某水厂改扩建工程集约化设计方案

薛苗苗

(上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司，上海 200092)

1 水厂现状

安徽某水厂(A厂)设计总规模为25万m3/d，分两期建成，水源取自长江。其中，一期工程规模为10万m3/d，于1993年建成投产，采用管式混合、网格絮凝平流沉淀池、双阀滤池的常规处理工艺，由于水厂出水水质指标不稳定，二期建成后一直处于停运状态。二期工程规模为15万m3/d，于2012年9月建成通水，采用机械混合、折板絮凝平流沉淀池、V型滤池的常规处理工艺，出厂水水质符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)标准的要求，目前夏季高峰期水厂已处于满负荷运行状态。水厂取水泵房已完成设备改造，取水能力提高至30万m3/d，1根DN1200和1根DN1400原水管线，全长为2.3 km。

2 存在问题及解决方案

2.1 存在问题

(1)一期系统已停运：一期采用管式混合器，与二期配水不均匀；网格絮凝池絮凝时间和平流沉淀池反应沉淀时间偏短，双阀滤池设计参数偏高，施工质量差，池壁存在多处漏水、渗水现象，出水指标难以满足新的水质标准要求；二泵房设备陈旧，需重新改建；变配电和自控系统设备老化，已无法运行。

(2)供水有缺口：二期供水生产线已满负荷运行，区域内另一老旧水厂(C厂)关停后需由A厂转供，供水格局发生变化，A厂已无法满足区域供水量要求。

(4)液氯消毒存在安全风险：水厂处于城市中心地带，液氯运输和使用过程中一旦发生泄漏，对周边居民和环境会造成严重影响。

(5)用地紧张：水厂总占地面积约为60 000 m2，一期占地面积约为22 000 m2，在一期用地范围内进行改扩建，用地较为紧张。

2.2 解决方案

(1)针对供水格局变化和一期系统存在的问题，通过系统方案论证，提出合理的改扩建方案。

(2)增设排泥水处理系统，浓缩池上清液回用，减少废水排放；消毒由液氯改为次氯酸钠。

(3)充分利用水厂现有建(构)筑物进行改造，新增建(构)筑物采用组合、叠合设计，节约用地；充分考虑与远期深度处理系统的衔接，减少远期建设对水厂生产的影响。

3 系统方案论证

目前,某市主城区最高日供水量为55万m3/d，其中A水厂供水量为15万m3/d、B水厂为32万m3/d、C水厂为8万m3/d。参考近几年水量5%增长率计算，2年后主城区需水量约为60.6万m3/d。根据规划C水厂将于2020年底关停。

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方案一为A水厂一期系统进行改造，供水能力恢复至25万m3/d。A水厂建成C水厂关停后，主城区实际供水能力为58万m3/d，其中A水厂为25万m3/d，B水厂为32万m3/d，2年后主城区将出现2.6万m3/d的供水缺口。因此，需启动新规划的D水厂与A水厂同步建设以填补供水缺口。

方案二为A水厂拆除一期工程，新建15万m3/d新系统，供水能力提高至30万m3/d。A水厂建成C水厂关停后，主城区实际供水能力达到63万m3/d，其中A水厂供水量为30万m3/d，B水厂为33万m3/d，可满足2年后水量增长的需求，此时D水厂可延缓建设。以上两个方案比选如表1所示。

表1 改扩建工程方案比选Tab.1 Comparison of Reconstruction and Expansion Project Schemes

根据表1分析，方案一虽然本工程投资费用比方案二低，但受水厂工艺自身条件限制，改造后一期系统稳定性较差。随着区域内供水格局的变化和水量的增长需同步启动D水厂建设，近期一次性投资和运行成本都较高。因此，建议水厂的改扩建系统方案选择方案二。

4 水厂集约化设计方案

4.1 工艺流程

结合A水厂二期的运行情况，本期同样采用效果稳定可靠的机械混合+折板絮凝平流沉淀池+均粒滤料滤池的常规处理工艺，同时增加排泥水处理系统，浓缩池上清液考虑回用，脱水机分离液达标排入污水系统。消毒由液氯改为次氯酸钠消毒，预留臭氧活性炭深度处理用地。本次改扩建工程采用的工艺流程如图1所示。

4.2 水厂用地现状

如图2所示，水厂围墙内总占地面积为60 225 m2，其中一期拆除区域占地面积约为22 000 m2，生活区占地面积约为9 000 m2(其中公司维保部为3 600 m2)，二期占地面积约为29 225 m2(其中可建区域为660 m2)。除去公司维保部，水厂的可用地面积仅为56 625 m2。

图1 工艺流程图Fig.1 Process Flow Chart

图2 水厂用地现状Fig.2 Existing Land Use for WTP

根据《城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程项目建设用地指标》、《城市给水工程规划规范》，30万m3/d净(配)厂常规处理工艺用地指标为84 000 m2和0.30 m2/(m3·d-1)，本工程建设用地远远小于规范规定的用地指标。设计方案充分利用水厂现有构筑物改造，新增建(构)筑物采用集约化设计，并考虑于远期深度处理系统衔接。

4.3 集约化设计方案

4.3.1 配水井与预臭氧接触池合建

配水井与预臭氧接触池合建，布置于二期范围内的预留空地，设计规模为30万m3/d，设1座分2格，平面尺寸为为30.2 m×12.1 m。近期仅作配水井用，通过阀门切换可超越预臭氧接触池，远期再增加预臭氧设备。

4.3.2 絮凝沉淀池下叠清水池

设计规模为15万m3/d，设1座分2格，平面尺寸为147.7 m×33.85 m；清水池叠于沉淀池下，分为2格，有效水深为4.00 m，有效容积为18 000 m3。本期工程建成后，全厂清水池总库容为47 000 m3(现状二期总有效容积为29 000 m3)，调节比例为15.7%。

4.3.3 砂滤池设置双层渠道

设计规模为15.0万m3/d，设1座分8格，双排布置，与反冲洗泵房、鼓风机房和配电间合建，平面尺寸为50.6 m×50.4 m。考虑滤池近、远期出水方向的快速切换，出水渠道设置为双层，上层廊道设置一个至远期深度处理单元进水端的接口，下层廊道设置两个管道接口，一个连接清水池进水端，一个连接远期深度处理单元出水端。平面布置如图3～图5所示。

图3 滤池双层渠道平面布置图Fig.3 Layout of Double-Layer Channel of the Filter

图5 滤池双层渠道B-B剖面图Fig.5 B-B Cross Section of Double-Layer Channel of the Filter

4.3.4 浓缩池下叠排泥水调节池

设计规模为30万m3/d，设1座分2格，运行时间为24 h/d。采用重力浓缩池，单格直径为18 m，泥水分离区增设斜板，增加有效面积，提高浓缩池的水力负荷及固体通量，相比普通重力浓缩池占地面积可缩小约2.5倍。 排泥水调节池叠于浓缩池下，设独立运行的两格，有效容积为3 100 m3。

4.3.5 废水池改造为回用水池

利用原废水池通过更换潜水泵改造成回用水池。平面尺寸为21.65 m×25.6 m，回用水池有效水深为4.30 m，有效容积为2 200 m3，更换4台新泵，2用2备，Q=250 m3/h。

4.3.6 辅助生产车间集约布置

辅助生产车间设计规模为30万m3/d，平面尺寸为65.44 m×19.20 m，包括加矾间、加氯间、污泥脱水机房(下叠平衡池和污泥泵房)，加PAM间，变电所。辅助生产车间平面布置如6所示。

图6 辅助生产车间平面布置图Fig.6 Layout of Auxiliary Production Workshop

根据《室外给水设计标准》(GB 50013—2018)10.2.6[1]：浓缩池上清液回用至净水系统且脱水分离液进去排泥水系统进行循环处理时，浓缩和脱水工序使用的各类药剂必须满足涉水卫生要求。根据工艺流程图，本工程浓缩池上清液回用，脱水机分离液达标排放，设PAM投加系统2组，1组2台，1用1备，制备能力为5 kg/h，一套用于浓缩池前投加满足涉水卫生要求的阴离子PAM，最大加注量为1.5 mg/L；一套用于离心脱水机前投加阳离子PAM，最大加注量为3.5 kg/(t干泥)。

4.3.7 加氯间改造为机修间和仓库

机修间和仓库基于原有二期加氯间进行改造，原氯库改造为机修车间，原中和室改造为仓库，保留卫生间、值班室、水质间功能，其余房间预留为工具间。

5 平面布置方案

5.1 平面布置方案

根据厂区现状用地及周边标高，原水管道自厂区西南侧进入。本期清水管道自厂区南侧道路出厂的现实情况，并结合原一期拆除范围内池体深度条件，以降低土方开挖、地基处理费用，将地下深度较大的浓缩池下叠排泥水池设置在原一期清水池位置。排泥水处理系统远离生活管理区，新建二级泵房靠近清水管线等原则进行布置，如图7所示。

图7 水厂平面布置图Fig.7 Layout of WTP

5.2 用地指标对比表

由表2可知，通过水厂集约化布置，水厂常规处理布置方案可节约用地约32%，远期深度处理方案可节约用地约39%。

表2 用地指标对比Tab.2 Comparison of Land Use Indicator

6 结论

(1)水厂新建15万m3/d处理系统，既可补充现阶段C水厂关停后区域供水量，又可满足近两年水量增长的需求，改扩建工程是必要的，并于2020年底投产运行。

(2)结合A水厂二期的运行情况采用效果稳定可靠的机械混合+折板絮凝平流沉淀池+均粒滤料滤池常规处理工艺，同时增加排泥水处理系统，浓缩池上清液考虑回用，脱水机分离液达标排入污水系统，消毒由液氯改为现场制备次氯酸钠。

(3)构筑物和管线设计时充分考虑常规处理与预处理、深度处理之间的接口预留和切换，既可满足常规处理工艺流程，又可保证远期建设深度处理工程时不影响水厂的正常生产。

(4)采用组合布置方式，将加矾系统、加氯系统、加PAM系统、变电所和污泥脱水系统集中布置，絮凝沉淀池下叠清水池，污泥浓缩池下叠排泥水调节池，布置紧凑，方便管理、节省用地。