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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