水厂饮用净水改造工程设计探讨

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［摘要］为满足社会公众日常生活及生产用水需求，尽早解除我国水资源匮乏的窘境，给出提升水资源利用效率的提议。以某水厂饮用净水改造工程设计情况为论点，配水井、前臭氧接触池及综合滤池等作为重点改造对象，改造建设后地上建筑面积达到6250m2，泵站设备运行效率显著提升。

［关键词］水厂；饮用净水；改造工程；设计方案

全球水资源总量约14亿km3，大部分以海洋与冰山的形式呈现出来，剩余的可被人们生产生活使用的淡水总量不到1%。在全世界上中国的水资源总量位列第六，表面看起来总量丰富，但是对于一个拥有14亿人口的泱泱大国，水资源的人均占有量很少。可被利用的淡水资源有地下水与地表水之分，地表水广泛分布，易于被开发利用，是目前我国自来水的主要来源。近些年我国城镇化进程持续加速，社会经济迅猛发展，人口总量持续增加，导致水资源开发滥用的情况频频发生，且污水排放总量也呈现出不断增长的趋势。水厂后续运营中要主动增强净水处理能力，减轻各大水系水质的污染程度，提升社会公众的生产生活质量。

1项目概况

何家塔煤矿生活给水净化站产水量2200m3/d。本工程总投资达到1762.87万元，其中，井巷工程、土建工程、设备及工器具采购、安装工程、工程建设其他费用分别212.43万元、403.78万元、570.64万元、436.08万元、103.73万元。项目建设所需资金全部自筹。本地区水资源匮乏，地下水出水量小，水质差。地表水在工业场地西侧有乌兰木伦河流经，由于河岸沿线煤矿、村庄及焦化厂常年有污水排放，造成乌兰木伦水质较差。现矿井、监狱及村庄生活用水取自乌兰木伦河渗渠水，未经处理直接饮用，水质不符合GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》要求。常年饮用对人体健康不利。

2原水水源工程

2.1既有排水系统

当前矿井下共计设置两座排水泵房。一座处于副斜井井底车场内，矿井主排水系统；另一座处于中央开拓大巷与501盘区大巷连接处的东侧，紧邻连接部位部署，即盘区排水系统。当前，盘区排水系统的功能主要是聚集501盘区涌水并将其转排至主排水系统。汇集水量主要由如下两部分构成：（1）50101与50102两个采后工作面采空区涌水，采用水泵和管路被输送至盘区水仓；（2）50103回采工作面以及50104掘进工作面采掘期间的涌水，以自流或水泵及管路的形式被输送至盘区水仓。

2.2排水系统当前的排水能力

矿井是两级接力排水，实质上就是501盘区生产机采后涌水经过盘区排水系统转排至矿井主排水系统，随后矿井主排水系统将其统一排至地面。主排水系统水源主要是采区排水系统的转排，少部分始源于中央辅助运输大巷水沟自流。分析判断两座排水系统当前持有的排水情况，不管是水仓容量还是水泵的排水能力，均能较好满足矿井当下正常生产要求。

2.3矿井涌水量

结合2009年12月形成的资料，矿井开采5–2号煤层时正常涌水量是100m3/h，最大涌水量150m3/h。参照当前生产真实统计分析，整个矿井实际正常涌水量190m3/h；既往最大涌水量达到292m3/h。当前矿井涌水主要始源于501盘区采空区与采掘工作面。根据矿方提供的信息，来自采空区、采掘工作面的正常涌水量分别约135.7m3/h、54.3m3/h，分别约占总矿井井下正常涌水量的71.4%、28.6%。参照2013年4~8月矿井排水量统计资料，矿井井下最大涌水量292m3/h，结合以上矿井水构成比，来自采空区、采掘工作面的最大涌水量分别约为208.5m3/h、83.5m3/h。

3净水厂主要建（构）筑物的设计

3.1配水井与预臭氧接触池

平面尺寸38m×7m，属于典型的钢筋混凝土结构，底板面标高达到3.000m，埋深1.4m左右，整体板基础。挖除素填土与淤泥土以后，回填砂垫层（厚度平均约为2.5m）到设计基础底层。

3.2絮凝平流沉淀池

这种沉淀池平面大小约134m×28m，同样是钢筋混凝土结构。因为纵向尺寸相对较长，故而考虑在纵向局部布置出4道变形缝，配合应用橡胶止水带进行连接，双组份聚硫密封膏进行嵌缝处理。底板面标高是3.800m，局部底板面是3.0m。整体板基础。现场埋深0.7m左右。挖除素填土与淤泥土，随后回填砂垫层（厚度平均3m）到设计基础底。大开挖方法。选择液体PAC（聚合氯化铝）作为絮凝剂，有效成分含量约25%，结合原水水质，加药量2~10ppm。加药量按照2~10mg/L计算，取5mg/L，那么134m3/h的水需投加纯度100%的聚合氯化铝干0.67kg，折合成浓度10%的PAC溶液是26L/h，投加点是两个，故而各个投加点加药量是13L/h。设计加药装置1套，2泵1箱型。PAC溶解箱：V=1m3，1只。配置搅拌机1套，N=0.55kW。投加设备选用计量泵，计量泵参数Q=0~15L/h，H=1.0MPa，3台，2用1备。

3.3综合滤池

滤池约127m×57m，根据工艺布局，从北到南依次是砂滤池、中间提升泵房、后臭氧接触池、活性炭滤池，以上部分质检均布设了变形缝。砂滤池底板顶面标高是2.900m，实际埋深2.3m左右，属于钢筋混凝土结构，整体板基础，于横向和中间管廊之间布设了两道变形缝，中间管廊水平地面之上是框架结构，现浇屋面板，建造了混凝土空心砌块填充墙。结合前期形成的地质报告，综合滤池基础底面土层均匀度欠佳，局部③号淤泥质粉质粘土土层底埋深达到了6.3m。

3.4清水池

单池平面大小44.3m×48.4m，底板面标高1.000m埋深大约3.85m。是全地下钢筋混凝土结构，纵、横向分别布置了一道变形缝，用橡胶止水带进行连接，双组份聚硫密封膏进行嵌缝。整体板基础。天然地基承载，基础持力层是③淤泥质粉质粘土层，经检测验算，结构自重抗浮不符合设计要求，决定改用池顶覆土抗浮，池顶需要覆土厚度1.2m左右。基础到当前水平地面埋深3.07m左右，开始开挖工艺。

3.5给水系统

当前，工业场地生活给水主要由日用消防泵房内生活给水泵供给，场地内建设了相对较完善的生活给水管网，既有的生活给水管网没有接连到何家塔村和装车站，何家塔村中没有铺设管网，装车站场地建有完善的生活给水管网。本次设计由生活给水净化站水箱间中恒压供水设备接管到矿井及监狱生活给水管网总干管。建议于矿井工业场地筛分间周边接出支管到筛分间，沿着筛分间到装车站装车仓跨河栈桥中敷设，抵达装车仓以后沿着仓外壁铺筑到装车站生活给水总干管，沿仓壁局部位置运用电伴热保温策略。铺筑到监狱以后沿着西北向敷设到何家塔村口，村庄内部给水管网没有被列到本次项目设计范畴中。生活给水管材统一运用钢塑复合管，除了阀门位置选用法兰连接意外，其余都是卡箍连接，直埋敷设，覆土厚度不小于1.66m。给水系统如图1所示。

3.6排水系统

矿井既有排水系统改造源于矿井既有地面水处理站的改造建设，之所以要改造地面水处理站，原因主要有以下两点：（1）当前矿井水处理站已经不能较好地满足矿井上排水的实际处理需求；（2）参照矿井水处理站的改造目标，拟定分开建造矿井井下相对纯净的采空区涌水与采掘工作面涌水，单独处置，将其作为生活用水的水源。既有矿井涌水主要始源于501盘区两个采后工作面采空区与现有采掘工作面。因为采空区涌水要通过水泵和管路被运输到盘区水仓内，这在很大程度上为分开上排矿井涌水创造了基础条件。所以，矿井既有排水系统改造方案等同于以矿井现有两处排水系统作为基础，新增一处排水系统，单独用在上排501盘区及后期盘区开采后采空涌水。要求新增的排水系统满足501盘区采空积水、未来502盘区采空涌水的上排要求，减少对现有系统和正常生产工作面部署形成的影响，且要方便与矿井现有大巷系统进行联系。从矿井安全生产和经济运行视角出发，矿井或区域的正常涌水量影响着井下排水系统水仓容量，通常取8h正常涌水量。新排水系统要担负的正常排水量是135.7m3/h。则水仓容量要不小于1085.6m3。新增排水系统是专门被用在上排采空区涌水而建设的，采空涌水在矿井总涌水量占比约71.4%，于新系统创设之前通过现有系统进行上排。即矿井排水系统改造，新增排水系统并不是现有排水系统能力问题，而是为满足分排的现实要求，既有排水系统水仓可满足8h正常涌水量。已知地面矿井水处理站日运行达到22h，理论上要使矿井井下排水系统22h连续向地面水处理站输水，井下水仓能较好满足2h正常涌水量，即271.4m3。为确保系统能安全、可靠运作，地面上设置了一座480m3缓冲水池。综合各种因素后，确定井下新增净水排水系统水仓容量不小于800m3。按两个泵位布置水泵房，长度达到20m。配吸水井作为连接泵房与水仓间的通道，为了方便清理水仓及吸配水井，泵房中部署了两个吸水井与两个配水井。吸配水井运用了圆形断面布置方式，直径达到1600mm。配水井之间利用配水巷进行连接，选择混凝土砌碹作为支护方式。新增净水排水系统总工程量295m，总掘进体积2469.6m3。其中：煤巷掘进长度104m；掘进体积1128.3m3；岩巷掘进长度191m，掘进体积1341.3m3（表1）。

3.7沉淀池进水区的设计

为确保净水厂能实现均匀配水，水厂工程设计实践中可尝试改造沉淀池前端整流段，整改了传统的配水花墙，将上疏下密的配水孔设置在过渡段末端隔墙上，配水孔不均匀的部署形式最大的好处是使反应池形成了较密实、可靠的矾花。经改造设计后，沉淀池始端水平流速达到了12.73m/s，起到了较明显的稳流作用。

4结束语

基于净水厂改造工程的设计方案及主要建（构）筑物的设计方法研究，重视实现建筑物的抗渗性能，如为水池及有较高抗渗需求的地下构筑物运用防水密实混凝土。运用天然橡胶止水带处理变形缝，聚硫密封膏做封口处理等。相关部门应形成强大合力，共同改善出水品质，使饮用水的水质安全性得到保障，促进经济社会的可持续发展。

参考文献

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作者：田甜 单位：天地科技股份有限公司 中煤科工开采研究院有限公司