集約布置技術在某水廠擴建工程設計中的應用

陳艷麗

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程背景

某水廠建于1987年，為了滿足地區水量發展需要歷經了多次改擴建，目前保留了2條6萬m3/d總計12萬m3/d規模的常規處理生產線，常規處理工藝為機械加速澄清池+快濾池+清水池+二級泵房，該2條生產線位于廠區南側，北側分別為水廠辦公樓、機修、倉庫、車庫、食堂和加藥間等設施。

水廠現狀占地63.5畝，本次在水廠南側新征用地18.1畝，擴建工程內容為8萬m3/d規模常規處理、20萬m3/d規模排泥水處理系統，其中新建的綜合加藥間和二級泵房為20萬m3/d規模，同步預留將來深度處理工程接口。

按照通常做法，上述擴建工程內容無法在18.1畝地塊完成，本著節能、環保、減少投資、充分挖潛改造的原則[1]，盡量利用現有設施，綜合評價、比較后，保留并利用的現有設施有：水廠辦公樓、2條生產線的凈水處理構筑物（澄清池、快濾池、清水池）；拆除不能滿足生產需要的加藥間、二級泵房。現狀加藥間面積較小，沒有條件再增加擴建8萬m3/d的加藥設備，更無法增加新的藥劑品種，而且，現有設備陳舊、簡陋，也需要改造；老二級泵房12萬m3/d要擴建為20萬m3/d規模，不僅改造工程量大，也對正常生產運行影響較大，另外，由于其位于現有和擴建工藝之間，帶來處理工藝流程很不順暢，而且，將來深度處理擴建時連通施工困難較大、工藝流程也不順暢。

2 總體布局思路

由于原水是從水廠西側接入，出廠清水向水廠東側、南側接出，現狀2條生產線也是自西向東布置，位于廠區南部，北部為加藥間、辦公樓等附屬設施，總占地63.5畝，其用地指標為0.35m2/m3/d-1，然而新征用地僅18.1畝，用于擴建8萬m3/d常規處理和新建20萬m3/d排泥水處理，用地遠遠不夠，還要保證12萬m3/d現狀生產線正常運行，所以，必須另辟它徑！經過多方案經濟技術比較，抓住用地緊張的關鍵點，從集約化布置入手，通過挖潛、改造、整合，力爭用最小的占地解決面臨的問題。

3 集約布置設施設計[1-3]

上述集約化布置（合建）的處理構筑物內容和主要設計參數分別為：

（1）將絮凝、平流沉淀池與清水池疊建，既采用了運行穩定、出水效果好的平流沉淀池之優點，也避免了其占地大的缺點，同時解決了現狀水廠清水池調節容量過小的問題，原調節量6.67%，擴建（疊建）后達到了10.25%。

絮凝、沉淀池設計規模為8萬m3/d，共設1座。絮凝池折板采用不銹鋼折板，排泥采用斗式排泥，絮凝時間約為23 min，分為3個區。平流沉淀池水平流速12 mm/s，沉淀時間150 min，有效水深3.4 m，沉淀池采用穿孔墻配水，出水采用24 m長指型槽集水，排泥采用機械虹吸式排泥。清水池疊建于絮凝沉淀池之下，有效容積約12 500 m3，有效水深3.6 m，加上現狀清水池8 000 m3，共計總有效容積約 20 500 m3，約為水廠 20萬 m3/d供水規模10.25%。

（2）將擴建的8萬m3/d砂濾池與20萬m3/d二級泵房及變配電設施合建為一幢，節省了部分占地。

a.砂濾池：設計規模8萬m3/d，采用均質濾料濾池，共分成6格，單格池面積約69.68 m2，單排布置，濾速8.4m/h，濾床厚1.20m，濾料采用均質石英砂，d10取0.9mm，k80≤1.40。濾池期終水頭損失2.0m。采用氣水反沖沖洗方式，氣沖強度為55 m3/m2·h，氣水沖時水沖強度為7.5 m3/m2·h，單水沖強度為15.0 m3/m2·h，表面掃洗強度為 7.8 m3/m2·h；

b.吸水井和二級泵房：設計規模20萬m3/d，內設5臺水泵泵位，3臺大泵、2臺小泵，其中大泵單臺流量為4 000~4 500 m3/h，小泵單臺流量為3 000~3 600 m3/h，水泵揚程均為35 m，其中2臺大泵擬考慮采用變頻機組，以更好適應管網水量水壓變化。

（3）將排泥水收集、調節、濃縮、脫水等系統全部集約化合建于一體（即排泥水綜合構筑物），最大程度的節約了用地，見圖1：回用水池收集池、排泥水調節池、、脫水前的平衡池及泥水提升泵房布置在地下層，上次分別布置濃縮池、脫水車間、泥餅間及加藥間、配電間等。

圖1 排泥水綜合構筑物

a.回用水池：考慮僅接收單格濾池的初濾水，設1格容積約280 m3，內設2臺潛水泵將初濾水提升至沉淀池前的原水管道。

b.排泥水調節池：接收來自新建絮凝沉淀池和現狀澄清池排泥，現狀澄清池每天排泥量約300 m3/d，新建絮凝沉淀池約1 680 m3/d，約2~3 h，則排泥量約840~560m3/h。調節池容積約1 750m3，分2格，共設4臺潛水提升泵。

c.濃縮池：采用斜板重力濃縮池，共設置2座，單座直徑為11 m，池深約8.6 m。85%保證率的濃縮池固體負荷約為60 kgTDS/m2·d。原水懸浮固體含量濃縮池上部設置斜板，底部設置中心傳動刮泥機，刮泥機的刮壁帶有攪拌柵條，以通過慢速攪拌提高濃縮效果。濃縮池底部濃縮排泥水含固率3%。濃縮池的上清液達標排放。

d.平衡池：共2座，每座平面尺寸7.55 m×7.6 m，深度約3.5 m，有效容量約200 m3。

e.脫水機房：平面尺寸約20 m×26.0 m，設離心脫水機3臺，PAM儲存、制備及加注設備1套，污泥庫1處，配電間、輔助用房和控制間各1處。排泥水進入脫水機之前投加PAM，PAM投加率2~4 kg/TDS·T。

（4）將現狀零散的倉庫、機修等幾幢小建筑物拆除，騰出地塊用于新建一幢二層附屬用房（包含拆除功能用房）和排泥水系統的綜合污泥處理車間。

由此，在完成現狀設施的集約化整合、改造同時，布置了擴建8萬m3/d常規處理和20萬m3/d排泥水系統設施，也同步完成了遠期深度處理擴建的接口、預留了預處理和配水井用地。

4 主要設計特點

如前所述，主要設計特點歸納為：

（1）抓住并解決主要矛盾

本案例中的主要矛盾是用地緊張，常規思路無法完成，解決用地問題成為必須首先解決之重，通過分析、比較，確定了合理利用和拆除的原有構（建）筑物，為擴建工程騰出了部分用地。

（2）最大化的集約布置

盡管有新征用地、騰出了部分用地，其總可用地約28畝，但仍然無法完成常規布置，通過綜合比較，采用了最大程度的集約化設計：將沉淀池和清水池疊建、將排泥水系統整合成排泥水綜合構筑物合建于一體、將砂濾池與二級泵房合建，使擴建工程得以完成，擴建部分用地指標僅0.23 m2/（m3·d），使擴建完成后的20萬m3/d水廠用地指標為0.272 m2/（m3·d），低于《城市給水工程項目建設標準》建標120-2009指標0.35 m2/（m3·d）和《上海市基礎設施用地指標》（滬建交聯【2007】548號）指標0.34 m2/（m3·d）。

總圖布置見圖2。

圖2 總圖布置

4 結語

（1）針對同一原水、同一清水池、同一供水泵房的第3條生產線擴建工程，合理設計了工藝流程和構筑物選型，在完成擴建工程的同時，也提高了清水池的調節量，并對原有構筑物進行評價后，合理進行了利用、拆除，也同步完成了遠期擴建深度處理的預留接口。

（2）應用疊合式、組合式節地技術，形成了絮凝沉淀池下疊清水池、砂濾池－反沖洗泵房－供水泵房組合構筑物、排泥水綜合構筑物等，使擴建后20萬m3/d規模水廠總的用地指標僅0.272m2/（m3·d），提高了土地利用效率，解決了新征場地不夠的難題，為其他相似工程提供了可借鑒的老廠改擴建經驗。