浅议 “ 饮用水安全保障工程设计方案 ” ---- 巩义市坞罗水厂改造工程方案 巩义市水务有限公司 李占国

1. 浅议“饮用水安全保障工程设计方案” ----巩义市坞罗水厂改造工程方案 巩义市水务有限公司 李占国

2. 作者简介 • 李占国（1954年3月——）男，工程师，1978年8月毕业于湖南大学土木系给水排水工程专业。 • 主要从事供水排水、水资源及水质安全保障研究。巩义市给排水领域招标投标专家库成员；河南省建筑工程评标专家。节水论文“在节水中求发展”获《中国供水节水报》“都江堰杯”优秀论文奖，还在“河南节水通讯”上时有发表，主要著作《机泵构造与运行》、《地表水厂净化管理》等。 • 邮编：451200 • 通迅地址：河南省巩义市新华路1号 • 联系电话：0371-64393086 手机：13137728532

3. 核心技术简介 • 微絮凝净水技术：上海同诺环境科技有限公司董事长方永忠教授专利技术。使用微絮凝净水器，实现高效一体化净水。水流在投加絮凝剂后依次进入净水器的凝聚层，絮凝层和过滤层历时10～15mim，无需沉淀工艺即可达到出水浊度1NTU以下（一般在0.5NTU左右）的要求。微絮凝净水技术特别适于小型水厂。 • 微涡流絮凝器是一种空心壳体结构，一般采用ABS材料制作，表面开有许多小孔。微涡流絮凝器用于提高混凝速度和质量，以增强水处理能力，改善提高水质。

4. 浅议“饮用水安全保障工程设计方案” ——巩义市坞罗水厂改造工程方案 • 摘要： • 净化水厂改、扩建设计，采用微涡流絮凝工艺净水处理技术。就水力絮凝工艺和隔板、折板、网格工艺进行比较，清晰反映：该方案反应时间短，絮凝效率高，出水水质好。强化絮凝还能去除部分有机物，对水量水质变化适应能力强，安装简单，维护方便，易清洗，寿命长。不但充分利用部分原有设施，节省药耗、电耗、水耗、工耗等大量工程投资及运行成本，而且为安全供水提供了技术保障。 李占国

5. 关键词 水厂 改扩 设计

6. 概述 • 1.1巩义市供水现状 • 巩义市位于河南省会郑州和九朝古都洛阳之间，交通发达，资源丰富，工业基础雄厚。随着城镇一体化建设的加快和工业的发展，市区供水不足的矛盾日益突出。越来越成为制约巩义市城市发展的重要因素之一。

7. 巩义市城市供水现有水厂三座 其中两座地表水水厂（坞罗水厂和南山口水厂）一座地下水厂（烈姜沟水厂）。

8. 工艺流程如下： • 坞罗水厂：坞罗水库水（加药）→折板混合反应池→平流式沉淀池→ 重力无阀滤池→清水池（加氯）→输水管线→永安配水厂→ • 新华路泵站（加压）→城区管网→用户。 • 南山口水厂：后寺河水库原水→输水干渠→预沉池→调蓄池→ • （加药）水力循环澄清池→重力无阀滤池→清水池（加氯）→ • 输水管线→常庄泵站→城区管网→用户。 • 烈姜沟水厂：黄河滩井水→输水管网→ 1＃调蓄洞→石板沟泵站→ • 2＃过水洞→输水管线→孝站路清水池（加氯）→ • 孝站路泵站分两个方向（老城区、新城区） • ①老城区管网→桐本路加压站→管网→用户。 • ②新城区管网→紫荆路泵站→输水管网→水地河泵站→ • 新城区管网→用户。 • 东五镇→用户

9. 坞罗水厂情况 • 坞罗水厂的水处理设施未达到设计要求混合反应时间长，效果差，沉淀池池长与池深，池长与池宽之比均小于9.0和3.5（一般规定长深比不小于10，长宽比不小于4），不但影响絮凝沉淀效果，而且加大滤池负荷，严重影响净水效，果和生产能力。

10. 存在问题 • （1）供需矛盾突出，城市供水系统缺乏统一规划，两个地表水厂之间不能联动，水源无法合理调度，仅靠现有设施、设备无法满足城市发展的要求。 • （2）地表水厂净化工艺落后，存在严重的先天性不足，不能满足现行的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的规定。 • （3）供水设备陈旧，选型不合理，存在过分设计，大马拉小车现象，导致设备常年在低效区运行，不经济。 • （4）管网老化，管材质量差，年久失修，长期超限、超压运行；施工质量不符合国家规范要求，接口技术落后，爆管事故频繁发生，管网漏损率逐年增加，有时高达40.87%。 • （5）管网非正常工况运行，将不同时期或不同地区的供水管网进行联网，管材混杂，供水布局不合理，部分管径小，成为制约供水发展的“瓶颈”。使有限的供水能力不能充分发挥作用，运行成本高，不经济。

11. . • 上述问题，不仅导致供水损失大，而且还造成用户水压下降，管网水质差，管网余氯消耗较大，严重影响服务水压及供水安全。

12. 工程建设的必要性 • 坞罗水厂始建1994年，设计能力为2万m3/d，采用（隔板混合、平流沉淀、重力无阀滤池过滤、液氯消毒）常规处理工艺，由于种种原因“混合、沉淀”未达到设计效果，不但实际处理能力减半，而且加大了滤池负荷，滤水效果也不理想。该水厂供水占有“得天独厚”的优势，地表水源（本地坞罗水库水和陆浑水）及天然条件（高程）自压市区、是其它水厂都无法相比，产量占居首位，为总产水的2/3以上，DN600㎜总输水干管还有相当富余。巩义市坞罗水厂对巩义市城市整体供水体系起着举足轻重的“主力军”作用，因此来说，解决好巩义市坞罗水厂水处理问题非常关键。

13. 设计原则与依据 • 依据规范及标准 • （1）《室外给水设计规范》（GB50013-2006） • （2）《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006） • （3）《地表水环境质量标准》（GHZB1-1999） • （4）《城镇给水厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ41-91） • （5）《低压配电装置及线路设计规范》（GB50052-95） • （6）《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50060-92） • （7）《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-93） 设计原则 （1）遵照国家、省市行业主管部门有关法规和“对水厂提级改造”的要求。 （2）总结国内外同类供水工程的成功经验，保证处理工艺先进、技术可靠、运行经济合理。 （3）适应水量和水质的变化，处理构筑物将适当留有余地，以便在高冲击负荷条件下，也能保持处理效果稳定。 （4）采用因地适宜的自动化控制，方便操作，减轻员工劳动强度等； （5）结合实际现况，提出工程造价和年运行费用最低的设计方案。 （6）合理利用土地、水利等资源，节能降耗，节约用地。

14. . • 编制依据 • （1）国家相关法律，法规和标准。 • （2）巩义市供水水量和水质监测数据。 • （3）国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）。 • （4）坞罗水厂现场相关资料、采集的资料。 • 设计范围 • 巩义市坞罗水厂水处理工程设计。

15. 设计供水能力与工程规模 • 近期：3万m3/d • 远期：8万m3/d

16. 水源选择及取水工程 • 取水水源为坞罗水库原水，利用原有取水设施，仍采用重力流输水，平时自流，库水水位下降时用泵提升，水库原水自流入处理净化构筑物。

17. 水质 • 源水水质 • 据坞罗水厂运行15年以来的检测结果：原水浊度不高，一般小于50NTU，其他水质指标均能满足生活饮用水水源的水质标准。 • 水质处理目标 • ◆除去水中含有的漂浮物、降低浊度，进水可按中高浊度设计。 • ◆杀灭细菌和病毒；达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）要求。

18. 工艺流程的选择 • 原有处理能力为2万m3/d，原处理工艺为： • 坞罗水库原水（加药）→往复式隔板反应池→平流式沉淀池→ • 无阀重力式滤池→清水池（加氯）→供水 • 图5-1原有水处理工艺流程 • 改扩建后工程设计处理能力为近期3万m3/d，远期为8万m3/d。针对水库的水质现状和现有工艺存在的问题，选择工艺流程为： • 坞罗水库原水（加药）→微涡流反应池→微絮凝净水池→ • 清水池（加氯）→供水 • 改扩建工程水处理工艺流程

19. 改造理由 • 微涡流反应池 • 在给水处理中影响出水水质的因素很多，其中混凝的作用至关重要，絮凝工艺直接影响矾花形成的质量效果。 • 絮凝工艺的基本要求是：原水与药剂混合后，通过絮凝设备形成肉眼可见的大而密实的絮凝体。进一步去除絮凝体则能有效降低水的浊度，获得清澈透明的出水。 • 微絮凝净水池 • 由于原水浊度不高，且微絮凝效果良好，形成的矾花密实。因此，絮凝后，水中的悬浮物总量较少，无需沉淀，只通过过滤就能去除微涡流反应池形成的絮凝体。为确保水质，同时为防止源水水质突然变化时处理效果不稳定，故设絮凝净水池即滤池来对进入清水池之前的水进行过滤，以保证出水优质合格。

20. 水力絮凝工艺主要有 • 隔板工艺、折板工艺、网格工艺及微涡流絮凝工艺。 常见水力絮凝工艺比较一览

21. 微涡流反应工艺具有以下技术特点 • ①反应时间短，微涡流反应时间仅为传统工艺的1/3～1/2； • ②絮凝效率高、出水水质好，强化絮凝以达到去除部分有机物的效果；与传统工艺相比产水量可提高50%～100%； • ③絮凝体质适量高，有利于提高沉淀效率； • ④微涡流絮凝器对水量水质变化适应能力强； • ⑤安装简单、维护方便，只需改造少量土建部分，施工周期短； • ⑥出水水质稳定，相同出水量的情况下，较其它工艺减少絮凝剂的使用量； • ⑦微涡流絮凝器不易堵塞，便于清洗，寿命长。

22. 微絮凝净水池净水特点 • ①微絮凝净水池采用均粒滤料，深层截污，容污能力大，工作周期长，可以去除水中的任何固体杂质，进一步提高出水质量，可使出水浊度降低到0.1～0.5NTU，保证出水水质符合国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求，即控制管网水至用户水笼头出水浊度<1NTU。 • ②微絮凝净水池采用恒水头过滤，反冲洗采用气水联合反冲洗方式，不仅能去除滤料层截留的杂质，而且节省反冲洗水量，节约用水。 • ③反冲洗配水采用长柄滤头，保证了布水、布气均匀。 • ④各滤池内均设置液位变送器、出水自动控制阀等先进的新设备，过滤和反冲洗运行的过程均由计算机自动操作。

23. 水处理设施 • 分别是按照近期和远期设计，近期设计处理能力为3万m3/d，近期的水处理设施仍然可以为远期服务。

24. 原水进水 • 近期与远期共用从水库接出的DN1000㎜的重力输水管接入水厂的进水总渠（平常高水位自流、低水位用泵提升），再进入水处理工艺设施。进水总渠宽度为1.3m，水深为1.6m。

25. 絮凝剂投加设备 • 投加量按5～30mg/L设计，安装1套350L/h的自动定量投药设备，满足近期和远期的投加药需求。

26. 微涡流反应池 • 近期：微涡流反应池分设6格，每格微涡流反应池的长1.8m，宽1.8m，高度3.1m，有效体积为7.25m3。微涡流絮凝器由单池的上部、下部的钢网格支撑和固定。 • 设计参数选定： • (a)微涡流反应时间t=1.99min； • (b)微涡流絮凝器总体积V=43.96m3 • (c)微涡流絮凝器总体积H=3.1m • (d)总水头损失h=0.15m • (e)单池断面流速分别为V=93.48m/h • (f)反应池的有效水深3.5m，排泥斗深1.1m，超高0.4m，池子总深5m。 • 排泥用小斗集泥，池外设电动水力排泥阀排泥或自重排泥。絮凝池池体为现浇钢筋砼结构，微涡流絮凝器采用ABS塑料材料。

27. 微涡流反应池 • 远期： • 微涡流反应池分设16格，每格微涡流反应池长1.8m、宽1.8m、高度3.1m，有效体积为7.25m3。微涡流絮凝器由单池的上部、下部钢网格支撑和固定。 • 设计参数选定： • （A）微涡流反应时间t=1.99min： • （B）微涡流絮凝器总体积V=117.22m3 • （C）微涡流絮凝器有效高度H=3.1m • （D）总水头损失h=0.15m • （E）单池断面流速分别为V=93.48m/h • （F）反应池的有效水深3.5m，排泥斗深1.1m，超高0.4m，池总深5m。

28. 微絮凝净水池 • 近期： • 滤速按8.22m/h，滤层厚度为2.00m，分为6格，每格滤池面积为26.60m2，需要装填滤料319.2m3，每格尺寸为3.80×7.00m； • 气洗：强度16L/s·m2；风机参数 ：2台、1用1备；Q=25.54m3/h，扬程H=5m，电机功率N=31KW； • 水洗：强度5L/s·m2；水泵参数：2台、1用1备，Q=478.8m3/h，扬程H=11m，电机功率N=25KW； • 远期： • 滤速按8.22m/h设计，滤层厚度为2.00m，分为16格，每格滤池面积为26.0m2，需要装填滤料851.20m3，每格尺寸为3.80×7.00m。 • 气洗：强度16L/s·m2，风机参数 ：2台、1用1备；Q=25.54m3/h，扬程H=5m，电机功率N=31KW； • 水洗：强度5L/s·m2，水泵参数：2台、1用1备，Q=478.8m3/h，扬程H=11m，电机功率N=25KW；

29. 输配水 • 清水池 • 水厂的清水池的作用主要为调节容积，规范规定其参数为总水量的10～15%，因该厂出水是自流到市区永安路的贮水池，因此，水厂清水池的容积故可适当减小，可利用原有的300m3的清水池，兼作冲沙清淤期间的储备水池。

30. 输配水方式 • 水厂出水近期可采用原有的DN600mm的重力输水管自流到市区的贮水池，然后再加压供水。水厂距市区永安路贮水池距离为11kw，远期采用DN1000mm管径重力输水管自流到市区以保证安全用水。

31. 原有设施设备的再利用 • 坞罗水厂原有的往复式隔板反应平流式沉淀池占地面积大，絮凝时间长，水头损失大，出水不均匀，出水效果差，重力无阀滤池运行不经济，故改造后不再使用。 • 由于原有工艺技术落后、设施陈旧，出水不达标，可将往复式隔板反应池、平流式沉淀池拆除（重力式无阀滤池改造成调节池使用），清水池仍继续使用。

32. 平面布局与占地 • 根据平面布局计算可知：（近期、远期）占地宽度10m，长度70m，面积700m2，就可以完全达到工艺设施建设用地需要。这样又可节约大量的土地，可用来绿化、美化厂区，不需要重新征用土地。

33. 工程投资估算与运行成本分析 微絮凝净水池（近期3万m3/d）概 算 • .

34. 微絮凝净水池（远期8万m3/d）概算

35. 运行成本分析 • 本工程直接成本主要由：人工费用、电费和药剂费用三部分组成。本分析只考虑直接运行成本，未考虑固定资产折旧和维修费用。 • 其中员工工资按20000元/年，电费按0.6元/度计，自用水费按0.2元/吨计，药剂价格按当前市场价计。

36. 成 本 分 析

37. 工程效益综合分析 • （1）有利于巩义市“确保供水安全” （2）有利于“提高供水水质” • （3）有利于“降低供水成本”

38. 综述 • 新的标准已于2007年7月1日起实施，虽然说是与国际标准接轨了，但是，我们供水生产的工艺、设施还不能使人民群众饮用水与国际标准接上轨；看来，对新标准贯彻执行我们应该呼喊“加油”了，否则“让老百姓喝上放心水”的承诺就会落空；看来，要加快新标准执行的步伐，仅靠供水企业的努力是远远不够的，还要政府主导，财政支持，各有关部门积极组织、配合协调以及全民的参与。 • 综上所述，实施新标准，标志着我们的饮用水标准已经与国际接轨，可以让我们的老百姓吃上安全水、“放心水”。要兑现这个承诺，我们还要经过多方面努力，用心投入、投资专注、调查研究，着手对照新水质标准，改造提升设施净化处理能力，在供水系统“硬件”、“软件”上，让我们从“源头”～“水笼头”全程的生活饮用水都能符合新标准的水质规定，各项指标优质达标，让人民群众放心喝、放心用。

39. 谢 谢 2009.10