案例分析:大型水厂升级改造理念与工程实践

  本文通过工程实例介绍了大型水厂升级改造的理念和实践:合理利用原有设施节省投资,在水厂布局和用地受限的条件下,既维持水厂正常生产(不减产或少减产),又要确保施工安全可靠,完成大型水厂的升级改造工程。

  (1)采用节地型、叠合式的处理构筑物。这是升级改造工程中的核心问题,即必须首先解决用地问题,才能使改造工程得以进行。根据所要进行改造工程的工艺流程和工程目标要求,合理地、最大化地将各处理构(建)筑物叠合建设,使用地最小化,如沉淀池和清水池、滤池和清水池(接触池)、配水井和预臭氧接触池、中间提升和滤池及反冲洗设施、排泥水系统中的各种收集池、浓缩池和脱水车间及其加药、配电等。

  (2)采用“腾笼换鸟”式,分阶段实施。如何解决边生产边改造,是很多老厂改造时普遍面临又必须妥善解决的现实问题。对此,需要结合水厂自身条件和生产特点,与业主充分讨论,找出生产改造过程的关键节点,确定改造过程中的最低保证制水量,限定改造范围,在城市供水管网协调调度下,有组织有应急预案前提下采用“腾笼换鸟”的方式,分阶段实施升级改造,以解决边生产边改造问题。

  (3)重新梳理各生产管线。水厂看不见的地下管道,是改造工程中的重要一环,毕竟厂区内绝大多数都是重力流管道,各自功能不同、错综复杂、密不可分,全面的梳理和统一的布置决定了生产的顺畅与否。根据整体改造工程目标与方案,一次性完成总图管线布置,并结合改造阶段步骤分步实施。

  (4)合理安排老设施、设备的改造时序。在升级改造工程的同时,需要结合升级改造目标,全面分析评估老设施、设备,逐一找出问题所在,再进行有针对性的解决方案,因地制宜,讲求实效,统一布局,优化整体设计,合理安排改造工程时序,先建后拆,有序进行。

  (5)合理规划智慧化改造进程。随着近年来BIM技术、AI技术和VR技术的不断进步、城市参数化水平不断提高,水厂管理的智慧化,已成为供水行业技术进步的亮点,构建智慧水厂框架,在生产运行、参观学习、维护监测、环境控制等各领域逐步推进智慧化,已经成为今后大型水厂升级改造的重点内容。

  某城市大型水厂始建成于1958年,位于当初的城市郊区,该区现在已成为城市主城区,四周被居民区、道路、河道所围,无可用的新扩建用地,即改造工程只能在现水厂内部实施,并要求维持生产保障居民用水。水源为某运河水系,原水经取水泵站、增压泵站输送至水厂。泵站和水厂内部都先后历经多次扩容、改造,形成了现在水厂的2条制水系统,即14.5万m3/d和10.5万m3/d制水系统,共有3组沉淀池,3组滤池,6组清水池,2座二级泵房。另有1座原水取水泵站和1座增压泵站,其规模都是25万m3/d。

  (1) 构筑物多、设备陈旧、总图凌乱。水厂自建成的近60年时间里,先后经历多次扩容、改造,形成了现在多个处理构筑物,总图布置分散、凌乱,且多个构筑物和很多设备都存在问题。如现有吸水井分为高、低水位2格吸水井,多年运行管理实践表明高、低水位运行切换麻烦,节能效果也不明显;加药间设备陈旧需要逐一更换,其内部布置、土建分隔亦有多处需要改造,而且现有工艺设备也不能满足新增加药剂的要求;水厂的清水池库容仅2.2万m3,库容偏小;2座二级泵房和2座原水泵房内水泵机组匹配都不合理、效率低下、自动化程度低。

  (2)现状水厂处理效果差。据近几年水质资料统计,现有10.5万m3/d系统的沉后水浊度较高,最高为16.8 NTU,14.5万m3/d系统的沉后水浊度最高达20 NTU,导致出厂水浊度远高于目标值(0.1 NTU),出厂水耗氧量最高为2.85~3.14 mg/L,也不能满足《某省城市供水现代化水厂的出厂水优质标准》中规定的CODMn≤2.0 mg/L的要求。

  (3)水源污染。原水水质较差,尤其冬季有机物含量较高,近年来突发性水质污染事件时有发生。在经过多次改造后,出水水质和运行效果有所改善,但耗氧量、锰仍存在超过国家标准的情况。

  (4)流程反向布置。现状工艺流程是自西向东布置,而原水是从水厂东侧接入,现状水厂的水力流程明显反向布置。

  (5)环保不达标。由于历史原因,厂区内雨水、污水、部分生产排水为合流制,环保部门已经要求限期整改。

  (1)改造后仍维持水厂规模25万m3/d,出厂水泵扬程也维持42 m,改造期间保证约14.5万m3/d供水规模。

  (3)泵站改造后水泵电机机组效率达到经常运行区段75%以上,并满足水厂不同季节和不同时段对原水调度的要求。

  设计团队经过多种分析、对不同方案进行比较、调研,并多次深入现场与业主讨论、听取意见,包括工艺方案的选择、处理构筑物形式、供水管网调度、应急预案情况等等,历经2年多时间,最终设计推荐了“腾笼换鸟”式,分两阶段实施的改造方案,不仅整体较优,而且改造工程对水厂生产影响最小、安全性、施工可操作性最强,得到业主一致认可。主要设计特点归纳为以下几点。

  (1)优化的整体升级改造方案。如前所述,在水厂现有场地范围内,既要实现水厂改造后水质整体提高、布局合理、水利流程顺畅,同时还要提高设备与构筑物安全可靠性,保证改造期间水厂维持14.5万m3/d左右的供水能力,因此采取拆除水厂部分老旧设施,释放建设空间,进行“腾笼换鸟”式的改造是最优选择。经过分析、评估,现有的10.5万m3/d系统构筑物已经无再次改造的价值,综合技术、经济分析比较后确定全部拆除为较优方案。以现状水厂中部为界(如图1所示),工程分为两阶段实施,一阶段中,调整保留南部生产线/d规模正常生产前提下,在厂区北部已经拆除的区域实施25万m3/d规模的常规处理+深度处理+药剂设施+回用水池等设施的建设,在此期间的低峰供水阶段,同步改造原水取水泵站、增压泵站。1/2

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