供水工程中净水工艺和高扬程泵站设计及运行改进措施

马　浩　张　乐　王全锋

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南　郑州　450000，2.驻马店市市政工程勘测设计处，河南　驻马店　463000）

供水工程中净水工艺和高扬程泵站设计及运行改进措施

马浩1张乐2王全锋1

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450000，2.驻马店市市政工程勘测设计处，河南驻马店463000）

以甘肃省庆阳市某县城净水处理工艺和高扬程泵站设计及对运行过程出现问题的改进措施为例，从净水工艺中对冬季低温低浊、汛期高泥沙含量、自冲洗无阀滤池的工艺改进，300m高扬程泵站水锤防护及设计难点，水厂运行中出现问题的改进措施入手，分析典型工程案例中设计重难点及经验，为类似的工程提供借鉴。关键词：净水工艺；高扬程泵站；无阀滤池；平流沉砂池；低温低浊

1　项目概况

本供水工程项目于2009年3月开始勘测设计工作，于2011年4月建成试运行。供水工程设计规模8 000m3/d，主要由水库取水口、输配水管道、净水处理厂、高扬程泵站等组成。净水处理系统采用地表水强化常规处理工艺措施，选择平流沉砂池、微絮凝网格絮凝池、斜管沉淀、改进型自冲无阀滤池等处理工艺，解决该县城及周边群众生活用水困难问题。

2　净水工艺设计分析

2.1冬季低温低浊水工艺处理措施

根据该县气象观测资料统计分析，该区域多年平均气温9.0℃，极端最高气温35.5℃，极端最低气温-20.9℃，最大冻土层91cm。因此，除了常规处理外，低温低浊水处理成了设计中的关键问题之一。

针对冬季低温低浊水源，在絮凝池设计时采用高效箱式网格反应器［1］，使水流产生高频谱涡旋，为药剂与水中的颗粒充分接触提供微水动力学条件，产生密实的矾花，絮凝时间为16.2min。

针对冬季低温低浊水源，将絮凝沉淀池建在厂房内，冬季增设供暖设施，采暖面积热指标设计按90W/m2进行设计计算。保温厂房下部结构采用框架结构，上部采用轻型钢屋架，屋面采用压型钢板。絮凝池厂房长27.0m、宽21.0m，建筑高度为11.1m，建筑面积552.3m2。

由于该地区属于寒冷地区，极端最低气温-21℃，通过采取上述措施后，出水水质较好。

2.2汛期平流沉砂池处理泥沙工艺设计

针对在汛期原水泥沙含量高，不便于净水工艺的后续处理，在混凝沉淀工艺之前增设沉沙池，对原水中的悬浮物和细沙有一定的去除作用。同时，在沉砂池前预加氯，投加量为2mg/L，在水流经过沉砂池时充分混合，增加液氯与水体的接触时间，从而增强预氧化和杀菌的效果。平流沉沙池池长30.0m，单格宽5.0m（共2格），有效水深3.0m，流速为3.0mm/s，沉降时间为2.0h。

2.3自冲洗式无阀滤池改进型工艺设计

无阀滤池是一种不需设置阀门，运行完全由水力自动控制的滤池，反冲洗等依靠虹吸管段自动完成，操作管理方便，运行稳定，土建设备投资低，出水水质好，特别对于中小型水厂，无阀滤池是一种理想的选择池型。本项目共设置4格，设计处理规模8 000m3/d，设计滤速8m/s；单格面积10.3m2；池型尺寸3.30m×3.30m×4.75m。本项目在传统无阀滤池的基础上进行改良，以减少基建投资，改善出水水质，便于运行管理。

在传统的无阀滤池基础上，对无阀滤池进水分配箱进行优化设计，将斜管沉淀池出水管道直接同无阀滤池的进水管道相连，在均匀进水的基础上，减少土建工程量，而且运行管理方便。

在传统的无阀滤池基础上，对无阀滤池进水方式进行优化设计，将进水方式改为滤料层上部侧向进水，避免了上方进水对滤料的冲击，保持滤层平整，同时侧向进水还能减少反冲洗用水量，节约水资源；增加进水分配器，提高布水均匀性，减少滤池堵塞，提高出水水质。

在传统的无阀滤池基础上，对无阀滤池反冲洗系统进行优化，改进虹吸辅助管的接管方式，减少形成虹吸时间，减少水量损耗；将虹吸破坏斗改为小孔眼虹吸破坏器，有利于不同粒径滤料分层沉降，从而提高过滤后出水水质。

通过上述改良措施，滤池在运行过程中更加稳定，出水水质较好，管理更加方便。

2.4清水池的冬季保温措施

水厂内共布置2座清水池，总容积1 600m3，占净水厂设计规模的20%。单座清水池有效容积为800m3，两池并排布置，池外壁间隔50mm，采用聚乙烯泡沫板填塞。清水池采用现浇钢筋混凝土无梁板结构，混凝土标号为C25，平面尺寸19.30m×11.70m，壁厚0.25m，顶板厚0.18m，底板厚0.25m，池体总高4.43m，有效水深3.80m。清水池基础为挖方基础，水池底板下垫0.10m厚C10素混凝土垫层，基础设计地基承载力为12t/m2。基础底面以下1.00m深度范围内湿陷性黄土采用翻夯处理。

清水池外砌二四保温砖墙，墙顶高出水池顶板顶面1.20m，砖墙与水池顶之间采用预制混凝土板搭接，砖墙和水池外壁之间形成0.50m的空气隔热保温层。池顶覆土厚1.00m。

3　高扬程泵站设计分析

3.1高扬程泵站的设计

由于加压泵站地面高程1 110.80m，高位水池地面高程1 386.30m，高位水池和净水厂加压泵站间地形高差起伏较大，且此段输水管道距离为5.73km，经过技术、经济和现状分析，最终采用一级加压方案为推荐方案。加压泵站主水泵采用单吸多级离心泵，单泵设计流量155m3/h，扬程300.00m，配套功率220kW，共4台多级离心泵，3用1备。

由于输水管道的工作压力较大、沿线线路复杂，水锤的防护措施成为安全供水的关键因素之一。因此，泵站和输水线路的设计方案，主要采用防止正水锤和负水锤相结合的措施进行水锤防护。

3.2高扬程泵站的水锤防护

对正水锤的防护，主要在水泵的出口安装液控止回蝶阀。当水泵断电，水倒流，阀门在重锤作用下，先快关截断大部分水流，防止水泵倒转，然后在动水力和重锤力混合作用下缓慢关至全关，减免水锤现象引起的水压增高。泵出口设分段关闭的液控止回蝶阀，其关闭规律为快关2.5s（阀门开度由90°关至15°），慢关5.0s（阀门开度由15°关至0°），拐点开度15°。

对于负水锤的防护，主要采取在泵房内安装防水锤气压罐和输水管道沿线安装复合式进排气阀的措施。在管道沿线的凸起点或管道输水一定距离（约1.0km设置1个）时设置复合式进排气阀。在泵站内设置1个防水锤气压罐，空气压力罐有效容积约为20m3，直径2.5m，高4.0m。空气罐压缩气体初始容积V0≥10m3，方能满足全管线无负压。

4　供水工程运行过程改进措施

4.1水泵出口金属软管弊端及改进措施

水泵出口伸缩传力接头与水泵进行硬性连接，有时水泵厂家为了减少水泵泵体受力，在水泵的出口增加金属软管，由于金属软管同出水管的连接处在泵房内设置镇墩较为困难，因此将为水泵的打压实验和后期运行带来危险。由于是高压管道，水泵出口的阀门应采用硬性连接，考虑到检修的方便，可安装伸缩传力接头。

4.2无阀滤池持续反洗问题解决方案

本供水工程项目自2012年4月试运行至今，已经运行近4a，期间无阀滤池出现了一直反冲洗无法自动停止的现象。经对无阀滤池放空排查原因发现，滤池内滤料略有板结，造成滤池水头损失增大；虹吸破坏管内锈蚀严重，影响了虹吸破坏管进水进气。针对上述现象，对无阀滤池虹吸破坏管管顶增加三通和阀门作为虹吸强制破坏阀，对锈蚀的虹吸破坏管进行更换，同时对滤料进行更换或者清洗，絮凝沉淀池进行正常加药。

经过上述措施，解决了滤池持续反冲洗问题，从而保证水厂的正常运行。

4.3自动控制与定期巡检

自动控制系统本着技术先进、性能可靠、自动化水平高、兼容性强与性能价格比优的原则进行设计，采用计算机监控管理，分散就地控制和集中控制相结合的方式，由主控层（上位计算机）、现地控制单元、监测仪表、执行元件组成一个完整的自动化控制系统。现地控制单元的运行自成系统，控制本系统的运行和数据的采集，并且可通过网络系统将数据传到中控室的上位计算机。

水厂内进水水质、出水水质、各个构筑物内的液位、水泵的运行及停止等均实行了自动化检测与控制装置，这在运行管理上可以节省人力成本。但是，由于自动化检测原件的准确度及设备老化等，要定期对检测设备进行校对和巡检，以防止因水厂内检测设备的不能使用而造成生产事故的发生。

5　结论与建议

①本净水工程采用絮凝、沉淀、过滤等工艺设计，工程施工及运行管理已经将近4a，为该县城提供了安全的饮用水，经过运行及管理实践，水厂工艺较为稳定，出水水质较好。因此，本净水工艺及运行管理过程中出现的问题可以供相关专业人员交流学习之用。

②本净水工程泵站一次加压300m扬程，输水线路5.73km，属于高扬程复杂线路供水泵站。运行实践表明，水锤防护措施是安全的、可靠的，可以供相关专业进行交流。

③水厂运行管理中发现的滤池反冲洗及泵站出口金属软管问题得到了有效的解决，这也说明设计完成后要提供后续跟踪服务，以弥补设计及施工过程中的不足。

Water Purification Process and High Lift Pumping Station Design and Operation Improvement Measures in Water Supply Project

Ma Hao1Zhang Le2Wang Quanfeng1
（1.Yellow River Engineering Consulting Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；
2.Zhumadian Municipal Engineering Survey and Design Office，Zhumadian Henan 463000）

Taking a county town of qingyang city，gansu province water purification treatment technology and high-lift pump station design and the improvement measures as an example，from the operation process problems from water purification process on the winter low temperature and low turbidity and high sediment concentration，since the flush valve filter process improvement and 300 m high lift pumping water hammer protection and the design difficulty，the improvement measures of problems in the operation of the plant，the typical case difficult point in the design and engineering experience was analyzed，to provide reference for similar projects.

water purification technology；high-lift pumping station；non valve filter；flat flow grit chamber；low temperature and low turbidity

TU991.22

A

1003-5168（2016）05-0092-03

2016-04-12

马浩（1982-），男，硕士，工程师，研究方向：供水、排水及海绵城市建设项目的设计及科研工作。

［1］王鹤立，肖树宏，赫俊国，等.常规混凝沉淀给水处理工艺的强化［J］.给水排水，1999（6）：1-4.