陳楹泓

永泰縣南區(qū)水廠改造工程設(shè)計(jì)

陳楹泓

(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

為解決水廠因運(yùn)行時(shí)間較久，設(shè)備老化、供水水質(zhì)水量不穩(wěn)定的問(wèn)題，永泰縣南區(qū)水廠進(jìn)行了取水泵站改造，以及廠區(qū)進(jìn)出水管、反應(yīng)沉淀池、重力式無(wú)閥濾池、綜合樓及加藥間、二級(jí)泵房及自控等系統(tǒng)的改造。該項(xiàng)目通過(guò)增加臨時(shí)取水泵及提高反應(yīng)沉淀池進(jìn)水平衡水箱標(biāo)高等技術(shù)措施使項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了不停水施工。項(xiàng)目竣工后水廠出水平均濁度為0.54NTU，制水能力提高20%，自動(dòng)化程度明顯提高。

自來(lái)水廠；改造；設(shè)計(jì)思路

0 引言

永泰縣位于福建省中部，戴云山北麓，東經(jīng)118°32′至119°32′，北緯25°39′至26°5′之間，東臨閩侯縣、福清市，西接德化、尤溪縣，南連莆田市仙游縣，北接閩清縣，東離福州市區(qū)62km。近期(2020年)規(guī)劃人口10萬(wàn)人、遠(yuǎn)期(2030年)規(guī)劃人口15.38萬(wàn)人。永泰縣南區(qū)水廠，建成于1997年，設(shè)計(jì)規(guī)模2.0萬(wàn)m3/d。

1 工程實(shí)施必要性

永泰縣南區(qū)水廠采用折板絮凝、斜管沉淀及重力式無(wú)閥濾池工藝，工程實(shí)施前，由于運(yùn)行時(shí)間較久，供水水質(zhì)不穩(wěn)定，且取水泵因長(zhǎng)期運(yùn)行損耗，電耗較高，取水量也不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，由于設(shè)備老化嚴(yán)重、生產(chǎn)效率低、隱患多、生產(chǎn)安全沒(méi)有保障，自動(dòng)化程度低工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等諸多問(wèn)題[1]。

為了解決水廠因運(yùn)行時(shí)間久，設(shè)備老化、供水水質(zhì)水量不穩(wěn)定的問(wèn)題[2]，改造永泰縣南區(qū)水廠是十分必要的。

2 設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)原則

(1)工程建設(shè)過(guò)程中要求保證正常生產(chǎn)，不能出現(xiàn)停水；

(2)在保證水質(zhì)的情況下，充分發(fā)揮原有設(shè)施的潛力，改造升級(jí)，節(jié)約工程投資，降低運(yùn)行成本[3]。

2.2 設(shè)計(jì)規(guī)模

該項(xiàng)目為改造工程，設(shè)計(jì)規(guī)模為原水廠設(shè)計(jì)規(guī)模即2.0萬(wàn)m3/d。

2.3 總體方案

改造取水頭部及泵房，改造廠區(qū)凈水構(gòu)筑物并對(duì)綜合樓進(jìn)行修繕，新增廠區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2.4 工藝流程

根據(jù)原水水質(zhì)指標(biāo)，該工程原水水質(zhì)較好，符合飲用水水源的要求，但存在濁度波動(dòng)較大的問(wèn)題，因此該工程凈水工藝除了要求能有效去除原水中的懸浮物(濁度)及消毒殺菌，達(dá)到國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006[4]與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T-2005[5]的要求外，還要求能有效控制沉淀。

該工程凈水工藝采用：“折板反應(yīng)斜管沉淀+重力式無(wú)閥濾池”，并在反應(yīng)沉淀池前投加消毒劑二氧化氯及PAM，濾池后投加二氧化氯。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

本設(shè)計(jì)凈水廠出水濁度控制目標(biāo)≤0.6NTU，其余指標(biāo)均應(yīng)滿(mǎn)足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006與《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T 206-2005，同時(shí)出廠水藻類(lèi)控制目標(biāo)參考美國(guó)、加拿大飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)近期凈水出水藻類(lèi)含量控制目標(biāo)≤105個(gè)/L。

3 工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

3.1 取水工程

取水工程包括新建取水平臺(tái)、改造取水泵房及新增臨時(shí)應(yīng)急水泵3個(gè)部分。

由于現(xiàn)狀取水頭部為管道直接插入河水中取水，雨季時(shí)經(jīng)常堵塞，故本次增設(shè)取水平臺(tái)及進(jìn)水格柵，采用側(cè)面進(jìn)水。

取水泵房更換3臺(tái)舊水泵、進(jìn)出水端閥門(mén)改為電動(dòng)閥、電纜橋架改造、控制柜移至地面層，變配電改造。

取水泵房抽真空系統(tǒng)改造，改為全自動(dòng)真空吸水成套設(shè)備2套，一用一備。

泵后出水總管改造，由3臺(tái)泵中間接管，代替原立管，然后到出水口處再接入原管道中。

同時(shí)，為保證改造期間不停水，增設(shè)2臺(tái)臨時(shí)潛水泵。

3.2 凈水廠工程

3.2.1 廠區(qū)進(jìn)出水管改造

現(xiàn)狀南區(qū)水廠進(jìn)水總管上未設(shè)加藥混合設(shè)備，本次擬在反應(yīng)沉淀池前進(jìn)廠總管上加裝管式靜態(tài)混合器，改善混合效果，同時(shí)于進(jìn)、出廠總管上增設(shè)2臺(tái)超聲波流量計(jì)，進(jìn)廠管道改造。

3.2.2 反應(yīng)沉淀池改造

(1)將原一期、二期混凝土折板拆除，更新為不銹鋼折板；斜管支架全部更換為不銹鋼支架；一期、二期斜管更新。

(2)一期出水槽采用鋼板，已部分生銹，本次改造為不銹鋼穿孔集水槽。

(3)針對(duì)現(xiàn)狀排泥工作量大，因此本次改造將排泥閥由長(zhǎng)桿排泥閥改為液動(dòng)快開(kāi)排泥閥(自動(dòng)控制，帶電磁閥)，加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化排泥，并于過(guò)渡區(qū)增設(shè)穿孔排泥管排泥。

(4)項(xiàng)目取水水源為大樟溪，雨季時(shí)濁度變化大，故考慮與反應(yīng)區(qū)增設(shè)高分子(PAM)投加裝置1套。

(5)為保證改造順利進(jìn)行于兩座反應(yīng)沉淀池與濾池間管道設(shè)置聯(lián)通管道，并對(duì)反應(yīng)沉淀池進(jìn)水平衡水箱進(jìn)行加高。

3.2.3 重力式無(wú)閥濾池改造

本次改造將一期濾池濾板進(jìn)行更換，改用短柄濾頭，濾板采用不銹鋼制作，原承托層取消；同時(shí)由于濾料已使用較長(zhǎng)年限，流失現(xiàn)象嚴(yán)重，截污能力有所下降，因此本次改造將濾池濾料進(jìn)行更換，采用均勻級(jí)配粗砂濾料，墊層改為厚度50mm的粒徑為2mm～4mm粗砂層，濾料層厚度950mm的粒徑為0.8mm～1.2mm石英砂層。濾料化學(xué)穩(wěn)定性及衛(wèi)生指標(biāo)需滿(mǎn)足《水處理用濾料》 CJ/T 43-2005[6]標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.2.4 加藥間改造

(1)加藥間改造，混凝加藥采用聚合氯化鋁，最大投加量30mg/L，常年10mg/L～15mg/L。藥液投加濃度為5%～10%，每天配藥2～3次。加藥間內(nèi)分別設(shè)兩格溶解池及溶液池，設(shè)攪拌機(jī)攪拌溶藥，兩格池子輪流使用。溶解池內(nèi)藥液溶解充分后由耐腐蝕液下泵提升至溶液池，耐腐蝕液下泵共設(shè)2臺(tái)，一用一備，再加水稀釋后直接用軟管泵提升至加藥點(diǎn)。

藥液投加采用軟管泵，共設(shè)1個(gè)投藥點(diǎn)，通過(guò)原水流量計(jì)及流動(dòng)電位檢測(cè)儀信號(hào)自動(dòng)控制投加量，投藥點(diǎn)位于反應(yīng)沉淀池前的靜態(tài)混合器上。

(2)加氯間改造，增加反應(yīng)前二氧化氯投加點(diǎn)，防止藻類(lèi)在反沉池中生長(zhǎng)。前端加二氧化氯設(shè)1個(gè)投加點(diǎn)，位于反沉池進(jìn)水管道上；中端加二氧化氯設(shè)1個(gè)投加點(diǎn)，設(shè)在反沉池與濾池的連通管道上，根據(jù)實(shí)際情況，這兩個(gè)加氯點(diǎn)任選一個(gè)投加，最大加二氧化氯量為0.76mg/L；末端加二氧化氯設(shè)1個(gè)投加點(diǎn)，位于濾池出水管上，最大加二氧化氯量為1.14mg/L。拆除1臺(tái)額定產(chǎn)氯量1kg/h的二氧化氯發(fā)生器，另增加1臺(tái)復(fù)合二氧化氯發(fā)生器，額定產(chǎn)氯量2kg/h，與現(xiàn)狀形成一用一備。投加量采用余氯及流量復(fù)合環(huán)自動(dòng)控制。

3.2.5 二級(jí)泵房改造

二級(jí)泵房改造，更換水泵、出水閥門(mén)改為電動(dòng)閥閘閥，出水總管改造，按遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)置總管，單臺(tái)水泵出水管與總管連接方式改為斜三通連接。

增加主要設(shè)備如下：

(1)拆除3臺(tái)舊泵，更新3臺(tái)水泵，其中Q=485.0m3/h，H=43m，N=75kW，水泵兩臺(tái)，配套兩臺(tái)變頻器；另Q=320.0m3/h，H=43m，N=55kW，水泵一臺(tái)；同時(shí)增加兩臺(tái)自用水泵Q=15.0m3/h，H=40m，N=4kW，設(shè)2臺(tái)變頻器。

(2)新設(shè)電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)1臺(tái)，起重量3t, 行程10.0m，跨度8.0m，起升6m，P=4.5+3×0.4kW。

(3)配置電動(dòng)閘閥DN300的4臺(tái)，DN200的1臺(tái)，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)自動(dòng)控制。

3.2.6 控制系統(tǒng)

根據(jù)工藝處理方案，設(shè)計(jì)1套符合工藝要求并具有良好性?xún)r(jià)比的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是自控專(zhuān)業(yè)的主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)范圍包括：在線(xiàn)檢測(cè)儀表、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。所有現(xiàn)場(chǎng)受控設(shè)備設(shè)三級(jí)控制：就地、現(xiàn)場(chǎng)PLC站和水廠中控室。

4 運(yùn)行情況

永泰縣南區(qū)水廠改造工程實(shí)施后確保了永泰縣城區(qū)的供水水質(zhì)的穩(wěn)定，大大改善了水廠凈水條件和自動(dòng)化水平，降低了能耗，并充分挖掘了水廠制水潛力，提高產(chǎn)水量至2.4萬(wàn)m3/d。

(1)供水水質(zhì)穩(wěn)定

從2014年6月竣工驗(yàn)收，至2016年12月化驗(yàn)分析結(jié)果表明：出廠水濁度最高為0.96NTU，最低為0.11NTU，平均為0.54NTU；最高余氯為0.21mg/L，最低余氯為0.10mg/L，平均余氯為0.14mg/L；最大菌落總數(shù)為2個(gè)/mL，最小菌落總數(shù)為0，平均為0.3個(gè)/mL；其余指標(biāo)均符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006，水質(zhì)合格率達(dá)到100%。

(2)水廠自動(dòng)化程度大大提高

水泵及加藥設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備，開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、加氯設(shè)備等采用國(guó)內(nèi)一線(xiàn)品牌，儀表及自動(dòng)化設(shè)備安裝到位，改造完成以來(lái)運(yùn)行正常，取水泵房實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，凈水廠區(qū)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(3)降低了能耗

項(xiàng)目竣工后運(yùn)行年平均生產(chǎn)電耗285.83kWh/1 000m3，鹽酸消耗2mg/L，氯酸鈉消耗0.67mg/L，聚合氯化鋁消耗5.81mg/L，比工程實(shí)施前降低10%～18%。

5 設(shè)計(jì)回顧及經(jīng)驗(yàn)

隨著城市的發(fā)展，人們對(duì)水質(zhì)的要求越來(lái)越高，水廠設(shè)備老化，生產(chǎn)效率降低，改造勢(shì)在必行。如何實(shí)現(xiàn)不停水施工是舊水廠改造存在的共同問(wèn)題，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中要綜合考慮運(yùn)行安全與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展變化。

本次水廠改造歷時(shí)180d，期間最大的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)不停水施工，為此設(shè)計(jì)中結(jié)合水廠工藝的特點(diǎn)，采取以下兩點(diǎn)措施解決該問(wèn)題：

(1)取水泵站設(shè)計(jì)了臨時(shí)取水潛水泵，待潛水泵投入使用后再對(duì)原取水泵房?jī)?nèi)離心泵進(jìn)行拆除。潛水泵采用一用一庫(kù)備，設(shè)計(jì)規(guī)模為原取水規(guī)模的70%，保障永泰縣城區(qū)過(guò)渡期用水需求，設(shè)計(jì)參數(shù)：Q=690.0m3/h，H=32m，N=90kW。

除了新增潛水泵，還需對(duì)取水頭部進(jìn)行改造，取水頭部改造的原因主要是基于雨季漂浮物多容易纏繞取水管頭部格柵網(wǎng)，導(dǎo)致水泵進(jìn)水管堵塞。最早考慮設(shè)計(jì)混凝土整體式取水井，但因取水頭部位置水流湍急水下混凝土無(wú)法澆筑，大型設(shè)備也無(wú)法運(yùn)至河道中施工，因此必須通過(guò)新建取水平臺(tái)實(shí)現(xiàn)立柱的架設(shè)。取水平臺(tái)采用沿岸邊設(shè)計(jì)鎮(zhèn)墩將工字鋼直接架設(shè)深入河中，并沿取水區(qū)域搭設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)四周設(shè)9座立柱，立柱的設(shè)計(jì)也同以往設(shè)計(jì)不同，采用直徑600mm的鋼管直接焊接于工字鋼平臺(tái)上，并在鋼管中采用帶Φ108套管的地質(zhì)鉆孔打3孔后，用高壓注漿灌填成型。該取水頭部平臺(tái)經(jīng)歷永泰2016年7月9日的洪災(zāi)仍然穩(wěn)定運(yùn)行，如圖2所示。

圖2 取水頭部平臺(tái)平面布置圖

(2)為實(shí)現(xiàn)反應(yīng)沉淀池改造期間超負(fù)荷運(yùn)行，于反應(yīng)沉淀池出水管間設(shè)置聯(lián)通管道，并加高進(jìn)水平衡水箱。經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)反應(yīng)沉淀池進(jìn)水平衡水箱加高30cm時(shí)，單座反應(yīng)沉淀池過(guò)流量可達(dá)到2萬(wàn)m3/d，因此設(shè)計(jì)中考慮通過(guò)增設(shè)不銹鋼圍擋，并通過(guò)膨脹螺栓固定于進(jìn)水平衡水箱頂，四周打玻璃膠止水，通水后過(guò)水量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)逐池改造。

通過(guò)以上兩個(gè)措施，克服了南區(qū)水廠改造過(guò)程中的難點(diǎn)，使水廠改造工作得以順利進(jìn)行。

設(shè)計(jì)中還采用了新的加藥方案，在之前加藥間的工藝設(shè)計(jì)中一般采用隔膜計(jì)量泵投加，隔膜計(jì)量泵的配件費(fèi)用較高。首次采用軟管泵進(jìn)行投加，配件僅需更換軟管，后續(xù)維護(hù)成本低。通過(guò)原水流量計(jì)及流動(dòng)電位檢測(cè)儀信號(hào)自動(dòng)控制投加量，投藥點(diǎn)位于反應(yīng)沉淀池前的靜態(tài)混合器上，藥液溶解充分并加水稀釋后直接用軟管泵提升至加藥點(diǎn)。

同時(shí)，在廠區(qū)反應(yīng)沉淀池排泥改造中，采用了液動(dòng)快開(kāi)排泥閥(自動(dòng)控制，帶電磁閥)，加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化排泥，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有以下5點(diǎn)：

(1)做好項(xiàng)目策劃工作和前期勘察、技術(shù)方案論證工作，是保證設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要前提；

(2)要盡可能多地收集資料，包括設(shè)計(jì)資料、地質(zhì)資料、運(yùn)行管理資料以及社會(huì)環(huán)境資料；

(3)在今后設(shè)計(jì)中，應(yīng)多采用有推廣價(jià)值且效果好的新技術(shù)，以提高工程的耐久性，降低工程造價(jià)；

(4)在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系文件的要求和程序開(kāi)展設(shè)計(jì)，以提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量，更好地為工程建設(shè)服務(wù)；

(5)加強(qiáng)后期服務(wù)，在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決處理。同時(shí)要積極與建設(shè)各方加強(qiáng)溝通與協(xié)調(diào)，以利于控制工期和工程投資。

6 結(jié)語(yǔ)

永泰縣南區(qū)水廠改造工程改造周期短，出水水質(zhì)良好，并具有去除藻類(lèi)、有機(jī)物效果好的特點(diǎn)，適應(yīng)了人民群眾對(duì)水質(zhì)要求不斷提高的需要。目前該工程已穩(wěn)定運(yùn)行兩年半，受到業(yè)主單位的好評(píng)。文中介紹了舊水廠改造的內(nèi)容和解決方法，為自來(lái)水行業(yè)采用不停水方案改造水廠工程積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 陳松海，李京會(huì)，劉新青.城鎮(zhèn)老水廠的工藝改造 [J]. 中國(guó)給水排水，2005(4)：72-75.

[2] 羅惠云,長(zhǎng)沙市第一水廠改造擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)[J].給水排水，2005，31(3)：1-4.

[3] 趙寶霞.天津開(kāi)發(fā)區(qū)凈水廠改造工程方案比選[J].市政技術(shù)，2010，2(28)：63-65.

[4] GB5749-2006 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[5] CJ/T-2005 城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[6] CJ/T43-2005 水處理用濾料[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

Reconstruction design of the Southern Waterworks of Yongtai

CHENYinghong

(Fuzhou City Construction Design &Research Institute Co.Ltd, Fuzhou 350001)

In order to solve the water for a long time operation, equipment aging, water quality and quantity of the instability problem a single sentence, sentence deletion, Southern Waterworks of Yongtai reformed the water pumping station; and reconstructed the inlet and outlet pipe of plant, reaction and sedimentation tank, gravity valveless filter, comprehensive building and dosing room, secondary pump house and automatic control system.The project through the technical measures such as increase in the temporary water pump and raising the level of the water tank in the reaction settling tank to ensure the project implementated water keep supply. After the completion of the project, the average turbidity of the effluent is 0.54NTU, the water capacity is increased by 20%, and the automation level is improved obviously.

Waterworks; Reconstruction; Design idea

陳楹泓(1982.7- )，男，工程師。

E-mail:51698626@qq.com

2017-03-03

TU991

A

1004-6135(2017)04-0084-04