诠释水厂建设中提高土地使用效率的几点对策

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随着社会主义市场经济体制的建立和国家对土地有偿使用制度的确立，人们已逐渐意识到土地的使用价值。特别是近几年城市人口的增长、生活质量的提高和经济的快速发展都扩大了城市对土地的需求。因而，提高城市土地使用综合效率，已成为社会越来越关注的问题。

水厂是城市建设的基础设施之一。由于城市用水量的迅速增长，近年来许多城市急需新建或改扩建水厂。如何在新水厂或改扩建水厂工程设计中提高土地使用率是供水工程师应该认真思考的问题之一。笔者通过近几年的工作实践，认识到可以通过提高工艺设计的科技含量及采用先进设备等来寻找解决问题的途径。本文就这方面谈点认识并提出四个解决类似问题的对策。

1、以调流阀代替配水井，减少配水占地面积

为了保证净水构筑物的进水流量恒定、进水压力稳定，原水无论是取自地下水还是取自地表水，无论是通过重力流输送到净水厂还是通过水泵加压后输送到净水厂，都需要在进入净水构筑物前进行配水。多年来，常规的做法是在净水构筑物前设置配水溢流井。配水溢流井中因没有特殊设备，便于维护管理，也曾深受用户的欢迎。然而，其占地问题已成为水厂设计中的焦点。近年来调流阀的使用为配水方式的改进提供了新的途径，由于它具有投资少、占地面积小、对水头和水量调节方便、没有溢流水浪费等优点，愈来愈受到设计人员的重视。以笔者近年设计的广东省东莞市第三水厂三期工程为例，一期工程规模为25万m3/d；二期工程规模为35万m3/d；三期工程规模为50万m3/d.水源为东江水，采用取水泵提升后用输水管道输送到净水厂。由于水厂是在不同时期分期建设而成，自取水泵房到净水厂的输水管道分别为DN=1600、DN=1800和DN=2200，长度约2km，并联向一、二、三期工程输送原水。由于取水泵房有8台泵，7用1备，难以用7台泵搭配成三组分别送水25万m3/d，35万m3/d，50万m3/d至净水厂各期所建净水构筑物，因此在净水厂需按一、二、三期的规模重新分配流量。若按常规设配水溢流井，需投资200万元，配水溢流井占地面积约3.7亩。但由于东莞市用地十分紧张，无法设置配水溢流井，因此设计中引用了调流阀代替配水溢流井，即在三根输水管道末端分别加设调流阀，利用阀后流量计信号控制调流阀开度对一、二、三期净水构筑物进行配水。经计算一、二、三期调流阀前后最大压差小于10m，选择调流蝶阀完全满足设计要求。调流蝶阀设备仅需投资80万元，节约投资约100万元，减少占地面积约3亩。

同样在一些以水库水为水源，重力流输水到净配水厂的工程也采用了调流阀解决类似问题。如北京市第九水厂二期工程和遵义市北郊水厂改扩建工程，调流阀均成功地发挥了作用。

2、叠合净水构筑物，减少净水构筑物占地面积

按照传统的设计思路，各净水构筑物顺流程布置有三种基本形式：①直线型；②折角型；③回转型。这几种形式的共同特点是所有构筑物都在同一平面上，且首尾相接，显然占地面积较大。虽然这种布置构筑物的施工简单，对今后扩大再生产留有一定余地，在那些土地面积充足的地区仍不失为首选形式，但在一些寸土寸金的地方或对老水厂进行改扩建，没有足够的建筑面积可用的情况下，可采取将几个净水构筑物叠合起来，压缩平面面积而转向空间发展。设计叠合池不仅可节约用地，还充分利用水往低处流的自然规律，减少构筑物之间水头损失，而且便于集中管理。

以遵义市北郊水厂改扩建工程为例。遵义市北郊水厂改扩建工程规模为10万m3/d，如果采用净水构筑物顺流程首尾相接的布置形式，净水厂占地面积约65亩。而把清水池建在平流沉淀池下面，将混合井、网格絮凝池、平流沉淀池和清水池设计成一个叠合池，叠合池与滤池、配水泵房之间采用管道顺接，则减少占地面积约16亩。

东莞市第三水厂三期工程同样采用了净水构筑物叠合的方式，使规模为50万m3/d的净水构筑物网格絮凝池、平流沉淀池、V型滤池和清水池合建成一个集团式净水构筑物，占地面积仅43亩。具体方法是将滤池建在两个系列絮凝、沉淀池之间，清水池建在平流沉淀池下面。集团式净水构筑物平面尺寸为150m×135m.第三水厂叠合池设计参数如下：

（1）网格絮凝池、平流沉淀池叠合清水池。网格絮凝池、平流沉淀池分为2个系列，每系列又分为2组，每系列处理能力为25万m3/d，每组处理能力为12.5万m3/d，可独立运行。絮凝池和沉淀池前后布置，清水池和沉淀池上下布置，絮凝、沉淀和清水池组成一个叠合池。

每组絮凝池平面尺寸为20.4m×15m，分为4个单元，每单元分为三段共12格，单格平面尺寸为2.3m×2.3m.第一段过网流速0.27m/s；第二段过网流速0.20m/s；第三段不设网格板，空塔流速为0.073m/s.絮凝池总停留时间为12min.

每组平流沉淀池平面尺寸为20.4m×130.4m，有效水深3.2m，水平流速为24mm/s，停留时间1.5h.每组池池顶设一台虹吸式吸泥机将池底沉泥吸入排泥沟。

每系列沉淀池下面设1座清水池，因为该水厂配水泵房是均匀供水，所以清水池容量不需要太大，2座清水池总有效容积为2.09万m3，停留时间为1h.单座清水池平面尺寸为131m×44.8m.通气孔设在池壁两侧。

（2）V型滤池。滤池和沉淀叠合池建在一起形成集团式布置，滤池设在2系列沉淀叠合池之间，滤池与沉淀池共用上层走道板和下层排空渠。滤池端头为设备间及控制室。滤池分为2个系列对称布置，中间为管廊，进、排水渠设在池体两侧。总平面尺寸为：117m×45m.每系列由12个单池组成，单池过滤面积为98m2，设计滤速：9.12m/h，空气冲洗强度：18L/（m2.s），水冲洗强度（气水联合冲时）：4L/（m2.s），水漂洗时的水冲洗强度：7－8L/（m2.s），表冲洗强度：1.8L/（m2.s）。

每池设600mm×600mm平板闸（开度可调）、600mm×600mm平板闸（普通型）、DN=500出水调节阀、DN=350冲洗进气阀、DN=500冲洗进水阀各1个。均为气动阀门。

设备间内设有3台冲洗水泵（2用1备），设计水量1415m3/h，设计扬程13.4m；2台鼓风机（1用1备），设计风量106m3/min，设计风压0.4bar（1bar＝105Pa）；2台空压机（1用1备）。

滤池运行由计算机控制。

3、采用高效设备提高设备单位产量，减少占地面积

80年代以后，我国的供水行业随着国外先进技术和设备的引进，水处理过程中的一些工艺起了质的变化。目前以液氯作为氯源的负压加氯消毒设备已在新建或改扩建水厂中普及，但通常是采用液氯自然汽化的形式。例如东莞市第三水厂一、二期工程加氯间按60万m3/d规模设计。一、二期各设预加氯点1处，主加氯点2处。预加氯设40kg/h流量控制加氯机4台（2用2备）；主加氯设20kg/h余氯控制加氯机6台（4用2备）。加氯间和氯库平面尺寸为：30m×10m，由于是采用氯瓶自然汽化，共设在线氯瓶20个，10个为一组，两组互为备用。自然汽化的优点是节约电耗，但是氯库占地面积较大。根据资料，一个1000kg氯瓶在常温下产生的气量为8kg/h，当加氯量超过40kg/h时，采用自然汽化就不经济了，并因管道连接口多，也给安全带来问题。东莞市第三水厂三期工程建成后其规模由60万m3/d增加到110万m3/d，加氯如仍采用自然汽化，共需设在线氯瓶36个，18个为一组，两组互为备用。在这种情况下采用高效率的液氯蒸发器，是经济合理的。1台液氯蒸发器的产气量通常为120－200kg/h，相当于15－25个氯瓶的产气量，而它的占地面积不足1m2.东莞市第三水厂三期工程选用了2台200kg/h液氯蒸发器，并根据现有条件对加氯间进行了改建，改建的内容有两部分：

（1）利用原有加氯机，适当增加加氯机和改造加氯管路。三期于总进水管上设预加氯点1处，加氯率为1mg/L，加氯量22.29kg/h，考虑一、二期共备用了2台40kg/h流量控制加氯机，三期不再增加预加氯机，但需要对加氯管道进行改造。三期设主加氯点2处，加氯率2mg/L，加氯量44.58kg/h，三期新增设40kg/h复合环路控制加氯机3台（2用1备）。一、二、三期建成后共有20kg/h主加氯机3台（2用1备），40kg/h主加氯机6台（4用2备）。加氯间内共设加氯机13台。加氯机重新布置使其安排紧凑，在未扩建加氯间的情况下，圆满实现了设计目的。

（2）增加液氯蒸发器。三期按110万m3/d规模对加氯系统重新设计，设蒸发器2台（1用1备）。由于增设了液氯蒸发器，氯库中仅需设2组工作瓶（每组并联2瓶），减少了工作瓶的占地面积。在有限的条件下，扩建现有氯库（将原氯库向西扩15.60m），扩建后的氯库储备天数为14d.另外选择调速水泵可以减少泵房中水泵台数，也是采用高效设备提高设备的单位产量，减少占地面积的方法。

4、将辅助生产社会化，减少辅助生产占地面积

在计划经济体制下，传统的水厂设计通常采用小而全的模式，即将辅助生产设施设计得周到全面。车、钻、刨、铣、磨各类机械样样俱全，再加上电修、仪修等。因而辅助生产用房占了水厂面积的相当比例。在市场经济体制下，水厂设备多采用招投标方式确定，所选用的设备优质可靠，售后服务有保证，致使水厂维修设备处于闲置状态。机器的折旧、辅助生产人员的工资已成为企业的负担。随着设备制造行业售后服务制度的完善和修理行业市场化、专业化的发展，水厂的大部分设备维修可交由设备供应厂商和社会上的专业化公司进行，另设机修车间等已无必要。将辅助生产社会化，既节省了厂区用地又减少了水厂的人员编制。

5、结束语

从我国经济社会发展趋势看，城市化正进入较快发展期，对城市用地的需求必将继续增长，而我国土地资源是有限的，且不可再生，尤其是可供城市发展和建设的土地更为短缺，供需矛盾十分尖锐。所以，在工程建设中贯彻城市可持续发展战略，通过优化设计提高土地使用综合效率是每个工程设计人员应尽的责任。