石浦水厂二期改扩建工程的设计与运行
周华1，李莹1，胡亮亮1，郑云斌2，钟江丽1，项立新1
（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州310014;2.象山县石浦镇水务有限公司，浙江宁波315731)
摘要：介绍了石浦水厂改扩建工程的特点和要求。改扩建工程实施后水厂处理规模从4.5×104 m3/d增加至9×104 m3/d，其中淡水处理规模为6×104 m3/d，苦咸水处理规模为3×104 m3/d。近期淡水和苦咸水出水勾兑均匀后供给用户，远期采用超滤、反渗透工艺对苦咸水进行深度处理。改扩建后水厂出水浊度从≤1.0 NTU提高至≤0.1 NTU，达到了浙江省现代化水厂的标准。
1 工程背景
石浦镇位于象山半岛南端，是我国著名的渔港和旅游名镇。石浦水厂一期工程设计规模为4.5×104 m3/d，建于20世纪90年代，目前已无法满足用户对水量和水质的需求。
2 改扩建方案
2.1 工程规模
经预测,远期2020年石浦地区的需水量为7.81×104 m3/d，考虑一定的不可预见水量，确定改扩建后石浦水厂设计规模为9×104 m3/d。
2.2 供水水源
石浦水厂现状水源为溪口水库、三家村水库和利民水库，改扩建后现状水源的供水规模最大可增加至6×104 m3/d，剩余部分原水由新增水源大塘港水库提供。大塘港原为三门湾支流，后筑堤建库水质逐渐由咸转淡，目前水质已达到地表水Ⅲ类标准，满足水源水质要求。但因海水的渗入，大塘港水库存在一定的苦咸化，氯离子含量维持在约200 mg/L，接近《生活饮用水水源水质标准》（CJ 3020—93）中250 mg/L的上限。鉴于新老水源水质差异较大，以下简称老水源为淡水水源、新水源为苦咸水水源。
2.3 处理工艺
石浦水厂一期采用“管道混合+折板絮凝/平流沉淀池+双阀滤池+消毒”的常规处理工艺，出水浊度基本维持在0.5~1.0 NTU，改扩建后要求出水浊度≤0.5 NTU，并力争达到浙江省现代化水厂标准（出水浊度≤0.1 NTU）。鉴于双阀滤池工艺无法满足二期工程出水水质目标，二期采用出水水质更优的V型滤池工艺。
新增苦咸水原水氯离子含量高，出水口感差，而常规工艺对溶解性盐类去除率低，为进一步降低出水氯离子含量、改善饮用水口感，需进行深度处理。根据以往海水淡化设计经验以及国内同类工程实例，设计采用超滤、反渗透组合作为苦咸水深度处理工艺。本阶段受资金限制，仅预留超滤、反渗透厂房用地，大塘港取水规模为3×104 m3/d；远期增加超滤、反渗透深度处理工艺，考虑该工艺75%的产水率，大塘港取水规模需增加至4×104 m3/d二期改扩建后水厂工艺流程见图1(二期新建构筑物用虚线表示）。
图1 石浦水厂二期工艺流程
2.4 用地方案
一期设计规模为4.5×104 m3/d的厂区总建设用地为3.68 hm2（其中已包含二期扩建4.5×104 m3/d设计规模的用地），本次改扩建工程在原厂区内完成。
3 工程设计
3.1 取水工程
溪口水库、三家村水库和利民水库原水输水管按8.5×104 m3/d规模设计，可满足6×104 m3/d的取水规模，改扩建后沿用原输水管。
大塘港水库至石浦水厂原水管及取水泵房已于1998年建成，其中原水管管径为DN1 000，可满足4×104 m3/d的输水要求；原取水泵房设离心泵4台，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台大泵备用，大泵Q=875 m3/h，H=210 kPa，N=75 kW；小泵Q=438 m3/h，H=210 kPa，N=37 kW），可同时满足3×104 m3/d和4×104 m3/d的输水规模。
3.2 折板絮凝/平流沉淀池
一期折板絮凝/平流沉淀池设计规模为4.5×104 m3/d，分为2组，目前运行效果良好，二期仅更换老化的虹吸刮泥机和排泥阀，土建主体予以保留。为节省建设用地，二期处理淡水和苦咸水的絮凝沉淀池合建，新建絮凝沉淀池分为3组，其中1组处理1.5×104 m3/d的淡水，另外2组处理4×104 m3/d的苦咸水，两者排泥渠合用。
絮凝反应池工艺与一期相同，采用多通道分级串联的立式折板絮凝池，单组均按2×104 m3/d的规模设计；絮凝反应时间为15 min，絮凝流速为0.35~0.15 m/s，平均水深为3.45 m。平流沉淀池单组设计规模也为2×104 m3/d，设计停留时间为102 min，水平流速为13.3 mm/s；单组沉淀池尺寸为79.9 m×5.85 m，池高为3.65 m，有效水深为3.25 m；沉淀池采用指型槽出水，出水负荷为3.33 m3/(h·m)；沉淀池采用虹吸式刮泥机排泥。
3.3 V型滤池（含反冲洗泵房）
V型滤池设计分改扩建和新建两个方案：改扩建方案是将原4.5×104 m3/d双阀滤池改造成V型滤池，另外再新建4.5×104 m3/d的V型滤池，达到9×104 m3/d的处理规模；新建方案是直接新建9×104 m3/d的V型滤池1座，建成通水后拆除原双阀滤池，原双阀滤池占地作为远期超滤、反渗透厂房的预留用地。分析认为：改扩建方案对一期供水影响较大，且不利于二期淡水和苦咸水的各自处理；新建方案虽然增加了投资，但可以实现不断水施工要求，同时解决淡水和苦咸水各自处理的难题，因此采用新建方案。
新建V型滤池呈双侧布置，一侧处理淡水，一侧处理苦咸水，每侧滤池均分为4格。考虑到两侧滤池共用一套反冲洗系统，故每格滤池宜采用同一平面尺寸，设计单格滤池平面尺寸为8.4 m×13 m，有效过滤面积为91 m2。淡水处理规模为6×104 m3/d，设计滤速为7.21 m/h，强制滤速为9.61 m/h；苦咸水处理规模为4×104 m3/d，设计滤速为4.81 m/h，强制滤速为6.41 m/h。滤料采用石英砂均粒滤料，粒径d10=0.95 mm，不均匀系数K80=1.4，砂层厚度为1.2 m，L/d0=1 263，粗砂层粒径为2~4 mm，厚度为50 mm。滤池采用气洗（3 min）+气水洗（4 min）+水洗（8 min）的反冲洗方式，其中气洗强度为15 L/(m2·s)、水洗强度为3 L/(m2·s)、表面扫洗强度为1.5~2 L/（m2·s)；为节约淡水资源，两侧滤池均采用苦咸水出水进行水洗。滤池集水及气水分配系统由气水分配槽、滤板和长柄滤头组成，长柄滤头均匀分布在滤板上，直径?20 mm，布置密度为45个/ m2。
反冲洗用房和滤池合建，两者总土建尺寸为42.5 m×39.68 m。反冲洗用房内设冲洗水泵3台（2用1备；单泵Q=1 000 m3/h，H=90 kPa，N=37 kW）、罗茨鼓风机3台（2用1备；单机Q=48 m3/min，P=50 kPa，N=63 kW）。
3.4 超滤、反渗透厂房
苦咸水滤后水量为4×104 m3/d，经超滤、反渗透深度处理后出水量为3×104 m3/d。滤后苦咸水先进入中间水池，再由水泵提升进入保安过滤器（共4套，3用1备，单套处理规模为600 m3/h），然后进入超滤装置（共8套，单套产水量为200 m3/h，总产水量为3.6×104 m3/d）。超滤出水先进入超滤产水池，其中2.5×104 m3/d超滤产水进入反渗透装置（共2套，单套产水量为240 m3/h，总产水量为1.9×104 m3/d），剩余1.1×104 m3/d超滤产水与1.9×104 m3/d反渗透产水勾兑后进入清水池。
本次设计预留超滤、反渗透厂房用地。
3.5 清水池
新建清水池1座，平面净尺寸为36 m×36 m，有效水深为3.5 m，总容积为4 536 m3，占二期新增供水量的10.1%。
3.6 加药加氯间
二期加药加氯间土建沿用一期，设备全部更新。
加药采用商品液态碱式氯化铝（Al2O3含量为10％），投加量为5~20 mg/L，投加浓度为4%~6%，投加点位于管道混合器前。投加采用隔膜计量泵，投加量按原水流量正比例投加并根据沉淀池出水浊度进行调整。同时为应对突发性水质污染事件,增设石灰、高锰酸钾、粉末活性炭投加系统，投加量按原水流量和水质正比例投加。
加氯间一期采用液氯消毒，二期改为无安全隐患且计量更为准确的次氯酸钠溶液消毒。次氯酸钠原液有效氯浓度为10%，投加时有效氯浓度稀释至5%。加氯点共设三处：预加氯点位于管道混合器前，加氯量为1.0 mg/L；滤后加氯点位于清水池进水阀前，加氯量为2~3 mg/L；补加氯点位于二级泵房吸水井进水管处，加氯量为1.0 mg/L。加氯量控制方式：预加氯量按原水流量自动投加；滤后和补加氯量按流量与余氯反馈信息自动投加。加氯间设次氯酸钠溶液储罐3个，单个有效容积为20 m3，次氯酸钠储量为50天。
3.7 二级加压泵房
一期二级加压泵房土建规模为9×104 m3/d，设备安装规模为4.5×104 m3/d，内设6个泵位。一期水泵使用年限较长，二期考虑全部换新。二期石浦水厂除为石浦镇区供水外还需为石浦东部地区供水，其中石浦镇区设计供水规模为7.5×104 m3/d，供水水压为0.3 MPa，石浦东部设计供水规模为1.5×104 m3/d，供水水压为0.4 MPa；供水时变化系数均为1.4。二期改扩建后供石浦镇区设水泵4台（3用1备；单泵Q=1 458 m3/h，H=300 kPa，N=160 kW），供石浦东部设水泵2台（1用1备；单泵Q=875 m3/h，H=400 kPa，N=160 kW）。
3.8 排泥水处理及回用系统
石浦水厂一期仅设废水池1座，絮凝沉淀池排泥水与滤池反冲洗废水进入废水池后通过水泵提升外排至附近河道。这样不但严重污染环境，而且浪费大量的水资源，因此二期工程增加了排泥水处理及回用系统,该系统包括回用水池（由一期废水池改造）1座、排泥池1座、污泥浓缩池2座、脱水机房1座。
4 运行效果
石浦水厂二期改扩建工程于2014年10月正式运行，目前运行稳定，一、二期工程同期进、出水水质对比见表1。可见，二期改扩建工程实施后，出水浊度较一期大幅下降，达到了设计目标。
表1 石浦水厂进、出水水质
5 工程难点及解决方案
① 新增苦咸水原水处理工艺的选择
近期为节省投资先采用淡水和苦咸水出水勾兑的方式作为过渡，远期采用超滤、反渗透组合作为深度处理工艺去除氯离子，远期用地及近远期工艺的衔接在本次设计中统筹考虑。
同时，为确保近期淡水和苦咸水出水勾兑的均匀性，需设置有效的混合措施。常规的水池混合成本高、占地面积大，不适合本工程。本工程最终采用管道混合方式，淡水和苦咸水出水在进入清水池前先在一段15 m长的管道中充分混合。运行结果显示，通水后一、二期清水池出水水质基本一致，管道混合效果良好。
② 用地紧张与不断水施工两者的矛盾突出
石浦水厂一期工程虽预留了二期建设用地，但未考虑二期深度处理及泥处理系统用地，且水厂周边地块已无扩征可能，因此二期改扩建过程用地十分紧张。同时，石浦水厂作为该地区唯一的供水厂，要求不断水施工。针对上述矛盾，在确保能够正常施工的前提下对新建构筑物做了紧凑布置：二期淡水与苦咸水絮凝沉淀池合建，两者排泥渠合用，新建絮凝沉淀池距南侧现状絮凝沉淀池6 m，距北侧机修仓库5 m；淡水与苦咸水V型滤池合建，新建滤池距北侧围墙4 m，距南侧现状滤池8 m，新建絮凝沉淀池和V型滤池基坑开挖时均采用钢板桩支护，施工期间未影响现状处理构筑物的正常运行，同时一、二期工艺管线的连接均在夜间用水低谷期完成，实现了不断水施工的目标。
6 结论
石浦水厂二期改扩建工程实施后，改善了石浦地区供水水质，满足了当地的需水量要求，为同类多水源水厂的设计与改造提供了借鉴。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第16期“设计经验”栏目）
