水厂处理构筑物组(叠)合及连接设计
水厂处理构筑物组(叠)合及连接设计
叶新
(上海市政工程设计研究总院<集团>有限公司,上海200092)
面对不容乐观的江河水源水质现状,净水厂处理工艺除常规处理外,还需考虑预处理及深度处理,或者在厂平面中预留场地,因此平面布置中处理构筑物单元众多,各单元间相互连接的各类管线繁复。在工艺流程顺畅、管理维护方便的条件下,对处理构筑物和辅助建筑物进行合理的组(叠)合布置,可以有效节省宝贵的土地资源,使得处理构筑物布置集中,功能分明且环境协调优美。
针对不同的原水水质特性,净水处理流程各不相同,以平原地区微污染原水典型的净水处理工艺为例,对处理构筑物进行组合设计,处理流程如下:江河或湖泊取水→进水井→取水泵房→配水井→预臭氧接触池→絮凝池→沉淀池→砂滤池→提升泵房→后臭氧接触池→活性炭滤池→清水池→吸水井→送水泵房→用户。
水厂排泥水处理典型流程如下:水厂排泥水→调节池→浓缩池→平衡池→脱水机房→泥饼外运。
从上述处理流程可以看到处理构(建)筑物单体为17个,若再计入加药间、储液池、加氯间、回用水池、臭氧制备车间等辅助生产建筑物,厂区内构(建)筑物处理单体将达20个以上。
根据处理构(建)筑物的功能及高程布置,通常将上下游构筑物、同类构筑物、构筑物与清水池等进行构(建)筑物的组合设计。
1 处理构筑物组(叠)合设计
1.1 上下游构筑物组(叠)合设计
① 上下游构筑物组合设计
水厂总平面按净水处理工艺水力流程、拟建场地的高程以及进出水管线等因素布置,为节省用地减少水头损失,考虑施工难易及维护管理方便等,上下游处理构筑物组合常用于水厂总平面设计中。
在江河或湖泊水源地设置取水构筑物,在符合水文及航运等要求的情况下,设置江心取水口经自流管至岸边进水井,或者受通航限制设置岸边式进水井,遇水位高差较大的江河段取水,进水井与取水泵房一般合并组合设计,主要是考虑进水井与泵房单体构筑物埋设均较深,既需要考虑单体之间的施工间距,又要考虑连接管道埋设太深的施工因素;遇水位高差变化较小的江河或湖泊水源地取水,可根据地形情况、取水水泵泵型选择、进水井与取水泵房的不同高程布置,通过经济技术比较,进水井与取水泵房既可采用分建也可合建。
上下游净水处理构筑物中,配水井与预臭氧接触池、絮凝池与沉淀池、砂滤池与提升泵房、后臭氧接触池与活性炭滤池通常组合设计,这样构筑物高程布置合理且上下游处理流程衔接顺畅,既充分发挥了上下游构筑物的处理功能,又节省了处理构筑物单体各自分建连接管线间的水头损失。上下游净水构筑物合并集中布置既节省了用地,又方便了生产运行管理。
② 处理构筑物与清水池叠合设计
在厂区平面图布置中,清水池占地面积较大,为有效节省占地或拟建场地面积受到限制,设计考虑将处理构筑物与清水池叠合布置。根据场地高程以及净水工艺流程布置,通常平流沉淀池与清水池、砂滤池或活性炭滤池与清水池叠合。
③ 同类型构筑物组(叠)合设计
在排泥水处理工程设计中,为节省用地且加强生产管理,采用同类型构筑物组合以及叠合设计。组合设计通常将排泥水调节池和回用水池合并设计,可二列并排组合泵房集中布置在一端,或者一列组合泵房集中布置在中间的方式,使之整体组合成为一个构筑物。叠合设计主要考虑上下游的排泥水调节池与浓缩池,以及平衡池和脱水机房叠合设计,流程衔接合理且运行管理方便。
④ 构筑物与辅助生产建筑物组(叠)合设计
为方便生产管理,减少不必要的运行能耗,辅助生产建筑物也经常与处理构筑物组(叠)合设计,如冲洗泵房常与砂滤池、活性炭滤池管廊合建,药剂储液池常常考虑叠于加药间下。
1.2 多重构筑物组(叠)合设计
每个水厂的原水水质特性、净水处理流程各不相同,拟建场地的面积、高程、形状也千变万化,因此,厂平面布置中处理构筑物除上述组(叠)合设计外,还可根据工程项目的特性和具体要求,进行多重构筑物组(叠)合设计。
絮凝、沉淀(通常为斜管沉淀池)、砂滤池及冲洗泵房组合建设在一起,有时也考虑下叠清水池,常用于拟建场地受限制且处理规模较小的水厂,既利于生产管理又节省土地。此设计形式利用滤池管廊将沉淀池与滤池连成一体,管廊下层可设置冲洗设备,上层可布置配电室及管理用房,构筑物布置紧凑,各处理单元间水头损失小。
根据处理流程布置以及拟建场地情况,为有效共用辅助冲洗设备,将砂滤池、提升泵房、臭氧接触池及活性炭滤池组合建设。此设计形式可考虑砂滤池、活性炭滤池均各自单排布置,在管廊中各自的出水渠道处拼接组合,提升泵房、冲洗设施等设置在端头或中部;也可考虑砂滤池、活性炭滤池均各自双排布置,利用设置的提升泵房、冲洗设施等用房前后连接组合;不管如何组合都要详细并合理考虑各处理、辅助单元进出以及超越管线的布置,与厂平面管线布置相协调。
排泥水工程处理单元池体大小不一,若分散布置占地面积较大,为有效节省用地并方便管理,考虑在排泥水调节池上叠建浓缩池、在回用水池上叠建脱水机房,且平衡池考虑与回用水池组合设计,这样,在处理规模合适的情况下,排泥水工程单元可全部组(叠)建在一起。
图1为工程规模为30万吨/天的水厂布置实例,工艺处理流程包括预处理、常规处理、深度处理以及排泥水处理,两组生产构筑物设置在厂区西侧,从南到北呈直线型布置,厂区东南侧布置辅助生产设施,水力流程顺畅,平面布置紧凑,工程占地为10.67 hm2。
图1 水厂构筑物组(叠)合设计平面布置实例
根据建设场地状况,辅助生产设施尽量考虑组合及叠合设计,以有效节省占地。利用滤格面积相同的特点,砂滤池与活性炭滤池共用一套反冲洗设施,并与提升泵房有机组合,使得用电负荷集中并方便管理;排泥水调节与回用水池合建,储液池与加药间叠合、平衡池与脱水机房叠合布置;为此,将所有辅助生产设施集中设置在厂区东南侧,布置紧凑、管理便利。厂前区二级泵房及办公楼并排布置,与生产处理构筑物间布置了大容量清水池,平面布置在遵循工艺流程顺畅、功能分区合理、有效利用场地的原则下,兼顾了整个水厂的建筑景观设计,从厂区北侧往南观看一览无遗,视线通透,建筑和景观相得益彰。
2 处理构筑物连接设计
① 管道、渠道连接设计
常规处理工艺构筑物间一般采用管道或渠道连接,但随着原水水质变化,需要建设预处理及深度处理工艺或者预留建设用地,因此,平面布置时需分析不同原水水质情况的运行方式,处理工艺的分期建设设想,以及应急事故处置预案等变化情况。由于预处理、深度处理工艺的加入,各处理单元间需考虑超越管线,或者预留与后续建设处理构筑物之间的接口。
超越管线设置在上下游处理构筑物之间,如配水井与预处理池、砂滤池与提升泵房或者活性炭滤池等,通过管线或渠道设置阀门之间的启闭,来实现上下游处理构筑物间的连接或超越。若工程分期建设,设计中需要谨慎考虑各阶段处理构筑物的连接,并预留与上下游构筑物间的接口。预留管线接口除上述考虑的超越管线接口外,还需在厂平面管线总体布置中统筹考虑。
② 分配、结合井连接设计
除了采用管线连接外还可采用分配、结合井连接,主要是设置一个或多个井室,通过多个闸阀的启闭,来分配上下游构筑物进出管线,实现处理构筑物间的连接或超越。
若是水厂处理工艺为常规处理,预处理、深度处理为远期预留,则可设置分配井连接。在分配井前砂滤池出水管上预留深度处理接口,分配井可设置1~2个井室,根据总图清水池布置通过井室来分配进入清水池的出水管,井内预留深度处理后管线入口,进出口均设置阀门。现阶段运行时,砂滤池出水管进入井室,滤后水经分配至清水池;远期深度处理运行时,开启砂滤池出水管上预留接口,进入深度处理系统,同时关闭井内砂滤池出水阀,打开深度处理预留阀门,深度处理后水经分配井至清水池。至此,井内砂滤池出水阀为超越阀门。
若净水处理流程采用预处理、常规处理及深度处理,处理工艺需要考虑超越深度处理时,需要设置结合井。以某水厂设计为实例,砂滤池与提升泵房合建,后臭氧接触与活性炭滤池合建,考虑砂滤池在臭氧制备系统故障或检修时,砂滤池出水需超越进入清水池。设计中采用结合井连接,结合井布置详见图2。
图2 结合井设计布置实例
结合井从上而下为3层设计,正常运行情况下,提升泵房出水经过上层结合井至后臭氧接触池,活性炭滤池出水进入结合井下层,而后至清水池,进出均采用阀门控制;当需要超越活性炭滤池时,结合井中层设置超越阀门,上层可直接进入底层至清水池。
(本文发表于《中国给水排水》杂志2014年第18期“给水深度处理及饮用水安全保障技术交流会专题”栏目)
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