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        溧陽市區(qū)域供水改造提升工程設計

        2021-12-09 01:06:40熊順華王植林羅宏偉李鵬程
        供水技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:沉淀池濾池水廠

        汪 勇, 熊順華, 黃 皓, 王植林,2, 羅宏偉,2, 李鵬程,2

        (1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司 南京分院, 江蘇 南京 210012; 2.南京工業(yè)大學城市建設學院, 江蘇 南京 211816)

        1 項目概況

        溧陽市域隨著區(qū)域供水的逐步推進,面臨著水廠出水難以滿足新的水質(zhì)標準要求、水廠建設缺乏指導性、水質(zhì)檢測手段落后、控制管理水平較低、應對水源水質(zhì)變化的能力較差等問題。為解決現(xiàn)狀問題,根據(jù)《溧陽市區(qū)域供水工程規(guī)劃(修編)》建設天目湖水廠,規(guī)劃供水管網(wǎng),區(qū)域供水范圍內(nèi)總面積約為381.65 km2,規(guī)劃服務人口約為10.2萬人(常住)。通過水量預測,區(qū)域供水工程規(guī)模8.0×104m3/d(天目湖水廠范圍),占地39 762.67 m2。

        2 設計規(guī)模和進出、水水質(zhì)

        所建設的凈水廠設在天目湖鎮(zhèn)區(qū),工程設計規(guī)模為近期供水規(guī)模4.0×104m3/d,遠期供水規(guī)模8.0×104m3/d,取用沙河水庫地表水作為原水。原水濁度較低,月平均濁度在10 NTU以下,呈典型的水庫低濁狀態(tài)。氨氮一般低于0.25 mg/L,高錳酸鹽指數(shù)基本在2.0~3.9 mg/L,化學需氧量和生化需氧量分別為10.4~13.9和1.4~3.0 mg/L, 總氮小于0.50 mg/L。

        近年來,庫區(qū)水體藻類、生物類數(shù)量有所增加,水體向中度富營養(yǎng)化發(fā)展,總體上基本符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅱ~Ⅲ類水質(zhì)標準,凈水廠出水水質(zhì)達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)[1]。

        3 區(qū)域供水提升工程設計

        3.1 取水管網(wǎng)設計

        取水管線的設計原則為:盡量縮短管線的長度,盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造處;減少拆遷,少占良田,少毀植被,保護環(huán)境;施工、維護方便,節(jié)省造價,運行安全可靠。本次供水管道設計時轉(zhuǎn)輸流量的時變化系數(shù)取1.2,沿線流量的時變化系數(shù)取1.4~2.5。根據(jù)取水頭部現(xiàn)狀和天目湖水廠的位置,按8.0×104m3/d的規(guī)模一次性設計建設沙河水庫取水口到天目湖水廠的取水管。天目湖凈水廠的取水管從現(xiàn)有DN1400取水管上接出,采用D1420×12鋼管,沿干渠渠底——天目路向南敷設至天目湖凈水廠,全長約1.3 km。

        3.2 凈水廠工程設計

        3.2.1 工藝設計

        凈水工藝方案的設計應針對原水水質(zhì)特點,以最低的基建投資和經(jīng)常運行費用達到要求的出水水質(zhì)。為了滿足安全可靠供水,工程采用化學預處理+常規(guī)處理+深度處理工藝。根據(jù)原水水質(zhì),預處理工藝采用預臭氧氧化技術(shù),并采用高錳酸鉀預氧化技術(shù)作為應急處理;深度處理工藝采用臭氧-生物活性炭(BAC)技術(shù);排泥水處理工藝采用沉淀池排泥水和反沖洗濾池廢水分別處理[2]。具體工藝流程如圖1所示。

        圖1 凈水工藝流程Fig.1 Flow chart of water purification process

        3.2.2 構(gòu)筑物設計

        ① 預臭氧接觸池

        預臭氧處理的目的是利用臭氧的強氧化能力,對常規(guī)處理工藝進行強化,以提高出廠水水質(zhì)。預臭氧可取代前加氯,減少氯消毒副產(chǎn)物,對原水中的藻類也有較好的去除作用。

        設計預臭氧接觸池1座,規(guī)模為8.0×104m3/d,接觸池分為2格,平面尺寸為19.25 m×11.5 m,包括進水區(qū)、接觸區(qū)和出水區(qū),有效水深為5.5 m。采用射流擴散器結(jié)合水射器方式投加臭氧,投加量為0.5~1.0 mg/L,臭氧接觸時間為4.24 min。設置5臺取水提升泵,近期安裝3臺,2用1備。

        ② 折板絮凝平流沉淀池

        設計規(guī)模為4×104m3/d,共分為2組。單組規(guī)模為2×104m3/d,包括2座混合池、2座折板反應池、2座沉淀池。采用機械混合方式,混合池總停留時間32.4 s,攪拌速度梯度為976 s-1??紤]到工程原水為水庫水,冬季屬于低溫低濁水,采用三氯化鐵作為混凝劑,對濁度的去除效果較好。

        絮凝采用折板反應池,每組反應池設2個通道,反應池型式為平行多廊道單通道折板反應池。設計流量為0.25 m3/s,絮凝時間取25.5 min,平面尺寸為16.23 m×6.8 m,反應池分為3個絮凝區(qū),平均有效水深H=3.5 m。3個絮凝區(qū)折板間的水流速度和水流速度梯度如表2所示。為排除絮凝池以及末端配水渠中的沉泥,在每個廊道和配水渠內(nèi)設有排泥放空管(穿孔排泥管),管徑為DN200 mm,通過電磁閥控制排泥閥排泥。

        表1 絮凝區(qū)水流速度和速度梯度Tab.1 Water flow velocity and velocity gradient in flocculation area

        沉淀池采用平流沉淀池,與反應池合建,每組沉淀池分為2座單池,單池設計流量Q=0.25 m3/s,沉淀時間為2.5 h,水平流速v=9.89 mm/s,單池平面尺寸為89 m×15.7 m,有效水深為3.65 m。沉淀池采用指形槽出水,指形槽伸入池內(nèi)22 m,堰負荷為120 m3/(m·d)。

        每座平流沉淀池上設有1臺桁車式虹吸排泥機,軌距Lk=7.15 m,沉淀污泥重力排至廠區(qū)內(nèi)的排泥池。

        ③ 砂濾池

        V型濾池采用粒徑較粗、厚度較大的濾層以增加過濾周期,由于反沖洗時濾層不膨脹,故整個濾層在深度方向的粒徑分布基本均勻,不發(fā)生水力分級現(xiàn)象,使濾層含污能力提高,出水水質(zhì)好,運行管理經(jīng)驗成熟可靠。砂濾池采用V型濾池,近期建設1座,設計規(guī)模為4.0×104m3/d。設計流量為1 833 m3/h,設計濾速為7.8 m/h,設計濾池格數(shù)為4格,總過濾面積為224 m2,砂濾池池體部分平面尺寸為30.55 m×20.20 m,砂濾池采用旁邊廊道式布置,管廊部分為二層建筑,上層為操作層,下層為管廊層。濾料采用單層石英砂均粒濾料,有效粒徑d10=0.9~1.2 mm,均勻系數(shù)K60<1.6,濾料層厚1.40 m。承托層采用礫石,粒徑為2~4 mm,厚100 mm。

        反沖洗方式采用單氣沖—氣水共沖—單水沖,反沖洗時間為15 min,反沖洗周期為24~36 h,反沖洗系統(tǒng)采用長柄濾頭配水系統(tǒng)。反沖洗時間和強度如表2所示。

        濾池的進水管、反沖洗進水管和濾池排水出水管上均設有氣動蝶閥,濾池出水管上設有氣動調(diào)節(jié)閥,反沖洗排水采用氣動閘板閥。在濾池內(nèi)設有液位計和水頭損失儀。濾池運行由PLC控制,在過濾過程中根據(jù)濾池內(nèi)的水位變化情況,自動調(diào)節(jié)濾池出水管上氣動調(diào)節(jié)閥的開啟度。當濾池過濾時間或水頭損失達到設定值時,濾池自動進行反沖洗。濾池反沖洗排水排入廠內(nèi)回用水池,最終回流至混合池。

        表2 反沖洗強度和時間Tab.2 Backwashing intensity and time

        ④ 后臭氧接觸池

        設后臭氧接觸池1座,與炭濾池合建,建設規(guī)模4.0×104m3/d,平面尺寸為15.5 m×6.6 m,分為2格,有效水深6.0 m。臭氧投加量在1.5~2.0 mg/L,接觸時間為11.52 min。每池內(nèi)設計成4段,并在第一、第二和第三段內(nèi)設有陶瓷細泡擴散盤。為消除接觸池排到環(huán)境空氣中的尾氣中的臭氧,在臭氧接觸池安裝有臭氧破壞器,以使尾氣中的殘留臭氧濃度低于0.1 mg/L。

        ⑤ 活性炭濾池

        活性炭濾池采用V型濾池,近期建設1座,設計規(guī)模為4.0×104m3/d。設計流量為1 833 m3/h,空床濾速為8.68 m/h,過濾面積為201.6 m2,共4個濾池,空床接觸時間為13.8 min。反沖洗方式采用單氣沖—單水沖,氣沖強度為15 L/(m2·s),水沖強度為10 L/(m2·s),反沖洗周期≥6 d。

        炭吸附池濾料為活性炭和石英砂,采用煤質(zhì)壓塊破碎活性炭,吸附池為單排布置,吸附池平面尺寸為30.55 m×19.2 m。

        ⑥ 清水池

        工程近期新建1座清水池,清水池平面尺寸為71.1 m×42.03 m,有效水深為4.0 m,有效容積為1.07×104m3,為水廠設計規(guī)模的26.75%。在清水池前后投加次氯酸鈉作為消毒劑。

        ⑦ 送水泵房

        工程送水泵房土建規(guī)模為8.0×104m3/d,設備安裝規(guī)模為4.0×104m3/d。送水泵房內(nèi)設5套臥式離心泵,單排布置,近期安裝3套,2用1備,均配置變頻。單泵流量Q=1 361 m3/h,揚程H=55 m,配套電機功率N=280 kW。送水泵房為半地下式,水泵啟動方式為半自灌啟動。當清水池為低水位時水泵采用抽真空起動,故泵房內(nèi)設有1套真空啟動系統(tǒng)。泵房內(nèi)還設有排水泵和起吊設備[3]。

        ⑧ 儲液池及加藥間

        工程新建儲液池1座,用于存放成品藥劑,分為4格,每格可以獨立運行和放空。其中2格儲存次氯酸鈉原液,有效氯濃度為5%,按遠期規(guī)模7 d藥劑用量設計;另2格儲存三氯化鐵原液,濃度為30%~40%,按遠期規(guī)模14 d藥劑用量設計。每格內(nèi)設置耐腐蝕自吸泵2套,1用1備。儲液池有效水深為2.5 m,單格平面尺寸為5.0 m×3.0 m,有效池容約為37.5 m3。

        次氯酸鈉采用成品原液稀釋后投加,投加濃度為1%。加藥間(次氯酸鈉投加單元)設次氯酸鈉溶液池2座,單座平面尺寸為2.2 m×2.2 m,有效水深約為2.0 m,超高0.5 m,單座有效容積約9.68 m3,每座溶液池內(nèi)設置攪拌機1套,N=1.1 kW。水廠共設2個加氯點,分為前加氯和補氯。

        混凝劑加藥間(混凝劑投加單元)設混凝劑溶液池2座,單座平面尺寸為2.2 m×2.2 m,有效水深約為2.0 m,超高0.5 m,單座有效容積約為9.68 m3。每座溶液池內(nèi)設置攪拌機1套,N=1.1 kW。絮凝劑投加點位于混合池,投加濃度為5%~10%。

        ⑨ 臭氧發(fā)生器間

        臭氧發(fā)生器間及液氧站設計土建規(guī)模8.0×104m3/d,設備安裝規(guī)模4.0×104m3/d。臭氧發(fā)生器間包括臭氧發(fā)生器設備間、配電間等,平面尺寸為25.0 m×11.4 m。預臭氧設2個投加點,分別設在2組預臭氧接觸池內(nèi),采用水射器投加;后臭氧共設2個投加點,分別設在2組后臭氧接觸池內(nèi)。

        臭氧產(chǎn)量為5 kg/h,臭氧濃度為148 g/Nm3,露點≤-65℃。臭氧發(fā)生器的冷卻采用閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng),在發(fā)生器間內(nèi)設置2臺熱交換器,2用。在水泵間內(nèi)設置2臺循環(huán)冷卻水泵,1用1備。臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量可以根據(jù)水廠中控室提供的水流量信號確定,也可以通過事先設定的水中余臭氧濃度進行反饋控制。

        3.2.3 供水管網(wǎng)設計

        供水管線的設計原則同取水管道,對輸水方式、管道根數(shù)按不同的工況進行技術(shù)經(jīng)濟分析論證,選擇安全可靠的運行系統(tǒng),根據(jù)工程具體情況進行管材設備比選優(yōu)化,通過計算經(jīng)濟流速確定管徑等。溧陽市南部山區(qū)供水工程管網(wǎng)按8×104m3/d規(guī)模一次建設到位。供水管道設計中轉(zhuǎn)輸流量的時變化系數(shù)取1.2,沿線流量的時變化系數(shù)取1.4~2.5。主管網(wǎng)供水管線總長為39.33 km,具體見表3。

        表3 區(qū)域供水工程清水主管網(wǎng)Tab.3 Main clear water supply pipeline network of regional water supply project

        工程區(qū)域供水主管網(wǎng)均采用球墨鑄鐵管,穿越障礙物如省道、高速公路、鐵路、較大河流等處或地質(zhì)條件復雜處時,采用螺旋埋弧焊鋼管。二、三級管網(wǎng)管徑大于DN200(含DN200)均采用球墨鑄鐵管,小于DN200管道均采用實壁PE管。供水增壓站采用無負壓增壓供水形式,增大管道直徑和壁厚或者采用防止水錘能力較好的止回閥,以防止水錘的發(fā)生,增壓站消毒補氯方式采用次氯酸鈉。

        4 工程概算

        項目總投資為52 249.63萬元,供水規(guī)模為4×104m3/d,根據(jù)供水成本的估算,項目單位經(jīng)營成本為0.92元/m3,單位總成本為1.28元/m3。

        5 結(jié)語

        凈水廠采用預處理+常規(guī)處理+深度處理工藝,預處理工藝為預臭氧,常規(guī)處理工藝為機械混合折板絮凝平流沉淀池+V型濾池,深度處理工藝為

        臭氧-生物活性炭聯(lián)用工藝。排泥水處理采用重力濃縮+機械脫水,泥餅外運處置。區(qū)域供水工程新建渾水管線1根,管徑DN1400,總長約1.3 km;新建清水主管網(wǎng)39.33 km,管徑為DN300~DN800;新建二級管網(wǎng)292.15 km,區(qū)域供水三級管網(wǎng)788.6 km,鎮(zhèn)區(qū)管網(wǎng)改造23.5 km;設置供水增壓站27座。溧陽市南部山區(qū)供水改造提升工程的實施,響應了省政府區(qū)域供水號召,提高了城鄉(xiāng)人民生活水平,有助于確保農(nóng)村生活飲用水安全,促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和和諧社會的構(gòu)建。

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