第二水厂三期扩建工艺设计分析

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摘要:文章分析饶平县第二水厂现状存在的问题，提出上移取水口降低原水水质安全隐患、优化混合与消毒方式补齐净水工艺短板、新增排泥水处理装置设施达到环保要求。同时，介绍了第二水厂原地扩建的工艺流程与总体布置，并设计了净水处理与排泥水处理的相关工艺参数与设备配置方案。

关键词:水厂扩建;工艺;排泥水处理;设计特点

1概述

饶平县第二水厂现状供水规模为9.0万m3/d，水厂总占地约100亩，取水口位于黄冈河下游，上林与山门交界处段，采用桩架式取水头部，进水管采用2根DN1400钢管。第二水厂分两期建成，一期供水能力为3.0万m3/d，于2001年底建成通水。二期供水能力为6.0万m3/d，于2004年底建成通水，采用混凝—沉淀—过滤—消毒的常规处理工艺，其中混合采用管式静态混合器，絮凝采用水平折板絮凝池，总停留时间20min，有效水深3.05m，沉淀采用平流沉淀池，沉淀时间1.75h，设1座均质滤料滤池，滤池分3格，单排布置，单池面积90m2，正常滤速9.7m/h，滤料为石英砂均质滤料，清水池调节容积按设计规模的11%计算，设计总容积6600m3，絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)，最大投加量8mg/L，采用计量泵自动投加，消毒剂为液氯，前加氯投加量2mg/L，后加氯投加量1～1.5mg/L，采用远距离真空投加，根据水质特点设1座活性碳间，最大投加量25mg/L，采用干投机自动投加［1］。

2存在问题

2.1原水水质存在安全隐患。第二水厂取水口存在两方面的水质安全隐患，一是取水口东南侧规划为工业用地，潜在的工业污染可能对取水点水质产生严重影响，增加了水源污染风险;二是取水口上游约0.4km处，东北侧规划物流中心，并拟建跨河大桥，对现状取水口构成危险品泄漏污染威胁［2-3］。2.2供水规模不足。随着饶平县城开发建设规模的不断扩大，区域经济社会将迎来较快发展，用水量需求也将出现较快增长。根据《潮州市饶平县中心城区及周边城镇给水工程专项规划》，至2035年，饶平县中心城区最高日需水量为30万m3/d，平均日需水量为23万m3/d［4-5］。第二水厂规划用水量远超现状水厂供水规模，现有水厂供水规模将难以保障县城的发展需求。加之“引韩济饶”工程已于2017年3月开工建设，工程总投资约12.8亿元，第二水厂为该工程的两个配套交水点之一［6］，为保证“引韩济饶”工程效益的发挥，实施第二水厂三期扩建工程，加大县城供水规模，是饶平县城经济社会发展亟待解决的问题。2.3水处理工艺有短板。第二水厂现状采用液氯消毒，液氯钢瓶属高压容器，日常储备量大，卸货及储存条件较高，需要起吊设备，操作人员必须取得特种设备操作资格证，且操作程序严格，流程较复杂，在运输、管理方面存在安全隐患，属重大危险源［7］;加之原水有机物微污染呈高发态势，使用液氯消毒可能产生三卤甲烷等致突变与致癌变的有机化合物，GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》中对消毒副产物有明确限定，消毒副产物防治是水行业发展的趋势［8］。2.4不符合国家现有环保要求。第二水厂排泥水主要来源有沉淀池排泥及滤池反冲洗排水，排泥水总固体含量一般在0.1%～2%之间，以无机颗粒、泥沙和部分有机物为主［9］，主要来源于原水中悬浮杂质和水厂投加的絮凝剂、助凝剂。第二水厂一期与二期未建排泥水处理单元，水厂排泥水直接排入厂区雨水管道，未考虑排泥水的处理处置，最终流入黄冈河，不符合国家环保要求。

3取水口上移及原水管道工程工艺设计

第二水厂取水口上移至水质有保障的水源保护区内，位于黄冈河高堂水闸上游1724m处的直流段，工程包括取水枢纽和原水输水管工程两部分，第二水厂三期扩建完成后，总供水规模为20万m3/d，取水量为21.6万m3/d。3.1取水枢纽。取水枢纽主要包括取水头部、引水管、格栅吸水井、取水泵房等。取水头部采用棱形桩架式取水头部，该结构形式方便巡视与维护，且水流条件较好，可拦截随水流冲刷而下的泥沙、树叶和其它漂浮物，洪水期取水水质较好［10］，且与第二水厂现状取水头部形式一致，有一定的运营与管理经验。由于进水管需穿越黄冈河大堤，为尽量减少大堤开挖深度，便于后续设备检修和管理，引水管采用虹吸式引水管，设计采用2根DN1400钢管。取水泵房采用半地下式矩形泵房，泵房平面尺寸为31.6m×10.3m，水泵单排布置，共设置4台，其中大泵2台(1用1备)，单泵设计流量4500m3/h，小泵2台，单泵设计流量2250m3/h。3.2原水输水管线。原水输水管线接取水泵站出水管，沿黄冈河左岸堤外向东南铺设，沿线经过城岗村、宅畔村后，过疏北大桥沿灌渠边铺设，经光陇村、厦深高铁桥、后葛村、下寨村、联饶溪、沈海高速大桥后，沿黄冈河左岸铺设至第二水厂交水点。原水输水管设计管线全长约11.4km，管径为DN1500，管道设计工作压力为0.4MPa。输水管道采用明挖法施工，局部过特殊地段和过河段采用架管［11-13］。3.3调度管理。“引韩济饶”工程正常运行前，以黄冈河为主要水源，根据第二水厂实际需水量对取水泵站进行调度。“引韩济饶”工程正常运行后，第二水厂将形成双水源互为备用的供水格局，正常情况下，以韩江水作为主要水源，黄冈河取水泵站不运行;当韩江遇到特枯年，来水量难以满足本流域用水需求时，运行黄冈河取水泵站，保证第二水厂的供水需求［6］。

4净水厂主要建、构筑物工艺设计

4.1处理工艺选择。根据饶平县水务工程建设管理中心提供的2016—2017年高堂水闸水质监测资料，数据与GB3838—2002《地表水环境质量标准》评价标准进行比较，结果表明水质全部为Ⅱ类和Ⅲ类。第二水厂出水水质应全面达到GB5749—2006中规定的106项水质指标要求，并且水质中的浊度≤0.5NTU。根据对第二水厂进出水水质分析，并参照饶平县现有水厂生产经验，确定扩建工程净水厂采用混凝—沉淀—过滤—消毒的常规处理工艺，并结合水源地与净水厂二期工程已经增设的活性碳系统，进一步高效吸附原水中可能存在或突发的污染因子。为节省水资源并消除生产废水排放对环境的污染，除考虑进行净水处理外，第二水厂工艺流程还考虑对滤池反冲水进行回收，回收水池底排泥及反应沉淀池排泥均排至污泥调节池，经浓缩池浓缩后送至离心脱水机脱水，脱水后泥饼外运填埋。其工艺流程如图1—2所示［14-15］。4.2总体布置。结合现状条件、近远期发展、工艺流程、投资等因素，统筹兼顾、因地制宜的进行净水厂总平面布置，体现出分区明确、组织合理、整合有序的整体构思。三期扩建总体布置拟定两个方案，方案对比见表1。由表1可以看出，方案一虽然存在建、构筑物布置集中紧凑，对设计要求较高，且预留深度处理用地有限等不足，但该方案水处理、泥处理工艺流程顺畅，可节省投资，且该方案原地扩建无需另行增加建设用地(方案二新增用地靠近现状堤防，水行政管理部门批准实施难度较大)，综合以上分析，第二水厂三期扩建总体布置选用方案一，即第二水厂原地扩建至20万m3/d。4.3净水处理工艺方案。二期常规处理工艺(折板絮凝平流沉淀—均质滤料滤池)运行较好、管理较为成熟，第二水厂三期扩建常规处理工艺同二期，仅对混合与消毒方式作方案论证。4.3.1混合方式。混合的本质是混凝剂的水解产物向水体中的扩散过程，其目的在于使药剂均匀地扩散到所投加的水流中［16］。按照混合设施的结构形式，混合可分为水力混合和机械混合，两种混合方式均能取得较好的混合效果，是净水厂中常用的混合设施。相比之下，机械混合对净水厂进水流量变化的适应性更强，能在各种流量条件下取得较好的混合效果，同时能耗较低。考虑到第二水厂三期扩建投产后，处理水量不会立即达到设计规模，故第二水厂三期扩建混合工艺不同于一期与二期采用的水力混合，而采用机械混合方式。设计机械混合池、折板絮凝池与平流沉淀池采用合建形式，共设置两座，每座混合反应沉淀池包括2格混合池，单格平面尺寸2.5m×2.5m，有效水深3m，搅拌器采用推进式高效金属叶轮，搅拌器配备调速电机，单台电机功率为9kW，混合时间56s，搅拌速度梯度G取600s－1。4.3.2消毒方式。第二水厂一、二期消毒工艺采用液氯，鉴于液氯在使用及运输过程中一旦发生泄漏，会对水厂周边的居民、环境造成较为严重的影响。目前，次氯酸钠消毒方式是国内大中型水厂普遍采用的替代工艺，且桥东水厂和竹竿山水厂于2019年9月底完成次氯酸钠消毒剂替换液氯系统的技术改造，结合当地的工程经验，第二水厂三期扩建消毒工艺优化为成品次氯酸钠。设计采用10%成品次氯酸钠溶液进行投加，按照储存时间4d计算，储存体积约为50m3，设置2个PE储罐，通过精确计量将次氯酸钠输送到水厂各工艺投加点，分别在沉淀池前进水总管处预加氯，预加氯根据原水水质情况间歇性投加，最大投加量按4.0mg/L计;清水池前常规加氯，最大投加量按2.0mg/L计算;送水泵房流量计井处补充加氯，补氯最大投加量按0.5mg/L计算，共计有机械隔膜计量泵8台。4.4排泥水处理工艺方案。排泥水处理系统布置于二期水处理工艺北侧，包括污泥调节池、浓缩池、提升泵房、调理罐及脱水机房。4.4.1污泥产量。处理水量为20万m3/d时，产生干污泥量约为9.8t/d。根据经验，混合反应沉淀池排泥含固率一般为0.4%，则排放污泥流量为2444.5m3/d。4.4.2污泥调节池。污泥调节池负责收集混合絮凝沉淀池排泥及脱水机房排出的污泥脱水滤液，并将混合污泥打入浓缩池。污泥调节池共一座，分为两格。总平面尺寸29m×11m，有效水深4m，设有4台潜水泵，2用2备，单泵流量Q=80m3/h，H=12m，并设有2套潜水搅拌器，N=7.5kW。4.4.3污泥浓缩池。受场地用地限制，新建3座重力式污泥浓缩池。污泥浓缩池单池直径14m，有效水深4m。浓。缩池中浓缩后的污泥经污泥提升泵排至污泥调理罐中，澄清后的上清液排放到回流调节池。每格浓缩池内设1台中心转动浓缩机，线速度v=1.5m/min。4.4.4污泥提升泵房。设置污泥提升泵房将浓缩池浓缩后的污泥送往污泥调理罐，以满足板框脱水机每个批次的污泥调理容积的要求。建筑尺寸6.6m×16.6m×3.3m，设有3台污泥提升泵，2用1备，单泵流量Q=80m3/h，H=30m。4.4.5污泥调理罐。为调节污泥浓缩池排泥的不均匀性，并使污泥浓度更加均匀以利于污泥脱水机的运行，设2座污泥调理罐，单座有效容积50.24m3，直径4m，有效水深4m，内设2套潜水搅拌机以防止污泥在调理罐内沉降，搅拌机直径2m，功率P=15kW。4.4.6污泥脱水机房。脱水机房建筑尺寸40.36m×12m×15.2m，采用隔膜挤压全自动板框脱水机，共2台，单台过滤面积300m2，配置2套投药系统，一套用于投加PAC，一套用于投加聚丙烯酰胺(PAM)，调质后的污泥由投料泵输入脱水机，脱水后泥饼含水率不大于60%，泥饼外运填埋。4.5系统衔接。在三期扩建正常运行之前(含施工期间)，一、二期工艺按原系统正常运行。在三期扩建正常运行之后，一、二期与三期共用配水井，一期与二期共用送水泵房，一期与三期共用清水池，工艺系统衔接如图3所示。5结语为满足饶平县城用水需求，并保证“引韩济饶”工程效益的发挥，将第二水厂供水规模扩建至20万m3/d。本文对第二水厂双水源调度管理规则提出建议，并对第二水厂原地扩建的总体布置与工艺设计进行有针对性的设计，对城镇大、中型给水厂扩建的工艺设计具有借鉴作用。但第二水厂现状工艺、给水、污水、雨水、加氯、加药和电力等综合管线布置复杂且健康状况不一，对厂区总体布置影响较大，可能导致设计方案全面调整，建议科学开展厂区现状综合管线的探测，并理顺现状与扩建综合管线的衔接关系，减少设计变更，为项目实施创造有利条件。

作者:任毅 陈志铎 单位:1.中水珠江规划勘测设计有限公司 2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司