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丹东市自来水总公司 刘长敏
一、概述 丹东市自来水公司始建于1913年，到1984年日处理水量10万吨的鸭绿新水源竣工投产时为止，共有采用常规水处理工艺的净水场4座。除了鸭绿江新水源外，另外3座日伪时期遗留元宝山净水场（日净水能力1万吨）、珍珠山净水场（日净水能力1万吨）、四道沟水源（日净水能力5万吨）三座老净水场仍在运行。日供水能力总计17万吨。 随着丹东市城市建设规模的迅猛发展，城市供水需求的矛盾日益突出，而正在筹建的日处理水量20万吨的马市水源项目，也因资金问题迟迟不能上马。为此，公司研究决定，在继续筹建新水源的同时，应用先进的应急供水技术对日伪时期遗留下来的老水厂适时进行挖潜改造。力求以有限的资金去保证丹东市的应急供水需求。 二、元宝山净水场 （一）技术方案的确定 元宝山净水场始建于1936年（昭和十一年），源水取自于鸭绿江上游，主要负责沈丹铁路以北供水区供水。当时的日供水能力为9600吨，其工艺流程为：临江路水源泵站投升——调整池水量调节——跌落混合絮凝槽加药混合反应——平流式沉淀池沉淀——普通快滤池过滤液氯清水池——市区管网。 元宝山净水场原有一座跌落混合絮凝槽——平流沉淀池，一组（四个）普通快滤池。根据现有构筑物的条件，元宝山净水场的源水取自临江路水源渗渠滤后水，已经经过渗渠简易净水工艺处理，水质较好，及现有水处理构筑物的条件，考虑到自筹资金不足的实际情况，力求以最少的资金投入达到预期的效果，经过技术经济分析比较，决定利用原有跌落隔板混合絮凝槽，将其改为跌落隔板混合槽，在原平流式沉淀池的前五分之二的部分设置机械反应池进行絮凝，后五分之三的部分改成斜管沉淀池，经验算，可以满足混合——反应——沉淀的要求。普通快滤池改造成三层滤料滤池，增设一座V=1300m.3的清水池。最终选定： 跌落隔板混合槽混合——机械反应池反应——斜管沉淀池沉淀——三层滤料滤池过滤——清水池——市区管网 作为本项工程改造的主方案。整个工艺流程按日处理水量3万吨配套进行改造。 （二）项目整体设计研究 1、临江路水源 利用临江路水源渗渠取水系统及泵站水泵机组设施，同时改造泵站室内外压水管道，可以满足源水取水，泵站转输的要求。 2、临江路水源——元宝山净水场源水输送管道 因为资金的原因，暂时利用临江路水源——元宝山净水场源水输送管道，其中临江路水源——大沙河南岸为DN600mm，全长1300m。大沙河南岸——元宝山净水场为DN300mm、DN500mm两条输水管道。源水输送管道出入口高差60余米。当泵站3台DK400—11型水泵同时运行时，临江路水源泵站出口压力为11Kg/cm.2。随后，适时将大沙河南岸部分管段抽换为DN700mm管道。相应地，当泵站3台机满负荷运行时，出口压由11Kg/cm.2降至9.5～9.6Kg/cm.2。2011年度又将大沙河东岸源水输送管道全部抽换成DN700mm。相应地，临江路水源泵站3台机满负荷运行时，其出口压也随之由9.5～9.6Kg/cm.2降至8.6～8.7Kg/cm.2。原3台DK400—11型水泵全天运行时，其中一台仅停机2小时，现在3台DK400—11型水泵全天运行时，其中一台停机8小时，供水电耗和漏失水量都有大幅下降。 3、调整池 保留净水场内原有调整池。 4、投药部分 新建投药间，混凝剂：硫酸铝；助凝剂：石灰。 5、混合 利用原有跌落混合絮凝槽中的源水投药跌落混合功能，同时，在絮凝槽内按隔板混合槽断面尺寸砌筑混合隔板。 6、反应絮凝部分 原有平流式沉淀池共分两组，单池有效容积V=LBH=20×8×3.5=560（米.3）利用现有沉淀池前2/5部分作为反应絮凝池，在单池日净化能力为15000米.3的情况下，通过对各种类型反应设备的比较，选用机械反应是合理的。 机械反应时间一般为15～20分钟，池内一般设3～4档机械反应。浆板中心处的线速度一般自第一档0.5米/秒逐渐变小至末档的0.2米/秒。 本设计考虑到原有平流式沉淀池的梁、柱结构形式，每单池前2/5部分以顶梁及支柱为界分设四格，单格有效面积： F=3.8×3.8=14.44米.2， 每组机械反应池（4格），有效容积： V=4×14.44×3.5=202.16米.3 实际反应时间： T=202.16米.3×2/0.365米/秒×60=18.46（分） 可以满足反应时间的要求。 考虑到本地区源水水质浊度常年较低，汛期则很高及机械反应池维修、节电的因素，在设计中每组机械反应池各单格墙壁通水孔道尺寸均按孔室反应池各档流速确定。用这种方法，在源水浊度较高的情况下，可以结合使用，提高反应效果，在源水浊度较低时，则尽可能地不启用机械反应池，而利用过水孔道的调节，也可收到较为理想的反应效果，最大限度地降低了机械维修及耗电因素。 7、沉淀部分 经核算，原有平流式沉淀池前2/5改作反应絮凝池后，剩余部分改建成斜管沉淀池是可以满足沉淀要求的。 （1）清水区面积 选用表面负荷率q=9米.3/小时.米.2（即上升流速V=2.5毫米/秒），斜管结构占用面积11%，则清水区实际面积： F=3000×1.05/0.365米/秒×（1-0.11）=164米.2 原有平流式沉淀池扣除机械反应池占用的部分尚有192m.2的剩余面积，按上述参数，可以满足日处理水量3.5万吨的要求，尚留有一定的调整余地。 （2）斜管区 斜管采用定型产品 （3）集水装置 利用原沉淀池的条件，力求集水均匀，使整个斜管沉淀池上升流速近似一致，通过计算决定选用淹没式穿孔集水管，每组斜管沉淀池清水区中设置Φ250mm穿孔集水管10根，每根设Φ25mm孔眼130个，分两侧与管上方垂线呈四十五度角交叉排列，每侧65个，管上皮贴顶梁水平铺设。 （4）排泥系统 排泥系统采用多斗重力式排泥。在原沉淀池始端外侧设置排泥管廊，Φ300mm集泥斗排空管由原沉淀池底部铺至排泥管廊，管廊内每根排泥管设一碟阀，定期排放。 8、过滤部分 原有4座普通快滤池，单池面积20m.2，滤池总计过滤面积80m.2。滤池池高3.6m。有效净高3.3m，滤球式小阻力配水系统。经验算，当过滤水量为3万吨/日进，其滤池滤速为15.6米/小时。采用三层滤料池，其滤速为18～20米/小时，可以满足3万吨/日净水能力的要求。即利用原有普通快滤池池体，拆除原有滤球式中阻力配水系统，采用滤砖式小阻力配水系统，滤池源水排水、反冲洗水、清水、滤后反冲洗水管道均按3万吨/日净水能力配套设计。 9、清水池部分 利用原有V=1500m.3清水池，新设一座V=1500m.3清水池，清水池总容积V=3000m.3。 10、消毒部分 利用原有投氯间，采用液氯消毒，原有两台IJ-2型转子加氯机，一台运行一台备用。 11、清水配水管线 新设两条DN500mm配水管线，一条通往小东沟方向供水区，一条通往八道沟方向，青龙街方向供水区。 元宝山净水场改造工程耗资160万元，日供水综合能力由1万吨扩大到3万吨，自1985年竣工投产至今，其临江路水源源水提升，元宝山净水场加药快速混合、反应絮凝、斜管沉淀、三层滤料池均取得了预想的效果，配水水质达到中华人民共和国国家标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。 三、珍珠山净水场 （一）方案的确定 位于丹东市北部珍珠山顶的珍珠山净水场始建于1942年，源水取自于鸭绿江上游的瑷河水源，日供水能力1万吨，主要负责沈丹铁路以北供水区供水。其工艺流程为： 瑷河水源取水——调整池——跌落混合槽投药混合——隔板反应槽反应絮凝——平流沉淀池沉淀—普通快滤池过滤——清水池——市区管网 瑷河水源（一泵站）是日伪时期遗留下的取水构筑物，取水方式为鸭绿江河床渗渠取水，由于河床改道，年久失修，其渗渠滤料层已被冲毁，丧失了渗渠的滤水功能。同时在5个集水井均设取水副管，4号、3号集水井设取水“天窗”，实质上，瑷河水源渗渠取水系统已由取渗渠渗滤水改为取河床表水。泵房内设有4台DK400—11型水泵，源水通过一条Φ500mm输水管道被送入珍珠山净水场净化。 珍珠山净水场原有一座调整池，一组（两格）平流沉淀池，一组（四个）普通快滤池。其中，平流沉淀池的前2/5部分已被间隔成隔板反应池。根据现有水处理构筑物的条件，决定在调整池前端进水管处设置静态混合器；将调整池改为水力旋流式反应池；将原平流沉淀池内的隔板反应部分拆除，恢复其原有的平流沉淀池；扩建普通快滤池，增设两座V=2000m.3的清水池。同时，校核完善瑷河水源取水能力及泵站投升能力，校核完善瑷河水源——珍珠山净水场的源水输送能力及珍珠山净水场——市区管网的海水配送能力。最终选定： 瑷河水源泵站取水投升——静态混合器加药混合——水力旋流式反应池反应——平流式沉淀池沉淀——普通快滤池——清水池——市区管网 作为本项改造工程的主方案。整个工艺流程按日处理水量4万吨配套进行改造。 （二）项目整体设计研究 1、瑷河水源 利用瑷河水源原有的取水设施，经校核可以满足日取水量4～5万吨的取水能力。利用瑷河水源泵站内原有的4台DK400—11型水泵，同时，再增加2台。 2、瑷河水源——珍珠山净水场源水输送管线 经校核，利用原有DN500mm源水输送管线，同时再增设一条DN600mm源水输送管道，可以满足源水输送能力。 3、投药系统 利用原有投药间。混凝剂：硫酸铝；助凝剂：石灰。 4、混合 在原调整池前的DN500mm、DN600mm源水输送管道上分设2台静态混合器，并在静态混合器前的DN500mm、DN600mm源水输送管道上分设两个投药点。 5、反应 将原有调整池改为旋流式水力反应池，经验算，基本可以满足反应要求。 6、沉淀 将原有平流沉淀池内被混合反应部分所占用的空间拆除，恢复其原有平流沉淀池的全部沉淀能力，并将沉淀池出口溢流堰适当抬高，经验算，可以满足沉淀要求。 7、普通快滤池过滤系统 （1）滤池面积及平面布局的确定 考虑到本项工程为老水厂挖潜改造项目，净水场原有“混合—反应—沉淀”部分的功能较差，所以取滤池的设计流速V=7米/秒。由此需增设单池面积为27.32m.2的新滤池6个，加上原有4个单池面积为20m.2的旧滤池，共有10个滤池布置成对称双行排列。滤池土建配套设计建筑尺寸调整后的实际滤速V=7.23米/小时。 （2）滤池配水系统 滤池的配水系统采用滤球式中阻力配水系统。每个滤池根据池型置放甲型滤板12块，其规格为1200mm×1200mm×200mm,甲型滤板共16个滤斗。置放乙型滤板8块，其规格为1200mm×900mm×200mm，乙型滤板共12个滤斗。每个滤斗底层放置5枚Φ78mm陶瓷球，上层放置9枚Φ38mm陶瓷球。 （3）洗砂排水槽 采用三角形标准断面。经计算，其横断面尺寸X=0.23m，池内3根长4.94m的洗砂排水槽按中心距ao=1.84m均匀分布。新、旧滤池洗砂排水槽顶沿标高相同。 （4）滤池各种管渠的操作系统 滤池所有闸阀均采用Z744T—10型液压阀，立式安装。每个滤池的各闸阀均分别汇总到一个操作台上，由铜质四向阀手动控制。操作台的材质采用乳白色天然大理石。 （5）反冲洗高位水池 净水场内原有一座V=120m.3的反冲洗高位水池，根据现有地形，经计算，再增设一座V=120m.3的反冲洗高位水池即可满足要求。新池与原池池底标高相同。 （6）滤池表面冲洗系统 原有滤池在过去的运行过程中，每次新滤料更换不久，其表层砂粒即为悬浮物所粘附，砂粒径由原来的Φ0.5mm～1.2mm增大到1.5mm～2.5mm。砂粒表面呈油黑状，砂粒之间形成一层毯子状硬壳，严重影响了滤池的运行效果，缩短了滤料的更换周期。经分析，问题产生的主要原因是砂滤层的冲洗强度及膨胀率不够。为此，在滤池改造过程中增设了滤池表面冲洗系统。经计算，新设滤池每池共铺设10根Φ50mm不锈钢穿孔管，每根穿孔管100个Φ4mm孔眼，孔眼分布采用双排，距中垂线45度角向下交错排列，单排孔间距100mm。原有滤池每池铺设7根Φ50mm不锈钢穿孔管，每根穿孔管95个Φ4mm孔眼，孔眼布置与新设滤池相同。 （三）普通快滤池厂房屋顶建筑工程设计 本项工程普通快滤池厂房跨度为18.12m，长度为30.68m。给水工艺设计方案要求厂房内不设柱，室内顶棚平整，防止因室内湿度大而腐蚀屋架。原建筑设计采用先张法预制有粘结预应力混凝土薄拱肋板屋盖，但由于快滤池厂房所处位置地形复杂，施工场地窄小，工期要求紧，薄拱肋板屋盖现场预制、吊装、运输都很困难，所以将设计修改为采用后张法无黏结预应力混凝土改浇薄拱肋板屋盖。混凝土强度等级C40，上弦板拱曲线：Y=4F／L2(L-X)X,屋盖间8个中隔板为预制构件，下弦板总面积：18.12m×30.68m,下弦共27条混凝土拉杆，每条拉杆内设2条7Φs5无黏结预应力钢丝束和4Φ14非预应力Ⅱ级钢筋，两端设2cm厚承压钢板，板后有5片钢筋网。 无黏结预应力工艺特点与有粘结的同类结构相比，省去了现场预留孔道、穿筋、灌浆等复杂的施工工序，减少了下弦拉杆的厚度、自重轻、节省混凝土，无黏结筋张拉后就可拆模，施工方便速度快。 无黏结预应力钢筋：U7Φs5高强钢丝束。 锚具：三夹片筒式单孔XM锚具。 千斤顶：YC—180剪置内卡式千斤顶。 电动油泵：STDB手提油泵。 施工工艺过程，施工程序： 支拱底模板→布置非预应力钢筋→安放无黏结预应力钢丝束→浇筑拱底混凝土→安装中隔板→支拱顶模板→布置拱顶钢筋→浇筑拱顶混凝土→养生→张拉锚固无黏结预应力钢丝束→拆模→端头锚具的封闭 无黏结预应力钢丝束施工时做好下料及修补，铺设预应力张拉，混凝土强度达到C35时，可以进行无黏结预应力钢丝束的张拉，张拉采用应力控制，用张拉时无黏结预应力钢丝束的伸长值校核。 无黏结钢丝束的张拉控制应力为0.7fptk=0.7×1570=1099MPA 每根无黏结钢丝束的拉力为：Np=1099×138=151.7KN 无黏结钢筋丝束的计算伸长值为：△L=Np×L／As×Es=151700×18120/138×210×105=99.6mm 为减少无黏结钢丝束的松弛损失，张拉程序为：0→0～0.25→1.0一端卸荷锚固1.05持续2逐根增长。 测量混凝土外部两端头无黏结钢丝束的长度。完成张拉后，再量一次长度，精确到mm。两个长度差就是无黏结钢丝束的张拉伸长值，校核是否在允许的伸长值范围内，即-5%～+10%倍的计算伸长值，本项目计算伸长值范围是：94.6～109.6mm。54根无黏结钢丝束张拉完成即可拆除模板和支撑。 质量标准：在浇筑混凝土之前，组织建设、设计、施工单位的质量管理人员，认真地对无黏结钢丝束的安装情况进行质量检查。具体要求有：布置无黏结钢丝束时，高度误差不超过±10mm，承压板安装时，偏差不超过3mm，无黏结钢丝束张拉时，张拉应力不准超过0.75fptk。 后张法无黏结预应力混凝土薄拱肋板屋盖。既满足了大跨度无支柱的建筑要求，又满足了室内湿度大，板底裂缝要求严格的工艺限制。并解决了现场不具备吊装和预制条件，只能现场浇筑的施工技术问题。 珍珠山净水场改造工程耗资650万元。自1993年竣工投产后，日供水综合能力由1万吨扩大到4.6万吨，汛期用水高峰时达5万吨，各项指标均取得了预想的效果。特别是1995年，丹东地区发生了百年一遇的特大洪水，珍珠山净水场经受住了洪水期高浊度水处理的考验，最高日（1995年10月17日）供水量达54878吨，配水水质达到了中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。 珍珠山净水场普通快滤池厂房屋盖，自1993年竣工投产20年来，室内混凝土顶棚平整，无裂缝，无腐蚀，有效地保障了珍珠山净水场水处理工艺流程的正常运行。 四、水质标准的升级与保障措施实施 2012年，中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）代替《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。完成这一水质标准升级，需要相应的技术力量支持和专项政府资金保障。为此，我们根据本单位的实际情况，采取水质标准升级保障措施付诸实施。 （一）完善元宝山净水场、珍珠山净水场水处理工艺 应用国外西欧先进国家“大平流、慢滤速”的先进净水工艺设计理念，进一步完善元宝山净水场、珍珠山净水场即有水处理工艺流程。实践证明：平流沉淀池沉淀效果好，运行管理方便，不足之处是占地面积较大。慢滤速普通快滤池过滤效果好。其作用机理是：当沉淀后水穿越滤池滤料层时，在滤料层表面形成一种膜，这种膜在滤料层截留水中杂质的同时，能够有效地吸附水中杂菌。“大平流、慢滤速”水处理工艺是提高大水量水处理水质的首选。 1、元宝山净水场 （1）1996年3月，经过丹东市人民政府协调，丹东市自来水公司借用原鸭绿江造纸厂闲置江边多年的“鸭纸老水源”与正在运行的临江路水源一道，交替向元宝山净水场输送源水，鸭纸老水源共有四组，DK－400型水泵机组，三台运行，一台备用，当汛期江水浊度较高时，用临江路水源渗渠滤后水向元宝山净水场输送源水，汛期后其他季节，江水浊度较低时，用鸭纸老水源江心取水井取江水向元宝山净水场输送源水。 （2）2008年，完成了元宝山净水场两条DN500mm，一条DN300mm配水管道铺设的设计施工任务。一条DN500mm配水管道通往小东沟供水区方向，一条DN500mm配水管道配往八道沟、青龙街供水区方向，一条DN300mm配水管道配往小北疃供水区方向。 2011年完成了元宝山净水场DN700mm源水输送管道铺设的设计施工任务。 （3）2008年，结合元宝山净水场滤池更换滤料，将三层滤料快滤池改为单层滤料普通快滤池。滤池过滤水滤速依据滤后水水质情况适时调整。 2013年，完成了珍珠山净水场普通快滤池滤板更换的施工图设计，正在筹备施工。本项工程将原滤砖式小阻力配水系统拆除，重新安装滤帽式小阻力配水系统，以求最大限度地加大滤池深度。 （4）2009年，将元宝山净水场IJ－2型转子加氯机更换为ZJ－2型转子加氯机，一台运行，一台备用，同时，增加了一套液氯回收装置。 （5）适度降低普通快滤池滤速。 2、珍珠山净水场 （1）2009年完成了珍珠山净水场DN700mm配水管道的安装工程的配套设计施工任务。 （2）2010年完成了珍珠山净水场老滤池滤板的更换安装工程任务。 珍珠山净水场原有四座日伪时期遗留下来的普通快滤池。滤池单池面积4.0m×5.0m=20m.2，滤池滤板是滤球式中阻力配水系统。由于运行时间久远，滤板相互之间没有锚固，经常发生滤板滤料“翻床”事故，影响净水场的正常运行。考虑原有滤池池深较浅，本项工程将原有滤球式中阻力配水系统拆除，重新安装滤帽式小阻力配水系统，最大限度地加大了滤池深度，2011年9月竣工投产后，运行正常配水水质达到国家生活饮用水水质标准。 （3）2013年完成了珍珠山净水场“隔板反应——平流沉淀池”扩建工程的设计任务，正在筹备施工。 珍珠山净水场改造工程，水处理工艺中的“反应——沉淀部分”已经满负荷运行，其余部分尚有余量。为了弥补这一负荷平衡，力求以最少的资金投入最大限度地增加供水量，本项工程考虑在原有平流沉淀池北侧增设一座日处理水量1万吨的“反应——沉淀池”，与原水处理工艺设施配套。 本项工程已于2013年1月完成施工图设计，正在筹备施工。 （4）依据出场水水质的变化情况，适时降低出场水水量。 （二）加速新水源建设 1、三湾水利—四道沟新水源工程 三湾水利—四道沟新水源工程，日处理水量10万吨，由东北市政工程设计研究院完成施工图设计，于2012年1月26日正式开工，现已完成建筑主体工程施工，进入设备安装阶段。本项工程竣工投产后，丹东市城市供水区的供水质量将发生质的变化。 2、水质检测化验室 随着中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）出台，我公司正在筹建新的标准化验室，化验室建筑面积2100m.2，项目投资2700万元，建筑地点在新城区，是三湾水利——四道沟新水源的配套项目。目前，化验室建筑主体设计已经完成。工程竣工投入运行以后，即可满足中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）106项检测指标的检测功能。 3、新建元宝山净水场工程项目 为了达到中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）重建元宝山净水场工程项目已经上报辽宁省政府项目库。本项工程利用原有临江路水源，鸭纸老水源作为新建元宝山净水场取水水源，利用原有元宝山净水场清水池输水管道、配水管道、动力电、场地等设施，增设：混合——反应——沉淀——过滤及投药、加氯等水处理设施，进而形成日处理水量5万吨的配套供水能力。 五、总论 1984年元宝山净水场应急供水工程耗资160万元，实际日供水能力由1万吨增加到2.6万吨，净增日供水量1.6万吨。 1992年珍珠山净水场应急供水工程耗资650万元，实际日供水能力由1万吨增加到4.6万吨，净增日供水量3.6万吨。 珍珠山净水场普通快滤池厂房屋盖，自1993年竣工投产20年来，室内混凝土顶棚平整，无裂缝，无腐蚀，有效地保障了珍珠山净水场水处理工艺流程的正常运行。 元宝山净水场和珍珠山净水场应急供水工程累计投资810万元。与新建同规模净水场相比节省工程投资4390万元。到目前为止，净增供水量总计4.45亿吨。近3年来，累计增加供水量5616万吨。丹东市自来水公司在近30年没建新水源的特定情况下，通过应急供水技术的研究和应用有效地保障了丹东市应急供水需求。 |
