浙江省临安市第二水厂扩建工程工艺设计

摘　要：临安市第二水厂总规模10万m3/d，扩建工程设计规模为5万m3/d，主要介绍了取水工程、输水管线工程、水厂净水工艺流程、水质目标、各净水构筑物的主要设计参数、设备配置以及加药加氯系统、控制方式等内容，还分析了该水厂工艺设计和设备配置的一些特点。

关键词：取水 原水 工艺流程 设计参数 清水输水 特点
　　一、工程概况
　　临安市第二水厂原有供水能力5万m3/d，随着城市经济快速发展，城市化进程加快，新建城区不断扩大，人口集聚，城市需水量迅速增长，根据市自来水公司统计，2001-2002年来高峰期城区锦城镇日供水量已达到6～7万立方米。根据供水规划，由于青山湖水质较差，位于青山湖下游的临安经济开发区也将纳入供水范围，由上游的临安自来水公司统一管理，供应自来水。由于一水厂因水源水质水量问题和城市建设需要已被拆迁，近年二水厂已基本满负荷运行，为适应城市建设的需要，有必要增大供水能力。结合临安市发展规划、水资源状况及用地条件综合考虑，确定第二水厂先行扩建，规模为5万m3/d，总供水能力为10万m3/d，第三水厂将按照规划需要逐步建设。
　　第二水厂扩建工程动态总投资4530.54万元，其中原水、清水输水工程费用为1872.85万元，净水厂占39.7％，约1800万元。于2002年11月开工建设，2003年6月建成投产。目前运行稳定，处理效果良好，水质、水压均达到要求。
　　二、水源选择及水质、水压要求
1. 水源选择
　　里畈水库是第二水厂一期工程的水源，该水库位于南苕溪源头杨岭乡境内，始建于1973年，1995年完成改造扩建，库容由855万立方米扩大到2042万立方米（相应水位243.24米），坝顶高程244米。水库集水面积83平方千米，汛限水位234.7，相应库容1523万立方米；梅汛限水位226.0米，相应库容1051万立方米；正常库容1603万立方米，死库容50万立方米相。库区内植被良好，上游临目乡被列为国家级生态保护区。由于本工程为第二水厂扩建工程，因此水源仍为里畈水库。
　　水库原水常年浊度一般不超过10个NTU，为低温低浊水，暴雨季节浊度稍高，但历时很短。水质达到《地面水环境质量标准》I类水质标准。经里畈水库管理处和水利水电局对水文、气象资料的分析，水库能基本满足临安第二水厂日供水10万立方米的需求，是理想的饮用水水源。
2. 水质
　　净水厂出水水质必须符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的规定，按照《城市供水行业2000年技术发展规划》的要求，作为II类水司，其目标水质出厂水浊度应在1NTU以下。
3. 水压
　　本工程水源为上游水库水，充分利用地势高差，将水厂位于城区西北地势较高的杨岭镇陈家村，整个城区地势也为西高东低，所以原水、清水输水均为重力流输送。根据服务水头要求和临安市自来水公司提供的资料，城区接管点位于锦城环城西路给水主干管，接管点地形标高约50m，要求自由水压为25～33m。
　　三、取水工程设计
1. 取水口位置选择
　　本工程水源为里畈水库，位于水厂以北，距离水厂约7km，水库坝后尾水前池地势与水厂高差约62m。水库大坝坝下左岸为老电站（已报废），右岸建有里畈水库一级电站，大坝两岸底部均设有出水口，右岸电站上方坝底设有泄洪渠。
　　一期取水口位于右岸里畈水库一级电站尾水暗渠内，尾水渠与坝下前池连通，在尾水暗渠段设置埋地集水池，自集水池埋设引水自流管，重力流输水至水厂，受电站发电与否影响，取水不稳定，保障性较差。在电站不发电时，必须通过前池引流取水，由于电站尾水暗渠出口较坝下前池池底较高，取水口受前池内水量、水位（前池下侧挡水堰坝较低）和下游电站取水的影响很大，存在无法取得足够水量的隐患。故二期工程确定在前池挡水堰坝中部设置取水口直接取水，提高水厂取水可靠性，保证供水安全.
2. 取水口设计
　　取水规模为10万m3/d（最高日），水厂自用水系数1.08。
　　在原挡水堰坝前增设一道挡水堰坝，在堰坝中部设置淹没式自流管取水口，原水管穿越堰坝、河道至左岸，并在管道上设置可调节阀门。一期取水口保留，用作备用取水点。
　　新建挡水堰坝建于前池原坝上游5m，为取水堰坝，连接左右两岸。坝顶标高较下游原坝低0.30m，坝顶宽0.6m，坝脚宽1.5m，坝高2.2 m，堰坝内部采用M5水泥砂浆砌筑MU30毛石，坝两侧和护坡250厚采用M5浆砌块石，600宽、500厚坝顶采用C20素砼浇筑。堰坝内侧设有宽1.0m、深0～1.0m的集水渠，渠底采用1600宽、150厚C20砼底板，内侧渠壁采用顶宽0.3m、底宽0.6m、高1.0m的浆砌块石挡墙。取水口采用采用DN800自流管，钢管埋设于中部堰坝内，并做好密封止水环。
　　为防止水库泄洪时，池底的砂和卵石等被推向取水口，在工程建设时清理干净前池中堆积的大量砂石，同时集水渠和集砂坑顶均采用预制板覆盖，板间间隙100，以防止大粒径砂石进入。平常维护时应定期巡视取水口、集水渠，及时清除集砂坑淤积的泥沙。
　　四、原水输水工程
　　水厂配水井设计水位标高为115.05m（黄海高程系），取水口至水厂配水井净水头约62m，水头富裕，水厂进出水均为重力自流。
　　根据现场踏勘，输水管线走向基本上沿一期管线平行敷设，总长7.12公里，并四次穿越河道，采用倒虹管穿越，管径采用800mm，采用预应力钢筋混凝土管。
　　五、净水厂总体设计
1. 厂址
　　厂址位于杨岭镇陈家村第二水厂内，根据预留的扩建用地条件，结合老厂区布局将整个第二水厂平面从功能上分为生产区、生产管理区、附属生活区。二期净水处理构筑物在原一期西侧布置，使已建的生产管理区处于一二期生产区中间，以便于生产管理，附属生活区为已建成区，位于厂前区东侧。
2. 净水工艺流程
　　根据里畈水库水质特点及出厂水质要求，结合第二水厂扩建用地和第二水厂实际运行经验，经过技术经济比较，确定工艺流程如下：
　　配水井+水力混合+折板絮凝平流沉淀池+四阀滤池+清水池
　　六、净水厂构筑物设计
　　二期工程构建筑物有：配水井、静态管式混合器、折板絮凝平流沉淀池、四阀滤池、清水池、回收水池、加氯加药间，其中配水井按10万m3/日设计，加氯加药间只安装二期设备，其余构筑物均按5万m3/日设计。
1. 分配井
　　由于一期配水井设计不合理，起不到配水作用，同时出流堰堰长较短，堰上水头过大，导致时常溢流。二期新建配水井一座，按10万m3/日设计 。配水井平面尺寸L×B=5.5×4.0m，池深H=8.0m，有效水深7.4m，钢筋混凝土结构。
　　配水井进水管两根，分别来自一、二期源水输水管，池内采用薄壁堰均匀配水，堰上水头0.19m。堰宽4m。两侧设置堰后出水槽及出水管，分别接至一、二期构筑物。进、出水管间设连通管，必要时可超越配水井。配水井另设溢流管和放空管，在两侧堰后出水槽分别设石灰投加点。
2. 静态管式混合器
　　管式混合器管径DN900，流速1.0m/S。
3. 折板絮凝平流沉淀池
　　该池包括絮凝、沉淀两部分。平面尺寸104.4×12m，一座，钢筋混凝土结构，分二格，设计流量5万m3/日。
　　折板絮凝池设计絮凝时间20min，总GT值：5.53×104。采用二通道三段絮凝方式，水平折板布置成相对折板和平行折板两种形式，宽度1.6m，折板夹角90°，折板采用不锈钢板制作。
　　絮凝池总水头损失0.343m，净平面尺寸17.8×12.0m，池深4.85m，平均有效水深4.10m。絮凝池排泥采用ABS穿孔排泥管和电动蝶阀手动控制间歇式短历时排泥，每池设穿孔管26根，双向排泥。沉淀池另设2个DN300放空阀，以便放空清洗。絮凝池后端设配水花墙与沉淀池相连．
　　平流沉淀池沉淀时间1.5h，水平流速15mm/s。平面尺寸为L×B=81×12.0M，有效水深3.95m，池总高4.35m（包括有效水深、积泥厚度、池超高），每池中设一道导流墙。沉淀池进水采用配水花墙，出口采用不锈钢三角堰指形出水槽，每池设400mm×580mm出水槽6条，每槽长度20m，溢流率200m3/(m.d)，堰上水深0.05m。沉淀池排泥采用移动桁架虹吸式吸刮泥机，移动速度0.5～1.0m/min，Lk=12.2m，根据时间设定运行参数，程序控制排泥。沉淀池出水浊度控制在3NTU以下，个别情况下不大于5NTU，控制排泥浓度含固率大于1%。
4. 四阀滤池
　　设四阀滤池一座，设计流量5万m3/日。滤池总平面尺寸为26.8×23.0m，滤池部分深度4.0m。钢筋砼结构。滤池分十格，双排布置，中间为管廊，单格池面积为32.5m2，总过滤面积325m2，设计滤速7.07m/h，强制滤速7.85m/h。滤料采用单层石英砂均质滤料，滤料粒径范围0.7～1.2mm，滤层厚度1.0m。滤料下设承托层，级配为2～4mm卵石，厚100mm。配水采用短柄滤头配水系统，开孔比1.35％。滤池设计过滤周期24小时，采用单水反冲洗，冲洗强度15L/(m2.s)，冲洗历时6.8min。
　　滤池进水分别由两根DN600钢管将沉淀池出水送至滤池两侧，再由DN300的进水支管将水分配到每格滤池，滤池反冲洗水由洗砂排水槽收集排入排水总槽，然后由DN700排泥管排入回收水池。滤池管廊中共设40个阀门，均采用电动阀门，以便操作及自动化管理。
　　滤池反冲洗根据出水浊度、池内水头损失和过滤时间三项设定参数程序控制，由PLC控制。滤池表面设超声波液位计，管廊内设水头损失计。滤池反冲洗水由一期已建水塔提供，一格滤池反冲洗水量175.5m3（一期工程滤池为201m3）。由于一、二期滤池的配水系统不同、管路不同，其水头损失有差别，为此在滤池内反洗水干管上加设蝶阀一只，其目的一是调整控制自水塔至一、二期滤池的水头损失差异，二是作为滤池内各格反冲洗阀门检修之用。
5. 清水池
　　清水池平面尺寸为41.8×34.2m，有效容积5000m3，有效水深3.5m，超高0.3m，钢筋混凝土结构，一座，半地下式布置。
　　清水池进水管管径为DN1000，进口设淹没出流堰。池内设置超声波液位计1只。出水管管径为DN1000，清水池出水总管上设置浊度和余氯取样点。
6. 加氯加药间
　　由于源水属于低温、低浊、低碱度难处理水质，考虑增加石灰投加装置，提高源水pH值。石灰投加量10mg/L(商品重量，纯度90％)，石灰投配浓度3％～5％；碱铝投加量20mg/L(商品重量，纯度30％)，碱铝投配浓度10％；前加氯量2.5～5mg/L，后加氯量：2.5mg/L。
　　加氯加药间一期已一次建成，只需增加设备即可。氯库内在填筑原石灰池后，增设漏氯事故处理用漏氯处理装置一套，处理能力Q=1000kg/h(CL2)，并将之与氯库分隔成为漏氯吸收间，沟道延伸至氯库内。当氯库发生氯瓶泄漏事故时，接受漏气报警信号自动启动处理装置。另在两组工作氯瓶下各增设1套电子计量设备，可就地显示和信号外传。整个氯库绿化带一侧墙壁下部加装7台轴流风机。
　　加氯机房增设真空加氯机1台，加氯量为20kg/h。
　　加药间增设石灰投加装置1套，干投能力1.18t/d。增设石灰投药计量泵2台，1用1备，流量1600L/h，扬程3.0bar，并配套相关的附属设施。增设碱铝投加泵1台，流量430L/h。
　　石灰投加量根据配水井进水流量和混合池出水pH值控制。
　　前加氯量按配水井进水流量控制，后加氯量按清水池出水流量和余氯控制。
　　投药量按配水井进水流量和混合池出水游动电流值控制，并以絮凝池出水浊度作为反馈人工调节。
7. 一、二期管道衔接
　　临安二水厂规模为10万元m3/d，虽然分两期建设，但管理上应视为一个整体，由于两期工程建设的时间差异，工艺流程和构筑物的选型不同，相应位置的水面高程也不完全一样。为此，在一、二期源水进入配水井后，将两条原水输水管中的流量、水头进行了调整。经配水井后，分成两股水流，分别进入一期斜管沉淀池和二期平流沉淀池。在滤池后敷设连络管，在清水池出水管也敷设一条连络管，使得二个系统得以沟通，便于调配。
8. 回收水池
　　滤池的反冲洗水量约占生产水量的3～4%，以10万m3/d规模的水厂来计算，每天的反冲洗水量约3000-4000m3，如以年来计算更是一个不小的数字。考虑水资源的充分利用，应予以回收，尤其对本工程源水不足情况下，更具有特殊的意义。
　　回收水池容积按滤池设计每格滤池间隔1.2小时考虑。平面尺寸11.35×10.35m，池高3.5m，有效容积200m3，钢筋砼结构，1座。
　　七、清水输水工程
　　一期已敷设单根DN800输水管一根，二期建成后最高日供水量达到10万4m3/d，K时=1.6，输水管漏失率1.05，需新增输水管一根。
　　水厂清水池最低水位标高为106.20m，即要求输水管线的水头损失不得超过31.2～23.2m。经水力计算和经济比较，从保证供水可靠性和控制投资出发，确定选用DN1000mm，最高日最大时流速1.25m/s，1000i=1.60，水头损失23.0m；最高日平均时流速0.77m/s，1000i=0.62，水头损失8.9m。管材主要采用预应力钢筋混凝土管道，田野段采用预应力钢筋混凝土管，穿越溪流段采用钢管。
　　管线总长12公里。二期清水输水管结 合一期管线走向布置，充分考虑供水安全性，在一、二期管线间设置两处连通管，以保证其中一段事故时仍有70%供水量。
　　八、工艺设计特点
　　1）充分利用地势高差，合理确定厂址，原水、清水输水均实现重力流输送，无需设置一二级泵房，大大减少了工程投资，节省大量能耗，从而降低运行成本，提高水厂效益。
　　2）根据原水水质条件及出厂水质要求，在确定工艺流程、工艺参数、设备配置、仪器仪表配置等方面都作了充分的考虑。按照安全、可靠、高效、实用、先进的原则，参照相近水厂的设计并结合现有水厂运行经验，采用水力混合、折板絮凝平流沉淀池、四阀滤池和液氯消毒的净水工艺。
　　3）总结一期工程中存在的诸多问题，结合一二期之间的连接协调，有针对性的改进和采取处理措施，妥善解决了相关矛盾，使水厂成为一个整体，可以实现一二期之间的互补作用。
　　4）源水属于低温、低浊、低碱度难处理水质，通过水厂化验室完成对比试验，加碱调节pH值确认具有良好结绒效果后，在设计中增加了石灰投加装置，提高源水pH值，同时选用合理、高效、适用的净水工艺。实际运行中处理效果良好，出厂水浊度大部分时间低于0.5NTU。
　　5）增设了相关的仪表、仪器和计量设备，提高自动化控制程度和生产管理水平。
　　6）在加氯间内增设漏氯中和处理装置及通风设施，消除安全隐患，保证了水厂的生产安全，保护了员工的生命安全。