＊馬 浩

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 河南 450003）

1.概述

河南省某城鎮(zhèn)供水工程設(shè)計最高日設(shè)計供水量為2萬噸，解決8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及附屬區(qū)域的居民安全引水問題?？紤]占地，處理能力，工藝技術(shù)先進(jìn)性和適應(yīng)性，經(jīng)綜合分析后，最終選定處理工藝為配水井-網(wǎng)格絮凝池-水平管沉淀池-濾池-消毒-等處理工藝，處理后出水水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749中的相關(guān)要求。水廠水源采用水庫水，經(jīng)對原水水質(zhì)檢測化驗(yàn)后，在處理工藝上考慮原水中懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)菌病毒等進(jìn)行去除，同時增加水處理廠的供水能力。

圖1 水廠總平面布置圖

2.凈水工藝技術(shù)選擇

自來水廠凈水工藝種類較多，在凈水工藝選擇上，要考慮水源原水的水質(zhì)特點(diǎn)，污染物的形成機(jī)理和發(fā)展趨勢，出水水質(zhì)、水廠建設(shè)條件、管理人員的技術(shù)水平、工程資金來源等因素。

由于水源水為水庫水，對藻類的去除將有利于水質(zhì)凈化，因此在配水井投藥前同時考慮投加殺藻的藥劑。混凝工藝主要采用向水中投加絮凝劑，通過一定的反應(yīng)時間，使絮凝劑與水中的膠體顆粒充分反應(yīng)，形成較大的絮粒然后沉淀的過程。沉淀工藝是自來水廠水處理工藝中將懸浮物與水分離的重要工藝，通過本工藝可以去除自來水原水中80%～90%的懸浮物質(zhì)。現(xiàn)階段我國自來水廠常用的沉淀工藝主要有平流沉淀、斜管（斜板）沉淀，平流-斜管復(fù)合式沉淀，水平管沉淀等工藝。工程采用的水平管沉淀池，是由珠海九通水務(wù)在沉淀淺池理論的基礎(chǔ)上創(chuàng)新升級的沉淀分離技術(shù)，其核心是將菱形截面的管束水平放置在沉淀池內(nèi)，使進(jìn)水沿水平管呈水平方向流動，而絮體沉積后垂直下降，通過管內(nèi)開設(shè)的排泥口落至滑泥道滑出。水與泥都通過各自的通道行進(jìn)，有效避免常規(guī)斜管沉淀池泥水共用同一流道而引起的沉淀不徹底現(xiàn)象，解決了“淺池理論”中“排泥難”的問題，實(shí)現(xiàn)高效排泥。在材質(zhì)上采用不銹鋼水平管，實(shí)用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過聚乙烯塑料管，且水流阻力小，運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水能力較強(qiáng)[1]。

濾池過濾工藝通常是凈水廠的核心工藝，濾池的形式有普通快濾池、V型濾池、翻版濾池等，濾池從濾料的種類上分有石英砂濾池、活性炭濾池、多層濾料濾池（石英砂、活性炭、無煙煤等）。濾池工藝的選擇上考慮過濾和沖洗操作方式，城市現(xiàn)有水廠的操作運(yùn)行技術(shù)水平等因素，最終采用V型濾池，工藝流程圖，如圖2所示。

圖2 凈水廠工藝流程圖

3.凈水工藝技術(shù)參數(shù)

（1）配水井。配水井是為了均勻分配水量至每組沉淀池的工藝構(gòu)筑物，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計配水井分為3格，分別為進(jìn)水格和兩個配水格。配水格設(shè)置溢流調(diào)節(jié)堰板均勻配水，堰上水頭13cm。在配水井的進(jìn)水格增設(shè)機(jī)械攪拌混合設(shè)備，對加藥進(jìn)行混合，混合時間約1.5～2min。配水井工藝尺寸為4.6m×3.4m，有效水深2.0m，超高0.5m。

（2）網(wǎng)格絮凝池。工程采用高效網(wǎng)格絮凝池1座，分為2組與沉淀池合建，單組設(shè)計流量0.123m3/s，有效水深4.05m，絮凝池廊道中設(shè)置篩板填料，通過篩板上下交錯開孔大小控制反應(yīng)強(qiáng)度。篩孔流速從0.28m/s遞減至0.1m/s。絮凝池總尺寸（長、寬）7.5m×8.6m。

（3）水平管沉淀池。水平管沉淀池共1座分為2組，與絮凝反應(yīng)池合建，中間通過整流段連接。水平管沉淀池平面尺寸為19.3m×14.8m，單組設(shè)計流量0.123m3/s，原水經(jīng)過絮凝反應(yīng)池反應(yīng)后進(jìn)入沉淀池，在水流進(jìn)入水平管之前需要設(shè)施布水，保證整個沉淀斷面的水流速度一致，以便更好的將水中絮體沉淀去除。

沉淀池中央為水平管沉淀分離裝置。水平管裝置由槽鋼固定，水平管邊緣用螺栓與角鋼固定，保證水平管的安全穩(wěn)定[2]。其設(shè)計參數(shù)為：水平管尺寸8000mm×2000mm×2500mm；水平管過水面積16m2，水平管水平流速7.6mm/s，水平管管徑當(dāng)量直徑為42mm。

水平管沉淀池出水區(qū)由集水箱和集水槽組成。集水箱的作用是均勻收集水平管出水，減少出水對水平管中水流的擾動。出水經(jīng)過集水箱流入集水槽，最終流入集水渠。集水裝置尺寸為8000mm×2500mm。

水平管沉淀池沖洗系統(tǒng)采用全自動沖洗裝置。沖洗過程不影響供水。沖洗裝置主要分為加壓裝置和沖洗設(shè)施兩部分。加壓裝置是小車通過電動機(jī)驅(qū)使，沿著鋪設(shè)的兩條8號鋼軌往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)，沖洗部分是利用潛水泵加壓沖洗水平管裝置。設(shè)置兩根成90°的沖洗管，管上設(shè)若干噴頭，在垂直方向和水平方向同時全方位沖洗水平管，達(dá)到清洗水平管上沉泥目的。沖洗部分架設(shè)在動力部分上，通過控制柜實(shí)現(xiàn)自動沖洗控制。自動沖洗的運(yùn)行速度1m/min，沖洗流量30～50m3/h，沖洗揚(yáng)程為20～30m，沖洗周期根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況控制為24～48h。

水平管沉淀池排泥系統(tǒng)分為3個部分。①布水區(qū)的排泥系統(tǒng)：單邊排泥，共設(shè)置排泥渠2個。②水平管沉淀分離區(qū)的排泥系統(tǒng)：在水平管沉淀裝置下面設(shè)置排泥渠，高0.8m，單邊排泥，共設(shè)置1根排泥管，管徑為DN200。根據(jù)水質(zhì)的情況，進(jìn)行自動或手動排泥。③集水區(qū)的排泥系統(tǒng)：單邊排泥，設(shè)置排泥渠2個。

（4）V型濾池。V型濾池設(shè)計采用1座，共分4格，單格尺寸為9.0m×3.5m，排水渠寬1m，單排布置，設(shè)計參數(shù)：設(shè)計流量245.4L/s；設(shè)計濾速6.8m/h；強(qiáng)制濾速9.3m/h；總過濾面積126m2；單獨(dú)氣反沖洗強(qiáng)度約14L/s·m2，時間約3min；氣水聯(lián)合反沖洗中水反沖洗強(qiáng)度約為3.2L/s·m2,時間約5min；單獨(dú)水反沖強(qiáng)度約6.4L/s·m2，時間約2min；表面掃洗強(qiáng)度：1.8L/s·m2；濾料為石英砂，體積152m3，有效粒徑0.9～1.2mm，K80≤1.40，濾層厚度1.20m，下部礫石承托層厚度100mm，長柄濾頭6050個。

（5）清水池。依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》，單獨(dú)設(shè)置清水池或高位水池的有效容積，1型工程可為最高日用水量的15%～25%。同時設(shè)置清水池和高位水池，清水池和高位水池沿線的配水管線同時兼顧沿線居民的配水作用，同時考慮村鎮(zhèn)供水的安全性，可靠性，凈水廠清水池總?cè)莘e3000m3，總2座，單座平面尺寸為32.00m×12.50m，清水池有效水深為3.8m，單座有效調(diào)節(jié)容積為1500m3，調(diào)節(jié)比例約為15%。高位水池容積3000m3，調(diào)節(jié)比例約為15%。清水池安裝超聲波液位計，水位信號傳至中控室。

（6）加藥加氯間。①加藥間。凈水廠混凝劑采用PAC，設(shè)計最大投加量為30mg/L，藥劑投加采用隔膜計量泵自動投加，計量泵共3臺，2用1備。單泵流量170L/h，揚(yáng)程0.63MPa，電機(jī)功率0.37kW。②加氯間。前加氯最大投加量為2.0mg/L，投加點(diǎn)設(shè)在進(jìn)廠管道上，前加氯最大投加量為2kg/h；濾后最大加量為1mg/L，投加點(diǎn)設(shè)在清水池進(jìn)水管上，濾后加氯量為1kg/h。

（7）凈水廠主要工藝技術(shù)參數(shù)。凈水廠主要工藝技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 凈水廠主要工藝技術(shù)參數(shù)表

4.凈水廠工藝重點(diǎn)難點(diǎn)分析及對策

（1）凈化工藝系統(tǒng)。給水處理工藝選擇的目的是把含有不同雜質(zhì)的原水處理成符合使用要求的自來水。對于水源存在污染突發(fā)事件的工況，要考慮應(yīng)急投加裝置應(yīng)對水質(zhì)污染事件的發(fā)生；針對農(nóng)村分散且用水不均勻的工況，要考慮制水能力的變化應(yīng)對措施和水廠調(diào)蓄構(gòu)筑物設(shè)施[3]。

在沉淀工藝選擇上，考慮對原水適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定的水平管沉淀池工藝。該工藝是淺池理論的創(chuàng)新應(yīng)用，對高濁度原水，低溫低濁、季節(jié)性、氣候性變化較大的原水，均有較好的適應(yīng)性，可以減輕凈水廠后續(xù)過濾負(fù)荷，保證出水水質(zhì)更加穩(wěn)定，水平管沉淀池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，沖擊流量能提升15%～35%。設(shè)計水量滿負(fù)荷運(yùn)行的前提下，出水水質(zhì)可長周期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，出水濁度穩(wěn)定在0.5～3.0NTU。池體為鋼筋混凝土水池，“水平管”裝置矩形結(jié)構(gòu)，采用模塊化車間生產(chǎn)，可根據(jù)池體尺寸定制，制水規(guī)模可以由多個同樣的模塊組合而成，因地制宜靈活安裝，施工非常方便。

圖3 施工中的水平管沉淀池

在沉淀池排泥方式上，優(yōu)化傳統(tǒng)排泥方式，避免跑礬現(xiàn)象的發(fā)生。常規(guī)的斜管沉淀池一般采用斗式重力排泥，多個泥斗共用一條排泥管，導(dǎo)致遠(yuǎn)離排泥閥的泥斗集泥現(xiàn)象。水平管沉淀池采用水平放置的菱形管束，兩端封閉后形成獨(dú)立滑泥道，泥與水流分離時，采用各自的流道，避免了斜管沉淀池沉淀后污泥下滑時與水流共用同一流道，導(dǎo)致跑礬及堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生。

在水處理工藝對占地面積的要求上，考慮水平管沉淀池池體簡單，占地面積小的優(yōu)勢。由于水平管沉淀池是采用淺池理論進(jìn)行創(chuàng)新升級，將菱形截面的管束水平放置在沉淀池內(nèi)，使進(jìn)水沿水平管呈水平方向流動，相同條件下可以增大沉淀面積，減少征占地，其占地面積是平流池的1/25。

（2）排泥水處理系統(tǒng)。排泥水的處理主要目的是減少凈水廠泥的排放對環(huán)境的污染。污泥主要來自濾池的沖洗廢水和沉淀池的排泥水。其污泥成分一般為污水中的懸浮物質(zhì)、部分溶解物質(zhì)和凈水過程中投加的各種藥劑。排泥水處理系統(tǒng)通常包括調(diào)節(jié)池、污泥濃縮池、污泥平衡池、污泥脫水機(jī)房和泥餅處置等。排泥水的處理是比較成熟的工藝，但是在實(shí)際設(shè)計凈水廠時，要考慮布置、高程的影響，運(yùn)行的節(jié)能和節(jié)約用地等因素。工程設(shè)計中充分利用凈水廠的地形高差優(yōu)勢，將排泥水處理系統(tǒng)布置在凈水廠的農(nóng)南角地勢較低的位置，達(dá)到節(jié)能降耗、減少處理成本的目的。

5.結(jié)論

（1）凈水工藝采用“配水井+網(wǎng)格絮凝+水平管沉淀池+V型濾池”的處理工藝，具有較強(qiáng)的抗水質(zhì)、水量沖擊負(fù)荷的能力，對于供水時變化系數(shù)較大的村鎮(zhèn)供水更為適合。（2）在水平管沉淀工藝上，創(chuàng)新優(yōu)化傳統(tǒng)排泥方式，泥與水流分離時采用獨(dú)立滑泥道，避免跑礬及沉淀裝置堵塞現(xiàn)象，保證排泥更順暢。（3）從運(yùn)行維護(hù)方面看，水廠工藝運(yùn)行維護(hù)方便，沉淀池、濾池具有自清洗功能，占地省，出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足城鄉(xiāng)居民供水時段用水不均勻的問題，保障管網(wǎng)供水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。