BOT方式建设成都市水六厂B厂的介绍和启迪

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

简介： 本文介绍了成都市水六厂B厂BOT项目净水厂、输水管道建设的概况，笔者参与该工程过程中的一些体会，为其它类同项目的策划，提出了一些建议。
关键字：BOT 供水工程 净水厂 输水管道

1.概述

　　成都市自来水六厂是目前国内最大的重力流供水厂，利用成都平原的自然坡降及都江堰水系的特征，从上游不到2km的徐堰河、柏条河重力引水至水厂，常年引用徐堰河水，徐堰河岁修期间转用柏条河水，河水经水厂净化处理后，利用自然高差，向城市管网重力输水。
　　水六厂取水设施分佈图，如图1。

　　它近期规划为A、B、C三个水厂，A厂是老厂，于1990～1996年分三期建成，均匀供水达60万m³/d；B厂是按BOT方式新建的均匀供水40万m³/d的新厂；C厂系规划建设中的另一新厂，规模类同B厂；三个厂既独立运营、又相互毗邻，将形成一个达140万m³/d的重力流均匀供水基地。
　　水六厂输水管道分佈图，如图2。

　　B厂于1997年1月经国家计委批准立项的全国第一个城市供水设施BOT试点项目，经一年多的国际公开招标，中标方是法国通用水务集团-日本丸红株式会社的投标联合体。并于1999年8月11日由成都市政府与成都通用水务-丸红供水有限公司（项目公司）正式签署了《特许权协议》，经两年半的紧张施工，于2002年2月11日按期完工，投入商业运营，一年多来运营的总体效果是好的，为我国今后按BOT方式建设供水设施积累了可贵的经验。
　　B厂BOT项目包括4个子项目：
　　80万m³/d的取水工程（两座取水口、连通渠、引水暗渠）；
　　40万m³/d的净水厂；
　　140万m³/d净水厂的排水总渠；
　　DN2400mm27km的输水管道。
　　其中引水暗渠的一半、排水总渠、输水管道为BT（建设、移交）项目，于2003年5月26日正式移交给了成都市政府，由成都市自来水总公司接管；其余部分为BOT项目，项目公司将运营管理十五年半后移交给成都市政府。
　　工程总投资1.065亿美元，项目公司在B厂运营管理期间，每天向城市管网输送40万m³的自来水，成都市自来水总公司按月供水量向项目公司以人民币支付运营水费，并向都江堰管理部门缴纳水资源费。运营水价包括固定价格和浮动价格两部分组成，浮动价格按汇率系数变化而调整。在《购水协议》上，对每个运营年的运营水价作了明确描述，第一年为0.96元/m³，最后一年为1.56元/m³，在十五年半的运营期间将向项目公司累计支付的水费约达31.27亿人民币。

2. 净水厂

　　取水及净水厂的工艺设计及设备安装工程由法国OTV公司分包的，考虑到原水水质的特征：枯水期低温、低浊；洪水期高浊、泥砂含量高、瞬时变化大；原水易受突发性污染。故净水工艺是按二次沉淀、过滤消毒的常规流程构思的，其工艺流程方块图，如图3。

2.1取水部分
　　取水部分由取水口、连通渠、连接井及引水暗渠组成。
2.1.1取水口
　　取水口由拦河闸、进水格栅、冲砂设施及进水控制闸组成。
　　徐堰河取水口利用了A厂的相关设施，仅新建进水控制闸；柏条河取水口亦利用了A厂的相关设施，新建10m长进水格栅及进水控制闸。
2.1.2连通渠、连接井
　　连通渠、连接井的功能是为了连接两个取水口，将原水转输入引水暗渠。在每条连通渠出口处设有叠梁闸，在连接井下游方向的格栅室内装有四台自动除渣机，并设有人工、电动控制闸板。
　　为了防范原水突发性污染问题，在连接井内设置了酚、氨氮、锰及水位、pH、浊度、电导率等在线测定仪表，以上测定数据同时传递到水六厂B厂、A厂中控室。
2.1.3引水暗渠
　　引水暗渠为现浇钢筋砼结构，双孔方涵，每孔尺寸为长1830.0m、宽3.0m、高2.0m，B、C两厂各用一孔，出口处设有叠梁闸，将原水输入B厂厂区内的分配井。
2.2厂区部分
2.2.1分配井
　　在分配井内设置了电动、手动调节闸板，将原水分配至B、C两厂。由于分配井没有溢流设施，在试运行中，调控DN1800mm气动控流阀时产生水锤，分配井出现顶部溢流故障。为此，分配井是修改得较多的构筑物之一，调节闸板改电动、抬高井壁高度、增设旋转爬梯等。
2.2.2配水井
　　配水井的功能是将原水经溢流堰及闸板切换，均匀分配至两座预沉池或通过超越管至两座混合井。井内水停留时间为3.0min，井内设六条溢流堰，堰总长达60m，从而减少水头损失。按原水水质需要，可在井内投加PAM、粉末活性炭及前加氯。
　　在分配井与配水井间设有DN2400mm超声波流量计及DN1800mm气动控制阀，通过流量信号对阀门自控或远控，调节进水量。
2.2.3预沉池
　　当原水浊度大于1000NTU时，原水流入两座幅流式预沉池，其内径为36m，周边水深为2.96m，池中水深为4.19m，池底中心设内径5.0m、深1.2m的集泥斗，通过中心传动桁架式刮泥机，将泥刮至斗内，由排泥管、排砂泵送至排水渠道。设计排泥浓度为5%，预沉池设计最大负荷为10m³/m².h。利用投加PAM去除高浊，停留时间为20min，但近些年原水高浊情况不多，预沉池基本没有使用。
2.2.4混合池
　　当原水浊度小于1000NTU时，通过超越管直接进入混凝沉淀系统，首先在两座机械混合池停留1.24min，混合池有效容积180m³，安设一台变频悬臂式混合搅拌机，混合搅拌流量为设计流量的3倍。
　　PAC、PAM及滤池反冲洗回用水均投入该池内。
2.2.5絮凝池
　　两座混合池分别连通5格机械絮疑池，共10格，水经混合池后，均匀分配到每一格絮凝池的进水渠道，水从进水渠底部长条形孔进入絮凝池，经搅拌后，水从絮凝池上部进入沉淀池底部。絮凝池（图4）每格处理水量在1740～1980m³/h间，一格池的平面尺寸为8.74×8.70m，有效水深为7.63m，有效容积为580m³，一格池内只设立了一挡变频慢速搅拌机，搅拌叶轮直径为3.8m，转速为1.3～6.5转/min，叶轮外缘线速度为1.27m/s，配套电机功率为1.10kw，搅拌机具有回流十余倍设计流量的性能，水在池内达到三维旋转翻滚流动，GT值控制在10⁴～10⁵之间，絮凝时间达20min，此机械絮凝池的设计与国内流行的设计不一样，它结构简单、池内基本上不积泥、形成的絮花好。但需要说明的是混合池中除投加PAC外，还需同时投加PAM，否则影响絮凝效果。

2.2.6斜管沉淀池
　　OTV设计的（MULTIFLO）斜管沉淀池，亦分10个格，每格池沉淀区面积为108.66m²，液面负荷在16～18.2m³/m².h之间，斜管高1.21m（斜长1.4m、倾角60°），棱形（39.5×35.5mm）斜管采用乙丙共聚板材模压、热焊组合成型，清水区保护高0.686m，底部配水区高2.1m，采用小漏斗、静压差排泥，小漏斗高3.57m。
　　每格沉淀区有9个排泥斗，10格共90个斗。每个斗设一根排泥管至排水管廊，9根管为一组，每组设排泥总管，排泥总管上设有移动式泵抽放空措施。为了减少排泥管埋深，采用4.18m静压差排泥，每根排泥管上安了一个气动橡胶快速排泥阀，定时启动排泥，小斗增加浓缩时间、减少排泥水量，效果是满意的（图5）。排水管廊布置在沉淀池出水渠的下方，总长约93m，在管廊里排列90个气动橡胶快速排泥阀，有利于集中管理。
　　当水中溶解氧较多时，池内会出现气浮效应，部分浮渣上浮，故在进水侧设置横向排渣槽，用阀门控制排渣。

　　尽管沉淀池液面负荷比国内设计大了1.7倍，一年运营效果而言，PAC原液投加量为10～25mg/l、PAM投加量为0.05～0.15mg/l时，沉淀池出水浊度在2～3NTU之间，滤后水浊度在0.05～0.2NTU之间。
　　沉淀池采用的玻璃钢集水槽存在静电吸附絮花的问题，斜管上端面，积絮花的现象较明显，经常需专人用高压水冲洗。
2.2.7快速F型滤池
　　快速F型滤池系OTV专利，滤池共8格，每格面积为122m²，池深4.86m，原设计滤层厚度为2m，过滤周期20～24h，滤速达17.3～19.8m/h，采用长柄滤头，滤帽缝隙总面积占滤池过滤面积的1.36%，气水反冲洗过程由冲洗周期及滤层水头损失自动控制，气冲强度50m³/m²/h，气水同时反冲时水冲洗强度12m³/m²/h，水清洗阶段时反冲洗强度为30m³/m²/h，滤料膨胀度为10%。滤池反冲洗的前期高浓度浑浊水直接排入排水渠道，反冲洗后期水回收后泵至混合井，回用水量的比例由化验室试验确定，以反冲洗的时间进行控制。
　　在初设、施工图中滤料粒径未定，但在安装期间确定滤料粒径d₁₀为1.35mm，K₆₀<1.5。由于冲洗强度为d_e^1.31成正比，粒径加大了，反冲强度需提高，为此增加了一台鼓风机，同时滤层厚度减为1.5m，冲洗水泵未变，水冲强度未变，只是在滤池反冲洗过程中补充了一次水反冲。并且滤池单侧进水孔处，为了避免冲刷滤层表面，增设了穿孔消能板。尽管滤池运行尚可，但滤池优化运行的研究、技改仍在探讨，也就是说，在水厂试运行过程中修改原设计较多的净化工艺是滤池。
2.2.8清水池
　　水六厂为均匀供水水厂，清水池有效容积为5.2%，分由4组，每组可独立清洗，每组池进、出口设有叠梁闸及手动闸板闸，清水池出口有细格栅装置，溢流堰出口有水封设施。
　　遗憾的是整个清水池没设爬梯；清水池出水管利用90°弯管虹吸出水，为了减少流量计管顶的积气，用水射器人工抽排弯管顶部的空气。
2.2.9药剂楼
　　药剂楼内设有PAC、PAM、粉末活性炭、液氯的贮存及投加系统。
　　（1）碱式氯化铝（PAC）原液投加系统
　　PAC原液贮存在四个直径为2.9m、高为7.6m、容积为50m³的聚乙烯罐内，用六台隔膜式计量泵Q=350L/h、P=0.525Mpa（四用二备），将原液投入混合池中，并在投加点增加了稀释原液的供水装置。
　　（2）聚丙烯酰胺（PAM）投加系统
　　固体PAM配制设有进料斗、PAM的贮罐（45m³×2）、45m³配液池（两座）及搅拌机组成。投加采用偏心螺杆泵，原水高浊度时采用三台Q=5～15m³/h、H=50m（二用一备）投加至配水井；作为助凝剂使用时采用六台Q=0.195～2.1 m³/h、H=50m（四用二备），投加至混合井。PAM稀释的水由滤池管廊专用泵供给的不含氯的滤后水。
　　根据高效絮凝沉淀的设计构思，需要长期投加助凝剂，而国产PAM的单体含量不稳定，故指定用法国进口的PAM，且需我国卫生部签发的许可证。
　　（3）粉末活性炭投加系统
　　设置了粉末活性炭投加系统，解决突发性酚的污染问题。投加粉末活性炭有V=1000L进料斗、贮罐（45m³×2）、50m³配液池（两座）及搅拌机组成。用偏心螺杆泵泵入配水井中，为了消除进料点的粉尘，增设一套粉尘吸收装置，由水吸收后排出。
　　（4）液氯投加系统
　　液氯投加系统分前加氯、后加氯两部分。加氯间设有200kg/h蒸发器二台，前加氯机V030　 60kg/h一台，后加氯机V2100 200kg/h二台。
　　水射器设在药剂楼内，压力水由厂自用水系统供给，设有三探头漏氯报警系统及漏氯回收中和系统。
　　前加氯按流量采取比例投加，投加点设在配水井及斜管沉淀池出口，用折点加氯法，解决氨氮、BOD等超标带来的有机污染问题；后加氯采取复合环自动投加，投加点设在滤池出水管上。
　　氯库净空高仅4.2m，氯瓶起吊不便。
2.2.10出水流量及水质检测
　　B厂出水流量及出水水质的检测，对BOT项目而言是极为重要的。在清水池出水管上装有两套DN2400mm超声波流量计，在该两套流量计之间留有3.2m宽在线比对检定的位置，以便安装比对检定的流量计，流量计使用前经有资格的检验机构检验合格，流量计井室设有两把锁，实行共管。
　　在清水池出口装有两套浊度、余氯、pH在线监测仪和记录仪。上述水质参数及流量、清水池水位信息，以专线传至A厂中控室。
　　由于水厂进水、出水均装设了流量计，自用水率的核算比较方便，由于在沉淀池排泥及滤池反冲洗的以上措施，目前水厂厂区自用水率<3.5%，这表明B厂是一座节水型的净水厂。
2.2.11控制系统
　　B厂的运行控制由SCADA系统、仪器仪表系统、工业监视系统组成。运行控制的设计原则是分散控制与中控室管理、控制相结合。整个水厂在取水口、预沉池、沉淀池、滤池、药剂楼、清水池等处总设有15套控制系统，可以在调试、保养及检修时就地进行参数修改与控制，絮凝剂、助凝剂、消毒剂等均按设定值自动投加；中控室设有两套SCADA工作站，实施对水厂工艺监视、数据采集、参数修改及远控或自控。

3.输水管道

　　根据《特许权协议》的承诺，项目公司在B厂投产前应敷设完DN2400mm27km输水管道，与三环路城市管网连通，承包商为法国SADE公司，管道设计由成都市供水工程设计院分包，管道施工由武汉市供水工程公司分包。城市管网的配套建设由成都市政府同期进行，确保B厂投产后，每天40万m³自来水能均匀输入管网。
3.1管道走向
　　原考虑的输水管道的走向是由水六厂B厂～磨盘山高位水库～三环路；但因当时许多问题尚未确定，故将输水管道走向改为由水六厂B厂～三环路～沿三环路向磨盘山方向伸延敷设，其中水六厂B厂至三环路为20km，三环路外侧绿化带沿三环路敷设7km（图6）。

　　A段平、纵断面图，如图7。
　　B段平、纵断面图，如图8。
3.2管道口径
　　输水管道口径的确定，不完全是为了B厂40万m³/d的输水需要，综合考虑到原A厂三条预应力输水管道存在的隐患，以及城市供水范围扩大的需要。

3.3管道材质
　　输水管道原考虑采用钢筒预应力砼管，但管厂建设迟迟未能上马，而B厂建设对工期控制很严，故在标书上定为钢管。
3.4钢管壁厚
　　钢管壁厚在草拟标书时明确了要求，在审定标书时提出由中标方计算确定。在初设审查过程中，钢管壁厚难以统一看法，为此我们曾向我国工程建设标准化协会管道结构委员会咨询核算，该会于1998年6月17日复函同意我方认定的在管顶覆土4m之内，壁厚18mm的意见。数日后，管道承包商--法国SADE公司找到该会解释，该会又于1998年6月26日来函称在管顶覆土4m之内，壁厚16mm是可靠的。由于输水管道工程是BT项目，钢管最小壁厚薄2mm对工程成败不可能形成否定因素，但对工程造价影响较大，对管道寿命也是有极大关系，我们与承包商观点的分歧，主要是站在不同的角度考虑同一个问题，至今笔者仍认为这是一个遗憾，理应在标书中明确。
3.5钢管制作
　　钢管制作SADE公司提出用自动螺旋缝埋弧焊卷焊钢管，是不错的方案。钢材是用武汉钢铁集团公司供应的Q235-B厚16mm，宽1500mm的钢卷板。螺旋焊管机是英国WILSONBYARO公司BYARD2000型的产品，焊机是美国LICOLNNAS-1500型自动焊机，按石油天燃气行业标准‘SY/T5037-92普通液体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管’制作，焊接速度快、焊缝成型稳定、质量可靠、外观漂亮、比直缝卷管刚度好、可自动连续生产，管外径2438mm，定尺每节9m长，经超声波探伤抽查焊缝的5%、X射线探伤复查前者的20%，并经1.25倍管道试验压力作水压检验后进入下一工序。