小型水厂工艺设计
摘要：本文介绍了海南昌江水厂的工艺设计参数。水厂设计处理能力2.50×104m3/d，工艺设计充分考虑了石碌水库原水的水质特点，并采用了孔室絮凝斜管沉淀+双阀滤池过滤工艺。工程具有占地少，造价低、节水节能的特点，为国内以水库水为水源的水厂设计提供了参考。
关键词：水厂；工艺设计；构筑物
一、工程概况
昌江水厂位于海南省昌江黎族自治县县城石碌镇，以石碌水库为水源，水厂近期设计规模为2.50×104m3/d，远期5.00×104m3/d。
二、基础资料
本给水厂水源石碌水库，是一座以防洪、供水、灌溉为主，结合发电等综合利用的大（二）型水库。其最大库容1.41亿m3，其水质可以达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002III类水域水质标准。
本工程供水水质目标为：符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《城市供水水质标准》（CJ/T206-2005）的要求，其中管网水浊度低于1NTU。
三、工艺流程
3.1净水工艺选择原则
净水工艺方案的拟定应针对原水水质特点，以最低的基建投资和经常运行费用达到要求的出水水质。应充分考虑下列主要因素：（1）原水水质的历史资料，（2）出水水质的要求，（3）相同或类似水源净水处理的实践（4）经济条件以及操作人员的经验和管理水平。
3.2净水工艺选择
根据原水水质分析报告，石碌水库原水水质达到国家《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中Ⅲ类水体的标准。
根据原水水质特点，结合类似水厂运行经验，采用絮凝-沉淀-过滤-消毒常规工艺处理后，所有指标均能达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的出厂水水质标准。
本工程净水工艺采用以下工艺：水库源水-管式混合器-絮凝沉淀-过滤-清水池-配水管网-用户。
四、主要构筑物设计
4.1净水构筑物的比较与选择
⑴混合
混合的目的在于使投入水中的混凝剂能迅速而均匀的扩散于水体，使水中的胶体脱稳，提高凝聚效果。目前以管式混合、机械混合为主。
管式混合器可以适用于水量变化不大的各种规模水厂，其主要优点有设备简单、维护管理方便、不需土建构筑物，在设计流量范围混合效果好、不需要外动力设备。
机械混合是利用机械搅拌器的快速旋转，使混凝剂迅速、有效均匀地扩散于整个水池之中，混合效果良好，水头损失小。适用于大规模的净水厂。其优点是混合效果不受水量变化的影响。缺点是需要耗能，且管理维护复杂、需建混合池。
考虑到水量变化不大，为节省投资及运行管理费，本设计采用混合效果好的管式静态混合器混合。
⑵絮凝
絮凝效果的好坏对最终出水水质影响很大。水中的胶体颗粒脱稳后，在絮凝设施中形成粗大密实且沉降性能良好的絮体颗粒。为使微絮体良好成长，絮凝设施要有良好的水力条件，操作运行合理直接影响到最终的出水水质。
小型水厂常用絮凝池主要有孔室絮凝池和网格絮凝池。
a.孔室絮凝池利用孔室间进水从切线方向进入产生池内旋流，加强矾花之间的碰撞和絮凝，以达到其目的。其水头损失较大，停留时间长，但效果较稳定、特别对低浊度水，施工简单。
b.网格絮凝池的平面布置由多格竖井串联而成，每格安装若干层网格。通过网格或栅条的孔隙时，水流收缩，过网孔后水流扩大，产生微涡流，形成良好絮凝条件。具有构造简单、节省材料、施工方便，水头损失小，絮凝效果好等优点。但对湖泊、水库水等低浊度原水适应能力较差。
考虑到本工程原水为水库水，其常年原水浊度低的特点，本工程采用孔室絮凝。
⑶沉淀
沉淀的重要目的是去除水中悬浮物，使出水达到待滤水的水质要求。目前国内应用较多的主要有斜管沉淀池和平流沉淀池。
a.平流沉淀池
平流沉淀池是广泛应有于国内大中型水厂的池型，构造简单，处理效果好，矾耗低，对水量和水质变化的适应性强，运行管理方便。其缺点是占地面积较大，土建投资较高。
b.斜管沉淀池
斜管沉淀池利用浅池沉淀原理，具有沉淀效率高、占地小等优点，可节约用地，减少工程投资等优点，在小型水厂应用广泛。斜管沉淀池的缺点是：斜管存在老化问题，在使用一定年限后需要更换；对原水浊度变化适应性相对较差。
综上所述，斜管沉淀池沉淀效率高，占地小，管理方便且在小型水厂有成熟的运行经验，因此推荐采用斜管沉淀池。
⑷过滤
过滤是消毒工艺前的关键性处理手段，对保证出水水质具有重要的作用。目前，国内水厂采用较多的是V型滤池和双阀滤池。
a.V型滤池
V型滤池因两侧（或一侧）进水槽设计成V型而得名[1]。主要特点有：采用粒径较大，厚度较大的滤层以增加过滤周期，反冲时滤层基本不膨胀，整个滤层在深度方向的粒径分布基本均匀，不发生水力分级现象，即所谓“均质滤料”，使滤层含污能力提高，出水水质好，延长冲洗周期。气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好，冲洗水量少。
b.双阀滤池
双阀滤池是从原普通普通快滤池改进而成的，目的是为了减少阀门的数量和解决管理的不便。双阀滤池具有下列优点：①有成熟的运转经验，运行稳定可靠；②采用砂滤料，材料易得，价格便宜；③采用大阻力配水系统，单池面积可以做的很大，池深较浅；④可以采用降速过滤，水质较好;⑤减少了两只阀门，相应降低了造价和检修工作量。
考虑到本工程设计规模小，生产管理水平相对还是不高，而双阀滤池出水水质好,运行稳定,能广泛适用于大中小型水厂，管理简单。综合考虑，本工程采用双阀滤池。
4.2净水药剂选择
(1)混凝剂的选择
混凝剂应遵循的基本原则是：原水经投加混凝剂进行净化处理后，出水水质应良好。首先，所选混凝剂必须符合卫生质量要求，对水质不会造成污染。其次，混凝剂的混凝处理性能要好。本工程混凝剂采用液体碱式氯化铝。
⑵消毒剂的选择
《室外给水设计规范》规定，生活饮用水必须消毒。消毒工艺可根据原水水质和处理要求，采用滤前及滤后二次消毒，也可仅采用滤前或滤后消毒。常用的消毒方法有液氯、二氧化氯、臭氧、紫外线等[2]。
结合海南省现状水厂消毒剂的使用情况，确定采用二氧化氯作为消毒剂。
4.3工艺构筑物单体设计
⑴孔室絮凝、斜管沉淀池
本工程孔室絮凝、斜管沉淀池设计规模为2.5万m3/d，总平面尺寸为18.85mx20.20m，钢筋砼结构。分二组，每组设计规模为1.25万m3/d，可以单独运行。其每组平面尺寸7.20m×4.90m。分6格，每格平面尺寸为2.10m×2.10m。
⑵双阀滤池
双阀滤池1座，设计规模为2.5万m3/d，钢筋砼结构。与斜管沉淀池采用渠道连接。滤池分为6格，单格面积25.2m2，总过滤面积151.2m2。滤池采用双排布置，总平面尺寸22.78×20.20m。
设计参数为：设计滤速：V=7.60m/h；强制滤速：V=9.12m/h；水冲强度：15L/s.m2；反冲洗周期24h。
⑶清水池
清水池有效容积3000m3，为了在清水池检修和池子清洗时保证正常供水，清水池设两座。每座池子平面尺寸为AxB=20.4mx20.4m。
⑸加药间
加药间由加二氧化氯、加矾两部分组成，土建按5万m3/d规模一次建成，设备按2.5万m3/d规模安装。
五、结语
该净水处理厂工艺设计充分考虑了原水的水质特点，并采用了絮凝沉淀+双阀滤池过滤工艺。工程具有占地小，集约化程度高、造价低、节水节能的特点，为国内水库水水源水厂的设计提供了参考。
参考文献
[1]严煦世,范谨初.给水工程(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社,1999.
[2]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册第三册（城镇给水第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社,2004