利用湿式泵井空间的一体化供水系统
在供水工艺中，湿式泵井(以下简称泵井)是取用地表水常见的重要给水构筑物,主要供集水和安装机电设备之用。设计时，底部标高需设置在水源最低枯水位数米以下，从而增加了泵井的深度,特别是河水水位变幅较大时。泵井深度的增大会增加施工难度和工程造价，因此，如何最大限度地有效利用泵井的深度(空间)，使泵井与给水处理、消毒工艺流程有机结合起来，设计出一种具有既可取水又可进行水处理的给水构筑物，并使其达到节约投资、降低成本、提高效率的目的，1993年—1994年在对广州铁路集团公司怀化铁路总公司石门水厂进行技术改造时，对此进行了有益的探索，取得了较好的效果。
1 技术改造方案的构想
石门铁路水厂因枯、洪水期水位高差达16m而于1983年建于洞庭湖水系的澧水河岸一高20m的陡坎上。该厂原采用水泥屯船取水，由于受地形限制，水厂初始设计时未考虑修建滤前处理构筑物而采用无阀滤池一次净化供水。因南方雨水较多，洪水期河水浊度又高(枯水期的 浊度一般为500 NTU，洪水期浊度可达2000～3000NTU)，造成无阀滤池因负荷过重、反冲洗周期短而不能正常使用，致使出厂水质难以达到国家饮用水标准。为了解决上述问题，在该水厂技术改造方案制定过程中，反复进行了悬浮泥渣澄清沉淀池的模拟试验(经过模拟试验，发现水处理效果较理想)，并结合石门水厂所处地理位置，提出设计一座充分利用湿式泵井内的空间，以井底为结构承托，将悬浮泥渣澄清沉淀池置于泵井内，使其成为具有混合、反应、澄清、沉淀、消毒、机电设备安装、集水、扬水、值班、贮药一体化功能的给水处理构筑物，以达到节约投资、降低成本、提高效率和解决该水厂长期水质差等问题为目的的构想(该技术成果1996年获湖南省科技成果三等奖，并在1998年获国家科技成果完成者证书)。
2 设计相关参数
在设计悬浮泥渣澄清沉淀池时，首先应解决和克服水力循环悬浮澄清池普遍存在的问题：反应时间短、混合不理想；耗电大(喷嘴流速最高达9m/s，水头损失＞10m)；运行不稳定(水量及水温变化而造成出水水质不符合标准)；单池出水量小、效率低。因此，设计中采取了以下相关技术参数，基本解决和克服了上述问题。
①充分利用河水面与泵井底部标高间的高差条件，采用2根DN250mm虹吸管进水，省去澄清池常规在进水口处设喷嘴的装置，达到了节约能耗目的(见图1)。同时在虹吸下降管始端三通处，接驳安装水封的重力投药管，并与真空泵和真空保持装置的抽气管连通，以确保不间断进水。虹吸管进水流速控制在0.6～1.2m/s，以防虹吸管内发生积泥现象。
②混合过程。在虹吸下降管上端设置管道静态混合器，河水与混凝剂在混合器内进行混合，其长度为12m，混合时间近期30s，远期10s(设计考虑处理能力分近、远两期)，其管径由DN250mm扩大至DN500mm，流速由1.02m/s渐变为0.13m/s。在混合器DN500 mm管内每隔1m安装错位半月挡水板并控制水流速度在0.13～0.25m/s内交替变化，使河水在变向流、变速流中与混凝剂充分剧烈混合，达到良好的混合效果。
③反应过程。反应在悬浮泥渣澄清沉淀池下部完成，混合后的河水顺环形进水管在池底沿 圆弧切线方向在反应室旋转上升，实现均匀布水和充分碰撞、结绒，达到良好的絮凝条件。控制水流速度在初始阶段是清水区上升流速的8倍，终结阶段为1倍(清水区上升流速近期～远期为1.8～2.5mm/s)。总停留时间近期控制为30min，远期为17min。
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为保证处理过程中水质稳定，采取了以下技术措施：
① 在虹吸管上设置与液位控制设备连通的电动控制阀，以控制湿式泵井内的水面高度，确保悬浮泥渣层的相对稳定，防止洪水期因水位上升较快而使悬浮泥渣层升至集水管口以上，影响出水质量。
② 集泥斗位置与常规设计在池腰部不一样，设于池底，便于集泥和机械排泥。集泥斗直径小于反应室，比环型进水管底稍高，达到集泥斗外围有适度泥渣，这些泥渣在切向进水的搅动下，泥渣浓度高，回流泥渣量也大，增强了处理低温低浊水或澄清池长时间停用后需人工造渣水的效果，适应性强。
③ 集水管进水口标高控制在距清水面0.8m以下，防止抽水时集水管进水扰动悬浮泥渣层 而影响水质。
④ 清水区上升流速控制在1.8(近期)～2.5(远期)mm/s效果较理想(是一般澄清池上升流速 的两倍)，提高产水量达100%。
⑤ 一般悬浮、水力加速澄清池，在进水温度高于池内水温或部分池水面、池壁受到阳光强烈照射下，会出现清水区矾花上升翻池跑渣现象，影响出水水质。而设置于湿式泵井内的悬浮泥渣澄清沉淀池置于低于泵井外地面标高的地下，池内水在自然条件下一个时间段内总是处在一个恒定温度(该温度随室外温度变化而略有变化)，为给水处理营造了一个较理想的环境,克服了常见的因温差而造成翻池跑渣的问题。
3 几个应注意的问题
① 因洪水期澧水河中原水含砂量高且杂草较多，设计中考虑在虹吸管取水头部设置除草除 砂设备，确保防草除砂效果。进水口平均流速控制在0.08m/s，除草斜板按60°角度斜向下游方向，以有效阻止杂草等漂浮物进入。
② 湿式泵井采取沉井法施工到位。为达到泵井在0.2 MPa水压下具有抗渗性，防止洪水期大量渗水恶化水质，施工中注意控制水泥标号用量和爆破用药量，同时增设底板滤鼓。
③ 合理选用净水剂。原使用的是三氯化铁和助凝剂骨胶，因贮存三氯化铁结锈，骨胶因热胶困难和大量起泡，且使用后池内悬浮泥渣层厚度和浓度不够理想，后改为使用聚合氯化铝(PAC)，效果较好。
4 结语
悬浮泥渣澄清沉淀池在湿式泵井中的运用，克服了传统澄清池的缺点，具有占地少、投资少、效率高等优点，可利用泵井内空间将混合、反应、澄清、沉淀、消毒、机电设备安装、集水、扬水、值班、贮药等建成一体化水处理系统而便于管理，有良好的社会效益和经济效益(通过几年的运行，出厂水质合格率达99%以上)，可在中小型市镇或企业水厂推广使用。
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