重慶市巫山新縣城5萬噸/日陸上水廠優(yōu)化工藝設計工程實踐

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重慶市巫山新縣城5萬噸/日陸上水廠優(yōu)化工藝設計工程實踐
重慶市巫山縣鼎誠水務有限責任公司   辜顯華
二00四年八月

[摘   要]重慶市巫山縣新縣城陸上水廠工程，規(guī)劃設計規(guī)模5萬噸/日，總占地面積31.79畝，工程總投資3700萬元。優(yōu)化工藝設計竣工規(guī)模5萬噸/日，工程竣工決算2705.23萬元，工程用地面積僅13.15畝。節(jié)約土地資源18.64畝，節(jié)省建設資金994.77萬元。就此介紹優(yōu)化工藝及設計參數。
[關鍵詞]  陸上水廠　斜管沉淀池　節(jié)約　土地　資金

前　  言
重慶市巫山縣城所在地巫峽鎮(zhèn)為歷代郡縣治地。長江自西向東于城南流過，大寧河由北向南從城東注入長江。自巫峽鎮(zhèn)順長江東下，行57公里至湖北省巴東縣，行167公里至湖北省宜昌市。逆水西上，距奉節(jié)縣城35公里，距萬州區(qū)154公里，距重慶市481公里。老巫山縣城座落于海拔125-140米的臺地上。
縣域內既有長江三峽，又有國家AAAAA級旅游景區(qū)大寧河“小三峽”，1982年國家批準巫山縣為一類對外開放地區(qū)。由于全國經濟高速發(fā)展與三峽工程的興建，巫山縣的旅游業(yè)有了很大的發(fā)展。三峽工程正常蓄水位海拔175米，老縣城全部淹沒，新縣城后靠遷建（老縣城面積約1.7平方公里）。
一、巫山縣供水現狀
1、老巫山縣城原有1萬噸/日水上水廠一座，供水需求量約2萬噸/日，供水矛盾較大。
2、巫山縣城屬三峽庫區(qū)首期全淹沒移民搬遷縣城，2003年6月三峽水庫蓄水前必須完成搬遷。新縣城陸上水廠建設如何保證新縣城城市建設和搬遷后的生產、生活用水，是關系到新縣城是否能順利搬遷、三峽百萬大移民和三峽工程能否如期建成的重大問題。
二、新縣城陸上水廠優(yōu)化工藝設計的必要性
巫山縣新縣城為現代化風景旅游城市，全縣政治、經濟、科技和文化服務中心。規(guī)劃城區(qū)人口規(guī)模近期為11萬人，遠期為20萬人。近期規(guī)劃面積為8.66平方公里，遠期規(guī)劃面積為15平方公里。
巫山縣新縣城陸上水廠位于長江三峽庫區(qū)巫山新縣城西區(qū)，海拔高程254米，長江以北，離長江岸500米處。規(guī)劃設計總規(guī)模5萬噸/ 日，占地總面積31.79畝，工程總投資3700萬元。分兩期建設，一期2003年建設規(guī)模2.5萬噸/日，用地面積13.15畝。二期2008年建設規(guī)模2.5萬噸/日，用地面積18.64畝。
1、三峽工程移民搬遷嚴格按照“三原”標準建設，即原規(guī)模、原標準、原功能補償原則，新縣城陸上水廠補償1萬噸/日建設規(guī)模。隨著巫山縣新縣城移民搬遷人口和城市規(guī)模的擴大，巫山縣在大、小三峽特殊的旅游地理位置，旅游業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，按規(guī)劃設計規(guī)模第一期實施2.5萬噸/日的供水規(guī)模將無法滿足新縣城的供水需求。
2、由于巫山新縣城陸上水廠建設，移民補償資金為1萬噸/日規(guī)模，新縣城一期2.5萬噸/日陸上水廠建設資金缺口大。
3、巫山新縣城移民搬遷建設用地緊張，規(guī)劃設計5萬噸/日陸上水廠的規(guī)劃用地31.79畝壓縮至13.15畝，故規(guī)劃設計5萬噸/日陸上水廠的供水規(guī)模將無法實現。
基于以上三點，根據國家《城市供水行業(yè)2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃》采用先進的水處理工藝技術，優(yōu)化工藝設計以增加產水量，節(jié)約土地，降低工程建設資金的原則。即利用一期建設規(guī)模2.5萬噸/日陸上水廠工程的現有土地，優(yōu)化原水處理工藝設計的沉砂池和柵條絮凝反應平流式沉淀池改為斜管沉砂池和柵條絮凝反應斜管沉淀池，其它水處理構筑物和管道設施做相應調整。使現已竣工的新縣城陸上水廠，水處理構筑物供水生產能力達到了5萬噸/ 日規(guī)模。這樣既節(jié)約土地，滿足新縣城對供水的實際需求，同時也節(jié)省了大量的建設資金。
4、通過優(yōu)化的工藝設計與原工藝設計對比不難看出，優(yōu)化后的工藝流程合理，更符合國家設計規(guī)范要求。完全可以滿足新縣城城市用水需要，保證成品水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》的要求。
原設計水處理工藝流程為：長江水→沉砂池→隔板混合槽→柵條絮凝反應平流式沉淀池→重力式無閥濾池→清水池→送水泵房→高位水池。
優(yōu)化設計水處理工藝流程為：長江水→斜管沉砂池→隔板混合槽→柵條絮凝反應斜管沉淀池→重力式無閥濾池→清水池→送水泵房→高位水池。
其中柵條絮凝反應斜管沉淀池采用2*2.5萬噸/日合建形式，較平流式沉淀池大大減少了占地面積。
三、新縣城陸上水廠優(yōu)化工藝設計的可行性
1、優(yōu)化設計理論
斜管（板）沉淀池是在不斷總結平流式沉淀池的實踐經驗的基礎上，在沉淀池有效容積一定的條件下，增加沉淀面積，可使去除率提高這一多層多格沉淀理論和淺池沉淀理論的指導和應用中發(fā)展起來的。斜管（板）沉淀池大大增加了沉淀面積，大大提高改善了水力條件，因此大幅度地提高制水生產能力。
2、優(yōu)化設計原理
斜板沉淀池原理實際上是把多層沉淀的底板做成一定傾斜度，以利排泥。斜板與水平面成60ο角，放置于沉淀池中，水從下向上流動（也有從上向下、或水平方向流動），顆粒則沉于斜板底部，當顆粒累積到一定程度時，便自動滑下。從改善水力條件的角度來分析，由于斜板沉淀池水力半徑大大減少，從而使雷諾數Re大為降低，而弗勞德數Fr則大為提高。
而斜管沉淀池實際上是把斜板沉淀池再進行橫向分隔，形成管狀（也可成矩形或六角形），使水力半徑更小。一般講，斜板沉淀池中的水流基本上屬層流狀態(tài)，而斜管沉淀池的雷諾數Re多在200以下，甚至低于100。斜板沉淀池的弗勞德數Fr一般為10-3-10-4，斜管沉淀池的弗勞德數Fr將更大。斜板、斜管沉淀池滿足了水流的穩(wěn)定性和層流的要求。因此斜管（板）沉淀池是多層多格沉淀理論和淺池沉淀理論的綜合產物，但其沉淀原理與平流式沉淀池則是相同的。
3、優(yōu)化設計工藝
優(yōu)化工藝設計工程，主要是將原水處理工藝設計的沉砂池和柵條絮凝反應平流式沉淀池改為斜管沉砂池和柵條絮凝反應斜管沉淀池。在2.5萬噸/日平流式沉淀池平面尺寸的面積內完成反應和沉淀的布置，然后配套相應的配水、沉砂、混合等構筑物。為保持原工藝設計系統的完整性，所有高程均以原工藝設計標高為準。使原工藝設計2.5萬噸/日的平流式沉淀池改為斜管沉淀池后，產水量達到5萬噸/日，大幅度提高了單位面積的產水量。優(yōu)化工藝設計合理可行。
四、新縣城陸上水廠優(yōu)化工藝設計工程方案
1、配水井
原配水井尺寸不變，只改變進、出水管徑即可滿足要求。
2、斜管沉砂池
斜管沉砂池用于高渾濁度水季節(jié)，去除粗顆粒泥砂，按5萬噸/日規(guī)模設計，采用斜管沉淀形式。其平面尺寸為：7*9（米）、池深4.8米、斜管采用60ο傾角、斜管管孔徑d＝35 mm、壁厚0.6mm無毒塑料成品。
3、隔板混合池
隔板混合池平面尺寸為11.42*2（米）、池深1.6米、共設三塊隔板、過水孔的流速為1米/秒、每孔水頭損失為0.13米。
4、柵條絮凝反應池
柵條絮凝反應池按5萬噸/日規(guī)模設計，其平面尺寸為12*12.4（米）、池深5.1米、進口流速為0.6米/秒、出口流速為0.15米/秒、總停留時間15min，柵條采用PVC無毒塑料成品。
5、斜管沉淀池
斜管沉淀池位于柵條絮凝反應池的兩側，分四組對稱布置。斜管采用60ο傾角、斜管管孔徑d＝30mm、壁厚0.6mm無毒塑料成品。其中兩組尺寸為：15*7.8（米）=117 m2，另兩組尺寸為：15*7.8（米）=117 m2，斜管沉淀池總面積234 m2。液面負荷為9m3/m2.h，產水量為：9m3*234 m2*24h=5萬噸/日。池深均為4.8米，集泥區(qū)高0.8米，泥水分離區(qū)1.6米，清水區(qū)1.23米。采用淹沒孔口集水槽集水，排泥采用多斗池底閥排泥。
6、重力式無閥濾池
重力式無閥濾池原設計為1.25萬噸/日規(guī)模兩座，現增建兩座即可與5萬噸/日規(guī)模相配套。
7、清水池
清水池原設計1500 m3矩形清水池兩座，經校核可滿足現5萬噸/日規(guī)模調節(jié)水量要求。
8、送水泵房
送水泵房在原設計2.5萬噸/日規(guī)?；A上，以大流量水泵換小流量水泵即達到5萬噸/日供水規(guī)模。
五、新縣城陸上水廠優(yōu)化工藝設計后的特點
該優(yōu)化工藝設計工程，經國務院三峽工程建設委員會、國家移民開發(fā)局、移民工程咨詢中心專家組評估，對該優(yōu)化工藝設計工程特點評價如下：
1、巫山新縣城5萬噸/日陸上水廠優(yōu)化工藝設計工程，通過實際運行，設計是成功的、技術上是完全可行、可靠的。水廠布置合理、管理方便、工藝設計可靠、節(jié)約土地、節(jié)約能源。利用地形高差采用斜管沉砂池、柵條絮凝反應斜管沉淀池和重力式無閥濾池，均取得較好的效果和經濟效益，大大降低了工程投資。
2、優(yōu)化工藝設計工程竣工規(guī)模為5萬噸/日，占地面積僅13.15畝，節(jié)約土地18.64畝，工程竣工決算2705.23萬元，節(jié)省建設資金994.77萬元。
3、在5萬噸/日凈水系統中，斜管沉砂池和斜管沉淀池的約300平方米斜管材料，考慮到新的陸上水廠近期供水需求量達不到總設計能力，這兩個凈水池暫作豎流式沉淀池使用，斜管可暫不采購安裝，可節(jié)約一次投資約30萬元人民幣。
4、斜管沉淀池與平流式沉淀池比較，前者沉淀效率高、產水量大、水質好、池子容積小和占地面積少，土地利用率高。
5、相同規(guī)模水廠建設，使用斜管沉淀池占地少、水處理構筑物體積相對減少，其工程投資將大大降低，社會效益和經濟效益是顯而易見的。
六、結語
當今我國人均耕地急劇減少，特別是在地處三峽水庫淹沒城市移民搬遷建設用地緊張的情況下，水廠建設采用先進的生產工藝技術，符合科學技術進步原則。節(jié)約土地資源，保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)省工程建設投資，具有積極的現實意義。
在巫山新縣城5萬噸/日陸上水廠工程建設中，采用優(yōu)化工藝設計工程，是從我縣的實際出發(fā)，結合移民搬遷，“走在移民中發(fā)展，在發(fā)展中移民”和“移民工程建設管理結合”的成功建設工程實例。是利國利民的大好事，將對我縣新縣城城市建設、人民生產、生活用水和社會穩(wěn)定以及我縣的國民經濟發(fā)展提供有力的保障，有著巨大的社會效益和經濟效益。

七、參考文獻
[1]《巫山縣新縣城遷建修建性詳細規(guī)劃報告》巫山縣人民政府、重慶建筑大學 1996年10月
[2]《城市供水行業(yè)2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃》汪光燾主編　中國建筑工業(yè)出版社　1993年
[3]《給水處理理論與設計》許保玖、安鼎年主編 中國建筑工業(yè)出版社   1992年
[4]《給水工程》（第三版）嚴熙世、范瑾初主編　中國建筑工業(yè)出版社　1995年
[5]《給水排水工程快速設計手冊》嚴熙世主編　　中國建筑工業(yè)出版社　1995年
[6]《給水排水標準規(guī)范實施手冊》黃明明、張?zhí)N華主編　中國建筑工業(yè)出版社　1993年
[7]《巫山新縣城5萬噸/日陸上水廠工程驗收前專家評估意見書》國務院三峽工程建設委員會 國家移民開發(fā)局移民工程咨詢中心      2004年3月