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泵閥展

第十三屆
上海國際泵管閥展覽會

FLOWTECH CHINA 2025

2025年6月3-5日

上海 | 國家會展中心(虹橋)

距離開展

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實(shí)例:風(fēng)景區(qū)集約型半地下凈水廠工藝設(shè)計(jì)方案

某凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬m3/d,建設(shè)用地規(guī)模6.1 hm2,在充分滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門景觀要求的前提下,方案采用半地下下沉式布置方式。針對原水水質(zhì),確定長流程多級屏障處理工藝。以水廠處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)優(yōu)化及設(shè)計(jì)參數(shù)為主要內(nèi)容,為相應(yīng)工程設(shè)計(jì)提供思路。

#1 工程概況

某凈水廠是南水北調(diào)配套工程,設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬m3/d,建設(shè)用地規(guī)模6.1 hm2。項(xiàng)目北側(cè)為景觀山體,位于其坡腳線上。當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門提出保留水廠附近“山景”景觀的要求,減少構(gòu)筑物對山體的遮擋。凈水廠建設(shè)用地面積比《城市給水工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)120-2009)中同規(guī)模采用預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理的凈水廠建設(shè)用地面積規(guī)定的7.55 hm2低20%。設(shè)計(jì)中采用了構(gòu)筑物平面組合布置及豎向疊合布置、構(gòu)筑物之間管線局部采用管溝布置。

凈水廠以南水北調(diào)中線來水為原水,經(jīng)本市已運(yùn)行水廠近3年的實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),原水溫度在12月~2月平均溫度低于5 ℃,最低1.6 ℃,年平均17.9 ℃;年平均濁度為1~2 ntu,汛期最大達(dá)到24 ntu;氨氮年平均0.04 mg/l,最高為0.08 mg/l;化學(xué)需氧量年平均2.3 mg/l,最高5.4 mg/l;夏季藻類季節(jié)性藻類爆發(fā),藻類總數(shù)在9月初和10月中小幅增長,達(dá)到1 000萬個/l,11月中旬出現(xiàn)峰值,達(dá)到4 000萬個/l,而后開始驟減。

凈水廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)符合國家現(xiàn)行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(gb 5749-2006),其中出水濁度<0.3 ntu,耗氧量≤2 mg/l,供水保證率>95%。

#2 工藝流程

凈水廠工藝主線采用預(yù)處理+強(qiáng)化常規(guī)處理+臭氧氧化+炭砂濾池+超濾膜+次氯酸鈉消毒工藝,為滿足應(yīng)急需求,設(shè)置粉末活性炭、預(yù)留酸堿中和投加等應(yīng)急處理設(shè)施。

排泥水處理采用廢水回收+泥線機(jī)械攪拌澄清池+排泥池+濃縮池+平衡池+調(diào)質(zhì)池+板框脫水工藝,出水污泥含水率≤60%。該工藝可達(dá)到出水水質(zhì)保障性高,水質(zhì)優(yōu)良,運(yùn)行穩(wěn)定的目標(biāo)。工藝流程如圖1所示。

#3 布置形式

為避免對山體景觀遮擋,廠區(qū)構(gòu)筑物布置形式考慮在半地下下沉式方案與全地下式方案之間選擇。結(jié)合本項(xiàng)目地勘報告廠區(qū)南側(cè)山前,淺層巖性為強(qiáng)風(fēng)化玄武巖,其他范圍內(nèi)土層從上到下為人工堆積土、混合土。如采用全地下式方案將增加玄武巖爆破量及支護(hù)難度。鑒于全地下式的構(gòu)筑物頂端需要一定厚度的覆土用于綠化,增加的覆土荷載,對地下空間的支撐體系影響較大,消防安全設(shè)施較多,工程投資及運(yùn)行成本較高。對比全地下式布置,半地下下沉式運(yùn)行維護(hù)相對便捷,工程投資及運(yùn)行費(fèi)用較低,因此,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用半地下下沉式方案。

水廠平面布置中,將相對較高的水線機(jī)械攪拌澄清、炭砂濾池、膜車間等車間盡量靠山一側(cè)布置,調(diào)整屋頂坡度,可減少路邊視覺對山體的遮擋。本項(xiàng)目的半地下下沉式布置方案是將水線機(jī)械攪拌澄清池的池頂走道板與廠平面基準(zhǔn)標(biāo)高持平,流程如圖2所示。

機(jī)械攪拌澄清池外頂高出設(shè)計(jì)地面6.5~7 m,生產(chǎn)構(gòu)筑物標(biāo)高較傳統(tǒng)地上式以清水池高液位為廠平設(shè)計(jì)基準(zhǔn)總體下降7~5 m。

#4 主要處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.1 進(jìn)水組團(tuán)

(1)布置方式。將進(jìn)水閥室與集水池、提升泵房、廢水回收池、次氯酸鈉預(yù)投加間、加藥間、變配電室組團(tuán)式疊合布置。廢水回收池疊合于集水池上部,次氯酸鈉預(yù)投加間、加藥間疊合于廢水回收池上部。突破傳統(tǒng)功能分區(qū),合理利用水力流程,使集水池頂板至地面的地下工程空間得到有效利用。

(2)優(yōu)化回流方案。集水池可接納炭砂濾池初濾水、超濾膜反沖洗排水、排泥池溢流排水及上清液、濃縮池溢流排水、污泥車間上清液集水池出水,均為重力回流。為減少集水池回流管線接口,各種類別回流水在廠區(qū)設(shè)置的結(jié)合井進(jìn)行匯流,經(jīng)結(jié)合井出水管接至集水池進(jìn)水管聯(lián)通閥后。

(3)設(shè)計(jì)參數(shù)。集水池分2個系列,有效容積按常水位停留時間20 min設(shè)計(jì)。廢水回收池設(shè)置兩格,單格容積滿足一格炭砂濾池一次沖洗流量。提升泵房設(shè)置4臺水泵,2用2備,全部變頻。聚氯化鋁(商品溶液10%)投加量10 mg/l,三氯化鐵(商品溶液40%)投加量50 mg/l,次氯酸鈉(商品溶液10%)預(yù)投加量40 mg/l。

4.2 進(jìn)水井、格柵間、預(yù)臭氧接觸池、機(jī)械混合井

(1)設(shè)備布置。進(jìn)水井、格柵間、預(yù)臭氧接觸池、機(jī)械混合井采用集團(tuán)式組合布置。預(yù)臭氧采用水射器投加方式,因預(yù)臭氧接觸池池體在室外地坪以下7 m深。傳統(tǒng)地面式設(shè)計(jì)可以利用格柵渠道底部架空空間放置水射器增壓泵,若仍將水射器增壓泵設(shè)置格柵渠道底部,將使得水射器增壓泵房的通風(fēng)、采光較差,增加設(shè)備的安裝難度,運(yùn)維管理不便,因此,將其調(diào)整至進(jìn)水組團(tuán)車間設(shè)置。

(2)設(shè)計(jì)參數(shù)。格柵間分2個系列,每系列設(shè)2條渠道,每條渠道設(shè)置回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)1臺,共4臺,渠道寬b=1.1 m,細(xì)格柵間距為8 mm。預(yù)臭氧接觸池分2個系列,最大投加率1.0 mg/l??偨佑|時間為5 min,有效水深6 m。機(jī)械混合井分2個系列,每系列分2格,單池混合時間30 s,速度梯度g=750~1 000 s-1。機(jī)械混合井設(shè)置聚氯化鋁及三氯化鐵投加點(diǎn)。

4.3 水線機(jī)械攪拌澄清池

(1)進(jìn)水、加藥方式優(yōu)化。本市已運(yùn)行水廠的機(jī)械攪拌澄清池(見圖3和圖4)同一系列池體的進(jìn)水總管設(shè)置相同管徑或是沿著水流方向進(jìn)水總管逐漸減小的進(jìn)水方式。實(shí)際運(yùn)行反饋每座池體的進(jìn)水不均勻,靠近總進(jìn)水管進(jìn)水端的池體進(jìn)水流量多,處理效果不如位于總進(jìn)水管末端的池體。為解決此問題,在每座機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)水管的手動蝶閥后設(shè)置進(jìn)水堰,提高每座機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)水均勻性。

每池進(jìn)水堰堰后設(shè)置三氯化鐵投加點(diǎn)并預(yù)留pam投加點(diǎn),三氯化鐵投加量為50 mg/l。在加藥間預(yù)留pam投加系統(tǒng),用于機(jī)械攪拌澄清池澄清區(qū)有大量礬花翻池時應(yīng)急投加,pam配置濃度0.15%,最大設(shè)計(jì)投加量0.3 mg/l。每座機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)水堰堰后設(shè)置加藥斗便于觀察,并且可以實(shí)現(xiàn)不同池體可投加不同比例的藥劑,操作靈活,運(yùn)維方便。

(2)優(yōu)化排泥放空出路。水線機(jī)械攪拌澄清池排泥、放空保留3個出路的條件。出路一,放空及排泥進(jìn)入排泥池。出路二,放空部分可重力回流至集水池。出路三,放空部分可排入廠區(qū)污水系統(tǒng)。在廠平面中設(shè)置閥門切換以滿足功能需求。

(3)設(shè)計(jì)參數(shù)。分2個系列,每個系列3座池體,東西向兩排機(jī)加池間距5 m,設(shè)置2座配泥井。設(shè)置6座單池,直徑d=25 m,清水區(qū)設(shè)置斜管,上升流速1 mm/s。

(4)傘板優(yōu)化方案。傘板采用預(yù)制混凝土構(gòu)件并通過埋鐵方式與斜支撐梁連接,其功能是在運(yùn)行工況條件下形成導(dǎo)流面,使水中絮狀污泥沿傘板表面斜坡下滑至污泥回流縫,并由刮泥機(jī)收集導(dǎo)出。鑒于已運(yùn)行水廠某池體發(fā)生的預(yù)制構(gòu)件傘板變形、脫落現(xiàn)象,本項(xiàng)目考慮增加傘板的構(gòu)造厚度,即將1號規(guī)格~4號規(guī)格傘板厚度由原國家標(biāo)準(zhǔn)圖60 mm,增加至80 mm,埋鐵及裙板尺寸隨之調(diào)整,調(diào)整后傘板抗荷載能力將提高。同時建議投產(chǎn)后每年停池檢修期間進(jìn)行回流縫寬度的復(fù)驗(yàn)工作。

4.4 主臭氧接觸池、炭砂濾池

(1)布置方式。設(shè)置炭砂濾池1座,分兩系列(見圖5)。在濾池進(jìn)水渠道設(shè)置疊梁閘,一方面可實(shí)現(xiàn)一個系列濾池進(jìn)水,另一系列濾池停池、檢修;另一方面在濾池進(jìn)水渠道加藥,可實(shí)現(xiàn)兩個系列調(diào)試不同藥劑來觀察炭砂濾池出水水質(zhì)。每格濾池進(jìn)水設(shè)置疊梁閘,滿足單格檢修的條件。

(2)管路布置。濾池反沖洗設(shè)置兩根完全獨(dú)立的反沖洗水管以滿足兩個系列濾池獨(dú)立運(yùn)行的需求。管廊下方疊合兩個獨(dú)立的出水渠,在渠道的東西兩側(cè)預(yù)留出閥門井室的位置,用于滿足兩格反沖洗水池多種運(yùn)行工況的切換需求。

(3)設(shè)計(jì)參數(shù)。主臭氧接觸池分2個系列,采用曝氣盤曝氣方式投加臭氧,最大投加量0.5 mg/l??偨佑|時間為12 min,有效水深6 m,三段投加量之比為2∶1∶1,接觸時間之比為1∶2∶2。炭砂濾池雙排布置,單格面積l×b=14 m×8 m,共10格,普通快濾池池型,設(shè)計(jì)濾速8 m/h,過濾水頭2.0 m。炭砂濾料層厚度:0.6 m炭層、1.2 m砂層,下炭層上砂層。采用煤質(zhì)柱狀活性炭φ15 mm,砂層d10 =1.0 mm,k80 =1.4。

4.5 清水池及超濾膜車間

(1)布置方式。清水池疊合壓力式超濾膜車間布置,壓力式超濾膜車間的管廊層位于南側(cè)清水池上部,膜堆層位于管廊層上方(首層,見圖6)。清水池導(dǎo)流墻采用鋼筋混凝土材質(zhì),充分考慮上部膜車間設(shè)備荷載,l/w布置結(jié)合超濾膜車間柱網(wǎng)間距布置。

(2)設(shè)計(jì)參數(shù)。清水池設(shè)置1座,分2格,北側(cè)清水池上覆土約為1.75 m,南側(cè)清水池上疊合膜車間布置。單格清水池凈空尺寸l×b=80 m×40 m,有效水深6.3 m,調(diào)蓄能力20%。主加氯設(shè)置在清水池進(jìn)水側(cè),最大次氯酸鈉(商品溶液10%)投加量為20 mg/l;補(bǔ)氯點(diǎn)設(shè)置在清水池出水的吸水井中,最大次氯酸鈉(商品溶液10%)投加量為5 mg/l。壓力式超濾膜采用雙排布置,運(yùn)行膜組數(shù)按單個膜堆處理1.0萬m3/d考慮,預(yù)留2組土建位置,最大設(shè)計(jì)膜通量為60 lmh。

4.6 排泥水處理

(1)處理工藝優(yōu)化。較本市接納南水已運(yùn)行的水廠排泥水處理工藝,增加泥線機(jī)械攪拌澄清池及污泥調(diào)質(zhì)池處理單元的設(shè)置,由于泥線機(jī)械攪拌澄清池具有較好的泥水分離功能,可去除沖洗水中的藻類、細(xì)菌、兩蟲,可避免微生物富集,降低回流水對水線機(jī)械攪澄清池的沖擊負(fù)荷。設(shè)置調(diào)質(zhì)池,用于對脫水前的污泥進(jìn)行加藥預(yù)處理,可保證板框壓濾系統(tǒng)進(jìn)泥濃度及絮凝劑混合的均勻性。

(2)車間布局。機(jī)械攪澄清池與浮動槽排泥池、濃縮池合建,平衡池與調(diào)質(zhì)池、脫水機(jī)房合建。泥棚采用輕型外挑式設(shè)計(jì),避免出現(xiàn)設(shè)置混凝土柱子造成運(yùn)泥車進(jìn)出不便利的問題。

(3)設(shè)計(jì)參數(shù)。泥線機(jī)加池直徑9.8 m,池深5.7 m。浮動槽排泥池、濃縮池分別設(shè)置2座,單座平面尺寸l×b=14 m×14 m,有效水深h=4 m,固體負(fù)荷0.85 kg/(m2·h)。平衡池設(shè)置1座分2格,單格停留時間12 h。調(diào)質(zhì)池設(shè)置1座分2格,每座容積可以調(diào)理單臺脫水機(jī)1批次處理的泥量。脫水機(jī)房設(shè)置2臺板框壓濾機(jī),1用1備,12 h工作制,干泥量8 tds/d。

#5 構(gòu)筑物之間局部管溝設(shè)計(jì)

炭砂濾池與清水池(疊合超濾膜車間)凈距約20 m,其中包括6 m濾池門頭及6 m寬的廠區(qū)道路,設(shè)置長度約40 m,凈空斷面尺寸(3.4 m+3.3 m+4.5 m)×(2.6 m+4 m)兩層的三倉管溝。管溝內(nèi)布置dn1 200濾池出水管、dn1 200濾池反沖洗排水管、dn400初濾水管、dn1 600膜池進(jìn)水管、dn1 600膜池產(chǎn)水管、2×dn600膜池反沖洗進(jìn)水管、2×dn1 200清水池進(jìn)水管、dn300廠區(qū)自用水管等管道,管溝設(shè)置吊裝孔、檢修孔、通風(fēng)、照明。充分利用管溝的縱向空間,合理布置廠區(qū)管線。

#6 結(jié)論及思考

針對周邊景觀有特殊要求的凈水廠工程,可采用集約型半地下下沉式布置方式。在水廠建設(shè)用地范圍受限時,需將推薦工藝的廠平豎向與構(gòu)筑物平面布置統(tǒng)籌考慮,可采用集團(tuán)疊合式、組合式布置方式,以緩解長流程多級屏障處理工藝與用地面積緊張的矛盾,合理利用工程占地、降低投資。

區(qū)別于傳統(tǒng)地上式水廠以清水池設(shè)計(jì)液位為廠區(qū)地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高基準(zhǔn),半地下下沉式布置,處理構(gòu)筑物整體加深,工藝設(shè)計(jì)上首要考慮廠區(qū)運(yùn)行安全問題,常規(guī)設(shè)置溢流的構(gòu)筑物(如清水池、集水池、進(jìn)水井等)能否重力自流排入規(guī)劃出路,如不滿足重力排出需設(shè)置泵站提升。另外,水線處理構(gòu)筑物的放空能否重力接入廠區(qū)的雨水排除系統(tǒng)、泥線處理構(gòu)筑物的放空能否重力接入廠區(qū)的污水排除系統(tǒng),如不能設(shè)置放空濕井由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)(本項(xiàng)目溢流管能重力自流排入規(guī)劃出路,部分不滿足重力放空進(jìn)入廠區(qū)雨水系統(tǒng)的單體設(shè)置放空濕井)。

建設(shè)過程中,在尋求節(jié)約用地和環(huán)境友好平衡的同時,也發(fā)現(xiàn)了一些值得思考的地方:建構(gòu)筑布置緊湊,必然帶來各類管線、溝渠的緊密貼合,給施工及運(yùn)行維護(hù)增加一定的難度。半地下下沉式的布置也造成了施工中大量深基坑的出現(xiàn),施工難度和建設(shè)投資較傳統(tǒng)地上式布置有一定程度的增加(本項(xiàng)目工程單價約2 357元/m3,較同類型工藝傳統(tǒng)地上式水廠增加18%)。今后運(yùn)行中也會增加大量的有限空間作業(yè)要求;針對這些問題,在項(xiàng)目建設(shè)的各階段要需取一些區(qū)別于傳統(tǒng)地上式水廠的措施和方法,才能保證集約型半地下下沉式式水廠建設(shè)目標(biāo)更好的實(shí)現(xiàn)。

來源:給水排水

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