净水厂达设计规模水量下的运行工艺校核研究

史伟，曹辉，卫平

（1.芜湖华衍水务工程有限公司；2.江北华衍水务有限公司，安徽 芜湖 241000）

国家《室外给水设计标准》（GB50013—2018）已自2019年8月1日起正式实施,新版《标准》对净水厂工艺提出了更高的要求。基于此背景下，净水厂需结合已建水厂未来供水量趋势对净水工艺进行校核。

1 水厂工艺及运行概况

A水厂位于城区北部，设计总规模35万m3/d，其中一期工程15万m3/d，20世纪前竣工投产；二期工程20万m3/d于新建投产。水厂取水水源为长江，主要负责城中、城东及城北开发区用水的供水任务。目前，水厂采用取水、配水井、静态混合器、折板絮凝反应池、平流沉淀池、V型滤池、液氯消毒、供水等常规处理工艺，A水厂工艺流程图如下图1。现阶段水厂对外供水量约为25～30万m3/d，从近年供水趋势看，年供水量增加约5%，预计3～5年即将达到设计供水规模35万m3/d。基于水量增长的背景下，急需对水厂一期全工艺流程进行校核，并提出可行的优化或改造建议。

图1 A水厂工艺流程图

2 取水系统

目前，水厂取水头部共设置8个进水口，其中4个进水口尺寸为2m×2m，4个进水口尺寸为2m×1.5m，进水口面积为28m2，栅条宽度10mm，格栅间距50mm，经计算，当水厂供水量35万m3/d时，取水量达到Q=35×（1+5%）×（1+5%）=38.59万m3/d（考虑取水浑水管漏损率5%、水处理自用水率5%）时，取水头部过栅流速0.353m/s，对照《室外给水设计标准》（GB50013-2018）（下文简称标准）“5.3.18-2河床式取水构筑物无冰絮时宜为0.2～0.6m/s”，满足标准设计要求。

水厂取水自流管和浑水管分别为DN1600钢管和DN1400钢管，各设有2根。根据标准5.3.21“进水自流管或虹吸管的设计流速不宜小于0.6m/s。必要时，应有清除淤积物的措施。虹吸管宜采用钢管。”经校核，取水量达到38.59万m3/d时，原水自流管管道流速1.17m/s，事故时管道流速1.63m/s；原水输水管道流速1.52m/s，事故时管道流速1.03m/s，满足标准规定的不淤流速同时，也能保证水厂的取水需求。

3 厂区水处理系统

3.1 配水井

水厂设有1座配水井（分为2格），配水井的功能主要为向2座絮凝沉淀池配水，进水管为2×DN1400。出水管2根，其中1根DN1400至一期反应池，距离约100m、1根DN1600至二期反应池，距离约45m。配水井配水堰堰长分别为34.9m和46.3m，当水厂设计水量35万m3/d，配水井配水堰设置能够满足一、二期系统的均匀配水，堰上水头约为88mm。但是，由于配水井出水水位与絮凝池进水设计水位差为1.30m，当水厂供水能力达到35万m3/d时，配水井堰口会出现淹没流，分析原因是由于当进水流量达到35万m3/d时，配水井至反应池之间管道及水头损失增加，设计过程中，1.30m的水位差取值偏小，导致配水井出水堰水头抬高，表1为计算后的配水井至絮凝池水头损失复核计算表。

表1 配水井至絮凝池水头损失复核计算表

从上述分析可见，当水厂按设计流量35万m3/d运行时，配水井出水水位与絮凝池进水水位1.30m的水位差无法满足要求，会导致配水井淹没流出流，因此建议当供水量上升到35万m3/d前将静态混合器改为机械混合池，或采用改造静态混合器的方法进一步降低水头损失，保证取水水量和水压的需要。

3.2 静态混合器

水厂混合的方式采用管式混合器，管式混合器水头损失较大，当水厂进水流量达到35万m3/d，水头损失达1.5～1.6m，设计的配水井至絮凝池水位差无法满足要求。

3.3 折板絮凝、平流沉淀池

水厂一期絮凝反应池设计规模15万m3/d，1座，分2格，单格设计规模为7.5万m3/d，絮凝池采用折板絮凝池，折板为混凝土结构，池长20m，宽16.75m，池高3.6m，池内水深3.3m，絮凝时间19.65min。水厂满负荷时折板絮凝池运行状态稳定，矾花生成良好，设计参数满足标准要求。

水厂一期平流沉淀池设计规模15万m3/d，分2格，单格设计规模为7.5万m3/d，设三道导流墙，每格宽4m，每池内三角堰总长254m，单格池长97m，宽16.75m，池高3.3m，水深3m。对照《室外给水设计标准》（GB50013-2018）9.4.8，平流沉淀池集水槽溢流率不宜超过250m3/m.d，建议后期改造时，加长集水槽条数或指型槽长度至少8m，将实现集水槽溢流率低于246m3/m·d。

根据标准9.4.17,9.4.19对满负荷下工况进行了比较。除沉淀时间外，一期工艺15万m3/d运行时相关指标均满足设计标准，但是，水厂在冬季运行时，需重点关注低温低浊的水质净化，建议水厂适当储备助凝剂提高期间的水处理混凝、沉淀效果，表2为平流沉淀池校核的主要指标。

表2 平流沉淀池校核的主要指标

3.4 气水反冲洗滤池

水厂滤池共26组，均为气水反冲洗滤池，生产运行稳定且反冲洗布水均匀，过滤状态良好，出水浊度稳定，对原水水质变化有较强的适应性。达到了设计规模35万m3/d滤池设计参数满足《室外给水设计标准》（GB50013-2018）要求，水厂滤池出水浊度一般为0.2～0.4NTU，即使在满负荷下也能够满足《国家生活饮用水卫生标准》不高于1NTU的要求。

3.5 清水池

水厂设有2座清水池，水厂清水池总库容为3.84万m3，有效水深均为3.80m。其中一期清水池有效容积15000m3，进出水管为DN1400钢管。二期清水池有效容积23400m3，进水管为DN1600，出水管为DN1400钢管。

经分析达到设计规模时，清水池实际使用调蓄容积为（10932+1558）×1.5=18735m3,最不利时调节比例为11%，参照标准“7.6.4水厂清水池的有效容积，应根据产水曲线、送水曲线、自用水量及消防储备水量等确定。当管网无调节构筑物时，在缺乏资料情况下，可按水厂最高日设计水量的10%～20%确定。”基本能满足水厂调节下限需求（表3）。

表3 清水池达设计水量下的进出水量

4 送水系统

送水泵房为半地下自灌式，内设有5台卧式离心泵，4用1备。送水泵房一期出厂管管道直径DN1400，二期出厂管管道直径DN1800。根据水厂近年供水量统计数据，送水泵房供水日变化系数在1.1～1.2，时变化系数为1.3～1.4，出厂压在0.28～0.4MPa。

当水厂达到35万m3/d满负荷运行时，4台水泵需要全开，部分时段需开启5台水泵。主要原因是外部管网在高峰期保证末端压力时，出厂压力达到0.39MPa，推算水泵在供水高峰时的实际扬程为45m，超过水泵额定工况点扬程，单泵出流量低于额定流量。因此，需新增泵组，并考虑适当增加供水流量和扬程。

5 结语

（1）现状。取水泵房、取水头部、原水自流管、原水输水管均能满足35万m3/d运行要求。（2）配水井配水堰设置能够满足一、二期系统的均匀配水。水厂按设计流量35万m3/d运行时，设计流程中预留的配水井出水水位与絮凝池进水水位1.30m的水位差无法满足要求，从而导致配水井雍水（淹没流）。建议对静态混合装置进行改造。（3）折板絮凝、平流沉淀池设计参数满足《室外给水设计标准》（GB50013-2018）要求，沉淀池出水浊度在3NTU以下。一期沉淀池设计溢流率建议在技改时沉淀池指形槽长度增加8m，指形槽增加后溢流率为246m3/m·d。（4）水厂滤池生产运行稳定，反冲洗布水均匀，过滤状态良好，出水浊度稳定，对原水水质变化有较强的适应性。滤池设计参数满足《室外给水设计标准》（GB50013-2018）要求。（5）清水池调节容积满足标准要求。（6）送水泵房泵组备用率不足，且改造时需考虑提高额定流量和扬程。