周華¹，李瑩¹，胡亮亮¹，鄭云斌²，鐘江麗¹，項(xiàng)立新¹

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310014;2.象山縣石浦鎮(zhèn)水務(wù)有限公司，浙江寧波315731)

摘要：介紹了石浦水廠改擴(kuò)建工程的特點(diǎn)和要求。改擴(kuò)建工程實(shí)施后水廠處理規(guī)模從4.5×10⁴ m³/d增加至9×10⁴ m³/d，其中淡水處理規(guī)模為6×10⁴ m³/d，苦咸水處理規(guī)模為3×10⁴ m³/d。近期淡水和苦咸水出水勾兌均勻后供給用戶，遠(yuǎn)期采用超濾、反滲透工藝對苦咸水進(jìn)行深度處理。改擴(kuò)建后水廠出水濁度從≤1.0 NTU提高至≤0.1 NTU，達(dá)到了浙江省現(xiàn)代化水廠的標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程背景

石浦鎮(zhèn)位于象山半島南端，是我國著名的漁港和旅游名鎮(zhèn)。石浦水廠一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為4.5×10⁴ m³/d，建于20世紀(jì)90年代，目前已無法滿足用戶對水量和水質(zhì)的需求。

2 改擴(kuò)建方案

2.1 工程規(guī)模

經(jīng)預(yù)測,遠(yuǎn)期2020年石浦地區(qū)的需水量為7.81×10⁴ m³/d，考慮一定的不可預(yù)見水量，確定改擴(kuò)建后石浦水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為9×10⁴ m³/d。

2.2 供水水源

石浦水廠現(xiàn)狀水源為溪口水庫、三家村水庫和利民水庫，改擴(kuò)建后現(xiàn)狀水源的供水規(guī)模最大可增加至6×10⁴ m³/d，剩余部分原水由新增水源大塘港水庫提供。大塘港原為三門灣支流，后筑堤建庫水質(zhì)逐漸由咸轉(zhuǎn)淡，目前水質(zhì)已達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，滿足水源水質(zhì)要求。但因海水的滲入，大塘港水庫存在一定的苦咸化，氯離子含量維持在約200 mg/L，接近《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 3020—93）中250 mg/L的上限。鑒于新老水源水質(zhì)差異較大，以下簡稱老水源為淡水水源、新水源為苦咸水水源。

2.3 處理工藝

石浦水廠一期采用“管道混合+折板絮凝/平流沉淀池+雙閥濾池+消毒”的常規(guī)處理工藝，出水濁度基本維持在0.5~1.0 NTU，改擴(kuò)建后要求出水濁度≤0.5 NTU，并力爭達(dá)到浙江省現(xiàn)代化水廠標(biāo)準(zhǔn)（出水濁度≤0.1 NTU）。鑒于雙閥濾池工藝無法滿足二期工程出水水質(zhì)目標(biāo)，二期采用出水水質(zhì)更優(yōu)的V型濾池工藝。

新增苦咸水原水氯離子含量高，出水口感差，而常規(guī)工藝對溶解性鹽類去除率低，為進(jìn)一步降低出水氯離子含量、改善飲用水口感，需進(jìn)行深度處理。根據(jù)以往海水淡化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及國內(nèi)同類工程實(shí)例，設(shè)計(jì)采用超濾、反滲透組合作為苦咸水深度處理工藝。本階段受資金限制，僅預(yù)留超濾、反滲透廠房用地，大塘港取水規(guī)模為3×10⁴ m³/d；遠(yuǎn)期增加超濾、反滲透深度處理工藝，考慮該工藝75%的產(chǎn)水率，大塘港取水規(guī)模需增加至4×10⁴ m³/d二期改擴(kuò)建后水廠工藝流程見圖1(二期新建構(gòu)筑物用虛線表示）。

圖1 石浦水廠二期工藝流程

2.4 用地方案

一期設(shè)計(jì)規(guī)模為4.5×10⁴ m³/d的廠區(qū)總建設(shè)用地為3.68 hm²（其中已包含二期擴(kuò)建4.5×10⁴ m³/d設(shè)計(jì)規(guī)模的用地），本次改擴(kuò)建工程在原廠區(qū)內(nèi)完成。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 取水工程

溪口水庫、三家村水庫和利民水庫原水輸水管按8.5×10⁴ m³/d規(guī)模設(shè)計(jì)，可滿足6×10⁴ m³/d的取水規(guī)模，改擴(kuò)建后沿用原輸水管。

大塘港水庫至石浦水廠原水管及取水泵房已于1998年建成，其中原水管管徑為DN1 000，可滿足4×10⁴ m³/d的輸水要求；原取水泵房設(shè)離心泵4臺，水泵已年久失修，需全部更新，更新后采用大小泵搭配（2大2小，1臺大泵備用，大泵Q=875 m³/h，H=210 kPa，N=75 kW；小泵Q=438 m³/h，H=210 kPa，N=37 kW），可同時滿足3×10⁴ m³/d和4×10⁴ m³/d的輸水規(guī)模。

3.2 折板絮凝/平流沉淀池

一期折板絮凝/平流沉淀池設(shè)計(jì)規(guī)模為4.5×10⁴ m³/d，分為2組，目前運(yùn)行效果良好，二期僅更換老化的虹吸刮泥機(jī)和排泥閥，土建主體予以保留。為節(jié)省建設(shè)用地，二期處理淡水和苦咸水的絮凝沉淀池合建，新建絮凝沉淀池分為3組，其中1組處理1.5×10⁴ m³/d的淡水，另外2組處理4×10⁴ m³/d的苦咸水，兩者排泥渠合用。

絮凝反應(yīng)池工藝與一期相同，采用多通道分級串聯(lián)的立式折板絮凝池，單組均按2×10⁴ m³/d的規(guī)模設(shè)計(jì)；絮凝反應(yīng)時間為15 min，絮凝流速為0.35~0.15 m/s，平均水深為3.45 m。平流沉淀池單組設(shè)計(jì)規(guī)模也為2×10⁴ m³/d，設(shè)計(jì)停留時間為102 min，水平流速為13.3 mm/s；單組沉淀池尺寸為79.9 m×5.85 m，池高為3.65 m，有效水深為3.25 m；沉淀池采用指型槽出水，出水負(fù)荷為3.33 m³/(h·m)；沉淀池采用虹吸式刮泥機(jī)排泥。

3.3 V型濾池（含反沖洗泵房）

V型濾池設(shè)計(jì)分改擴(kuò)建和新建兩個方案：改擴(kuò)建方案是將原4.5×10⁴ m³/d雙閥濾池改造成V型濾池，另外再新建4.5×10⁴ m³/d的V型濾池，達(dá)到9×10⁴ m³/d的處理規(guī)模；新建方案是直接新建9×10⁴ m³/d的V型濾池1座，建成通水后拆除原雙閥濾池，原雙閥濾池占地作為遠(yuǎn)期超濾、反滲透廠房的預(yù)留用地。分析認(rèn)為：改擴(kuò)建方案對一期供水影響較大，且不利于二期淡水和苦咸水的各自處理；新建方案雖然增加了投資，但可以實(shí)現(xiàn)不斷水施工要求，同時解決淡水和苦咸水各自處理的難題，因此采用新建方案。

新建V型濾池呈雙側(cè)布置，一側(cè)處理淡水，一側(cè)處理苦咸水，每側(cè)濾池均分為4格。考慮到兩側(cè)濾池共用一套反沖洗系統(tǒng)，故每格濾池宜采用同一平面尺寸，設(shè)計(jì)單格濾池平面尺寸為8.4 m×13 m，有效過濾面積為91 m²。淡水處理規(guī)模為6×10⁴ m³/d，設(shè)計(jì)濾速為7.21 m/h，強(qiáng)制濾速為9.61 m/h；苦咸水處理規(guī)模為4×10⁴ m³/d，設(shè)計(jì)濾速為4.81 m/h，強(qiáng)制濾速為6.41 m/h。濾料采用石英砂均粒濾料，粒徑d10=0.95 mm，不均勻系數(shù)K80=1.4，砂層厚度為1.2 m，L/d0=1 263，粗砂層粒徑為2~4 mm，厚度為50 mm。濾池采用氣洗（3 min）+氣水洗（4 min）+水洗（8 min）的反沖洗方式，其中氣洗強(qiáng)度為15 L/(m²·s)、水洗強(qiáng)度為3 L/(m²·s)、表面掃洗強(qiáng)度為1.5~2 L/（m²·s)；為節(jié)約淡水資源，兩側(cè)濾池均采用苦咸水出水進(jìn)行水洗。濾池集水及氣水分配系統(tǒng)由氣水分配槽、濾板和長柄濾頭組成，長柄濾頭均勻分布在濾板上，直徑?20 mm，布置密度為45個/ m²。

反沖洗用房和濾池合建，兩者總土建尺寸為42.5 m×39.68 m。反沖洗用房內(nèi)設(shè)沖洗水泵3臺（2用1備；單泵Q=1 000 m³/h，H=90 kPa，N=37 kW）、羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺（2用1備；單機(jī)Q=48 m³/min，P=50 kPa，N=63 kW）。

3.4 超濾、反滲透廠房

苦咸水濾后水量為4×10⁴ m³/d，經(jīng)超濾、反滲透深度處理后出水量為3×10⁴ m³/d。濾后苦咸水先進(jìn)入中間水池，再由水泵提升進(jìn)入保安過濾器（共4套，3用1備，單套處理規(guī)模為600 m³/h），然后進(jìn)入超濾裝置（共8套，單套產(chǎn)水量為200 m³/h，總產(chǎn)水量為3.6×10⁴ m³/d）。超濾出水先進(jìn)入超濾產(chǎn)水池，其中2.5×10⁴ m³/d超濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透裝置（共2套，單套產(chǎn)水量為240 m³/h，總產(chǎn)水量為1.9×10⁴ m³/d），剩余1.1×10⁴ m³/d超濾產(chǎn)水與1.9×10⁴ m³/d反滲透產(chǎn)水勾兌后進(jìn)入清水池。

本次設(shè)計(jì)預(yù)留超濾、反滲透廠房用地。

3.5 清水池

新建清水池1座，平面凈尺寸為36 m×36 m，有效水深為3.5 m，總?cè)莘e為4 536 m³，占二期新增供水量的10.1%。

3.6 加藥加氯間

二期加藥加氯間土建沿用一期，設(shè)備全部更新。

加藥采用商品液態(tài)堿式氯化鋁（Al2O3含量為10％），投加量為5~20 mg/L，投加濃度為4%~6%，投加點(diǎn)位于管道混合器前。投加采用隔膜計(jì)量泵，投加量按原水流量正比例投加并根據(jù)沉淀池出水濁度進(jìn)行調(diào)整。同時為應(yīng)對突發(fā)性水質(zhì)污染事件,增設(shè)石灰、高錳酸鉀、粉末活性炭投加系統(tǒng)，投加量按原水流量和水質(zhì)正比例投加。

加氯間一期采用液氯消毒，二期改為無安全隱患且計(jì)量更為準(zhǔn)確的次氯酸鈉溶液消毒。次氯酸鈉原液有效氯濃度為10%，投加時有效氯濃度稀釋至5%。加氯點(diǎn)共設(shè)三處：預(yù)加氯點(diǎn)位于管道混合器前，加氯量為1.0 mg/L；濾后加氯點(diǎn)位于清水池進(jìn)水閥前，加氯量為2~3 mg/L；補(bǔ)加氯點(diǎn)位于二級泵房吸水井進(jìn)水管處，加氯量為1.0 mg/L。加氯量控制方式：預(yù)加氯量按原水流量自動投加；濾后和補(bǔ)加氯量按流量與余氯反饋信息自動投加。加氯間設(shè)次氯酸鈉溶液儲罐3個，單個有效容積為20 m³，次氯酸鈉儲量為50天。

3.7 二級加壓泵房

一期二級加壓泵房土建規(guī)模為9×10⁴ m³/d，設(shè)備安裝規(guī)模為4.5×10⁴ m³/d，內(nèi)設(shè)6個泵位。一期水泵使用年限較長，二期考慮全部換新。二期石浦水廠除為石浦鎮(zhèn)區(qū)供水外還需為石浦東部地區(qū)供水，其中石浦鎮(zhèn)區(qū)設(shè)計(jì)供水規(guī)模為7.5×10⁴ m³/d，供水水壓為0.3 MPa，石浦東部設(shè)計(jì)供水規(guī)模為1.5×10⁴ m³/d，供水水壓為0.4 MPa；供水時變化系數(shù)均為1.4。二期改擴(kuò)建后供石浦鎮(zhèn)區(qū)設(shè)水泵4臺（3用1備；單泵Q=1 458 m³/h，H=300 kPa，N=160 kW），供石浦東部設(shè)水泵2臺（1用1備；單泵Q=875 m³/h，H=400 kPa，N=160 kW）。

3.8 排泥水處理及回用系統(tǒng)

石浦水廠一期僅設(shè)廢水池1座，絮凝沉淀池排泥水與濾池反沖洗廢水進(jìn)入廢水池后通過水泵提升外排至附近河道。這樣不但嚴(yán)重污染環(huán)境，而且浪費(fèi)大量的水資源，因此二期工程增加了排泥水處理及回用系統(tǒng),該系統(tǒng)包括回用水池（由一期廢水池改造）1座、排泥池1座、污泥濃縮池2座、脫水機(jī)房1座。

4 運(yùn)行效果

石浦水廠二期改擴(kuò)建工程于2014年10月正式運(yùn)行，目前運(yùn)行穩(wěn)定，一、二期工程同期進(jìn)、出水水質(zhì)對比見表1�？梢�，二期改擴(kuò)建工程實(shí)施后，出水濁度較一期大幅下降，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表1 石浦水廠進(jìn)、出水水質(zhì)

5 工程難點(diǎn)及解決方案

① 新增苦咸水原水處理工藝的選擇

近期為節(jié)省投資先采用淡水和苦咸水出水勾兌的方式作為過渡，遠(yuǎn)期采用超濾、反滲透組合作為深度處理工藝去除氯離子，遠(yuǎn)期用地及近遠(yuǎn)期工藝的銜接在本次設(shè)計(jì)中統(tǒng)籌考慮。

同時，為確保近期淡水和苦咸水出水勾兌的均勻性，需設(shè)置有效的混合措施。常規(guī)的水池混合成本高、占地面積大，不適合本工程。本工程最終采用管道混合方式，淡水和苦咸水出水在進(jìn)入清水池前先在一段15 m長的管道中充分混合。運(yùn)行結(jié)果顯示，通水后一、二期清水池出水水質(zhì)基本一致，管道混合效果良好。

② 用地緊張與不斷水施工兩者的矛盾突出

石浦水廠一期工程雖預(yù)留了二期建設(shè)用地，但未考慮二期深度處理及泥處理系統(tǒng)用地，且水廠周邊地塊已無擴(kuò)征可能，因此二期改擴(kuò)建過程用地十分緊張。同時，石浦水廠作為該地區(qū)唯一的供水廠，要求不斷水施工。針對上述矛盾，在確保能夠正常施工的前提下對新建構(gòu)筑物做了緊湊布置：二期淡水與苦咸水絮凝沉淀池合建，兩者排泥渠合用，新建絮凝沉淀池距南側(cè)現(xiàn)狀絮凝沉淀池6 m，距北側(cè)機(jī)修倉庫5 m；淡水與苦咸水V型濾池合建，新建濾池距北側(cè)圍墻4 m，距南側(cè)現(xiàn)狀濾池8 m，新建絮凝沉淀池和V型濾池基坑開挖時均采用鋼板樁支護(hù)，施工期間未影響現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行，同時一、二期工藝管線的連接均在夜間用水低谷期完成，實(shí)現(xiàn)了不斷水施工的目標(biāo)。

6 結(jié)論

石浦水廠二期改擴(kuò)建工程實(shí)施后，改善了石浦地區(qū)供水水質(zhì)，滿足了當(dāng)?shù)氐男杷�量要求，為同類多水源水廠的設(shè)計(jì)與改造提供了借鑒。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第16期“設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)”欄目）