水厂节约用地措施研究与实例

　　摘要：珍惜国土，节约水厂建设用地是每个水处理设计者应尽的职责。设计者可从合理选择水厂厂址、合理布置总平面、合理安排绿化带、合建构筑物、叠合构筑物、合理选择节地工艺等方面入手，达到节约用地目的。本文以长沙市第四水厂改扩建工程为例，分析采用节地措施后的节地效能，以期为水厂建设节约用地提供参考。
　　关键词：节约用地；水厂
　　0引言
　　土地是人类赖以生存与发展的重要资源、物质基础以及载体，是人类社会不可缺少的宝贵财富，人与地是和谐共生的。对农业生产而言，土地是最重要的生产资料和劳动对象；对工业生产和城市建设而言，土地是不可缺少的物质基础和空间发展的必要条件，“人多地少，后备资源不足”是我国土地资源的基本国情[1]。
　　建设之初选址位于城市边缘和外围的城市供水厂，随着城市的扩张和发展，已然位于中心城区，日渐被住宅用地和商业区包围，水厂新建的改扩建征地已经变得成本高昂和困难重重。怎样在尽可能的减少新征地的情况下进行水厂新建甚至不征地的前提下实现水厂的改扩建，是摆在给排水工作者面前的一个紧迫问题。本文《城市给水工程规划规范》(GB50282-98)和《城市给水工程项目建设标准》(建标120-2009)中关于用地指标的规定为基础，以工程实例为载体，分析净水厂节约用地的措施，主要包括厂址合理选择、总平面合理布置、合理布置绿化带、合建构筑物、叠合构筑物、选用节地工艺等方法，以期为城市供水厂建设提供参考。
　　1节地措施及节地效能研究
　　1.1合理选择水厂厂址
　　给水厂厂址选择应在符合水处理工艺流程和满足厂区交通组织的要求下，紧凑用地。并尽可能利用山坡、荒地、丘陵地建厂[2]，尽可能少站或不占农田。在选择厂址时应合理预测水厂远期规模，以保证水厂远期发展用地即能满足扩建的需要，又能尽可能减少占用土地资源。
　　同时，厂址选择时，应界定一个合理、规整的外形，以利用总图的平面布置，窄而长的土地和短而宽的土地，其土地的使用率是不一样的。参照国内外相关工业厂区用地资料，厂区长宽比控制在3:1左右是比较合理的。
　　1.2合理布置总平面
　　总平面布置中节约用地的措施很多，净水厂主要包含预处理构筑物、常规处理构筑物、深度处理构筑物、排泥水处理系统构筑物、附属(构)建筑物等。在传统的水处理工艺布置中，一般采用将一个水处理单元形成一座构筑物的布置模式，若能根据水处理单元的特点，将总图布置从几个处理单元联合或几个单元组合形成一个大的综合构筑物的布置模式，不仅能大大减小处理单元与单元之间的距离，同时也使工艺管道、排水管道的长度大大缩短，能大量节约土地。
　　1.3合理安排绿化带
　　厂区绿化带可根据厂区布置特点灵活安排，如在管道上方、构筑物与构筑物之间防护地带均可灵活设置绿化带，减少了为达到绿化率要求而专门设置绿化用地的面积。根据供水厂工艺流程及布置特点，采用上述绿化措施后，厂区绿地率基本都能达到30%以上，相当于节约了厂区约30.0%的土地。
　　1.4合建构筑物
　　在给水厂水处理构筑物中，可以合理根据地块形状和大小，将相邻或相近水处理单元合建在一个构筑物内。将构筑物合建后，能节约单个构筑物之间的间距和通道宽度，构筑物越小，节地效率越高。
　　1.5叠合构筑物
　　合建构筑物是在平面上考虑节地，而叠合水处理构筑物则是在空间上充分利用土地，即将处于水处理流程不同阶段的构筑物，由于其水位的差异，可通过合理组合将构筑物叠合，比如，絮凝沉淀池下可以叠合清水池、后臭氧池下可叠合调节水池。采用叠合方式后，利用一个构筑物的面积可以布置两个构筑物，最高节地率能达50.0%。
　　1.6合理选择节地工艺
　　水处理工艺中絮凝、沉淀、过滤等处理流程中，各流程分别有不同的构筑物形式，通过合理选择构筑物形式，能够节约大量用地，比如斜管沉淀池表面负荷一般为6.0~12.0m3/(m2•h)，平流沉淀池表面负荷一般为1.0~2.3m3/(m2•h)，相同处理规模时，斜管沉淀池用地面积仅为平流沉淀池的8%~38%。因此在水质允许的条件下，合理采用节地工艺，能大大节约土地面积。
　　2工程实例
　　本文以长沙市第四水厂改扩建工程为例，分析采用节地措施后的实际节地效果。
　　2.1长沙市第四水厂概况
　　水厂现状：现状采用常规处理工艺，规模20.0×104m3/d，附属建筑物均按40.0×104m3/d规模已经建成，现状占地面积为3.38ha。
　　长沙市第四水厂改扩建工程建设内容：将常规处理工艺由20.0×104m3/d扩建至40.0×104m3/d，同时新建深度处理工艺40.0×104m3/d，配套建设排泥水处理设施规模40.0×104m3/d。
　　2.2相关文件关于用地的规定
　　2.2.1《城市给水工程规划规范》推荐用地面积
　　《城市给水工程规划规范》中30~50万m3/d的净水厂用地指标为0.3~0.1（m2•d/m3），并建设规模大的取下限，建设规模小的取上限，因而40万m3/d规模水厂可取0.2（m2•d/m3）；规范同时规定，若厂内增加深度处理构筑物以及泥处理设施时，可根据需要增加用地，根据工艺流程情况，泥处理系统和深度处理构筑物按常规处理用地的50%计算。故总用地面积为：
　　40×104×0.2×(1+50%)=120000m2=12ha。
　　2.2.2《城市给水工程项目建设标准》推荐用地面积
　　《城市给水工程项目建设标》（建标[2009]<120号>规定，对于建设规模在30~50万m3/d之间，采用预处理+常规处理+深度处理工艺的净水厂，推荐建设用地指标为10.80~14.50ha，建设规模大的取下限，建设规模小的取上限，中间规模通过内插法确定。因此，长沙市第四水厂用地规模可取为12.65ha。指标中用地包含了泥处理系统的用地。两种方法确定的用地规模基本一致。本着节约用地的原则，长沙市第四水厂控制用地可按12.0ha控制。
　　2.3工程设计
　　2.3.1取水泵房
　　利用四水厂原有一泵房，保留原有水泵中的3台，更换其中的1台，使其达到40.0×104m3/d的取水能力。
　　2.3.2综合池
　　因四水厂改扩建工程可利用地空间狭小，为尽可能减小用地面积，将格栅井、预臭氧池、絮凝池、沉淀池、清水池1合建，称综合池，综合池总尺寸L×B×H=77.00m×38.40m×8.30m。
　　（1）格栅井
　　格栅井采用两格，单格平面尺寸L×B=8.30m×1.30m。
　　（2）预臭氧池
　　预臭氧接触池采用全封闭，池内设置气水平衡装置，池顶设置尾气排放与破坏装置，接触池出水端设置余臭氧监测仪。接触池基本尺寸L×B=26.00m×3.00m，预臭氧接触时间2.99min。
　　（3）絮凝池
　　絮凝池分成两组，每组分成两格，单格尺寸L×B=11.25m×16.00m，呈对称布置。∑G＝157.47s－1，∑GT＝5.11×104，停留时间16.54min；
　　（4）沉淀池
　　为节约用地面积，本设计采用了占地面积小的斜管沉淀池，斜管沉淀池分成两组，每组分成两格，呈对称布置，单格尺寸L×B=22.85m×16.00m，沉淀池停留时间35.42min，沉淀池液面负荷7.84m3/(m2•h)。
　　（5）清水池1
　　综合池下叠合清水池1基本尺寸L×B=77.00m×38.40m，有效容积10800m3。
　　2.3.3砂滤池和叠合清水池2
　　砂滤池与清水池2叠合式建造，采用均粒滤料气水反冲洗滤池，滤池共12格，单格过滤面积90m2，分成两排，每排6格，对称布置，中间是管廊和集水渠，砂滤池正常滤速8.1m/h。滤池下部叠合清水池2有效容积3180m3。
　　2.3.4中间调节池、提升泵站、后臭氧池
　　根据地形条件和工艺流程，为减少后续深度处理构筑物埋深，在砂滤池之后设置中间调节水池和提升泵站。考虑到节地要求，本工程将中间调节池、提升泵站合建，并在其下部叠合后臭氧池。
　　（1）中间调节池及提升泵站
　　中间调节水池尺寸L×B=60.33m×18.40m，有效容积6438m3，停留时间23min；提升泵选用立式斜流泵。 
　　（2）后臭氧池
　　后臭氧池分成2列，每列可以独立运行。每列分成2组，共4组。从每组的两个侧面进水进水渠进水，2组共用1个出水渠，呈镜对称布置。每组分成3个反应室，在3个反应室中投加不同量的臭氧气体。在后臭氧池的池体内设置气水平衡装置。后臭氧池尺寸L×B=54.63m×16.00m，有效水深6.00m，有效容积4500m3，总接触时间14min。
　　2.3.5生物活性炭滤池及叠合清水池3
　　生物活性炭滤池与清水池叠合建造，炭滤池采用煤质颗粒活性炭滤料和气水反冲洗，滤池共16格，分成两排，每排8格，单格面积90m2，对称布置，空床滤速11.86m/h，中间是管廊和集水渠，滤池的下部叠合清水池3有效容积7430m3。
　　2.3.6反冲洗泵房、鼓风机房
　　为了配合气水反冲洗砂滤池和生物活性炭滤池的气、水反冲洗而设置反冲洗水泵房和鼓风机房，建筑面积348.3m2。
　　2.3.7臭氧制作间及配电间
　　臭氧制作间是以氧气为原料将其制作为臭氧，为预臭氧池和后臭氧池提供臭氧气源，臭氧制作间及配电间总建筑面积612.67m2，为满足防火防爆要求，配电间未直接与臭氧制作间相通。
　　2.3.8排泥池
　　为收集和调节水厂内含悬浮物浓度较高的絮凝池、沉淀池排泥水及滤池反冲洗水，设置排泥池，分为两格，单格排泥池尺寸L×B=48.00m×12.00m。
　　2.3.9浓缩池
　　采用重力浓缩形式浓缩水厂污泥，设浓缩池四个，浓缩池直径20.00m，设计固体负荷18.9kg/m2/d，浓缩时间T=25.4h。
　　2.3.10贮泥池
　　浓缩池池底污泥经污泥泵提升进入贮泥池，提升泵置于脱水机房一层平面。设置贮泥池一座，直径18.0m。
　　2.3.11脱水机房
　　采用板框压滤脱水方式将水厂污泥脱水至含水率60%以下。脱水机房占地面积480.24m2，为三层框架结构，总建筑面积1440.72m2。
　　2.3.11加药间、吸水井、二泵房、综合楼
　　加药间、吸水井、二泵房、综合楼等无需对土建进行扩建，只需增加部分设备即可与40.0×104m3/d规模配套。
　　2.4工程实际占地面积
　　长沙市第四水厂改扩建工程通过合理布置总平面，合理安排绿化带，将格栅、预臭氧、絮凝、沉淀、清水池合建，将中间调节池、提升泵站、后臭氧池合建，将清水池分别叠合于综合池、砂滤池、炭滤池下，将中间水池叠合于后臭氧池下等措施，使工程用地面积大大减小。
　　长沙市四水厂扩建完成后，总占地面积为7.40ha，仅为相关标准中规定面积的61.6%，同时由于四水厂原有20.0×104m3/d常规水处理构筑物占地面积为3.38ha，本次改扩建只新征地4.02ha。若只对本次改扩建部分进行分析，根据《城市给水工程项目建设标准》，本次改扩建部分所需占地面积为6.96ha~8.60ha，则用地仅为建设标准的57.76%~46.74%。节地效果非常明显。
　　3结果与讨论
　　（1）通过合理选择水厂厂址、合理布置总平面、合理安排绿化带、合建构筑物、叠合构筑物、合理选择选择节地工艺等方式，可有效节约水厂建设用地。
　　（2）水厂建设节约用地措施为处于城市中心难以完成改扩建的水厂提供了改扩建的可能。
　　（3）长沙市第四水厂通过节约用地措施，实际用地面积仅为《城市给水工程项目建设标准》的46.74%~57.76%，节地效果十分明显。
　　
　　参考文献：
　　[1]张武龙，节约用地与工厂企业总图设计[J].山西电力，2009,Supp.1(152):117~120
　　[2]赵海波，总图优化与厂区的合理节约用地[J].当代化工，2009,38(5):512~514

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