浅谈小型水厂改造工程的设计

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摘 要：本文介绍了小型水厂改造工程的工艺设计过程。水厂工艺设计充分考虑了水源、水质的特点以及与现状水厂的结合问题，采用了机械混合池+浮沉池+超滤车间+次氯酸钠消毒工艺。工程具有占地少，造价低、节水节能的特点，为国内小型水厂改造工程设计提供了参考。

关键词：小型水厂；给水工艺；构筑物设计；改造工程。

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：

小型水厂的现状

小型水厂厂区占地30余亩，2002年投入使用，现实际日供水量0.8万m3/d，水源来自周边的井群，水厂现状平面布置主要是厂区南侧的二级泵房、吸水井、清水池各一座，厂区北侧均为空地。水厂原设计规模为5万m3/d.，目前需要对厂区进行扩建改造。

现状清水池调节容积为5000m3，有效水深3.8m，单座平面尺寸37m×37m，钢筋混凝土结构。现状吸水井钢筋混凝土结构，平面尺寸4m×20m。现状加压泵房框架结构，平面尺寸10m×60，3台离心泵，设计参数1700m3/d，扬程35m。

工艺改造流程

现状水厂存在问题

2.1.1水源的改变

水源为地表水地下水共同开发利用，原以地下水为主要供水来源，现以地表水为主，水源的改变，必将使得净水工艺作出相应调整，以满足出水水质标准。

2.1.2供水安全性

采用地下水供水，水源较为单一，从供水安全角度，拟建地表水厂可使得该市未来的供水格局为地下水与地表水同时供水，可增强供水安全性。

2.1.3新生活饮用水标准的提出

根据国家标准委和卫生部联合经过修订的《生活饮用水卫生标准》和13项生活饮用水卫生检验方法国家标准。新生活饮用水卫生标准的提出对水厂出水水质的要求更加严格，检测项目也更加全面。原水厂需要完善处理工艺，加强出水水质达到新标准要求。

2.1.4井群原水水质

该水厂部分井群原水面临着总硬度偏高、硫酸盐、氟化物、总硬度等指标偏高的问题。

选择净水工艺注意事项

净水工艺方案的拟定应针对原水水质特点，以最低的基建投资和经常运行费用达到要求的出水水质，提高水厂的供水安全性和可靠性；实现水厂的稳定运行，提高水厂在短时恶劣条件下的运行能力，保证城市的供水水质安全。

设计应充分考虑下列主要因素：①原水水质的历史资料；②出水水质的要求；③相同或类似水源净水处理的实践；④经济条件及操作人员的经验和管理水平。

工程设计规模

2.3.1 水量：结合近、远期供水规划要求，设计采用单位人口综合用水量指标法和单位建设用地综合用水量指标法两种方法加权平均法计算出的水量作为最终需水量。水厂改造规模为5万m3/d。

2.3.2 水源：水源主要是以南水北调原水为主，水质较好，水质为《地表水环境质量标准》GB3838-2020中的Ⅱ类水体，但供水期为非汛期的8个月，因此，在汛期采用周边井群地下水作为供水水源，该水质是氯化物、硫酸盐等指标较低。

2.3.3 水质：水厂出水水质达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的要求。

2.3.4 水压：供水水压满足《某市城市给水专项规划（2012-2030年）》中规定，本次改造工程保持加压泵房扬程不变，即35m。

2.3.5 生产废水处理目标：本次改造工程反冲洗废水及排泥水就近排入污水收集管网，接入污水厂集中处理。

给水工艺论述

常规处理技术比较与选择

3.1.1 混合

混合的目的在于使投入水中的混凝剂能迅速而均匀的扩散于水体，使水中的胶体脱稳，提高凝聚效果。目前以管式混合、机械混合为主。

① 管式混合器可以适用于水量变化不大的各种规模水厂，其主要优点有设备简单、维护管理方便、不需土建构筑物，在设计流量固定的范围内混合效果好、不需要外动力设备；一旦运行水量变化过大，其水头损失将按水量的二次方关系相应改变。

② 机械混合是利用机械搅拌器的快速旋转，使混凝剂迅速、有效均匀地扩散于整个水池之中，混合效果良好，水头损失小。适用于大规模的净水厂。其优点是混合效果不受水量变化的影响。缺点是需要耗能，且管理维护复杂、需建混合池。

考虑到本工程水源复杂，水量变化较大，为节省投资及运行管理费，本设计采用不受水量变化影响混合效果的机械混合形式。

3.1.2 絮凝

水中的胶体颗粒脱稳后，在絮凝设施中形成粗大密实且沉降性能良好的絮体颗粒。为使微絮体良好成长，絮凝设施要有良好的水力条件，操作运行合理直接影响到最终的出水水质。净水工艺中絮凝池形式大致可分为水力絮凝和机械絮凝。

① 目前水力絮凝效果好、效率高、技术相对成熟的大多采用栅条（网格）絮凝和折板絮凝。

a．栅条（网格）絮凝池是通过栅条或网格的能量消耗完成絮凝过程。优点是絮凝时间短，絮凝效果较好，构造相对简单。但这种池型对水量的变化较为敏感，单池能力不能太大，另外栅条（网格）有时会被带状杂物堵塞，或滋生青苔，底部容易积泥，需经常清洗。

b．折板絮凝池是在隔板絮凝池基础上发展起来的。该种池型是利用在池中加设一些扰流单元以达到絮凝所要求的紊流状态，使能量损失得到充分利用。折板絮凝池可布置成竖流式或平流式。折板絮凝池具有絮凝时间短、絮凝效果好等特点，且单池处理能力较大。

② 机械絮凝处理效果较好，能适应水量、水质、水温的变化，能耗、药耗也较低，但主要缺点是机械设备加工、维护工作量大，造价较高。机械设备一但出故障，若不能及时抢修，将影响絮凝效果。

考虑到本工程水量变化的特点以及投资建设问题，采用折板絮凝池。

3.1.3 沉淀

沉淀的目的是为去除水中悬浮物，使出水达到待滤水的水质要求。目前国内应用较多的主要有平流沉淀池和斜管沉淀池。

① 平流沉淀池：构造简单、管理方便、耐冲击负荷强等优点。通过合理加药和絮凝，目前平流沉淀池的出水浊度基本可控制在1～3NTU。其缺点是停留时间长，占地面积较大，土建投资较高。近几年实施的平流沉淀池均增加护结构，隔离阳光和防冻，虽增加部分投资，但整体美观、处理效果好。

② 斜管沉淀池：利用浅池沉淀原理，具有沉淀效率高、占地小等优点；其缺点是：处理同样水量时其沉淀部分面积仅为平流沉淀池的1/3，对原水水质变化的适应性较差；斜管需定期更换且造价较高，增加运行费用。若水源水为低温低浊度微污染水，采用斜管工艺沉淀，当加药量大，矾花变多且难沉降时，常黏附于斜管顶部易形成一层絮凝渣层堵住斜管，脱落后又带入滤池，会增加滤池负荷。

考虑在现有水厂的应用，平流式沉淀池对水质适应性强，处理效果稳定，推荐采用。

3.1.4 气浮型式

气浮法是由溶气系统供应溶气水，通过水中气泡粘附水中悬浮物，使其浮于池面，用刮渣机刮除。气浮池一般分为平流式、竖流式和综合式三大类。

① 平流式气浮池：是目前气浮净水工艺中用得最多的一种，采用反应池与气浮池串联的形式。该形式的优点是池身浅、构造简单、管理方便。缺点是占地较多、与后续处理构筑物配套较困难、池体分离部分的容积利用率不高。

② 竖流式气浮池：是国外常用的一种形式。优点是占地较小，固、液上浮分离在水流分配上较合理，便于与后续构筑物配合。缺点是池身高、造价较大，容积利用率低，反应池与气浮池的水流衔接较困难。

③ 浮沉池：采用沉淀与气浮相结合的浮沉池工艺以适应原水的变化，先将部分易沉杂质去除，而未沉的较轻杂质则由气浮池去除。这种形式结构紧凑，占地小，去除率高，充分发挥气浮、沉淀两种处理方法各自的特长，提高综合净水效果。但对于沉淀和气浮工艺两者的切换却比较困难。我国北方地区有使用浮沉池的工程实例。

考虑到本工程水质特点，气浮池在实际应用中主要作用为除藻和处理低温低浊水，效果较好，浮沉池作为与沉淀池相结合的一种池型，在水处理过程中，可根据原水不同的水质特征进行调整，也是一种较为理想的方式，推荐使用。

3.1.5过滤

过滤是消毒工艺前的关键性处理手段，对保证出水水质具有重要的作用。目前，国内水厂采用较多的是V型滤池和移动罩滤池。

① V型滤池：两侧（或一侧）进水槽设计成V型而得名。主要特点有：a.滤料粒径均匀，厚度大而粒径较粗，具有较大的截污能力，可保证出水水质和延长过滤周期；b.采用微膨胀的气水反冲洗和表面扫洗，冲洗干净；c.过滤清水采用调节阀门做到恒水位等速过滤，出水水质更有保障；d.运行和反冲过程的自动控制更使滤池体现出先进水平。但滤池配套设备多，土建较复杂，投资较高。

② 移动罩滤池：滤速高，运行周期短，冲洗耗水大，冲洗不均匀也不彻底。该方式为等水头变速过滤，滤后水浊度为整座滤池平均浊度，无法解决反冲洗后单格清洁滤池滤速较快，滤后水浊度偏高的问题，进一步提高滤后水质困难。优点是设备少，占地小，投资少。

考虑到本工程出水水质和过滤周期的要求，综合考虑采用V型滤池。

预处理技术

预处理技术一般是作为其他工艺的辅助措施，主要是生物预处理和强氧化处理技术。对水源水中存在的嗅味、藻类、微量有机污染物、重金属物质等问题，本工程在预处理阶段采用投加高锰酸钾。其能够选择性地与水中有机污染作用，破坏有机物的不饱和官能团，用于去除水中嗅味、色度等问题，效果良好。深度处理工艺

深度处理技术

常规处理的后续深度处理技术一般包括氧化技术、吸附技术、膜技术以及离子交换技术等。

在各种改善水质处理效果的深度处理技术中，臭氧活性炭吸附技术是完善常规处理工艺，把臭氧氧化和活性炭吸附工艺组合使用，是去除水中有机物最成熟有效的方法之一，应用于水厂净水处理中，技术成熟，净水效果非常显著。

消毒剂的选择

《室外给水设计规范》规定，生活饮用水必须消毒。本工程消毒工艺根据水源水质和处理要求，采用滤后次氯酸钠进行消毒。

主要构筑物设计

机械混合池

本工程机械混合池设计规模为2250m3/h，总平面尺寸为2.0m×2.0m，有效水深4.0m，钢筋混凝土矩形池，分二组，主要设备采用TJ型搅拌机2台。

折板反应池

本工程折板反应池2座，单池设计规模为1125m3/h，钢筋混凝土矩形池；单池平面尺寸为14.53m×8.0m，平均有效水深为4.0m，超高0.40m。

平流沉淀池

本工程平流沉淀池与絮凝池反应池合建。设2座，单池设计流量为1125m3/h，水平流速为11.16mm/s，表面负荷为1.44m3/ m2.h，平面尺寸为100.0m×8.0m，水深为3.5m；主要设备采用泵吸式刮吸泥机。

气浮池

在平流沉淀池后部建设气浮池，设2池，单池分为2格，单池设计流量为1125m3/h，气浮接触时间为122.5s，单池平面尺寸为20.45m×8.0m，水深为3.5m。气浮区包括导流区、接触室、分离区，按宽度方向均分为4格，单格宽度为3.9m。

加药间

设置高锰酸盐和粉末活性炭投加系统，作为强化预处理使用。加药间平面尺寸为27.0m×12.0m。高锰酸盐投加于现有配水池进水管上，设溶液池2座，单池尺寸为1.5m×1.5 m×1.5m（深），每池各设配液搅拌机1台，隔膜计量泵投加。粉末活性炭投加于现有配水池进水管上，投加间外设料仓，容积为10m3，投加间内设溶液罐，并配备搅拌机1台，采用螺杆泵投加。

加压泵房（现有）

现状加压泵房1座，位于厂区南侧，框架结构，平面尺寸10m×60m，包括值班室、配电室、加氯间、氯库与之合建。主要设备为离心泵3台，单台额定设计参数1700m3/d，扬程35m。原加氯间、氯库等未配置加氯设备，本次工程采用次氯酸钠消毒方式，投加量以5mg/L计算。

结束语

综上所述，该水厂改造工程采用的净水处理厂工艺设计充分考虑了水源水的水质特点，采用了机械混合池+浮沉池+超滤车间+次氯酸钠消毒的工艺，并辅以投加粉末活性炭与高锰酸盐等强化预处理措施。工程结合现状水厂用地规模，高效组合净水工艺各个单体构筑物的建设，集中的体现了集约化程度高、造价低、节水节能的特点，为国内小型水厂改造工程的设计提供了参考，通过以上的设计及改造，滤后水浊度

参考文献

[1]严煦世,范谨初.给水工程(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社,1999。

[2]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册第三册（城镇给水第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2004。