重庆市巫山新县城5万吨/日陆上水厂优化工艺设计工程实践

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重庆市巫山新县城5万吨/日陆上水厂优化工艺设计工程实践
重庆市巫山县鼎诚水务有限责任公司   辜显华
二00四年八月

[摘   要]重庆市巫山县新县城陆上水厂工程，规划设计规模5万吨/日，总占地面积31.79亩，工程总投资3700万元。优化工艺设计竣工规模5万吨/日，工程竣工决算2705.23万元，工程用地面积仅13.15亩。节约土地资源18.64亩，节省建设资金994.77万元。就此介绍优化工艺及设计参数。
[关键词]  陆上水厂　斜管沉淀池　节约　土地　资金

前　  言
重庆市巫山县城所在地巫峡镇为历代郡县治地。长江自西向东于城南流过，大宁河由北向南从城东注入长江。自巫峡镇顺长江东下，行57公里至湖北省巴东县，行167公里至湖北省宜昌市。逆水西上，距奉节县城35公里，距万州区154公里，距重庆市481公里。老巫山县城座落于海拔125-140米的台地上。
县域内既有长江三峡，又有国家AAAAA级旅游景区大宁河“小三峡”，1982年国家批准巫山县为一类对外开放地区。由于全国经济高速发展与三峡工程的兴建，巫山县的旅游业有了很大的发展。三峡工程正常蓄水位海拔175米，老县城全部淹没，新县城后靠迁建（老县城面积约1.7平方公里）。
一、巫山县供水现状
1、老巫山县城原有1万吨/日水上水厂一座，供水需求量约2万吨/日，供水矛盾较大。
2、巫山县城属三峡库区首期全淹没移民搬迁县城，2003年6月三峡水库蓄水前必须完成搬迁。新县城陆上水厂建设如何保证新县城城市建设和搬迁后的生产、生活用水，是关系到新县城是否能顺利搬迁、三峡百万大移民和三峡工程能否如期建成的重大问题。
二、新县城陆上水厂优化工艺设计的必要性
巫山县新县城为现代化风景旅游城市，全县政治、经济、科技和文化服务中心。规划城区人口规模近期为11万人，远期为20万人。近期规划面积为8.66平方公里，远期规划面积为15平方公里。
巫山县新县城陆上水厂位于长江三峡库区巫山新县城西区，海拔高程254米，长江以北，离长江岸500米处。规划设计总规模5万吨/ 日，占地总面积31.79亩，工程总投资3700万元。分两期建设，一期2003年建设规模2.5万吨/日，用地面积13.15亩。二期2008年建设规模2.5万吨/日，用地面积18.64亩。
1、三峡工程移民搬迁严格按照“三原”标准建设，即原规模、原标准、原功能补偿原则，新县城陆上水厂补偿1万吨/日建设规模。随着巫山县新县城移民搬迁人口和城市规模的扩大，巫山县在大、小三峡特殊的旅游地理位置，旅游业的发展和人民生活水平的提高，按规划设计规模第一期实施2.5万吨/日的供水规模将无法满足新县城的供水需求。
2、由于巫山新县城陆上水厂建设，移民补偿资金为1万吨/日规模，新县城一期2.5万吨/日陆上水厂建设资金缺口大。
3、巫山新县城移民搬迁建设用地紧张，规划设计5万吨/日陆上水厂的规划用地31.79亩压缩至13.15亩，故规划设计5万吨/日陆上水厂的供水规模将无法实现。
基于以上三点，根据国家《城市供水行业2000年技术进步发展规划》采用先进的水处理工艺技术，优化工艺设计以增加产水量，节约土地，降低工程建设资金的原则。即利用一期建设规模2.5万吨/日陆上水厂工程的现有土地，优化原水处理工艺设计的沉砂池和栅条絮凝反应平流式沉淀池改为斜管沉砂池和栅条絮凝反应斜管沉淀池，其它水处理构筑物和管道设施做相应调整。使现已竣工的新县城陆上水厂，水处理构筑物供水生产能力达到了5万吨/ 日规模。这样既节约土地，满足新县城对供水的实际需求，同时也节省了大量的建设资金。
4、通过优化的工艺设计与原工艺设计对比不难看出，优化后的工艺流程合理，更符合国家设计规范要求。完全可以满足新县城城市用水需要，保证成品水达到《生活饮用水卫生标准》的要求。
原设计水处理工艺流程为：长江水→沉砂池→隔板混合槽→栅条絮凝反应平流式沉淀池→重力式无阀滤池→清水池→送水泵房→高位水池。
优化设计水处理工艺流程为：长江水→斜管沉砂池→隔板混合槽→栅条絮凝反应斜管沉淀池→重力式无阀滤池→清水池→送水泵房→高位水池。
其中栅条絮凝反应斜管沉淀池采用2*2.5万吨/日合建形式，较平流式沉淀池大大减少了占地面积。
三、新县城陆上水厂优化工艺设计的可行性
1、优化设计理论
斜管（板）沉淀池是在不断总结平流式沉淀池的实践经验的基础上，在沉淀池有效容积一定的条件下，增加沉淀面积，可使去除率提高这一多层多格沉淀理论和浅池沉淀理论的指导和应用中发展起来的。斜管（板）沉淀池大大增加了沉淀面积，大大提高改善了水力条件，因此大幅度地提高制水生产能力。
2、优化设计原理
斜板沉淀池原理实际上是把多层沉淀的底板做成一定倾斜度，以利排泥。斜板与水平面成60ο角，放置于沉淀池中，水从下向上流动（也有从上向下、或水平方向流动），颗粒则沉于斜板底部，当颗粒累积到一定程度时，便自动滑下。从改善水力条件的角度来分析，由于斜板沉淀池水力半径大大减少，从而使雷诺数Re大为降低，而弗劳德数Fr则大为提高。
而斜管沉淀池实际上是把斜板沉淀池再进行横向分隔，形成管状（也可成矩形或六角形），使水力半径更小。一般讲，斜板沉淀池中的水流基本上属层流状态，而斜管沉淀池的雷诺数Re多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀池的弗劳德数Fr一般为10-3-10-4，斜管沉淀池的弗劳德数Fr将更大。斜板、斜管沉淀池满足了水流的稳定性和层流的要求。因此斜管（板）沉淀池是多层多格沉淀理论和浅池沉淀理论的综合产物，但其沉淀原理与平流式沉淀池则是相同的。
3、优化设计工艺
优化工艺设计工程，主要是将原水处理工艺设计的沉砂池和栅条絮凝反应平流式沉淀池改为斜管沉砂池和栅条絮凝反应斜管沉淀池。在2.5万吨/日平流式沉淀池平面尺寸的面积内完成反应和沉淀的布置，然后配套相应的配水、沉砂、混合等构筑物。为保持原工艺设计系统的完整性，所有高程均以原工艺设计标高为准。使原工艺设计2.5万吨/日的平流式沉淀池改为斜管沉淀池后，产水量达到5万吨/日，大幅度提高了单位面积的产水量。优化工艺设计合理可行。
四、新县城陆上水厂优化工艺设计工程方案
1、配水井
原配水井尺寸不变，只改变进、出水管径即可满足要求。
2、斜管沉砂池
斜管沉砂池用于高浑浊度水季节，去除粗颗粒泥砂，按5万吨/日规模设计，采用斜管沉淀形式。其平面尺寸为：7*9（米）、池深4.8米、斜管采用60ο倾角、斜管管孔径d＝35 mm、壁厚0.6mm无毒塑料成品。
3、隔板混合池
隔板混合池平面尺寸为11.42*2（米）、池深1.6米、共设三块隔板、过水孔的流速为1米/秒、每孔水头损失为0.13米。
4、栅条絮凝反应池
栅条絮凝反应池按5万吨/日规模设计，其平面尺寸为12*12.4（米）、池深5.1米、进口流速为0.6米/秒、出口流速为0.15米/秒、总停留时间15min，栅条采用PVC无毒塑料成品。
5、斜管沉淀池
斜管沉淀池位于栅条絮凝反应池的两侧，分四组对称布置。斜管采用60ο倾角、斜管管孔径d＝30mm、壁厚0.6mm无毒塑料成品。其中两组尺寸为：15*7.8（米）=117 m2，另两组尺寸为：15*7.8（米）=117 m2，斜管沉淀池总面积234 m2。液面负荷为9m3/m2.h，产水量为：9m3*234 m2*24h=5万吨/日。池深均为4.8米，集泥区高0.8米，泥水分离区1.6米，清水区1.23米。采用淹没孔口集水槽集水，排泥采用多斗池底阀排泥。
6、重力式无阀滤池
重力式无阀滤池原设计为1.25万吨/日规模两座，现增建两座即可与5万吨/日规模相配套。
7、清水池
清水池原设计1500 m3矩形清水池两座，经校核可满足现5万吨/日规模调节水量要求。
8、送水泵房
送水泵房在原设计2.5万吨/日规模基础上，以大流量水泵换小流量水泵即达到5万吨/日供水规模。
五、新县城陆上水厂优化工艺设计后的特点
该优化工艺设计工程，经国务院三峡工程建设委员会、国家移民开发局、移民工程咨询中心专家组评估，对该优化工艺设计工程特点评价如下：
1、巫山新县城5万吨/日陆上水厂优化工艺设计工程，通过实际运行，设计是成功的、技术上是完全可行、可靠的。水厂布置合理、管理方便、工艺设计可靠、节约土地、节约能源。利用地形高差采用斜管沉砂池、栅条絮凝反应斜管沉淀池和重力式无阀滤池，均取得较好的效果和经济效益，大大降低了工程投资。
2、优化工艺设计工程竣工规模为5万吨/日，占地面积仅13.15亩，节约土地18.64亩，工程竣工决算2705.23万元，节省建设资金994.77万元。
3、在5万吨/日净水系统中，斜管沉砂池和斜管沉淀池的约300平方米斜管材料，考虑到新的陆上水厂近期供水需求量达不到总设计能力，这两个净水池暂作竖流式沉淀池使用，斜管可暂不采购安装，可节约一次投资约30万元人民币。
4、斜管沉淀池与平流式沉淀池比较，前者沉淀效率高、产水量大、水质好、池子容积小和占地面积少，土地利用率高。
5、相同规模水厂建设，使用斜管沉淀池占地少、水处理构筑物体积相对减少，其工程投资将大大降低，社会效益和经济效益是显而易见的。
六、结语
当今我国人均耕地急剧减少，特别是在地处三峡水库淹没城市移民搬迁建设用地紧张的情况下，水厂建设采用先进的生产工艺技术，符合科学技术进步原则。节约土地资源，保护生态环境，节省工程建设投资，具有积极的现实意义。
在巫山新县城5万吨/日陆上水厂工程建设中，采用优化工艺设计工程，是从我县的实际出发，结合移民搬迁，“走在移民中发展，在发展中移民”和“移民工程建设管理结合”的成功建设工程实例。是利国利民的大好事，将对我县新县城城市建设、人民生产、生活用水和社会稳定以及我县的国民经济发展提供有力的保障，有着巨大的社会效益和经济效益。

七、参考文献
[1]《巫山县新县城迁建修建性详细规划报告》巫山县人民政府、重庆建筑大学 1996年10月
[2]《城市供水行业2000年技术进步发展规划》汪光焘主编　中国建筑工业出版社　1993年
[3]《给水处理理论与设计》许保玖、安鼎年主编 中国建筑工业出版社   1992年
[4]《给水工程》（第三版）严熙世、范瑾初主编　中国建筑工业出版社　1995年
[5]《给水排水工程快速设计手册》严熙世主编　　中国建筑工业出版社　1995年
[6]《给水排水标准规范实施手册》黄明明、张蕴华主编　中国建筑工业出版社　1993年
[7]《巫山新县城5万吨/日陆上水厂工程验收前专家评估意见书》国务院三峡工程建设委员会 国家移民开发局移民工程咨询中心      2004年3月