化鈉投加量：4mg/L（有效含量10%）。

主要設(shè)備：2臺數(shù)字隔膜計量泵（1用1備），2個儲液罐（容積5m3）。

4.2 主要污泥處理建、構(gòu)筑物設(shè)計

4.2.1 回收水池

數(shù)量：1座，分2格。

有效深度：4.4m。

主要設(shè)備：3臺潛水排污泵，2用1備，Q=40m3/h，H=7m，N=2.2kW。

總平面尺寸：20.0m×5.5m。

4.2.2 污泥調(diào)節(jié)池

數(shù)量：1座，分2格。

有效深度：4.2m。

主要設(shè)備：3臺潛水排污泵，2用1備，Q=40m3/h，H=7m，N=2.2kW。

總平面尺寸：25.0m×10.0m。

4.2.3 污泥濃縮池

數(shù)量：1座，分2格。

進(jìn)泥量：67.80m3/h。

進(jìn)流干污泥濃度：1.89kg/m3。

固體通量：1.00kg/（m2·h）。

濃縮時間：6h。

有效深度：7.2m。

上清液回流量：63.52m3/h。

總平面尺寸：24.0m×10.0m。

4.2.4 平衡池

數(shù)量：1座，分2格。

進(jìn)泥量：4.28m3/h。

儲存時間：24h。

有效深度：4.2m。

總平面尺寸：6.0m×6.0m。

5 結(jié)語

目前某市給水廠尚能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)供水，但現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物長期處于超產(chǎn)狀態(tài)，設(shè)施長期超負(fù)荷運(yùn)行，耗損嚴(yán)重，無法有效保障未來的出廠水量和水質(zhì)。本工程的建設(shè)是消除供需缺口，緩解供水壓力，改善設(shè)施運(yùn)行工況的必要舉措，同時對滿足供水范圍內(nèi)不斷增長的用水需求，助力城市重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域的穩(wěn)步高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。此外，本工程的建設(shè)有助于提升供水調(diào)配靈活性，強(qiáng)化供水突發(fā)事件下的應(yīng)急保障能力。