广西南宁市大沙田供水扩建工程设计布局及选型

广西南宁市大沙田供水扩建工程设计布局及选型

梁虹

广西壮族自治区城乡规划设计院广西南宁530000

摘要：广西南宁市供水扩建工程属于扩建工程，扩建规模为10×104m3/d,取水水源为大王滩水库，采用了预处理工艺、常规处理工艺，设计了排泥水回用系统及对污泥进行了处理。并详细介绍了扩建工程中各构、建筑物的设计参数、设备选型以及采用的新工艺技术。

关键词：常规处理工艺；新工艺技术；设计参数；

1.工程概况

随着中国—东盟自由贸易区建设进程的加快，作为中国—东盟自由贸易区的前沿城市、广西北部湾经济区核心城市—南宁正加快建设。良庆经济开发区作为区域性物流中心的地位日益凸显。

在经济快速发展和工业化进程加快的形势下，大沙田供水有限责任公司现状供水规模仅为3×104m3/d，供水管网的覆盖率较低，严重的制约了经济的进一步增长，供水设施建设的滞后成为制约经济社会发展的瓶颈。因此，根据《南宁五象新区分区规划》、《中国—东盟国际物流基地规划》及《南宁五象新区玉洞片区控制性详细规划》以及该片区经济、社会发展的需要，大沙田供水厂服务面积35.67km2（2018年），扩建规模为10×104m3/d。按水质检测资料，原水水质标准达到GB3838-2002地表水环境质量标准II类，不低于III类标准，根据国家GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》要求，水厂采用常规处理工艺，并对排泥水进行浓缩及脱水处理。

2.处理工艺及处理流程

目前，良庆经济开发区的用水大部分由那马水厂供给。那马水厂建于1994年8月，1996年投产，院隶属于大沙田供水有限责任公司20年，那马水厂由北控中科成环保集团有限公司收购。水厂设计供水能力为3.0万m3/d，采用地下水最为供水水源。

扩建工程取水水源采用大王滩水库供水，根据原水水质及国家GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》要求，扩建工程采用常规处理工艺，其工艺流程如图1所示。

3净水厂主要生产构筑物的工艺参数及选型

3.1网格絮凝平流沉淀池

3.1.1设计参数

絮凝阶段主要考虑絮凝反应器的形式和絮凝时间的选定，常规絮凝方式有机械絮凝、水力絮凝两种方式，参照广西南宁市三津水厂以及广西钦州市二水厂采用高效网格絮凝池的实际运行经验，絮凝效果与机械絮凝没有明显的区别，网格絮凝池是将整个池子在平面上分成多格，格与格之间由孔口连通。在每一格内，放置多通道网格板，增加水流的紊动作用。水流顺序在各格内产生紊流，并因网格间的通道从絮凝池的进口向出口逐渐增大，因而流速梯度从大到小，以保证絮凝池有恰当的G值和GT值，增加水中胶体颗粒碰撞机会，有利于大颗粒矾花生产。本次设计采用的絮凝时间为14.33min。具体设计参数详见表1所示。

平流沉淀池的设计关键在于选定沉淀时间和出水溢流率的控制。《室外给水设计规范》（GB50013-2006）设计规范中建议的沉淀时间为t=1~3h，结合已建成的平流沉淀池的实际运行效果看，沉淀时间大于1.5h，才能是沉淀后水浊度<0.3NTU，但沉淀时间过长会增加沉淀池的长度、使得沉淀池占地和投资增加。因此，经过综合比较，本设计沉淀池停留时间为t=2h。平流沉淀池最大的关键问题在于控制出水夹带的矾花，通过控制出水溢流的流速可以取得较好的效果。规范建议的溢流率不宜超过300m3/m·d，本设计通过增加集水槽的长度，控制出水溢流率为220m3/m·d来实现。

本次设计采用的新工艺体现在平流沉淀池的排泥方式的选定方面，本次设计通过虹吸式刮泥机和单轨式刮泥机两种设备进行综合对比，最终选定单轨式刮泥机为平流沉淀池的排泥形式。两种设备的对比详见表2所示。

3.1.2构筑物选型

网格絮凝池每池共分36格，设计单格平面尺寸为2.40m×2.40m，池体总高：H=4.60m。网格絮凝池分为3段，其中2～12号分格为第一段，12～18号格位第二段，18~36号分格为第三段。第一段内放置成品网格，孔眼尺寸为80mm×80mm;过网流速为V=0.3m/s；第二段内放置成品网格，孔眼尺寸100mm×100mm；过网流速为0.23m/s，第三段内不放置网格。絮凝沉淀池与沉淀池之间的过渡段设配水花墙，孔口流速为V=0.08m/s变化至0.024m/s。

平流沉淀池的水力停留时间为2.0h，设计平均流速为14.6mm/s，设计有效水深：H=3.0m，每格设置2个廊道，每道宽度为7.6m，出水槽长度为20m，采用不锈钢出水槽，出水溢流率为220m3/m·d，排泥设备采用单轨式刮泥机。

3.2V型滤池

3.2.1设计参数

V型滤池因其具有恒水位变速过滤，滤层不容易出现负压，采用均粒石英砂滤料，滤层厚度较普通快滤池厚，截污量也比普通快滤池大，过滤周期较长，采用气水反冲洗和表面扫洗，提高了冲洗效果并节约了冲洗用水等优点，近几年得到广泛的应用。本次设计滤池共分8格，单格有效面积为90.72m2（10.8*8.4），总有效过滤面积725.76m2，设计滤速为6.25m/h，强制滤速为7.15m/h，池深H=4.3m，滤料采用均质石英砂滤料，选取粒径在d10=0.9~1.20范围内，不均匀系数：K80≤1.4，设计承托层厚度为：H=1.2m，采用砂石承托层，有效粒径在d=2~4。

滤料反冲洗阶段采用先气冲、再气水同时冲、最后水单独冲洗三阶段恒气量、变水量的反冲洗方式。气冲洗强度13m3/s·m2，则空气量为70.8m3/min，第二阶段冲洗强度2.5L/s·m2，则冲洗水量为816m3/h，第三阶段水冲洗强度5L/s·m2，则冲洗水量为1633m3/h。

具体设计参数如表3所示。

3.2.2设备选型

本次设计滤池共分8格，单格有效面积为90.72m2（10.8*8.4），总有效过滤面积725.76m2，设计滤速为6.25m/h，强制滤速为7.15m/h，池深H=4.3m，滤池尺寸为：第一阶段根据气冲洗强度，则空气量为70.8m3/min，选用多级离心风机2台，单台流量70m3/min，压力40kPa，电机功率75kW。第二阶段冲洗强度2.5L/s·m2，则冲洗水量为816m3/h，第三阶段水冲洗强度5L/s·m2，则冲洗水量为1633m3/h，选用双吸泵3台，单台流量840m3/min，扬程8m，电机功率22kW。第二阶段启动一台，第三阶段启动2台，1台备用。

滤池部分阀门采用气动阀，在反冲洗泵房内设空压机2台，一用一备，单台流量1m3/min，压力10Bar，电机功率7.5kW。

3.3消毒加药间

3.3.1设计参数

加药消毒间由加二氧化氯消毒间、PAC投加间及石灰投加间组成。

二氧化氯由前加氯和后加氯组成，前加氯为a1=0.5mg/L，后加氯量采用a2=1mg/L；加矾采用固体聚合氯化铝，设计投加量为20mg/L,溶液浓度为5%。投石灰采用精石灰粉，设计投加量为22.4mg/L。

3.3.2设备选型

（1）消毒间

由于本工程为扩建工程，原水厂的消毒间年代较为久远，设备老旧，为方便管理，本次设计考虑取消厂区原有的消毒间，新的消毒间按设计规模按13×104m3/d供水规模设计，消毒剂采用化学法ClO2发生器自动投加，根据设计规范要求，消毒间格局由氯酸钠库、盐酸供应室、二氧化氯发生器间以及配电间、值班室组成，氯酸钠库设置Φ2000X3020加厚PE储罐1个，配备SL-2,150kg/次水流式搅拌器一台。盐酸供应室Φ2000X3020加厚PE储罐2个，配备FP65-20-150/A卸酸泵一台，以及Q=5m3/h酸雾吸收器一台。二氧化氯发生器间设置3台二氧化氯发生器，两用一备，单台最大投药量10kg/h，并按要求配置二氧化氯泄漏检测仪一套，报警范围1～5PPm。为满足安全要求消毒间配置防毒面具/氧气袋及吸氧面罩3套。同时为满足通风要求设置7台Q=3020m3/h规格的轴流风机，安装高度根据气体的性质来确定。

（2）PAC投加间

PAC投加间设置在消毒间旁，絮凝剂采用聚合氯化铝，设计采用湿式投加，药剂通过溶解、搅拌均匀后，配制成5%浓度的液体，投加到絮凝沉淀池配水井的进水管中。设置溶解池及溶液池各一组，一组溶解池三池，单池尺寸为：L×B=1.70m×1.70m；一组溶液池三池，单池尺寸为：L×B=2.70m×2.70m；各池上设置搅拌机各一台。投加采用计量泵投加，设置Q=1093L/h,H=0.35bar隔膜计量泵3台（两用一备），并配置电动葫芦T=1.0t,P=1.5KW一个，通风设备采用6台Q=3020m3/h规格的轴流风机。

（3）石灰投加间

石灰间布置PAC投加间旁，在石灰间设置Q=300kg/h的石灰干投机两组，投加泵采用Q=4200L/h,H=0.6bar耐腐蚀离心泵，配置3台（二用一备），起重设备采用电动葫芦T=1.0t,P=1.5KW一个，通风设备采用5台Q=3020m3/h规格的轴流风机。设计贮药量按15天计算。

消毒加药间的整体设计平面尺寸为：L×B×H=48.80m×13.20m×8.40m。

3.4二级泵房

现有泵房由南北两间组成，每间平面尺寸19×7.8m，H=7.5m，北面泵房现有设备规模为3.0×104m3/d，南面泵房预留4个泵位。中间为配电间，平面尺寸10.8×10.8m，现有二级泵房内设有4台水泵。

根据管网平差结果，二级泵房设2根DN1000出水管时，要求二级泵房出水压力为46m，1#、2#泵扬程高出12m，3#、4#泵扬程高出7m，厂区扩建工程完成后，4台泵都将偏离高效段工作，节能效果差，现有四台泵已经运行10多年，因此，拟将原有的四台泵全部更换。工程扩建后，最高日供水量为13×104m3/d，时变化系数取1.35，最高日最高时流量为7313m3/h。泵房未设吸水井，水泵直接从清水池吸水，清水池共设有8根出水管（其中4根管径DN800，另外4根管径DN500）。由于清水池与现有二级泵房之间已无空间建吸水井，二级泵站只能通过已有的清水池出水管直接从清水池吸水。

根据供水规模、吸水管过水能力，配置水泵，二级泵房主要设备详下表。

沉淀池干污泥量按公式S=（K1C0+K2D）×Q×10-6计算，其中C0为原水浊度（NTU），本项目取50；K1原水浊度单位NTU与悬浮物SS单位mg/L的换算系数，通常取值0.7~2.2，本项目取1；D药剂投加量（mg/L），本项目设计投加量20mg/L；K2药剂转换成泥量的系数，氯盐取1.53。

3.5.1排泥池

（1）设计参数

经计算每日干污泥量5.36t，排泥浓度按2%计算，每日排泥水267.8m3。沉淀池每日排泥一次，排泥池容积按存放一天排泥量设计。

（2）设备选型

尺寸为L×B×H=11.5×11.4×4.5m，有效水深3.0m，有效容积393m3。池内分两格，每格可独立运行，每格设两台潜污泵，水泵规格：流量100m3/h，扬程10~11m，电机功率7.5kW。为防止泥水在排泥池沉淀，每格排泥池设搅拌机1台，规格D470，功率3.0kW。

3.5.2浓缩池

（1）设计参数

浓缩池设两座，排泥水经潜污泵提升至浓缩池，固体通量为0.73Kg固体/（m2·h）,浓缩池直径14m，有效沉淀面积153.9m2，表面负荷0.04m3/m2.h，池边水深3.9m。3.5.3脱水机房根据《城镇给水排水技术规范》（GB50788-2012）的要求，需要对排泥水处理，避免二次污染，本项目对浓缩池排泥进行脱水处理。根据国内外类似工程，本项目拟采用板框式压滤机对污泥脱水，设2台板框式压滤机，每台过滤面积180m2，电机功率5.5kW。脱水机房建筑尺寸L×B=24.36×10.26m，2层，总建筑面积740m2，采用框架结构。

3.5.4回用水池

回用水池接纳滤池冲洗水，滤池共8格，每格每次反冲洗水量416.4m3。回用水池设1座，分成2格，每格独立运行，每格容积按接纳一格滤池反冲排水设计。回用水池尺寸为：L×B×H=23.4×13.4×4.5m，有效水深3.0m，有效容积912m3，每格容积456m3。每格回用水池设2台潜污泵，将反冲洗水提升至配水井，2台水泵1用1备，水泵规格：流量150m3/h，扬程10~11m，电机功率11kW。为防止反冲洗水在回用水池沉淀，每格回用水池设搅拌机2台，规格D470，功率3.0kW。

4.结语

（1）有关絮凝沉淀池排泥形式的选用，传统形式都大多采用虹吸式排泥车排泥，本工程采用单轨式刮泥机方式排泥，有利于减少排水量，降低水厂的自用水量，使得污泥含固率增加有利于后续的污泥处理系统的有效运行，且可以避免虹吸式刮泥机负压管道容易漏气、破坏真空，维修量大等缺点，在节能减排方面发挥明显的作用。

（2）V型滤池采用先气、再气水同时、后水冲洗连续过程，均质滤料处于微膨胀状态，过滤后出水水质效果好。

（3）本工程排泥水处理系统主要包括排泥池、污泥浓缩池、平衡池和污泥脱水车间、回用水池，泥水经过排泥系统处理，能有效减少污泥含水率，降低污泥对环境的影响。

参考文献：

[1]张金松.净水厂技术改造实施指南；中国建筑工业出版社,2009年.

作者简介

梁虹，工程师，广西壮族自治区城乡规划设计院。