林禮進(jìn)

近幾年來，在國家實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，各地大力開展了城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)，有效地解決農(nóng)村飲水安全問題，有利于實(shí)現(xiàn)城市與農(nóng)村共同發(fā)展的目標(biāo)。為解決農(nóng)村地區(qū)“急、難、愁、盼”的安全飲水問題，項(xiàng)目縮短施工周期、控制投資成本，在部分城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)中充分利用了原建水廠，并加以改造建設(shè)。但在實(shí)際實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，部分水廠建成較早，缺乏對排泥水系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)規(guī)劃，未預(yù)留排泥水處理設(shè)施用地。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求下，必須增設(shè)排泥水處理系統(tǒng)，使得在項(xiàng)目改擴(kuò)建的過程中難度增大。因此，針對已建自來水廠改擴(kuò)建項(xiàng)目用地緊張問題，以福建霞浦縣Z水廠改造工程為例，通過對部分構(gòu)筑物進(jìn)行豎向疊合設(shè)計(jì)，滿足水廠設(shè)計(jì)功能的要求，以期供類似工程提供參考。

一、水廠總平設(shè)計(jì)條件

福建霞浦縣Z水廠改造工程，水廠總規(guī)模20000t/d，根據(jù)《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，核算該水廠所需用地面積約為12.3畝。原廠區(qū)實(shí)際用地面積僅為8.5畝，且水廠廠區(qū)呈狹長形，北側(cè)為市政道路、邊坡?lián)鯄?，南?cè)為排洪渠道， 整體地形不利于建構(gòu)筑物的布置。如圖1所示：

圖1 廠區(qū)用地分析圖

二、工藝流程

該水廠現(xiàn)有的一期處理工藝為混合、絮凝、沉淀、過濾和消毒的常規(guī)處理工藝，具體為絮凝沉淀池+ 高纖維濾池，混凝劑采用PAC混凝劑，消毒采用成品次氯酸鈉溶液，原廠區(qū)無排泥水處理設(shè)施，反沖洗廢水均通過排水排泥水管直接排出廠外河道，對下游生態(tài)環(huán)境造成污染。

本項(xiàng)目原水取自水庫水。根據(jù)水質(zhì)報(bào)告，原水指標(biāo)均能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838—2002中Ⅲ類的標(biāo)準(zhǔn)限制。因此，本工程對原水廠進(jìn)行改擴(kuò)建，沿用常規(guī)處理工藝，擬新建1座配水井、1座無閥濾池、1座絮凝沉淀池、1座加氯加藥房，具體制水工藝如圖2所示：

圖2 制水處理工藝

凈水廠的沉淀和過濾環(huán)節(jié)會產(chǎn)生排泥水，為滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB978，對沉淀池排泥水以及濾池反沖洗水進(jìn)行處理，加設(shè)1套排泥水處理設(shè)施。具體排泥水處理工藝如圖3所示：

圖3 排泥水處理工藝流程

三、總平面設(shè)計(jì)

水廠總體布置將水廠內(nèi)的各項(xiàng)構(gòu)筑物進(jìn)行合理的組合和布置，以滿足工藝流程、生產(chǎn)管理和物料運(yùn)輸?shù)确矫娴囊?，合理綜合布置廠內(nèi)工程技術(shù)管線，使得各種管線的路徑簡捷，與總平及疊合布置相協(xié)調(diào)，總平面布置應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、工藝流程、廠址選擇、廠區(qū)建構(gòu)筑物平面布置、廠區(qū)綜合管線布置及廠區(qū)道路交通、綠化、圍墻大門等因素。

本工程地塊整體呈長條形，廠區(qū)西側(cè)為廠區(qū)道路，東側(cè)集中擺放原有處理工藝構(gòu)筑物，廠區(qū)北面為市政道路，北面內(nèi)外高差4～10m，廠區(qū)南面為排洪河道，南面內(nèi)外高差約為6m，考慮廠區(qū)地形地質(zhì)條件限制，避免對南部河道護(hù)岸造成安全方面的影響，以及原有水處理構(gòu)筑物的擺放位置。本次擴(kuò)建的構(gòu)筑物主要集中擺放于廠區(qū)北面并考慮距離擋墻的安全距離，將廠區(qū)內(nèi)部消防及運(yùn)泥通道設(shè)置于靠經(jīng)河道護(hù)岸一側(cè)。原水由東面水庫引入，整體制水流程由東到西，排泥水處理設(shè)施整體布置在制水構(gòu)筑物的西側(cè)，方便泥餅的外運(yùn)，廠區(qū)原加氯加藥間現(xiàn)狀是危房，需要拆除重建。另外根據(jù)甲方需求，廠區(qū)內(nèi)原化驗(yàn)室改為停車場，需要另外新建化驗(yàn)室，具體總平面布置圖如圖4所示。

圖4 霞浦縣Z水廠建構(gòu)筑物總平面布置圖

四、工藝疊合設(shè)計(jì)

常規(guī)凈水廠沉淀池與清水池占地面積最大，可優(yōu)先考慮將沉淀池與清水池疊合疊合設(shè)計(jì)，由于本工程原水廠清水池廠區(qū)外設(shè)置，為了滿足用地限制以及工藝流程上合理性，考慮將脫水機(jī)房、排水排泥池組合；加氯間、加藥間組合疊合設(shè)計(jì)。

1.脫水機(jī)房、排泥排水池組合疊合設(shè)計(jì)

排泥水處理工藝主要包括調(diào)節(jié)、濃縮、平衡、脫水、處置這5個基本工序，通常情況下脫水和處置外運(yùn)工序間接運(yùn)行，以下介紹各工序的作用：

（1）調(diào)節(jié)工序的構(gòu)筑物主要為排泥及排水池，通常把接納濾池沖洗廢水的調(diào)節(jié)池稱為排水池，接納沉淀池排泥水的稱為排泥池。為了使?jié)饪s池均衡運(yùn)行以及水質(zhì)的相對穩(wěn)定，一般在濃縮池前設(shè)置。

（2）濃縮工序的構(gòu)筑物主要為濃縮池，其目的是提高污泥濃度，縮小污泥體積，以減少后續(xù)處理設(shè)備的能力。

（3）平衡工序的構(gòu)筑物主要指平衡池，一般設(shè)在濃縮池后，主要目的是滿足脫水機(jī)的間斷性運(yùn)行要求。另外，還可以起到滿足原水濁度大于設(shè)計(jì)值時起到緩沖和貯存濃縮污泥的作用。

（4）脫水工序主要為脫水機(jī)，設(shè)置在濃縮、平衡之后，目的是進(jìn)一步降低含水率，減少容積，便于搬運(yùn)和最后處置。當(dāng)采用機(jī)械方法進(jìn)行污泥脫水處理時，還需要投加石灰或者高分子絮凝劑（如聚丙烯酰胺）等。

（5）處置作為最后一道工序，主要是對脫水后的泥餅進(jìn)行外運(yùn)填埋或作為垃圾場的覆蓋土以及作為建筑材料的原料、摻加料等。

排水池尺寸計(jì)算：經(jīng)計(jì)算單格每天每次反沖洗水量為91.125 m3，排水池平面尺寸7.8m×7.5m，有效水深2.45m。因排水調(diào)節(jié)池廢水需回流至絮凝池，考慮不對絮凝池造成沖擊，回流比應(yīng)不大于5%，則回流泵選型為Q=40 m3/h，H=20m，P=3.0kW，2臺，1用1備。

排泥池尺寸計(jì)算：單座沉淀池干泥量0.515t/d。絮凝沉淀池排泥水含水率考慮為99.5%，則沉淀池每天每次排泥量為0.515/（1-99.5%）=103m3。排泥水調(diào)節(jié)池平面有效尺寸為7.45m×7.45m，有效水深2.45m。排泥水需泵至污泥濃縮池，為盡量減少對污泥濃縮池濃縮污泥造成擾動，污泥排放需盡量均勻連續(xù)，則污泥泵選型為Q=25m3/h，H=15m，P=3.0kW，共計(jì)2臺，1用1備。

潛水?dāng)嚢铏C(jī)選型計(jì)算：根據(jù)池子平面尺寸及有效深度，參考潛水?dāng)嚢铏C(jī)流場分布，潛水?dāng)嚢铏C(jī)選型為P=3kW，D=400mm，n=740r/min，共設(shè)2套。

脫水機(jī)選型計(jì)算：脫水機(jī)采用離心脫水機(jī)，濃縮后的污泥含固率為2%，濃縮后的污泥量51.5m3/d，脫水機(jī)考慮工作時間為每天12h，設(shè)置2臺，互為備用，每小時工作量2.51m3/h，污泥螺桿泵設(shè)置2臺，1用1備，單泵參數(shù)選擇2.51 m3/h，揚(yáng)程取30m。同時設(shè)置一套一體化PAM加藥設(shè)備。

結(jié)合工藝高程設(shè)計(jì)，下層設(shè)置排泥排水池、一層設(shè)置脫水機(jī)房、脫水機(jī)房上方設(shè)置化驗(yàn)室。具體布置如圖5、6所示：

圖6 脫水機(jī)房、排泥排水池組合剖面圖

2.加氯加藥間組合疊合設(shè)計(jì)

依據(jù)源水濁度變化，本工程混凝劑采用適用范圍廣、適應(yīng)性好、用量較省的聚合氯化鋁（PAC），消毒采用成品次氯酸鈉。

（1）加藥系統(tǒng)（PAC混凝劑）

常年投加濃度5%，最大投加濃度15%，平均投加量10mg/L，最大投加量30mg/L。本工程設(shè)計(jì)采用固體藥劑，配藥次數(shù)為每天1次。經(jīng)計(jì)算，溶液池所需容積為4.2m3，尺寸取1.8×1.8×2m（H），其中超高取0.5m，有效水深取1.5m。溶解池體積按溶液池容積30%考慮，取1.4m3，尺寸1.2×1.2×1.3m（H），其中超高取0.3m，有效水深取1.0m。溶液池、溶解池各設(shè)2個，1用1備。投藥方式：采用隔膜計(jì)量泵投加。混凝劑使用量為210kg/d。存儲藥劑天數(shù)按10d考慮，則需存藥劑量為2.1t/月。

（2）加氯系統(tǒng)（成品次氯酸鈉）

本工程采用次氯酸鈉作為消毒劑，考慮采用成品次氯酸鈉溶液。設(shè)置2個投加點(diǎn)，前加氯設(shè)1個加氯點(diǎn)，位于配水井前管道，最大加氯量1mg/L。后加氯設(shè)1個加氯點(diǎn)，位于濾池出水總管位置，最大加氯量2mg/L。由上，NaClO總投加量為3mg/L，則藥劑總用量為63kg/d。儲存濃度按5%考慮，儲存7天，則次氯酸鈉儲存量為8.82m3，儲罐設(shè)置2個，1用1備，單個10m3。

為方便成品次氯酸鈉卸料、PAC藥劑投加，下層布置成品次氯酸鈉儲罐、卸料泵、加氯投加泵、PAC儲藥臺、PAC溶解池；上層布置PAC溶液池、投藥計(jì)量泵。

五、其他工藝組合疊合設(shè)計(jì)形式

本工程采用脫水機(jī)房+排泥排水池、加氯加藥間疊合組合設(shè)計(jì)的方案，解決場地限制的問題。除此之外，各工程可根據(jù)現(xiàn)狀廠區(qū)條件以及標(biāo)高關(guān)系，還可以采用其他形式的疊合組合方式，例如贛州某水廠擴(kuò)建工程采用疊合式反應(yīng)沉淀+清水池工藝；南安市某水池采用疊合式V型濾池+清水池工藝；重慶某自來水廠根據(jù)高程關(guān)系將排水池和濃縮池疊合起來，組成排水、濃縮組合池以滿足用地約束下水廠功能。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中可根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合工程特性加以選用。

六、疊合設(shè)計(jì)可能存在的問題及措施

疊合式設(shè)計(jì)主要是對建構(gòu)筑物的疊加堆放，在疊加設(shè)計(jì)時要充分考慮各工藝構(gòu)筑物間的標(biāo)高關(guān)系，否則可能造成制水線避免無法重力自流的情況，增加提升設(shè)備導(dǎo)致水廠運(yùn)行成本上升，制水保障性無法滿足。

疊合式設(shè)計(jì)往往需要采用地下或半地下下沉式布置，處理構(gòu)筑物整體加深，在工藝設(shè)計(jì)時首要考慮廠區(qū)運(yùn)行安全問題，構(gòu)筑物的溢流以及放空能否重力自流排入規(guī)劃出路，如不滿足重力排出設(shè)置機(jī)械提升，通過移動泵提升或在池體預(yù)留集水坑依靠移動泵放空排除系統(tǒng)。

疊合式設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致設(shè)備之間的間隔變小，使得設(shè)備的安裝及日常維護(hù)、檢修和清潔變得困難。因此在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮設(shè)備的安裝間隔并充分預(yù)留設(shè)備維護(hù)以及人員安全疏散通道。

七、結(jié)束語

在用地條件限制的情況下可以加強(qiáng)對水廠疊合設(shè)計(jì)，同時需要注重整體性和協(xié)調(diào)性。水廠的疊合設(shè)計(jì)不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)土地資源的有效利用，還要考慮到運(yùn)行效率、安全可靠以及水廠后期運(yùn)行使用效果。因此，在設(shè)計(jì)水廠的疊合結(jié)構(gòu)時，需要從多個方面綜合考慮，分析不同的因素，從水廠的布局規(guī)劃、管線的鋪設(shè)、設(shè)備的布置、照明和通風(fēng)等各方面充分考慮，根據(jù)具體情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以提高水廠的整體功能和使用價值。最終，通過精細(xì)的疊合設(shè)計(jì)，提高水廠的實(shí)用性和美觀性。