陳 禹

(太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

水是生命之源，人們的生產(chǎn)生活都離不開(kāi)水，所有的水都是經(jīng)過(guò)城市凈水廠經(jīng)城市管網(wǎng)輸送到千家萬(wàn)戶(hù)中去的，因此，水廠建設(shè)是城市給水工程建設(shè)和發(fā)展的基礎(chǔ)，是提高城市供水安全性的需要。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，用水設(shè)施和人口不斷增加，生活水平日益提高，用水量也逐漸擴(kuò)大，以至于水廠的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷與日俱增，高峰期用水出現(xiàn)了滿(mǎn)負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，日常的維護(hù)清洗也是遇到了極大的困難，因此需要改造或者擴(kuò)建以提高其負(fù)載能力。而現(xiàn)如今，一體化凈水設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)在了很多城市和農(nóng)村的水廠中，因其安裝方便、占地小、周期短，功能全受到很多自來(lái)水公司的喜愛(ài)，特別是給那些用地緊張，資金不足、工期短的單位帶來(lái)了福音，比起擴(kuò)建水廠把大量時(shí)間精力用在征地、項(xiàng)目審批、土建安裝工程的做法，顯然一體化凈水設(shè)備更適宜水廠改造的需要。

2 項(xiàng)目條件及方案比選

2.1 項(xiàng)目條件

本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為15 000 m3/d，相應(yīng)生產(chǎn)構(gòu)筑物擬建于該水廠過(guò)濾車(chē)間廠房?jī)?nèi)。該水廠過(guò)濾車(chē)間內(nèi)設(shè)V型濾池、超濾處理單元、臭氧接觸池、活性炭濾池。目前，過(guò)濾車(chē)間內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備包含V型濾池、臭氧接觸池和活性炭濾池，由于目前出水水質(zhì)已經(jīng)能夠達(dá)到出水水質(zhì)要求，超濾處理單元相關(guān)設(shè)備并未安裝?？粘龅牡胤娇梢宰鳛橄嚓P(guān)場(chǎng)地。

2.2 工藝方案比選

第一方案：采用常規(guī)處理方式，見(jiàn)圖1。

第二方案：采用一體化凈水設(shè)備，見(jiàn)圖2。

對(duì)以上兩種工藝方案進(jìn)行比較，優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

擬建區(qū)域?yàn)檫^(guò)濾車(chē)間廠房?jī)?nèi)，占地為長(zhǎng)16 m×寬60 m的空地，區(qū)域面積狹小，無(wú)法滿(mǎn)足15 000 m3/d的土建凈水構(gòu)筑物布置所需面積，若采用一體化凈水裝置，擬建區(qū)域面積則會(huì)較為富裕。

表1 工藝方案比較

綜上所述，本工程所選工藝方案應(yīng)以安全可靠、操作簡(jiǎn)單、管理簡(jiǎn)單、占地小、施工周期短為原則，因此，本次工程設(shè)計(jì)工藝方案采用第二方案。

3 工程方案介紹

本次供水系統(tǒng)方案采用由松塔水源輸水管接水，設(shè)置DN500給水管線，沿廠區(qū)內(nèi)道路向西敷設(shè)至過(guò)濾車(chē)間廠房?jī)?nèi)，最終入一體化凈水設(shè)備內(nèi)，經(jīng)過(guò)常規(guī)凈化處理后接入原水廠V型濾池出水管，再由原水廠臭氧接觸池—活性炭濾池處理后進(jìn)入原水廠清水池中。

3.1 水源概述

松塔水庫(kù)位于晉中市東壽陽(yáng)縣瀟河主流松塔河上，整個(gè)水庫(kù)最大壩高為63 m、正常蓄水位1 027.00萬(wàn)m3，總庫(kù)容9 820萬(wàn)m3，年平均徑流量4 616萬(wàn)m3。其中設(shè)計(jì)向晉中市供水1 500萬(wàn)m3/年。

據(jù)《山西省松塔水電站工程環(huán)境影響報(bào)告書(shū)》(山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院)所列瀟河松塔村附近支流匯入后的干流水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，按GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)(標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有的項(xiàng)目以GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià))。相關(guān)結(jié)果表明水庫(kù)水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中除大腸菌群和懸浮物超標(biāo)外，其余均符合GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，但揮發(fā)酚和硫化物已達(dá)標(biāo)準(zhǔn)限值，超標(biāo)和達(dá)限值指標(biāo)可在凈水工藝中進(jìn)行處理。

3.2 管式靜態(tài)混合器

水質(zhì)的混凝處理，是向水中加入混凝劑(或絮凝劑)，通過(guò)混凝劑的水解和縮聚反應(yīng)而形成高聚物，因?yàn)槠溆袕?qiáng)烈的架橋作用，使膠粒被吸附粘結(jié)。而管式靜態(tài)混合的作用是使混凝劑的水解產(chǎn)物向水體中的擴(kuò)散過(guò)程將藥劑均勻地?cái)U(kuò)散到所投加的水流中。管式靜態(tài)混合器在主管壁上的藥劑投加區(qū)域?yàn)槁菪隣?、纏繞形分布均勻，帶有傾角的諸多噴藥孔，噴藥孔在內(nèi)管腔呈內(nèi)外螺旋狀雙層、雙向分布。在進(jìn)水運(yùn)行漩流和投藥泵壓力的雙重作用下，將藥劑由呈螺旋狀分布的噴口以一定角度和噴射力噴入混合器原水中，在混合器外腔漩流層的作用下，使水流形成內(nèi)外腔混合，匯合管內(nèi)后段螺旋流，促成藥液與源水流體的高效混合，提高混合器管內(nèi)原水與藥劑充分的混凝效果。所以目前給水廠在水力混合形式上采用的更多的是管式靜態(tài)混合器。

3.3 網(wǎng)格絮凝池

網(wǎng)格絮凝池是傳統(tǒng)的絮凝池的一種，其原理為將絮凝池分成許多面積相等的方格，每個(gè)方格豎井安裝若干層網(wǎng)格，水流自進(jìn)水開(kāi)始從一個(gè)方格豎井流向下一個(gè)方格豎井，每個(gè)方格豎井之間上下交錯(cuò)開(kāi)孔，使水流也上下交錯(cuò)流動(dòng)，一直到出口。由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單，絮凝時(shí)間短，絮凝效果好，因此較適用于本工程。

3.4 橫向分流式斜板沉淀池

橫向分流式斜板沉淀池是在側(cè)向流沉淀斜板以及迷宮斜板技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，由多組包括導(dǎo)流板、沿流體流通方向設(shè)置的多片翼板等沉淀部件排列而成，與其他沉淀技術(shù)相比有以下特點(diǎn)：介質(zhì)的流動(dòng)方向?yàn)樗搅鲃?dòng)，通過(guò)設(shè)置的多層翼板將水流分層凈化，當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)其中一層翼板后，即可將其沉降物排入沉淀區(qū)。根據(jù)沉淀池去除絮凝顆粒的沉淀原理，在池內(nèi)進(jìn)水流量一定的情況下，沉淀池的沉淀效率與沉淀池沉淀投影面積成正比，增加橫向分流式斜板凈化裝置后因沉淀投影面積增加，可以提高沉淀池的沉淀能力，較適用于本工程。

3.5 Ⅴ型濾池

Ⅴ型濾池又稱(chēng)均粒濾料濾池，它是我國(guó)于20世紀(jì)80年代末從法國(guó)Degremont公司引進(jìn)的技術(shù)。其主要特點(diǎn)為，恒定水位等速過(guò)濾；濾速高，過(guò)濾周期長(zhǎng)，出水效果好；承托層較?。粵_洗采用氣洗、水洗和氣水反沖洗，沖洗效果好而且節(jié)約了沖洗用水；考慮其特點(diǎn)，本工程采用Ⅴ型濾池。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 一體化凈水設(shè)備

1)一體化凈水設(shè)備設(shè)計(jì)處理水量為15 000 m3/d。

2)一體化凈水設(shè)備為不銹鋼箱體，平面尺寸為23.1 m×12.0 m。

3)原水先經(jīng)過(guò)管式靜態(tài)混合器加混凝劑，使之充分混合后進(jìn)入一體化凈水設(shè)備，一體化凈水器設(shè)備內(nèi)部按水流順序分別進(jìn)入網(wǎng)格絮凝池、橫向分流式斜板沉淀池和V型濾池，經(jīng)過(guò)這樣一系列常規(guī)水處理后，直接接至原水廠V型濾池出水管，再由原水廠臭氧接觸池—活性炭濾池處理后加氯進(jìn)入原水廠清水池中。

4)出水管匯總后分別接入V型濾池出水管。

一體化凈水設(shè)備工藝參數(shù)：

處理能力：Q=15 000 m3/d。

數(shù)量：1臺(tái)。

材質(zhì)：不銹鋼304材質(zhì)。

主體設(shè)備外形平面尺寸：23.1 m×12.0 m×3.6 m。

進(jìn)水壓力不小于0.06 MPa。

絮凝形式：均衡渦旋式混合反應(yīng)。

反應(yīng)時(shí)間：16.0 min。

沉淀池形式：橫向分流式斜板。

濾池形式：V型濾池，分三格，單邊V型槽。

濾料：均質(zhì)石英砂濾料，0.9 mm～1.2 mm，K80<1.4。

濾速：8.6 m/h。

氣洗：氣沖強(qiáng)度q氣=15 L/(s·m2)；

反沖氣量Q=23.6 m3/min；

反沖歷時(shí)T1=2 min。

聯(lián)洗：氣沖強(qiáng)度q氣=15 L/(s·m2)；

水沖強(qiáng)度q水=3 L/(s·m2)；

反沖歷時(shí)T1=5 min。

漂洗：水沖強(qiáng)度q水=6 L/(s·m2)；

反沖水量Q=567 m3/h；

反沖歷時(shí)T2=6 min。

表掃：表掃強(qiáng)度q掃=2.3 L/(s·m2)，全程。

反沖風(fēng)機(jī)：采用兩臺(tái)三葉羅茨風(fēng)機(jī)，一用一備，風(fēng)機(jī)參數(shù)：

Q=25.08 m3/h，H=40 kPa，N=30 kW。

反沖水泵：采用三臺(tái)管道泵，兩用一備，水泵參數(shù)：

Q=300 m3/h，H=15 mm,N=18.5 kW。

4.2 加藥裝置

PAC投加系統(tǒng)

PAC藥劑投加在凈水裝置進(jìn)水管混合器上，在管道內(nèi)混合后進(jìn)入一體化凈水設(shè)備。

1)設(shè)計(jì)參數(shù)。

設(shè)計(jì)處理水量為15 000 m3/d。

PAC投加量：最大為30 mg/L，平均為15 mg/L。

投加聚合氯化鋁溶液濃度為10%。

2)投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

每日耗固體聚合氯化鋁量為225 kg，儲(chǔ)藥量按30 d使用量考慮，約6 750 kg。

10%PAC溶液投加量為2 250 L/d。

3)溶藥桶2只，每只V=3 000 L，φ=1 580 mm，H=1 630 mm，各配套攪拌機(jī)1臺(tái)，每臺(tái)N=0.55 kW。

計(jì)量泵：Q=180 L/h；N=0.25 kW(兩臺(tái)，一用一備)。

4.3 加氯裝置

有效氯投加量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)和相似條件下的水廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，按最大用量確定，并應(yīng)使余氯量符合《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求。本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為15 000 m3/d，設(shè)計(jì)有效氯投加量為1.0 mg/L，以保證出廠水余氯含量不小于0.3 mg/L(按來(lái)水余氯含量為0 mg/L設(shè)計(jì))。選用濃度為10%的次氯酸鈉成品溶液，投加量為6.3 L/h，設(shè)計(jì)選用電磁驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵兩臺(tái)(一用一備)，計(jì)量泵參數(shù)：q=16 L/h，H=0.30 MPa，N=24 W。

設(shè)計(jì)次氯酸按儲(chǔ)量滿(mǎn)足設(shè)備運(yùn)行18 d，選用5 m3次氯酸鈉液體儲(chǔ)罐兩臺(tái)，罐體設(shè)加藥管及泄空管路。

加氯間選用一體化智能加氯控制設(shè)備，根據(jù)來(lái)水流量進(jìn)行自動(dòng)加氯，該設(shè)備具有PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，計(jì)量泵電源控制，泵頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，流量反饋控制，根據(jù)出廠余氯控制投加量。

5 結(jié)語(yǔ)

一體化凈水設(shè)備是集絮凝，沉淀，過(guò)濾等工藝的一種新型的凈水設(shè)備，其將眾多的功能集于一身，從而實(shí)現(xiàn)單體全自動(dòng)運(yùn)行。一體化凈水設(shè)備不僅使用范圍廣，處理效果好，出水水質(zhì)優(yōu)良，而且耗水量少，動(dòng)力消耗省，占地面積小。本工程以其在晉中某水廠的工藝設(shè)計(jì)實(shí)例，以水廠實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對(duì)各個(gè)一體化凈水設(shè)備各個(gè)功能區(qū)間和其他配套單體進(jìn)行了設(shè)計(jì)。