设计案例 | 萧山南片水厂改扩建工程设计方案

01 工程概述

萧山南片水厂规划规模为30万m³/d，其中一期工程为10万m³/d，建成于2002年，包括常规处理和排泥水处理系统，预留深度处理用地。水厂取水自钱塘江，设1×DN1200钢管向水厂输水，长度为8.15 km。原水由水厂西侧进水，常规处理工艺构筑物布置于水厂南侧，包括进水管廊、折板絮凝平流沉淀池、均粒滤料滤池、清水池及二级泵房，自西向东排列。水厂加药采用聚合氯化铝（PAC），消毒采用液氯。DN1200原水管在进水管廊中分为2×DN800向絮凝沉淀池配水，管廊中设有2只DN800管式静态混合器进行混合。设2座絮凝沉淀池，絮凝时间为20 min，GT=52 000，平流沉淀池有效水深为3.85 m，水平流速为15 mm/s，设计停留时间为120 min。设1座均质滤料滤池，滤池双排布置分为6格，单池面积为98 m2，深为3.95 m，滤料为石英砂均质滤料。设1座清水池，有效水深为4.0 m，有效容积为14 000 m³/d，调节容量为14.0%。排泥水处理系统布置于水厂西北角，包括调节池、浓缩池及脱水机房。设调节池1座，有效调节容积约为500 m3，池内设潜污泵及水下搅拌器各2台。设浓缩池1座，分为2格，单格直径D=9.0 m，现仅安装1格设备，设中心刮泥机1台。脱水机房现设离心脱水机2台，单台设计固体负荷为500~600 kg/h。

02 存在的问题

（1）供水量有缺口：近年来，随着萧山南片区域社会经济高速发展，水厂现有供水能力无法满足该区域用水需求，部分区域高峰供水时，存在压力不足的现象；为保证该地区社会经济持续有序发展，南片水厂供水规模急需扩大。

（2）水质达新标：《浙江省城市供水现代化水厂评价标准（2013版）》提出的出厂水优质标准中CODMn≤2.0 mg/L，现有一期工程出水受常规处理的限制，CODMn全年在1.8~3.0 mg/L浮动，与新标尚存在一定差距，且原水有氨氮季节性超标的特点，增设深度处理系统可进一步改善水质，提高出水水质生物稳定性。

（3）排泥水系统需改造：经核算现有排泥水调节池、浓缩池容积偏小，无法满足水厂扩建后需求；浓缩平衡池存在出泥管堵塞的问题，对水厂环境有较大影响，故本期拟同步改造排泥水处理系统。

（4）高铁建设影响：水厂位于萧山戴村镇闻戴公路以西，原占地125 380 ㎡，新建杭州至黄山高速铁路将沿东西方向斜穿水厂规划二期、三期预留用地，现实际可利用的厂区面积减少至74 426.6 m2，对水厂原有建设方案产生极大影响。

高铁规划线路与水厂现状及规划建设用地关系如图1所示。

03 改扩建工程方案

3.1 供水系统工程方案

依据需水量预测及供需平衡分析，结合场地预留条件及规划高铁穿越的事实，南片水厂水量扩容有如下三个方案。（1）方案一：在现有厂区内扩建常规处理规模至25万m3/d，同时新建25万m3/d深度处理系统及排泥水处理系统。（2）方案二：保留现有水厂一期工程，厂区内新建10万m3/d深度处理系统；另选址新建水厂，通过管网建模，建议厂址位于义桥镇北侧峡山头村，占地约为66 667 m2，新建规模15万m3/d，包括常规处理、深度处理及排泥水处理系统。（3）方案三：关停现有一期工程，靠近主供水区域处（城区）新建25万m3/d水厂，通过管网建模，建议选址位于义桥镇东南侧丁家庄村，水厂占地106 667 m2，新建水厂包括常规处理、深度处理及排泥水处理系统。以上三个扩建方案对比如表1所示。

依据上述分析可以看到，方案一虽然有规划杭黄高铁穿越水厂，扩建工程施工较为复杂，南片水厂扩建后供水能耗相对较大，且扩建时对现有水厂存在一定影响等问题。但该方案可与现有水厂共用部分生产构筑物，大大节省工程投资，且该方案原地扩建无需另行征地。因此，建议南片水厂原地扩建至25万m3/d。

3.2 净水工艺方案

3.2.1 常规处理系统

一期常规处理工艺（折板絮凝平流沉淀-均质滤料滤池）运行较好、管理方便，扩建工程常规处理构筑物同一期，仅对混合、消毒方式作方案论证。

混合是絮凝沉淀的前提，使所有胶体颗粒快速完成脱稳与凝聚，混合效果的好坏直接关系到后续絮凝沉淀效果。目前国内多采用管式静态混合器或机械搅拌设备。管式静态混合器按特定的水量设计，一旦运行水量发生变化，会直接影响混合效果。机械搅拌混合效率高，水头损失小，且不因水量变化而影响效果，运行效果稳定。依据区域供水平衡分析，水厂存在超产运行可能，水量有一定波动，故扩建工程推荐采用机械混合。同时，为保证水厂一、二期絮凝沉淀池进水水位一致，拟将一期管式静态混合器改造为机械混合。一期进水管廊增设2座加药混合井，井内设机械搅拌器1台，功率N=7.5 kW；本期新建2座絮凝反应池内各设机械搅拌器1台，功率N=7.5 kW。

目前国内常用消毒剂主要包括液氯、二氧化氯及次氯酸钠等。液氯消毒在使用及运输过程中一旦发生泄漏，将对水厂周边的居民、环境造成较为严重的影响。二氧化氯制备费用较高，且加氯间火灾危险等级为甲类，有防爆要求，需与厂区其它建筑物有较大消防间距，不适用于场地紧张的改扩建项目。经咨询，萧山当地有大型稳定的次氯酸钠溶液货源，故扩建工程拟将水厂现有液氯系统改造为投加次氯酸钠系统。采用外购次氯酸钠原液（含有效氯10%），在储液罐内稀释至5%后储存，设储液罐8只，单只容积为20 m³，前加氯、后加氯及补加氯原液最大加注量分别为20、20 mg/L及10 mg/L。

3.2.2 深度处理系统

深度处理系统由预氧化及后续深度处理工艺组成。常用的预氧化技术有预臭氧氧化、预氯化、二氧化氯预氧化及高锰酸盐预氧化等。预臭氧具有占地少、工艺效果稳定等优点，在除异味、除藻、除氨氮、降低铁锰含量及降低色度等方面有明显作用，对水中有机物的生成势有明显消减作用，虽无法直接矿化有机物，但可以将部分大分子有机物降解为生物可利用的小分子有机物，且有较为明显的助凝效果。萧山第三水厂已采用预臭氧氧化工艺，投产以来，出水效果稳定、运行管理方便，故本工程推荐采用预臭氧氧化工艺。深度处理工艺多采用活性炭吸附、生物活性炭、臭氧-生物活性炭、膜处理等，对比如表2所示。

臭氧-生物活性炭工艺可有效应对氨氮季节性超标，有效去除有机物能力最优，出水水质最好。为应对钱塘江原水可能发生的突发性污染（污染物主要为化学品、农药等），该工艺可大大增加供水安全性。臭氧-生物活性炭是目前使用最为广泛，技术最为成熟的深度处理工艺，运行稳定，管理经验丰富。综上，本次扩建工程推荐采用臭氧-生物活性炭深度处理工艺。预臭氧工艺，臭氧设计投加量为1.0 mg/L，接触时间为3.0~3.7 min。臭氧-生物活性炭工艺，臭氧设计投加量为2.0 mg/L，接触时间为12 min，分为3个阶段，按4 min∶4 min∶4 min时间比例配置；活性炭滤池分为8格，单格面积为96 m2，空床停留时间为10.95 min，滤速为10.96 m/h。

3.3 排泥水系统改造方案

排泥水主要来源于絮凝沉淀池，80%保证率工况下，干泥量计算为19.1 t/d。排泥水浓缩采用重力式浓缩池，若采用传统重力式浓缩池，分为2格，单格面积约为398~796 m2，直径约为20~28 m，占地面积较大，现有水厂内难以布置。浓缩池上部增设斜板，可使有效面积大大增加，提高浓缩池的水力负荷及固体通量，既能保证浓缩效果，又能使泥水有效分离。本次拟新建1座浓缩池，分为2格，单格直径为14.0 m，泥水分离区设置斜长为约2.0 m的斜板，间距为80 mm，倾角为60°；浓缩池进水管投加0.5~1 mg/L的PAM。浓缩池前设排泥水调节池，有效容积为1 400 m3，有效水深为4.0 m。

水厂一期工程已设2台离心脱水机，从减少工程投资以及水厂已具有一定运行管理经验的角度，本次扩建工程增设2台离心脱水机，单台固体负荷为500~600 kg/h，3用1备。平衡池下叠于脱水机房下方，可有效解决浓缩池出泥管堵塞的问题，平衡池有效容积为430 m3，分为2格，有效水深为2.5 m。

综上所述，本次改扩建工程采用的工艺如图2所示。

3.4 水厂总平面布置方案

规划杭黄高铁穿越预留用地后，南片水厂实际厂区面积有大幅减少且不规则，在不影响现有生产系统、充分利用现有设施、尽量节约工程投资的前提下，提出以下两个水厂总平面布置方案。（1）方案一：拆除一期加药间、机修间，新建的15万m3/d絮凝沉淀池合建；（2）方案二：保留一期加药间、机修间，在南北两侧分别新建7.5万m3/d絮凝沉淀池，两个水厂总平布置如图3所示。

总平方案对比如表3所示。虽然方案二中絮凝沉淀池分别建设，对水厂运行管理带来不便，但其充分有效利用水厂现有加氯加药间、机修间等，工程投资费用较低，故推荐采用方案二。

04 结语

（1）南片水厂现有供水能力无法满足该区域用水需求，且受到现有常规处理工艺的限制，出水水质无法达标《浙江省现代化水厂出厂水优质标准》，故改扩建工程迫在眉睫。

（2）本期常规处理构筑物中絮凝沉淀、过滤工艺构筑物同一期工程。混合工艺采用机械混合，同时将一期管式静态混合器改造为机械混合；萧山当地有大型稳定的次氯酸钠溶液货源，故本工程采用次氯酸钠消毒工艺。深度处理采用预臭氧氧化-后臭氧氧化-生物活性炭工艺。

（3）排泥水系统主要处理絮凝沉淀池排水，浓缩方式采用增设斜板的重力浓缩池，脱水采用离心脱水机。

（4）水厂扩建用地紧张，采用保留现有加药间、机修间，本期2座絮凝沉淀池分别建设的水厂总平面布置方案。