石浦水廠二期改擴建工程的設計與運行
周華1，李瑩1，胡亮亮1，鄭云斌2，鐘江麗1，項立新1
（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州310014;2.象山縣石浦鎮水務有限公司，浙江寧波315731)
摘要：介紹了石浦水廠改擴建工程的特點和要求。改擴建工程實施后水廠處理規模從4.5×104 m3/d增加至9×104 m3/d，其中淡水處理規模為6×104 m3/d，苦咸水處理規模為3×104 m3/d。近期淡水和苦咸水出水勾兌均勻后供給用戶，遠期采用超濾、反滲透工藝對苦咸水進行深度處理。改擴建后水廠出水濁度從≤1.0 NTU提高至≤0.1 NTU，達到了浙江省現代化水廠的標準。
1 工程背景
石浦鎮位于象山半島南端，是我國著名的漁港和旅游名鎮。石浦水廠一期工程設計規模為4.5×104 m3/d，建于20世紀90年代，目前已無法滿足用戶對水量和水質的需求。
2 改擴建方案
2.1 工程規模
經預測,遠期2020年石浦地區的需水量為7.81×104 m3/d，考慮一定的不可預見水量，確定改擴建后石浦水廠設計規模為9×104 m3/d。
2.2 供水水源
石浦水廠現狀水源為溪口水庫、三家村水庫和利民水庫，改擴建后現狀水源的供水規模最大可增加至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，后筑堤建庫水質逐漸由咸轉淡，目前水質已達到地表水Ⅲ類標準，滿足水源水質要求。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標準》（CJ 3020—93）中250 mg/L的上限。鑒于新老水源水質差異較大，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”的常規處理工藝，出水濁度基本維持在0.5~1.0 NTU，改擴建后要求出水濁度≤0.5 NTU，并力爭達到浙江省現代化水廠標準（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目標，二期采用出水水質更優的V型濾池工藝。
新增苦咸水原水氯離子含量高，出水口感差，而常規工藝對溶解性鹽類去除率低，為進一步降低出水氯離子含量、改善飲用水口感，需進行深度處理。根據以往海水淡化設計經驗以及國內同類工程實例，設計采用超濾、反滲透組合作為苦咸水深度處理工藝。本階段受資金限制，僅預留超濾、反滲透廠房用地，大塘港取水規模為3×104 m3/d；遠期增加超濾、反滲透深度處理工藝，考慮該工藝75%的產水率，大塘港取水規模需增加至4×104 m3/d二期改擴建后水廠工藝流程見圖1(二期新建構筑物用虛線表示）。
圖1 石浦水廠二期工藝流程
2.4 用地方案
一期設計規模為4.5×104 m3/d的廠區總建設用地為3.68 hm2（其中已包含二期擴建4.5×104 m3/d設計規模的用地），本次改擴建工程在原廠區內完成。
3 工程設計
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規模設計，可滿足6×104 m3/d的取水規模，改擴建后沿用原輸水管。
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的輸水規模。
3.2 折板絮凝/平流沉淀池
一期折板絮凝/平流沉淀池設計規模為4.5×104 m3/d，分為2組，目前運行效果良好，二期僅更換老化的虹吸刮泥機和排泥閥，土建主體予以保留。為節省建設用地，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。
絮凝反應池工藝與一期相同，采用多通道分級串聯的立式折板絮凝池，單組均按2×104 m3/d的規模設計；絮凝反應時間為15 min，絮凝流速為0.35~0.15 m/s，平均水深為3.45 m。平流沉淀池單組設計規模也為2×104 m3/d，設計停留時間為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，出水負荷為3.33 m3/(h·m)；沉淀池采用虹吸式刮泥機排泥。
3.3 V型濾池（含反沖洗泵房）
V型濾池設計分改擴建和新建兩個方案：改擴建方案是將原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，達到9×104 m3/d的處理規模；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期超濾、反滲透廠房的預留用地。分析認為：改擴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，但可以實現不斷水施工要求，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型濾池呈雙側布置，一側處理淡水，一側處理苦咸水，每側濾池均分為4格。考慮到兩側濾池共用一套反沖洗系統，故每格濾池宜采用同一平面尺寸，設計單格濾池平面尺寸為8.4 m×13 m，有效過濾面積為91 m2。淡水處理規模為6×104 m3/d，設計濾速為7.21 m/h，強制濾速為9.61 m/h；苦咸水處理規模為4×104 m3/d，設計濾速為4.81 m/h，強制濾速為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，其中氣洗強度為15 L/(m2·s)、水洗強度為3 L/(m2·s)、表面掃洗強度為1.5~2 L/（m2·s)；為節約淡水資源，兩側濾池均采用苦咸水出水進行水洗。濾池集水及氣水分配系統由氣水分配槽、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。反沖洗用房內設沖洗水泵3臺（2用1備；單泵Q=1 000 m3/h，H=90 kPa，N=37 kW）、羅茨鼓風機3臺（2用1備；單機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。濾后苦咸水先進入中間水池，再由水泵提升進入保安過濾器（共4套，3用1備，單套處理規模為600 m3/h），然后進入超濾裝置（共8套，單套產水量為200 m3/h，總產水量為3.6×104 m3/d）。超濾出水先進入超濾產水池，其中2.5×104 m3/d超濾產水進入反滲透裝置（共2套，單套產水量為240 m3/h，總產水量為1.9×104 m3/d），剩余1.1×104 m3/d超濾產水與1.9×104 m3/d反滲透產水勾兌后進入清水池。
本次設計預留超濾、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，總容積為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，設備全部更新。
加藥采用商品液態堿式氯化鋁（Al2O3含量為10％），投加量為5~20 mg/L，投加濃度為4%~6%，投加點位于管道混合器前。投加采用隔膜計量泵，投加量按原水流量正比例投加并根據沉淀池出水濁度進行調整。同時為應對突發性水質污染事件,增設石灰、高錳酸鉀、粉末活性炭投加系統，投加量按原水流量和水質正比例投加。
加氯間一期采用液氯消毒，二期改為無安全隱患且計量更為準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%。加氯點共設三處：預加氯點位于管道混合器前，加氯量為1.0 mg/L；濾后加氯點位于清水池進水閥前，加氯量為2~3 mg/L；補加氯點位于二級泵房吸水井進水管處，加氯量為1.0 mg/L。加氯量控制方式：預加氯量按原水流量自動投加；濾后和補加氯量按流量與余氯反饋信息自動投加。加氯間設次氯酸鈉溶液儲罐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模為9×104 m3/d，設備安裝規模為4.5×104 m3/d，內設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區供水外還需為石浦東部地區供水，其中石浦鎮區設計供水規模為7.5×104 m3/d，供水水壓為0.3 MPa，石浦東部設計供水規模為1.5×104 m3/d，供水水壓為0.4 MPa；供水時變化系數均為1.4。二期改擴建后供石浦鎮區設水泵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
石浦水廠一期僅設廢水池1座，絮凝沉淀池排泥水與濾池反沖洗廢水進入廢水池后通過水泵提升外排至附近河道。這樣不但嚴重污染環境，而且浪費大量的水資源，因此二期工程增加了排泥水處理及回用系統,該系統包括回用水池（由一期廢水池改造）1座、排泥池1座、污泥濃縮池2座、脫水機房1座。
4 運行效果
石浦水廠二期改擴建工程于2014年10月正式運行，目前運行穩定，一、二期工程同期進、出水水質對比見表1。可見，二期改擴建工程實施后，出水濁度較一期大幅下降，達到了設計目標。
表1 石浦水廠進、出水水質
5 工程難點及解決方案
① 新增苦咸水原水處理工藝的選擇
近期為節省投資先采用淡水和苦咸水出水勾兌的方式作為過渡，遠期采用超濾、反滲透組合作為深度處理工藝去除氯離子，遠期用地及近遠期工藝的銜接在本次設計中統籌考慮。
同時，為確保近期淡水和苦咸水出水勾兌的均勻性，需設置有效的混合措施。常規的水池混合成本高、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入清水池前先在一段15 m長的管道中充分混合。運行結果顯示，通水后一、二期清水池出水水質基本一致，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留了二期建設用地，但未考慮二期深度處理及泥處理系統用地，且水廠周邊地塊已無擴征可能，因此二期改擴建過程用地十分緊張。同時，石浦水廠作為該地區唯一的供水廠，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現狀絮凝沉淀池6 m，距北側機修倉庫5 m；淡水與苦咸水V型濾池合建，新建濾池距北側圍墻4 m，距南側現狀濾池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，施工期間未影響現狀處理構筑物的正常運行，同時一、二期工藝管線的連接均在夜間用水低谷期完成，實現了不斷水施工的目標。
6 結論
石浦水廠二期改擴建工程實施后，改善了石浦地區供水水質，滿足了當地的需水量要求，為同類多水源水廠的設計與改造提供了借鑒。
（本文發表于《中國給水排水》雜志2015年第16期“設計經驗”欄目）
