水廠處理構(gòu)筑物組(疊)合及連接設(shè)計
水廠處理構(gòu)筑物組(疊)合及連接設(shè)計
葉新
(上海市政工程設(shè)計研究總院<集團>有限公司,上海200092)
面對不容樂觀的江河水源水質(zhì)現(xiàn)狀,凈水廠處理工藝除常規(guī)處理外,還需考慮預(yù)處理及深度處理,或者在廠平面中預(yù)留場地,因此平面布置中處理構(gòu)筑物單元眾多,各單元間相互連接的各類管線繁復(fù)。在工藝流程順暢、管理維護方便的條件下,對處理構(gòu)筑物和輔助建筑物進行合理的組(疊)合布置,可以有效節(jié)省寶貴的土地資源,使得處理構(gòu)筑物布置集中,功能分明且環(huán)境協(xié)調(diào)優(yōu)美。
針對不同的原水水質(zhì)特性,凈水處理流程各不相同,以平原地區(qū)微污染原水典型的凈水處理工藝為例,對處理構(gòu)筑物進行組合設(shè)計,處理流程如下:江河或湖泊取水→進水井→取水泵房→配水井→預(yù)臭氧接觸池→絮凝池→沉淀池→砂濾池→提升泵房→后臭氧接觸池→活性炭濾池→清水池→吸水井→送水泵房→用戶。
水廠排泥水處理典型流程如下:水廠排泥水→調(diào)節(jié)池→濃縮池→平衡池→脫水機房→泥餅外運。
從上述處理流程可以看到處理構(gòu)(建)筑物單體為17個,若再計入加藥間、儲液池、加氯間、回用水池、臭氧制備車間等輔助生產(chǎn)建筑物,廠區(qū)內(nèi)構(gòu)(建)筑物處理單體將達20個以上。
根據(jù)處理構(gòu)(建)筑物的功能及高程布置,通常將上下游構(gòu)筑物、同類構(gòu)筑物、構(gòu)筑物與清水池等進行構(gòu)(建)筑物的組合設(shè)計。
1 處理構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計
1.1 上下游構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計
① 上下游構(gòu)筑物組合設(shè)計
水廠總平面按凈水處理工藝水力流程、擬建場地的高程以及進出水管線等因素布置,為節(jié)省用地減少水頭損失,考慮施工難易及維護管理方便等,上下游處理構(gòu)筑物組合常用于水廠總平面設(shè)計中。
在江河或湖泊水源地設(shè)置取水構(gòu)筑物,在符合水文及航運等要求的情況下,設(shè)置江心取水口經(jīng)自流管至岸邊進水井,或者受通航限制設(shè)置岸邊式進水井,遇水位高差較大的江河段取水,進水井與取水泵房一般合并組合設(shè)計,主要是考慮進水井與泵房單體構(gòu)筑物埋設(shè)均較深,既需要考慮單體之間的施工間距,又要考慮連接管道埋設(shè)太深的施工因素;遇水位高差變化較小的江河或湖泊水源地取水,可根據(jù)地形情況、取水水泵泵型選擇、進水井與取水泵房的不同高程布置,通過經(jīng)濟技術(shù)比較,進水井與取水泵房既可采用分建也可合建。
上下游凈水處理構(gòu)筑物中,配水井與預(yù)臭氧接觸池、絮凝池與沉淀池、砂濾池與提升泵房、后臭氧接觸池與活性炭濾池通常組合設(shè)計,這樣構(gòu)筑物高程布置合理且上下游處理流程銜接順暢,既充分發(fā)揮了上下游構(gòu)筑物的處理功能,又節(jié)省了處理構(gòu)筑物單體各自分建連接管線間的水頭損失。上下游凈水構(gòu)筑物合并集中布置既節(jié)省了用地,又方便了生產(chǎn)運行管理。
② 處理構(gòu)筑物與清水池疊合設(shè)計
在廠區(qū)平面圖布置中,清水池占地面積較大,為有效節(jié)省占地或擬建場地面積受到限制,設(shè)計考慮將處理構(gòu)筑物與清水池疊合布置。根據(jù)場地高程以及凈水工藝流程布置,通常平流沉淀池與清水池、砂濾池或活性炭濾池與清水池疊合。
③ 同類型構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計
在排泥水處理工程設(shè)計中,為節(jié)省用地且加強生產(chǎn)管理,采用同類型構(gòu)筑物組合以及疊合設(shè)計。組合設(shè)計通常將排泥水調(diào)節(jié)池和回用水池合并設(shè)計,可二列并排組合泵房集中布置在一端,或者一列組合泵房集中布置在中間的方式,使之整體組合成為一個構(gòu)筑物。疊合設(shè)計主要考慮上下游的排泥水調(diào)節(jié)池與濃縮池,以及平衡池和脫水機房疊合設(shè)計,流程銜接合理且運行管理方便。
④ 構(gòu)筑物與輔助生產(chǎn)建筑物組(疊)合設(shè)計
為方便生產(chǎn)管理,減少不必要的運行能耗,輔助生產(chǎn)建筑物也經(jīng)常與處理構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計,如沖洗泵房常與砂濾池、活性炭濾池管廊合建,藥劑儲液池常常考慮疊于加藥間下。
1.2 多重構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計
每個水廠的原水水質(zhì)特性、凈水處理流程各不相同,擬建場地的面積、高程、形狀也千變?nèi)f化,因此,廠平面布置中處理構(gòu)筑物除上述組(疊)合設(shè)計外,還可根據(jù)工程項目的特性和具體要求,進行多重構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計。
絮凝、沉淀(通常為斜管沉淀池)、砂濾池及沖洗泵房組合建設(shè)在一起,有時也考慮下疊清水池,常用于擬建場地受限制且處理規(guī)模較小的水廠,既利于生產(chǎn)管理又節(jié)省土地。此設(shè)計形式利用濾池管廊將沉淀池與濾池連成一體,管廊下層可設(shè)置沖洗設(shè)備,上層可布置配電室及管理用房,構(gòu)筑物布置緊湊,各處理單元間水頭損失小。
根據(jù)處理流程布置以及擬建場地情況,為有效共用輔助沖洗設(shè)備,將砂濾池、提升泵房、臭氧接觸池及活性炭濾池組合建設(shè)。此設(shè)計形式可考慮砂濾池、活性炭濾池均各自單排布置,在管廊中各自的出水渠道處拼接組合,提升泵房、沖洗設(shè)施等設(shè)置在端頭或中部;也可考慮砂濾池、活性炭濾池均各自雙排布置,利用設(shè)置的提升泵房、沖洗設(shè)施等用房前后連接組合;不管如何組合都要詳細并合理考慮各處理、輔助單元進出以及超越管線的布置,與廠平面管線布置相協(xié)調(diào)。
排泥水工程處理單元池體大小不一,若分散布置占地面積較大,為有效節(jié)省用地并方便管理,考慮在排泥水調(diào)節(jié)池上疊建濃縮池、在回用水池上疊建脫水機房,且平衡池考慮與回用水池組合設(shè)計,這樣,在處理規(guī)模合適的情況下,排泥水工程單元可全部組(疊)建在一起。
圖1為工程規(guī)模為30萬噸/天的水廠布置實例,工藝處理流程包括預(yù)處理、常規(guī)處理、深度處理以及排泥水處理,兩組生產(chǎn)構(gòu)筑物設(shè)置在廠區(qū)西側(cè),從南到北呈直線型布置,廠區(qū)東南側(cè)布置輔助生產(chǎn)設(shè)施,水力流程順暢,平面布置緊湊,工程占地為10.67 hm2。
圖1 水廠構(gòu)筑物組(疊)合設(shè)計平面布置實例
根據(jù)建設(shè)場地狀況,輔助生產(chǎn)設(shè)施盡量考慮組合及疊合設(shè)計,以有效節(jié)省占地。利用濾格面積相同的特點,砂濾池與活性炭濾池共用一套反沖洗設(shè)施,并與提升泵房有機組合,使得用電負荷集中并方便管理;排泥水調(diào)節(jié)與回用水池合建,儲液池與加藥間疊合、平衡池與脫水機房疊合布置;為此,將所有輔助生產(chǎn)設(shè)施集中設(shè)置在廠區(qū)東南側(cè),布置緊湊、管理便利。廠前區(qū)二級泵房及辦公樓并排布置,與生產(chǎn)處理構(gòu)筑物間布置了大容量清水池,平面布置在遵循工藝流程順暢、功能分區(qū)合理、有效利用場地的原則下,兼顧了整個水廠的建筑景觀設(shè)計,從廠區(qū)北側(cè)往南觀看一覽無遺,視線通透,建筑和景觀相得益彰。
2 處理構(gòu)筑物連接設(shè)計
① 管道、渠道連接設(shè)計
常規(guī)處理工藝構(gòu)筑物間一般采用管道或渠道連接,但隨著原水水質(zhì)變化,需要建設(shè)預(yù)處理及深度處理工藝或者預(yù)留建設(shè)用地,因此,平面布置時需分析不同原水水質(zhì)情況的運行方式,處理工藝的分期建設(shè)設(shè)想,以及應(yīng)急事故處置預(yù)案等變化情況。由于預(yù)處理、深度處理工藝的加入,各處理單元間需考慮超越管線,或者預(yù)留與后續(xù)建設(shè)處理構(gòu)筑物之間的接口。
超越管線設(shè)置在上下游處理構(gòu)筑物之間,如配水井與預(yù)處理池、砂濾池與提升泵房或者活性炭濾池等,通過管線或渠道設(shè)置閥門之間的啟閉,來實現(xiàn)上下游處理構(gòu)筑物間的連接或超越。若工程分期建設(shè),設(shè)計中需要謹慎考慮各階段處理構(gòu)筑物的連接,并預(yù)留與上下游構(gòu)筑物間的接口。預(yù)留管線接口除上述考慮的超越管線接口外,還需在廠平面管線總體布置中統(tǒng)籌考慮。
② 分配、結(jié)合井連接設(shè)計
除了采用管線連接外還可采用分配、結(jié)合井連接,主要是設(shè)置一個或多個井室,通過多個閘閥的啟閉,來分配上下游構(gòu)筑物進出管線,實現(xiàn)處理構(gòu)筑物間的連接或超越。
若是水廠處理工藝為常規(guī)處理,預(yù)處理、深度處理為遠期預(yù)留,則可設(shè)置分配井連接。在分配井前砂濾池出水管上預(yù)留深度處理接口,分配井可設(shè)置1~2個井室,根據(jù)總圖清水池布置通過井室來分配進入清水池的出水管,井內(nèi)預(yù)留深度處理后管線入口,進出口均設(shè)置閥門。現(xiàn)階段運行時,砂濾池出水管進入井室,濾后水經(jīng)分配至清水池;遠期深度處理運行時,開啟砂濾池出水管上預(yù)留接口,進入深度處理系統(tǒng),同時關(guān)閉井內(nèi)砂濾池出水閥,打開深度處理預(yù)留閥門,深度處理后水經(jīng)分配井至清水池。至此,井內(nèi)砂濾池出水閥為超越閥門。
若凈水處理流程采用預(yù)處理、常規(guī)處理及深度處理,處理工藝需要考慮超越深度處理時,需要設(shè)置結(jié)合井。以某水廠設(shè)計為實例,砂濾池與提升泵房合建,后臭氧接觸與活性炭濾池合建,考慮砂濾池在臭氧制備系統(tǒng)故障或檢修時,砂濾池出水需超越進入清水池。設(shè)計中采用結(jié)合井連接,結(jié)合井布置詳見圖2。
圖2 結(jié)合井設(shè)計布置實例
結(jié)合井從上而下為3層設(shè)計,正常運行情況下,提升泵房出水經(jīng)過上層結(jié)合井至后臭氧接觸池,活性炭濾池出水進入結(jié)合井下層,而后至清水池,進出均采用閥門控制;當需要超越活性炭濾池時,結(jié)合井中層設(shè)置超越閥門,上層可直接進入底層至清水池。
(本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2014年第18期“給水深度處理及飲用水安全保障技術(shù)交流會專題”欄目)
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