模块化水厂设计在集镇供水工程中的应用——以云南某集镇供水工程为例

杨 黎 王晓辉

（1.云南省设计院集团有限公司，云南昆明 650228；2.云南城源工程建设有限公司，云南昆明 650228）

1.前言

对于城镇供水，国家有比较详细的规定和要求，国家标准GB 50282《城市给水工程规划规范》、GB 50013《室外给水设计规范》中对供水工程的设计、建设做出了详细的规定。根据这些规范建设的供水厂，一般需要建设大量钢筋砼结构的土建工程，其特点是占地面积大，施工周期长，建设投资高。

中国工程建设标准化协会2013年发布的《模块化水处理系统技术规程》（ECS357：2013）对供水厂的建设提出了一种新的方式，特别是对水厂水处理设施的建设方式提出了另外一种方法，即对净水处理设施提出工厂生产净水模块，现场组装安装的建设方式，这种方法不同于以往的钢筋砼结构建设方式，值得设计工作者关注和研究。根据笔者了解，模块化水厂在云南目前建设的较少，本文拟结合模块化水厂在工程实例中的应用进行研究和探讨。

2.模块化水处理系统

模块化水处理系统是指原水经由组合水处理模块以及附属模块处理运行后，其水质符合相关标准要求的水处理系统。水处理模块是指具有水处理的某一工序功能，可以预加工生产、现场组装并方便组合成水处理系统的单元装置[1]。

对于地表水源，模块化水处理系统一般采用的工艺流程如下：

模块化水处理系统中的水处理模块可以根据水源水质情况进行增加或者删减，如果当原水中含有藻类物质时，可以在工艺流程中增加气浮模块进行处理。

模块化水处理系统可以应用于原水处理的供水工程、中水回用系统及工业用水系统，根据用户的水质需要进行水处理模块的增减，其具有以下特点：

水处理模块占地面积小，仅为传统模式的1/8~1/6。

图1 模块化水处理系统工艺流程图

水处理模块建造采用工厂化生产模式生产，标准高、质量好、工期短、投资少、见效快，其中工期可缩短1/3~1/2，成本减少30%~50%。

通过使用轻质、无毒、耐腐材料，并采用钢构混凝土内衬外喷复合技术，解决了防腐问题，保证了使用寿命。

自动化控制系统技术先进，不仅实现了全自动及智能化，还具有远程遥控、监视、数据共享等功能。

建设和生产具有灵活性、可调性、应急性，既可快速进行分期建设，又可根据用水量自动调整投入运行的模块数量。

水处理模块置于车间，使水处理系统从室外转到室内，避免二次污染，管理方便，安全可靠。[2]

根据上述模块化水处理系统的特点，模块化水处理系统中的水处理模块可以采用工厂式生产，运至现场进行组装即可，因此，在《模块化水处理系统技术规程》（CECS357：2013）中水处理模块对应匹配的水厂处理规模进行了相关说明，如下表所示：

根据上表可以知道，当设计水厂处理规模为上述水处理模块对应处理规模的倍数时，就可以从对应的水处理模块中选择几套水处理模块进行组装即可，从而使水厂处理设施实现并联运行，提高了水厂用水的安全性，水厂规模对应水处理模块选择情况表如下：

表1 组合水处理模块规格表

表2 水厂规模匹配情况表

当水厂规模确定后，处理工艺模块就可以根据上表情况进行配合组装，将工厂生产出的水处理模块运至水厂现场进行安装即可。

3.工程案例

本工程案例为云南某集镇供水工程，新建集镇水厂一座，服务人口为26295人，集镇水厂处理规模为3800m3/d，供水水质符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，水源为集镇周边的河水，根据收集到的原水水质监测资料，水质情况较好，原水只要通过絮凝、沉淀、过滤即可达标，无需对原水进行特殊处理。

3.1 工程总体设计

本水厂为新建水厂，本着一次规划，分期建设到位的原则，水厂总体设计由综合楼、辅助车间、净水设施、清水池、回用水池、进场道路等组成，现状场地标高为2448~2459m，水厂设计按远期规模征地1992.84m2，除净水处理构筑物外，其余建构筑物按远期建设一次到位。

根据本工程的实际情况及建设方经常接触的水处理工艺，其中净水设施主要采用穿孔旋流絮凝池、斜管沉淀池、普通快滤池，将模块化水处理设施与常规构筑物水处理设施从净水设施占地面积、自动化程度、施工周期、工程投资等方面进行比较选择，比选表如下：

通过上表可以看出，对于本工程来说，模块化水处理设施较常规构筑物水处理设施占有优势，因此，采用模块化水处理设施为本工程的净水处理设施进行建设，其工艺流程如下图2：

图2 工程案例工艺流程图

工艺流程图中的模块化净水设备是由絮凝水处理模块、沉淀水处理模块、过滤水处理模块组成。

根据厂址地形及净水工艺要求，结合净水厂的整体美观及有利于道路交通组织，将全厂的管理及构筑物合理、有机的联系起来，在保证工艺布局合理、生产管理方便，连接管线简捷的基本原则下，综合考虑将建构筑物分区、分类在空间和处理面设计上协调统一，建构筑物紧凑布置，合理预留，做到美观、大方、实用、经济。

表3 工艺比选表

水厂总体布置图如下图：

图3 水厂总体布置图

从水厂总体布置图上可以看出，模块化水处理系统布置较常规钢砼水处理构筑物要紧凑，基本上是合建在一起，占地面积不大。

3.2 净水单体工艺设计

净水单体设计主要是絮凝、沉淀、过滤及清水池的设计，分别如下：

3.2.1 絮凝部分

絮凝池采用穿孔旋流絮凝池，水厂处理水量为3800m3/d（已考虑自用水量），即152.08m3/h。原水中颗粒物较少，取絮凝时间为23min，设计絮凝池为6格。考虑到与斜管沉淀池合建，池有效水深为5m，超高0.5m。第一格孔口尺寸最小，流速最大，水流在池内旋流转速也最大，而后孔口尺寸逐渐增大，流速逐格减小，起点孔口流速取0.8m/s，末端孔口流速取0.2m/s。

3.2.2 沉淀部分

沉淀池采用斜管沉淀池，斜管采用塑料斜管，斜管断面积为正六边形，内切圆直径30mm，斜管长1m，斜管倾角60°，斜管高度0.87m；斜管板厚0.5mm，沉淀池有效尺寸长度为8.75m，宽度为4.5m，有效水深为5m，沉淀负荷为7.6m3/（m2·h）。清水区高度为0.95m，池底设集泥区，集泥区高度为1.05m，采用DN150穿孔管排泥。

3.2.3 过滤部分

滤池采用单层石英砂滤料，设计滤速v=5.7m/h，有效粒径d10=0.55mm，不均匀系数k80=1.4，填装厚度为1000mm，平均冲洗强度 q=15L/（m2·s），冲洗历时 t=10min，允许水头损失采用1.7m。

3.2.4 清水池

清水池调节容量按照供水规模的20%考虑，清水池的调节容积为V=800m3。设计两座矩形钢筋砼清水池，水池尺寸为11.2m×11.2m×3.5m，为防止处理水在清水池中产生死水变质，池中设置导流墙，池顶设通气管，池顶覆土0.5m。

3.3 工程设计特点

本工程为模块化水厂在云南建设的较少案例，项目的成功建成，特别是对于云南集镇水处理规模较小的净水厂建设具有一定的指导意义。

采用的净水处理工艺为常用净水工艺（絮凝—沉淀—过滤），工程实践表明，采用模块化建设后的水厂与采用钢筋砼构筑物建设的水厂处理效果一致，但是模块化建设的时间要短，节约了建设时间。

采用模块化建设的净水处理系统布置紧凑，占地面积比钢砼构筑物占地少，有利于山区用地紧张的水厂建设，节约用地。

4.结语

本工程为集镇小规模的净水厂设计，采用的净水工艺为模块化水处理系统，笔者通过工程实践得到以下经验：

模块化水处理系统与一般的一体化水处理系统是有区别的，模块化水处理系统与钢砼水处理构筑物一样分块建设，两者只是结构形式、建设方式不同，而一体化水处理系统是所有水处理工艺合成在一个整体构造中，处理规模也较模块化水处理系统小。

模块化水处理系统与目前国家推荐的装配式建筑有些相似，从生产、运输、组装上等环节上看，两者也是采用工厂批量生产、通过车辆运输、工地现场组装完成，因此，模块化水厂建设符合当前国家相关政策，从施工时间、占地面积、投资上看，模块化水厂具有一定优势，在时间紧张，占地较少的前提下，可以优先推荐使用。

模块化水厂根据《模块化水处理系统技术规程》（CECS357：2013）上的要求，不仅能适用规模较小的净水厂，也能适合规模较大的净水厂，因此，从长远看具有较好的发展前景。