永泰县南区水厂改造工程设计

陈楹泓

永泰县南区水厂改造工程设计

陈楹泓

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

为解决水厂因运行时间较久，设备老化、供水水质水量不稳定的问题，永泰县南区水厂进行了取水泵站改造，以及厂区进出水管、反应沉淀池、重力式无阀滤池、综合楼及加药间、二级泵房及自控等系统的改造。该项目通过增加临时取水泵及提高反应沉淀池进水平衡水箱标高等技术措施使项目实施过程中实现了不停水施工。项目竣工后水厂出水平均浊度为0.54NTU，制水能力提高20%，自动化程度明显提高。

自来水厂；改造；设计思路

0 引言

永泰县位于福建省中部，戴云山北麓，东经118°32′至119°32′，北纬25°39′至26°5′之间，东临闽侯县、福清市，西接德化、尤溪县，南连莆田市仙游县，北接闽清县，东离福州市区62km。近期(2020年)规划人口10万人、远期(2030年)规划人口15.38万人。永泰县南区水厂，建成于1997年，设计规模2.0万m3/d。

1 工程实施必要性

永泰县南区水厂采用折板絮凝、斜管沉淀及重力式无阀滤池工艺，工程实施前，由于运行时间较久，供水水质不稳定，且取水泵因长期运行损耗，电耗较高，取水量也不满足设计要求。同时，由于设备老化严重、生产效率低、隐患多、生产安全没有保障，自动化程度低工人劳动强度大等诸多问题[1]。

为了解决水厂因运行时间久，设备老化、供水水质水量不稳定的问题[2]，改造永泰县南区水厂是十分必要的。

2 设计思路

2.1 设计原则

(1)工程建设过程中要求保证正常生产，不能出现停水；

(2)在保证水质的情况下，充分发挥原有设施的潜力，改造升级，节约工程投资，降低运行成本[3]。

2.2 设计规模

该项目为改造工程，设计规模为原水厂设计规模即2.0万m3/d。

2.3 总体方案

改造取水头部及泵房，改造厂区净水构筑物并对综合楼进行修缮，新增厂区自动控制系统。

2.4 工艺流程

根据原水水质指标，该工程原水水质较好，符合饮用水水源的要求，但存在浊度波动较大的问题，因此该工程净水工艺除了要求能有效去除原水中的悬浮物(浊度)及消毒杀菌，达到国家《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006[4]与行业标准《城市供水水质标准》CJ/T-2005[5]的要求外，还要求能有效控制沉淀。

该工程净水工艺采用：“折板反应斜管沉淀+重力式无阀滤池”，并在反应沉淀池前投加消毒剂二氧化氯及PAM，滤池后投加二氧化氯。具体工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

本设计净水厂出水浊度控制目标≤0.6NTU，其余指标均应满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006与《城市供水水质标准》CJ/T 206-2005，同时出厂水藻类控制目标参考美国、加拿大饮用水水质标准，本设计近期净水出水藻类含量控制目标≤105个/L。

3 工程设计简述

3.1 取水工程

取水工程包括新建取水平台、改造取水泵房及新增临时应急水泵3个部分。

由于现状取水头部为管道直接插入河水中取水，雨季时经常堵塞，故本次增设取水平台及进水格栅，采用侧面进水。

取水泵房更换3台旧水泵、进出水端阀门改为电动阀、电缆桥架改造、控制柜移至地面层，变配电改造。

取水泵房抽真空系统改造，改为全自动真空吸水成套设备2套，一用一备。

泵后出水总管改造，由3台泵中间接管，代替原立管，然后到出水口处再接入原管道中。

同时，为保证改造期间不停水，增设2台临时潜水泵。

3.2 净水厂工程

3.2.1 厂区进出水管改造

现状南区水厂进水总管上未设加药混合设备，本次拟在反应沉淀池前进厂总管上加装管式静态混合器，改善混合效果，同时于进、出厂总管上增设2台超声波流量计，进厂管道改造。

3.2.2 反应沉淀池改造

(1)将原一期、二期混凝土折板拆除，更新为不锈钢折板；斜管支架全部更换为不锈钢支架；一期、二期斜管更新。

(2)一期出水槽采用钢板，已部分生锈，本次改造为不锈钢穿孔集水槽。

(3)针对现状排泥工作量大，因此本次改造将排泥阀由长杆排泥阀改为液动快开排泥阀(自动控制，带电磁阀)，加装自动控制系统，实现自动化排泥，并于过渡区增设穿孔排泥管排泥。

(4)项目取水水源为大樟溪，雨季时浊度变化大，故考虑与反应区增设高分子(PAM)投加装置1套。

(5)为保证改造顺利进行于两座反应沉淀池与滤池间管道设置联通管道，并对反应沉淀池进水平衡水箱进行加高。

3.2.3 重力式无阀滤池改造

本次改造将一期滤池滤板进行更换，改用短柄滤头，滤板采用不锈钢制作，原承托层取消；同时由于滤料已使用较长年限，流失现象严重，截污能力有所下降，因此本次改造将滤池滤料进行更换，采用均匀级配粗砂滤料，垫层改为厚度50mm的粒径为2mm～4mm粗砂层，滤料层厚度950mm的粒径为0.8mm～1.2mm石英砂层。滤料化学稳定性及卫生指标需满足《水处理用滤料》 CJ/T 43-2005[6]标准的要求。

3.2.4 加药间改造

(1)加药间改造，混凝加药采用聚合氯化铝，最大投加量30mg/L，常年10mg/L～15mg/L。药液投加浓度为5%～10%，每天配药2～3次。加药间内分别设两格溶解池及溶液池，设搅拌机搅拌溶药，两格池子轮流使用。溶解池内药液溶解充分后由耐腐蚀液下泵提升至溶液池，耐腐蚀液下泵共设2台，一用一备，再加水稀释后直接用软管泵提升至加药点。

药液投加采用软管泵，共设1个投药点，通过原水流量计及流动电位检测仪信号自动控制投加量，投药点位于反应沉淀池前的静态混合器上。

(2)加氯间改造，增加反应前二氧化氯投加点，防止藻类在反沉池中生长。前端加二氧化氯设1个投加点，位于反沉池进水管道上；中端加二氧化氯设1个投加点，设在反沉池与滤池的连通管道上，根据实际情况，这两个加氯点任选一个投加，最大加二氧化氯量为0.76mg/L；末端加二氧化氯设1个投加点，位于滤池出水管上，最大加二氧化氯量为1.14mg/L。拆除1台额定产氯量1kg/h的二氧化氯发生器，另增加1台复合二氧化氯发生器，额定产氯量2kg/h，与现状形成一用一备。投加量采用余氯及流量复合环自动控制。

3.2.5 二级泵房改造

二级泵房改造，更换水泵、出水阀门改为电动阀闸阀，出水总管改造，按远期规模设置总管，单台水泵出水管与总管连接方式改为斜三通连接。

增加主要设备如下：

(1)拆除3台旧泵，更新3台水泵，其中Q=485.0m3/h，H=43m，N=75kW，水泵两台，配套两台变频器；另Q=320.0m3/h，H=43m，N=55kW，水泵一台；同时增加两台自用水泵Q=15.0m3/h，H=40m，N=4kW，设2台变频器。

(2)新设电动单梁悬挂式起重机1台，起重量3t, 行程10.0m，跨度8.0m，起升6m，P=4.5+3×0.4kW。

(3)配置电动闸阀DN300的4台，DN200的1台，实现阀门自动控制。

3.2.6 控制系统

根据工艺处理方案，设计1套符合工艺要求并具有良好性价比的综合自动化系统是自控专业的主要内容。设计范围包括：在线检测仪表、计算机监控系统及安全防范监控系统。所有现场受控设备设三级控制：就地、现场PLC站和水厂中控室。

4 运行情况

永泰县南区水厂改造工程实施后确保了永泰县城区的供水水质的稳定，大大改善了水厂净水条件和自动化水平，降低了能耗，并充分挖掘了水厂制水潜力，提高产水量至2.4万m3/d。

(1)供水水质稳定

从2014年6月竣工验收，至2016年12月化验分析结果表明：出厂水浊度最高为0.96NTU，最低为0.11NTU，平均为0.54NTU；最高余氯为0.21mg/L，最低余氯为0.10mg/L，平均余氯为0.14mg/L；最大菌落总数为2个/mL，最小菌落总数为0，平均为0.3个/mL；其余指标均符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006，水质合格率达到100%。

(2)水厂自动化程度大大提高

水泵及加药设备采用进口设备，开关、阀门、加氯设备等采用国内一线品牌，仪表及自动化设备安装到位，改造完成以来运行正常，取水泵房实现无人值守，净水厂区实现远程控制。

(3)降低了能耗

项目竣工后运行年平均生产电耗285.83kWh/1 000m3，盐酸消耗2mg/L，氯酸钠消耗0.67mg/L，聚合氯化铝消耗5.81mg/L，比工程实施前降低10%～18%。

5 设计回顾及经验

随着城市的发展，人们对水质的要求越来越高，水厂设备老化，生产效率降低，改造势在必行。如何实现不停水施工是旧水厂改造存在的共同问题，在项目实施过程中要综合考虑运行安全与经济、技术进步的发展变化。

本次水厂改造历时180d，期间最大的问题是如何实现不停水施工，为此设计中结合水厂工艺的特点，采取以下两点措施解决该问题：

(1)取水泵站设计了临时取水潜水泵，待潜水泵投入使用后再对原取水泵房内离心泵进行拆除。潜水泵采用一用一库备，设计规模为原取水规模的70%，保障永泰县城区过渡期用水需求，设计参数：Q=690.0m3/h，H=32m，N=90kW。

除了新增潜水泵，还需对取水头部进行改造，取水头部改造的原因主要是基于雨季漂浮物多容易缠绕取水管头部格栅网，导致水泵进水管堵塞。最早考虑设计混凝土整体式取水井，但因取水头部位置水流湍急水下混凝土无法浇筑，大型设备也无法运至河道中施工，因此必须通过新建取水平台实现立柱的架设。取水平台采用沿岸边设计镇墩将工字钢直接架设深入河中，并沿取水区域搭设平台，平台四周设9座立柱，立柱的设计也同以往设计不同，采用直径600mm的钢管直接焊接于工字钢平台上，并在钢管中采用带Φ108套管的地质钻孔打3孔后，用高压注浆灌填成型。该取水头部平台经历永泰2016年7月9日的洪灾仍然稳定运行，如图2所示。

图2 取水头部平台平面布置图

(2)为实现反应沉淀池改造期间超负荷运行，于反应沉淀池出水管间设置联通管道，并加高进水平衡水箱。经过计算，当反应沉淀池进水平衡水箱加高30cm时，单座反应沉淀池过流量可达到2万m3/d，因此设计中考虑通过增设不锈钢围挡，并通过膨胀螺栓固定于进水平衡水箱顶，四周打玻璃胶止水，通水后过水量达到设计要求，实现逐池改造。

通过以上两个措施，克服了南区水厂改造过程中的难点，使水厂改造工作得以顺利进行。

设计中还采用了新的加药方案，在之前加药间的工艺设计中一般采用隔膜计量泵投加，隔膜计量泵的配件费用较高。首次采用软管泵进行投加，配件仅需更换软管，后续维护成本低。通过原水流量计及流动电位检测仪信号自动控制投加量，投药点位于反应沉淀池前的静态混合器上，药液溶解充分并加水稀释后直接用软管泵提升至加药点。

同时，在厂区反应沉淀池排泥改造中，采用了液动快开排泥阀(自动控制，带电磁阀)，加装自动控制系统，实现自动化排泥，大大减轻了工人的劳动强度。

该项目设计经验有以下5点：

(1)做好项目策划工作和前期勘察、技术方案论证工作，是保证设计进度和设计质量的重要前提；

(2)要尽可能多地收集资料，包括设计资料、地质资料、运行管理资料以及社会环境资料；

(3)在今后设计中，应多采用有推广价值且效果好的新技术，以提高工程的耐久性，降低工程造价；

(4)在设计中要严格按照质量管理体系文件的要求和程序开展设计，以提高设计产品质量，更好地为工程建设服务；

(5)加强后期服务，在施工过程中发现问题，及时解决处理。同时要积极与建设各方加强沟通与协调，以利于控制工期和工程投资。

6 结语

永泰县南区水厂改造工程改造周期短，出水水质良好，并具有去除藻类、有机物效果好的特点，适应了人民群众对水质要求不断提高的需要。目前该工程已稳定运行两年半，受到业主单位的好评。文中介绍了旧水厂改造的内容和解决方法，为自来水行业采用不停水方案改造水厂工程积累了一定的经验。

[1] 陈松海，李京会，刘新青.城镇老水厂的工艺改造 [J]. 中国给水排水，2005(4)：72-75.

[2] 罗惠云,长沙市第一水厂改造扩建工程设计[J].给水排水，2005，31(3)：1-4.

[3] 赵宝霞.天津开发区净水厂改造工程方案比选[J].市政技术，2010，2(28)：63-65.

[4] GB5749-2006 生活饮用水卫生标准[S].北京：中国标准出版社,2006.

[5] CJ/T-2005 城市供水水质标准[S].北京：中国标准出版社,2005.

[6] CJ/T43-2005 水处理用滤料[S].北京：中国标准出版社,2005.

Reconstruction design of the Southern Waterworks of Yongtai

CHENYinghong

(Fuzhou City Construction Design &Research Institute Co.Ltd, Fuzhou 350001)

In order to solve the water for a long time operation, equipment aging, water quality and quantity of the instability problem a single sentence, sentence deletion, Southern Waterworks of Yongtai reformed the water pumping station; and reconstructed the inlet and outlet pipe of plant, reaction and sedimentation tank, gravity valveless filter, comprehensive building and dosing room, secondary pump house and automatic control system.The project through the technical measures such as increase in the temporary water pump and raising the level of the water tank in the reaction settling tank to ensure the project implementated water keep supply. After the completion of the project, the average turbidity of the effluent is 0.54NTU, the water capacity is increased by 20%, and the automation level is improved obviously.

Waterworks; Reconstruction; Design idea

陈楹泓(1982.7- )，男，工程师。

E-mail:51698626@qq.com

2017-03-03

TU991

A

1004-6135(2017)04-0084-04