凈水廠達設(shè)計規(guī)模的運行工藝校核探討范文

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摘要：隨著城市供水配套管網(wǎng)延伸和區(qū)域用水需求的提高，城市A水廠供水能力已逐步達到設(shè)計規(guī)模。與此同時，近年來，國家室外給水設(shè)計標準等相關(guān)規(guī)范的逐步實施，急需對取水、配水井、沉淀池、清水池、送水系統(tǒng)等進行工藝運行校核和技術(shù)改造提出建議，保證城市供水廠工藝運行平穩(wěn)、安全。

關(guān)鍵詞：設(shè)計規(guī)模；取水；沉淀池；技術(shù)改造

國家《室外給水設(shè)計標準》（GB50013—2018）已自2019年8月1日起正式實施,新版《標準》對凈水廠工藝提出了更高的要求。基于此背景下，凈水廠需結(jié)合已建水廠未來供水量趨勢對凈水工藝進行校核。

1水廠工藝及運行概況

A水廠位于城區(qū)北部，設(shè)計總規(guī)模35萬m3/d，其中一期工程15萬m3/d，20世紀前竣工投產(chǎn)；二期工程20萬m3/d于新建投產(chǎn)。水廠取水水源為長江，主要負責城中、城東及城北開發(fā)區(qū)用水的供水任務(wù)。目前，水廠采用取水、配水井、靜態(tài)混合器、折板絮凝反應(yīng)池、平流沉淀池、V型濾池、液氯消毒、供水等常規(guī)處理工藝，A水廠工藝流程圖如下圖1。現(xiàn)階段水廠對外供水量約為25～30萬m3/d，從近年供水趨勢看，年供水量增加約5%，預(yù)計3～5年即將達到設(shè)計供水規(guī)模35萬m3/d。基于水量增長的背景下，急需對水廠一期全工藝流程進行校核，并提出可行的優(yōu)化或改造建議。

2取水系統(tǒng)

目前，水廠取水頭部共設(shè)置8個進水口，其中4個進水口尺寸為2m×2m，4個進水口尺寸為2m×1.5m，進水口面積為28m2，柵條寬度10mm，格柵間距50mm，經(jīng)計算，當水廠供水量35萬m3/d時，取水量達到Q=35×（1+5%）×（1+5%）=38.59萬m3/d（考慮取水渾水管漏損率5%、水處理自用水率5%）時，取水頭部過柵流速0.353m/s，對照《室外給水設(shè)計標準》（GB50013-2018）（下文簡稱標準）“5.3.18-2河床式取水構(gòu)筑物無冰絮時宜為0.2～0.6m/s”，滿足標準設(shè)計要求。水廠取水自流管和渾水管分別為DN1600鋼管和DN1400鋼管，各設(shè)有2根。根據(jù)標準5.3.21“進水自流管或虹吸管的設(shè)計流速不宜小于0.6m/s。必要時，應(yīng)有清除淤積物的措施。虹吸管宜采用鋼管。”經(jīng)校核，取水量達到38.59萬m3/d時，原水自流管管道流速1.17m/s，事故時管道流速1.63m/s；原水輸水管道流速1.52m/s，事故時管道流速1.03m/s，滿足標準規(guī)定的不淤流速同時，也能保證水廠的取水需求。

3廠區(qū)水處理系統(tǒng)

3.1配水井

水廠設(shè)有1座配水井（分為2格），配水井的功能主要為向2座絮凝沉淀池配水，進水管為2×DN1400。出水管2根，其中1根DN1400至一期反應(yīng)池，距離約100m、1根DN1600至二期反應(yīng)池，距離約45m。配水井配水堰堰長分別為34.9m和46.3m，當水廠設(shè)計水量35萬m3/d，配水井配水堰設(shè)置能夠滿足一、二期系統(tǒng)的均勻配水，堰上水頭約為88mm。但是，由于配水井出水水位與絮凝池進水設(shè)計水位差為1.30m，當水廠供水能力達到35萬m3/d時，配水井堰口會出現(xiàn)淹沒流，分析原因是由于當進水流量達到35萬m3/d時，配水井至反應(yīng)池之間管道及水頭損失增加，設(shè)計過程中，1.30m的水位差取值偏小，導(dǎo)致配水井出水堰水頭抬高，表1為計算后的配水井至絮凝池水頭損失復(fù)核計算表。從上述分析可見，當水廠按設(shè)計流量35萬m3/d運行時，配水井出水水位與絮凝池進水水位1.30m的水位差無法滿足要求，會導(dǎo)致配水井淹沒流出流，因此建議當供水量上升到35萬m3/d前將靜態(tài)混合器改為機械混合池，或采用改造靜態(tài)混合器的方法進一步降低水頭損失，保證取水水量和水壓的需要。

3.2靜態(tài)混合器

水廠混合的方式采用管式混合器，管式混合器水頭損失較大，當水廠進水流量達到35萬m3/d，水頭損失達1.5～1.6m，設(shè)計的配水井至絮凝池水位差無法滿足要求。

3.3折板絮凝、平流沉淀池

水廠一期絮凝反應(yīng)池設(shè)計規(guī)模15萬m3/d，1座，分2格，單格設(shè)計規(guī)模為7.5萬m3/d，絮凝池采用折板絮凝池，折板為混凝土結(jié)構(gòu)，池長20m，寬16.75m，池高3.6m，池內(nèi)水深3.3m，絮凝時間19.65min。水廠滿負荷時折板絮凝池運行狀態(tài)穩(wěn)定，礬花生成良好，設(shè)計參數(shù)滿足標準要求。水廠一期平流沉淀池設(shè)計規(guī)模15萬m3/d，分2格，單格設(shè)計規(guī)模為7.5萬m3/d，設(shè)三道導(dǎo)流墻，每格寬4m，每池內(nèi)三角堰總長254m，單格池長97m，寬16.75m，池高3.3m，水深3m。對照《室外給水設(shè)計標準》（GB50013-2018）9.4.8，平流沉淀池集水槽溢流率不宜超過250m3/m.d，建議后期改造時，加長集水槽條數(shù)或指型槽長度至少8m，將實現(xiàn)集水槽溢流率低于246m3/m•d。根據(jù)標準9.4.17,9.4.19對滿負荷下工況進行了比較。除沉淀時間外，一期工藝15萬m3/d運行時相關(guān)指標均滿足設(shè)計標準，但是，水廠在冬季運行時，需重點關(guān)注低溫低濁的水質(zhì)凈化，建議水廠適當儲備助凝劑提高期間的水處理混凝、沉淀效果，表2為平流沉淀池校核的主要指標。

3.4氣水反沖洗濾池

水廠濾池共26組，均為氣水反沖洗濾池，生產(chǎn)運行穩(wěn)定且反沖洗布水均勻，過濾狀態(tài)良好，出水濁度穩(wěn)定，對原水水質(zhì)變化有較強的適應(yīng)性。達到了設(shè)計規(guī)模35萬m3/d濾池設(shè)計參數(shù)滿足《室外給水設(shè)計標準》（GB50013-2018）要求，水廠濾池出水濁度一般為0.2～0.4NTU，即使在滿負荷下也能夠滿足《國家生活飲用水衛(wèi)生標準》不高于1NTU的要求。

3.5清水池

水廠設(shè)有2座清水池，水廠清水池總庫容為3.84萬m3，有效水深均為3.80m。其中一期清水池有效容積15000m3，進出水管為DN1400鋼管。二期清水池有效容積23400m3，進水管為DN1600，出水管為DN1400鋼管。經(jīng)分析達到設(shè)計規(guī)模時，清水池實際使用調(diào)蓄容積為（10932+1558）×1.5=18735m3,最不利時調(diào)節(jié)比例為11%，參照標準“7.6.4水廠清水池的有效容積，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)水曲線、送水曲線、自用水量及消防儲備水量等確定。當管網(wǎng)無調(diào)節(jié)構(gòu)筑物時，在缺乏資料情況下，可按水廠最高日設(shè)計水量的10%～20%確定。”基本能滿足水廠調(diào)節(jié)下限需求（表3）。

4送水系統(tǒng)

送水泵房為半地下自灌式，內(nèi)設(shè)有5臺臥式離心泵，4用1備。送水泵房一期出廠管管道直徑DN1400，二期出廠管管道直徑DN1800。根據(jù)水廠近年供水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，送水泵房供水日變化系數(shù)在1.1～1.2，時變化系數(shù)為1.3～1.4，出廠壓在0.28～0.4MPa。當水廠達到35萬m3/d滿負荷運行時，4臺水泵需要全開，部分時段需開啟5臺水泵。主要原因是外部管網(wǎng)在高峰期保證末端壓力時，出廠壓力達到0.39MPa，推算水泵在供水高峰時的實際揚程為45m，超過水泵額定工況點揚程，單泵出流量低于額定流量。因此，需新增泵組，并考慮適當增加供水流量和揚程。

5結(jié)語

（1）現(xiàn)狀。取水泵房、取水頭部、原水自流管、原水輸水管均能滿足35萬m3/d運行要求。（2）配水井配水堰設(shè)置能夠滿足一、二期系統(tǒng)的均勻配水。水廠按設(shè)計流量35萬m3/d運行時，設(shè)計流程中預(yù)留的配水井出水水位與絮凝池進水水位1.30m的水位差無法滿足要求，從而導(dǎo)致配水井雍水（淹沒流）。建議對靜態(tài)混合裝置進行改造。（3）折板絮凝、平流沉淀池設(shè)計參數(shù)滿足《室外給水設(shè)計標準》（GB50013-2018）要求，沉淀池出水濁度在3NTU以下。一期沉淀池設(shè)計溢流率建議在技改時沉淀池指形槽長度增加8m，指形槽增加后溢流率為246m3/m•d。（4）水廠濾池生產(chǎn)運行穩(wěn)定，反沖洗布水均勻，過濾狀態(tài)良好，出水濁度穩(wěn)定，對原水水質(zhì)變化有較強的適應(yīng)性。濾池設(shè)計參數(shù)滿足《室外給水設(shè)計標準》（GB50013-2018）要求。（5）清水池調(diào)節(jié)容積滿足標準要求。（6）送水泵房泵組備用率不足，且改造時需考慮提高額定流量和揚程。

作者：史偉 曹輝 衛(wèi)平 單位：蕪湖華衍水務(wù)工程有限公司 江北華衍水務(wù)有限公司