鄭立安

(中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北 武漢 430010)

1 水廠現(xiàn)狀

贛州某水廠目前水源為章江水，水源水符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，且絕大部分指標(biāo)可達(dá)到Ⅱ類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水廠現(xiàn)有規(guī)模為15×104m3/d，處理工藝為網(wǎng)格絮凝、平流沉淀池+氣水反沖濾池，其中一期5×104m3/d建于1993年，二期10×104m3/d建于2010年。

2 工藝流程

工程三期建設(shè)10×104m3/d水廠工程和25×104m3/d制水規(guī)模(一、二、三期)對(duì)應(yīng)的污泥處理工程，自用水量按5%考慮，主要凈水設(shè)施包括管道混合器、沉清疊合池、V型濾池、反沖洗泵房、吸水井、二級(jí)泵房及配電間、綜合加藥間，見圖1。生產(chǎn)廢水處理設(shè)施包括排水排泥池、污泥濃縮池、平衡池及脫水車間，見圖2。

圖1 凈水工藝流程Fig.1 Process of water treatment

圖2 污泥處理工藝Fig.2 Treatment process of sludge

3 凈水工藝設(shè)計(jì)

3.1 管道混合器

設(shè)靜態(tài)管式混合器1臺(tái)，管徑為DN1200，管內(nèi)流速為1.25 m/s，水頭損失為0.5～1.2 m。安裝在進(jìn)入折板絮凝池前的原水管上，加藥點(diǎn)設(shè)在混合器進(jìn)口處，水與藥液在混合器內(nèi)能得到快速、充分、均勻的混合。

3.2 沉清疊合池

工程設(shè)置2座沉清疊合池，單座平面尺寸為86.04 m×17.55 m，折板絮凝池與平流沉淀池合建，清水池疊建在絮凝沉淀池下方。

3.2.1 折板絮凝池

工程設(shè)2座排泥效果好的高效豎向折板絮凝池，單座平面尺寸為15.39 m×17.55 m(含進(jìn)水渠、反應(yīng)區(qū)、過渡區(qū))，池深4.50 m。絮凝池分為3段，均采用相對(duì)折板，折板材質(zhì)為不銹鋼。池底設(shè)排泥槽和ABS穿孔排泥管排泥，排泥管出口設(shè)液動(dòng)快開排泥角閥。設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)流量Q，10×104m3/d(2座)；絮凝時(shí)間T，18.48 min；有效水深H，3.7～4.1 m；G(三段)：85.6，54.5和22.76 s-1；GT：5.70×104。

3.2.2 平流沉淀池

平流沉淀池與折板絮凝池合建，設(shè)2座，單座平面尺寸為71.75 m×17.55 m(含出水渠)，池深4.0 m，有效水深為3.7 m。設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)流量Q，10×104m3/d(2座)；水平流速v，10 mm/s；停留時(shí)間，1.97 h。

沉淀池進(jìn)水均采用穿孔花墻，使布水均勻；出水段設(shè)置多根指形集水槽，盡可能降低溢流率[1]，單組(5×104m3/d)總堰長(zhǎng)為348 m，單位堰長(zhǎng)負(fù)荷為150 m3/(m·d)，均勻集水；每組沉淀池均設(shè)置泵吸式桁架吸泥機(jī)，可方便、徹底地進(jìn)行自動(dòng)排泥。

3.2.3 清水池

清水池疊建于絮凝沉淀池的下方，平面尺寸與絮凝沉淀池相同，單組尺寸為86.04 m×17.55 m，有效水深為4.0 m，有效容積為5590 m3(單座)。

3.3 V型濾池

V型濾池采用了較厚的濾層和較大的濾料粒徑，提升了截污能力，濾速較高時(shí)可以使待濾水中的懸浮物深入濾層，以充分利用其截污能力。對(duì)于原水濁度適中、出水濁度要求一般的工程，設(shè)計(jì)濾速可以超過10 m/h。但是濾速越高，雜質(zhì)深入濾層越深，穿透濾層的危險(xiǎn)性就越大，出水濁度就越難以保證。國內(nèi)水廠V型濾池的設(shè)計(jì)濾速一般都不超過8 m/h。因此，在過濾工藝上擬加強(qiáng)技術(shù)措施，一是增加濾層厚度，二是降低濾速，必要時(shí)考慮將濾池初濾水納入廢水回收系統(tǒng)。

工程近期設(shè)置1座濾池，平面尺寸為35.35 m×34.9 m，分為8格，雙排布置。濾池參數(shù)如下：設(shè)計(jì)流量Q，10×104m3/d(自用水系數(shù)1.05)；設(shè)計(jì)濾速，7.03 m/h；強(qiáng)制濾速，8.04 m/h(1格反沖時(shí))；沖洗時(shí)間T=12 min。其中：氣沖強(qiáng)度15 L/(s·m2)，2 min；水沖強(qiáng)度3 L/(s·m2)，4 min(氣水同時(shí)沖洗時(shí))；水沖強(qiáng)度6 L/(s·m2)，6 min(單獨(dú)水沖洗時(shí))。全程掃洗q=1.85 L/(s·m2)，12 min。

濾池按雙排布置，管廊操作管理?xiàng)l件較好，便于與平流沉淀池配合布置，提高土地的有效利用率。

濾池濾料采用石英砂濾料，粒徑為0.9～1.2 mm，濾層厚度為1.40 m，以強(qiáng)化過濾效果。下部礫石承托層粒徑為2～4 mm，厚度為0.10 m。濾層上最大水深為1.30 m，最大過濾水頭為2.10 m。配水配氣系統(tǒng)采用長(zhǎng)柄濾頭，在濾板上均勻布置，濾板下部空間凈高為0.9 m。濾池反沖洗按運(yùn)行周期、出水濁度、水頭損失等自動(dòng)進(jìn)行。為更好地控制表面掃洗水量，濾池進(jìn)水設(shè)置專門的掃洗水進(jìn)水閘板。

3.4 反沖洗泵房

為節(jié)省電耗，便于濾池運(yùn)行管理，工程設(shè)置1座反沖洗泵房(含配電間)，面積為359 m2。水泵間布置成半地下式，以保證快速自灌起動(dòng)，其余為地面式框架結(jié)構(gòu)。泵房?jī)?nèi)設(shè)反沖洗水泵3臺(tái)(單獨(dú)水沖時(shí)2用1備)，單泵流量Q=840 m3/h，揚(yáng)程H=10 m；配套電機(jī)P=37 kW。設(shè)三葉式羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，單臺(tái)Q=80 m3/min，出風(fēng)壓力40 kPa；配套電機(jī)P=90 kW，380 V。

3.5 吸水井、二級(jí)泵房與配電間

吸水井及二級(jí)泵房規(guī)模為10×104m3/d，吸水井平面尺寸為24.30 m×6.70 m，內(nèi)分兩格。二級(jí)泵房及配電間面積為760.02 m2，采用半地下式結(jié)構(gòu)，地下部分深7.25 m，以保證所有水泵均能及時(shí)自灌起動(dòng)。泵房與配電中心合建，便于管理，降低線損。

泵房共設(shè)置4臺(tái)泵位，先期安裝3臺(tái)臥式離心水泵，2用1備，其中2臺(tái)水泵變頻。單臺(tái)水泵Q=3 000 m3/h，H=42 m，n=990 r/min；配套電機(jī)450 kW，10 kV。

3.6 綜合加藥間

綜合加藥間設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104m3/d，由加礬間、應(yīng)急加藥系統(tǒng)(包括粉末活性炭、高錳酸鉀、硫酸鐵、石灰等系統(tǒng))、次氯酸鈉投加間以及配套的配電間、控制室等合建而成。

3.6.1 加礬間

混凝劑設(shè)計(jì)最大投加量為20 mg/L。加礬系統(tǒng)共設(shè)計(jì)量泵3臺(tái)(2用1備)，單泵加注能力Q=800 L/h，加注壓力3 bar，N=1.5 kW?；炷齽┎捎肞AC，加礬間內(nèi)設(shè)溶液池2格，每格設(shè)1臺(tái)功率為3 kW的溶藥攪拌機(jī)。

3.6.2 加氯間

水廠設(shè)濾前及濾后加氯，為保證出廠水的余氯達(dá)到國家規(guī)定要求，同時(shí)在清水出水管上補(bǔ)氯，設(shè)計(jì)投氯量如下：前加氯1.0 mg/L，投加在進(jìn)水管式混合器；后加氯1.5 mg/L，投加在清水池進(jìn)水管上；后補(bǔ)氯0.5 mg/L，投加在吸水井進(jìn)水管上。

加氯間內(nèi)布置包括：次氯酸鈉發(fā)生器2套，1用1備，單臺(tái)發(fā)生量341 kg/d，81 kW；計(jì)量泵7套，其中2臺(tái)用于前加氯(1用1備)，3臺(tái)用于后加氯(2用1備)，2臺(tái)用于后補(bǔ)氯(1用1備)。

3.6.3 粉炭/石灰投加間

(1) 粉炭系統(tǒng)

分為上料系統(tǒng)、活性炭溶液制備系統(tǒng)、投加系統(tǒng)以及安全、控制系統(tǒng)。粉末活性炭投加點(diǎn)設(shè)1個(gè)，位于原水管道上。設(shè)計(jì)最大投加量為30 mg/L，投加濃度為3%；制備罐單套容積為5 m3。

(2)石灰系統(tǒng)

設(shè)1套石灰投加系統(tǒng)，石灰存儲(chǔ)于室內(nèi)儲(chǔ)罐，容量為5 m3。石灰投加點(diǎn)設(shè)1個(gè)，位于原水管道上。石灰設(shè)計(jì)最大投加量為20 mg/L，投加濃度為3%。藥劑儲(chǔ)量按3 d最大投加量計(jì)，為6.3 t。

3.6.4 高錳酸鉀投加間

整個(gè)系統(tǒng)分為高錳酸鹽溶液制備系統(tǒng)、高錳酸鹽溶液投加系統(tǒng)以及安全控制系統(tǒng)。高錳酸鹽設(shè)計(jì)最大加注量為2 mg/L，藥液濃度為2%。應(yīng)急加藥點(diǎn)共1個(gè)，位于原水管。

3.6.5 硫酸鐵投加間

針對(duì)原水砷含量較高的情況進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明應(yīng)急投加鐵鹽混凝劑能提高工藝對(duì)砷的去除率。硫酸鐵最大應(yīng)急投加量為100 mg/L，投加濃度為30%，每日調(diào)配2次。設(shè)置溶液池2座，單座尺寸為2.4 m×2.4 m×2.3 m。

設(shè)1個(gè)投加點(diǎn)，位于原水管道上。加注泵采用計(jì)量泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)泵流量為1500 L/h，泵揚(yáng)程為4 bar，功率為0.55 kW。

4 污泥處理工藝設(shè)計(jì)

4.1 生產(chǎn)廢水排水量

4.1.1 三期絮凝沉淀池排泥水量

排泥池收納絮凝沉淀池排泥水，絮凝池與沉淀池交替排泥。按照水廠規(guī)模的1.5%計(jì)算，排泥量為1 575 m3/d。設(shè)計(jì)每天排泥4次，單次排泥量為394 m3。

4.1.2 三期濾池反沖洗水量

水廠采用氣水反沖洗均粒濾料濾池。單格濾池沖洗總歷時(shí)約12 min，單格有效過濾面積為77.76 m2。按過濾周期24～36 h計(jì)算，全廠濾池反沖洗總水量約為2 624 m3/d，約占水廠供水規(guī)模的2.6%。按照污泥處理工藝，三期濾池反沖水用潛水泵輸往三期絮凝沉淀池前端作為原水使用。

4.1.3 干污泥量

水廠原水為章江水，原水濁度隨季節(jié)性變化較大。設(shè)計(jì)進(jìn)水平均濁度按74.5 NTU考慮，最大值取106 NTU。沉淀池出水濁度按5 NTU設(shè)計(jì)，V型濾池出水濁度按0.5 NTU設(shè)計(jì)。

污泥處理工程中的干泥量是確定工程規(guī)模的重要依據(jù)，根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50013—2006)中的計(jì)算公式[2]，即：

S=(K1C0+K2D)×Q×10-6

式中S——干泥量，t/d；

C0——原水濁度取值，設(shè)計(jì)平均值取74.5 NTU，最大值取106 NTU；

K1——原水濁度單位NTU與懸浮物SS的換算系數(shù)，暫取1 ∶1；

D——混凝劑投加量20 mg/L，Al2O3含量為31%；

K2——藥劑轉(zhuǎn)化成泥量的系數(shù)，混凝劑取1.53。

計(jì)算得到S平均=22 t/d，S最大=30.3 t/d。

4.2 處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.2.1 三期排水池

排水池接納濾池反沖洗廢水，經(jīng)調(diào)節(jié)后均勻回流至絮凝池。為減小調(diào)節(jié)池容積，濾池反沖洗為依次單格沖洗。單格排水池平面尺寸為22.00 m×6.50 m，有效水深為3.5 m，單格有效容積為500 m3。濾池共8格，排水池每隔3 h需接納反沖洗廢水。排水池設(shè)2格，共儲(chǔ)存2格反沖洗廢水，故每隔排空時(shí)間按6 h考慮。共設(shè)置4臺(tái)潛水排污泵，2用2備，單臺(tái)Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW。

4.2.2 三期排泥池

排泥池設(shè)2格，單格排泥池平面尺寸為22.00 m×6.50 m，有效水深為3.50 m，單格有效容積為500 m3。共儲(chǔ)存2次排泥水，8 h排空。共設(shè)置4臺(tái)潛水排污泵，2用2備，單臺(tái)Q=80 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW。

4.2.3 濃縮池

設(shè)1座污泥濃縮池，單座分別為獨(dú)立運(yùn)行的2格。污泥濃縮池前設(shè)置混合攪拌池，經(jīng)混合攪拌后依次進(jìn)入自然沉淀區(qū)、斜板沉淀區(qū)和上清液集水區(qū)。污泥濃縮池平面尺寸為29.8 m×19.25 m，有效水深為7.40 m。濃縮池下部設(shè)置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，刮泥機(jī)直徑為14.0 m。設(shè)計(jì)進(jìn)泥含固率為0.2%，出泥含固率為3%。濃縮池斜管區(qū)空池上升流速為0.42 mm/s，斜管區(qū)空池污泥設(shè)計(jì)負(fù)荷為72 kg干泥/(m2·d)。

4.2.4 平衡池和脫水車間

平衡池為半地下池體結(jié)構(gòu)。污泥貯存濃度按3%計(jì)，設(shè)平衡池2座，按25×104m3/d水量規(guī)模時(shí)3 d最大污泥處理量與設(shè)計(jì)污泥量的差值設(shè)計(jì)，單座有效容積為500 m3，有效水深取5.0 m，平面尺寸為10 m×10 m。每座池內(nèi)設(shè)置4臺(tái)液下攪拌機(jī)，功率為3.8 kW。

脫水車間為地面建筑。脫水機(jī)進(jìn)泥按平均含固率3%計(jì)，設(shè)計(jì)干泥量為22 t/d，最大干泥量為30.3 t/d。脫水車間內(nèi)設(shè)離心脫水機(jī)位3套，設(shè)計(jì)污泥量下2用1備，最大泥量下3臺(tái)同開，運(yùn)行時(shí)間24 h。單臺(tái)流量為20 m3/h。脫水機(jī)配套切割機(jī)及螺桿泵。脫水后的污泥用螺旋輸送機(jī)輸送到污泥堆場(chǎng)。脫水濾液進(jìn)入排泥池再處理，脫水車間的面積為458.65 m2。

5 結(jié)語

該水廠三期工程是提高城市供水安全性的關(guān)鍵措施，建成后有助于完善供水布局，提高用戶滿意度，提高供水效益。同時(shí)，其不但能夠滿足城市供水量需求，而且符合城市發(fā)展規(guī)劃，是保障贛州中心城區(qū)及附近區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件。