关于某水厂给水工程设计的分析
【摘要】本文以某水厂给水工程设计为例，结合工程的设计特点，主要对该水厂的生物预处理+常规处理工艺的净水工艺设计方案进行了分析，以供同行参考。
【关键词】水厂；净水工艺；生物预处理
一、工程概况
（1）选址方案
本项目水厂选址于于流溪河钟落潭镇段。DN100以上供水管道约120km，服务人口近25万。
（2）项目设计规模
新建14.7万m3/d生物预处理系统及其配套设施、改造取水泵站、新建14.0万m3/d送水泵站、新建投氯投矾间、新建16500m3清水池。
（3）水源选择
该项目根据当地水源现状及水厂布局，采用流溪河河水作为水源，取水口及水厂均靠近主要用水区域，从根本上节约了电能。取水河段属于国家Ⅱ类以上水质。
二、工程设计特点
（1）紧凑布置，合理分区。根据使用要求确定各建筑物间距，做到总图布置紧凑合理，提高土地利用率，同时保证厂内的各功能分区清晰、明确，互不干扰，保证人流物流路线顺畅。格栅间、曝气生物滤池以及鼓风机房布置在水厂的西北角。厂内主要工艺管道顺畅，基本没有迂回，减少水头损失，节省能耗，真正做到了布置紧凑、分区合理。
（2）持续发展。在满足本期建设的同时，考虑企业的不断发展，适当预留发展用地。
（3）注重景观。注重厂区的沿街景观和厂区整体形象，规划布局体现大型企业的整体风貌。
三、净水工艺
本项目将采用生物预处理池的方法进行清除原水中的微量有机污染物与氨氮有机物。在常规处理前所增加的去除工艺称为“预处理”，可以弥补传统工艺的不足。采用生物预处理工艺不仅在确保高氨氮水源达标方面独具优势，还大大减少加氯量和有机氯化物的生成，同时对耗氧量、浊度、色度、铁、锰等也均有较好的去除效果，提高了管网水的生物稳定性和水质安全性，使水厂的供水水质得到显著改善，而且减少了混凝剂、粉末活性炭以及氯的投加量，从而降低运行成本，起到多重效应。
针对XX水厂的源水水质及现有工艺情况，悬浮球流化池工艺与曝气生物滤池工艺都是符合要求的。
生物流化池与生物滤池均可用于该水厂的生物预处理工艺。虽然流化池结构简单、管理容易，但是考虑到悬浮填料的填充率不宜过高，池内生物量远远低于生物滤池生物量。因此，要达到相同的氨氮去除率，流化池需要的停留时间更长，从而增大了池体的容积，用地面积最大。并且，生物量不足也限制了流化池抗冲击负荷的能力，曝气生物滤池单位占地面积较小，运行成本和制水成本最小，处理效果最好，因此项目将采用曝气生物滤池作为预处理池型。
水处理工艺流程如下：水源→取水泵房→格栅井→生物预处理池（鼓风机房）→常规处理池→清水池→送水泵房→管网→出水
四、取水工程
XX水厂取水点处流溪河常水位15.39m，最低水位12.86m；河床底标高11.80m。现有取水泵房共有6台单级双吸水平中开式离心泵组，3台大泵，3台小泵。
新建生物预处理后，水泵扬程需要提高约2.5m，经计算最低水位时水泵扬程约为28.3m，常水位时水泵扬程约为25m。现XX水厂3台大泵型号为BOS350-360A，Q=1500 m3/h，H=30m，3台小泵型号为BOS200-320A ，Q=600 m3/h，H=30m。按照目前水泵的配备，当泵站启动2台大泵，2台小泵运行时（另外1台大泵作为备用泵组），（另外1台大泵和1台小泵作为备用泵组）泵房取水能力：（1500×2+600×2）×24=100800m3/d。
XX水厂扩建7万m3/d完成后，将实现稳产供水能力14.0万m3/d的规模，现有取水泵房无法满足取水能力，且考虑到目前取水泵组设备已陈旧、泵组效率不高，故需对取水泵房进行改造。新增2台流量Q≈2500m3/h，扬程H≈25m泵组，配套电机功率为250kW，泵组为1备1用，旧泵房出现紧急情况时，也可能两台同时启动。改造后泵房取水能力（1500×2+600×2+2500）×24=160800m3/d，满足需要。
五、主要构筑物设计
（1）格栅井
在生物预处理的前面设置1道栅条净间距为5mm的格栅清污机（栅前水深：h=1.5m，过栅流速：V=0.8m/s，格栅倾角：а=35°，格栅间隙：b=5mm，格栅宽度：B=1.5m，格栅个数：2台格栅，栅槽总深度为2.0m）对后续滤池起保护作用。
（2）生物预处理池
生物预处理构筑物用于降解原水的氨氮，通过滤料上生长的生物膜完成脱氮。
共设1座生物预处理构筑物，总平面尺寸30m×45m，设计总规模Q=14万m3/d，自用水系数：1.05，设计流量：Q=14×1.05=14.7万m3/d=6125m3/h，总格数：8格，单格面积：70m2（7×10），正常滤速：12m/h，一格冲洗时强制滤速：13.9m/h，气水比：0.1～1：1，曝气器：单孔膜曝气器，反冲洗：冲洗强度为80～100L/（m2·s），冲洗周期为4～7天。
（3）鼓风机房
由于生物预处理工程的主要运行成本中鼓风机的运行电费占了很大比例，通过对比对罗茨鼓风机和单级离心鼓风机作比较后，发现罗茨鼓风机运行效率低，噪音和振动大，费用高，因此本工程采用离心鼓风机更为合适。
鼓风机房及配电间设于生物滤池东侧，平面尺寸为30m×10m。曝气用鼓风机配置3台，2用1备，风机单台能力Q=3100m3/h，H=8.0m，配套电机功率P=220kW。另设2台反冲洗用鼓风机，风机单台能力Q=650m3/h，H=8.5m，配套电机功率P=30kW。
鼓风机分为单排布置，风机吸风口伸出机房外，其外设铁丝围栏防护。
考虑鼓风机房内设置轴流风机通风。
本工程另配备空压机2台，1用1备，用于各种气动蝶阀的启动，单机参考功率P=7.5kW。
鼓风机房内墙设置吸音材料，减少鼓风机噪音对外扩散。
（4）常规处理池
XX水厂有两套常规处理系统，投氯室仅配置了型号为CV-500的10kg/h挂墙式真空加氯机三台，其中两台用于滤前投加，一台用于滤后投加，无备用机组。
为了提高供水的安全性和提高投氯计量的准确性，新建投氯间考虑增加两台10kg/h的投氯机。五台投氯机为四运一备，配置如下：两套常规处理系统各配置一台前投氯机和一台后投氯机，一台备用。
投矾间按照分系统投加要求，设置6台隔膜式投加泵，两个系统分别设置3台，均两用一备。
（5）清水池
清水池总容积16500m3，使水厂清水池总容积达到18000m3。可满足供水调节需要。清水池分4个布置，一个容积为4500m3，3个容积为4000m3。
（6）送水泵房
按14.0万m3/d建设，平均小时流量5840m3/h，时变化系数1.5，最大小时流量8750m3/d。为了保障安全高效送水，结合用水量的时变化系数，送水泵房共设置5台24SAP-14B卧式离心泵组，每台泵流量Q=2400m3/h，扬程H=40m，功率P=450kW，四用一备。泵房平面尺寸为36m×9m，电控室平面尺寸为16m×9m。泵房内设置1台电动起重机，2台排污泵，5台轴流通风机。
六、结语
对于水厂建设，在选择水源时，应进行充分的技术经济比较。另外就是要结合工程实际情况，选定合适的水处理工艺，该项目采用的生物预处理+常规处理工艺，可以有效去除原水中的有机物、氨氮、亚硝酸盐氮等，减少消毒副产物（THMs、HAAs）的生成，提高饮用水水质，可以为类似的工程提供借鉴作用。