BOT方式建設(shè)成都市水六廠B廠的介紹和啟迪

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簡介： 本文介紹了成都市水六廠B廠BOT項目凈水廠、輸水管道建設(shè)的概況，筆者參與該工程過程中的一些體會，為其它類同項目的策劃，提出了一些建議。
關(guān)鍵字：BOT 供水工程 凈水廠 輸水管道

1.概述

　　成都市自來水六廠是目前國內(nèi)最大的重力流供水廠，利用成都平原的自然坡降及都江堰水系的特征，從上游不到2km的徐堰河、柏條河重力引水至水廠，常年引用徐堰河水，徐堰河歲修期間轉(zhuǎn)用柏條河水，河水經(jīng)水廠凈化處理后，利用自然高差，向城市管網(wǎng)重力輸水。
　　水六廠取水設(shè)施分佈圖，如圖1。

　　它近期規(guī)劃為A、B、C三個水廠，A廠是老廠，于1990～1996年分三期建成，均勻供水達60萬m³/d；B廠是按BOT方式新建的均勻供水40萬m³/d的新廠；C廠系規(guī)劃建設(shè)中的另一新廠，規(guī)模類同B廠；三個廠既獨立運營、又相互毗鄰，將形成一個達140萬m³/d的重力流均勻供水基地。
　　水六廠輸水管道分佈圖，如圖2。

　　B廠于1997年1月經(jīng)國家計委批準立項的全國第一個城市供水設(shè)施BOT試點項目，經(jīng)一年多的國際公開招標，中標方是法國通用水務(wù)集團-日本丸紅株式會社的投標聯(lián)合體。并于1999年8月11日由成都市政府與成都通用水務(wù)-丸紅供水有限公司（項目公司）正式簽署了《特許權(quán)協(xié)議》，經(jīng)兩年半的緊張施工，于2002年2月11日按期完工，投入商業(yè)運營，一年多來運營的總體效果是好的，為我國今后按BOT方式建設(shè)供水設(shè)施積累了可貴的經(jīng)驗。
　　B廠BOT項目包括4個子項目：
　　80萬m³/d的取水工程（兩座取水口、連通渠、引水暗渠）；
　　40萬m³/d的凈水廠；
　　140萬m³/d凈水廠的排水總渠；
　　DN2400mm27km的輸水管道。
　　其中引水暗渠的一半、排水總渠、輸水管道為BT（建設(shè)、移交）項目，于2003年5月26日正式移交給了成都市政府，由成都市自來水總公司接管；其余部分為BOT項目，項目公司將運營管理十五年半后移交給成都市政府。
　　工程總投資1.065億美元，項目公司在B廠運營管理期間，每天向城市管網(wǎng)輸送40萬m³的自來水，成都市自來水總公司按月供水量向項目公司以人民幣支付運營水費，并向都江堰管理部門繳納水資源費。運營水價包括固定價格和浮動價格兩部分組成，浮動價格按匯率系數(shù)變化而調(diào)整。在《購水協(xié)議》上，對每個運營年的運營水價作了明確描述，第一年為0.96元/m³，最后一年為1.56元/m³，在十五年半的運營期間將向項目公司累計支付的水費約達31.27億人民幣。

2. 凈水廠

　　取水及凈水廠的工藝設(shè)計及設(shè)備安裝工程由法國OTV公司分包的，考慮到原水水質(zhì)的特征：枯水期低溫、低濁；洪水期高濁、泥砂含量高、瞬時變化大；原水易受突發(fā)性污染。故凈水工藝是按二次沉淀、過濾消毒的常規(guī)流程構(gòu)思的，其工藝流程方塊圖，如圖3。

2.1取水部分
　　取水部分由取水口、連通渠、連接井及引水暗渠組成。
2.1.1取水口
　　取水口由攔河閘、進水格柵、沖砂設(shè)施及進水控制閘組成。
　　徐堰河取水口利用了A廠的相關(guān)設(shè)施，僅新建進水控制閘；柏條河取水口亦利用了A廠的相關(guān)設(shè)施，新建10m長進水格柵及進水控制閘。
2.1.2連通渠、連接井
　　連通渠、連接井的功能是為了連接兩個取水口，將原水轉(zhuǎn)輸入引水暗渠。在每條連通渠出口處設(shè)有疊梁閘，在連接井下游方向的格柵室內(nèi)裝有四臺自動除渣機，并設(shè)有人工、電動控制閘板。
　　為了防范原水突發(fā)性污染問題，在連接井內(nèi)設(shè)置了酚、氨氮、錳及水位、pH、濁度、電導(dǎo)率等在線測定儀表，以上測定數(shù)據(jù)同時傳遞到水六廠B廠、A廠中控室。
2.1.3引水暗渠
　　引水暗渠為現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)，雙孔方涵，每孔尺寸為長1830.0m、寬3.0m、高2.0m，B、C兩廠各用一孔，出口處設(shè)有疊梁閘，將原水輸入B廠廠區(qū)內(nèi)的分配井。
2.2廠區(qū)部分
2.2.1分配井
　　在分配井內(nèi)設(shè)置了電動、手動調(diào)節(jié)閘板，將原水分配至B、C兩廠。由于分配井沒有溢流設(shè)施，在試運行中，調(diào)控DN1800mm氣動控流閥時產(chǎn)生水錘，分配井出現(xiàn)頂部溢流故障。為此，分配井是修改得較多的構(gòu)筑物之一，調(diào)節(jié)閘板改電動、抬高井壁高度、增設(shè)旋轉(zhuǎn)爬梯等。
2.2.2配水井
　　配水井的功能是將原水經(jīng)溢流堰及閘板切換，均勻分配至兩座預(yù)沉池或通過超越管至兩座混合井。井內(nèi)水停留時間為3.0min，井內(nèi)設(shè)六條溢流堰，堰總長達60m，從而減少水頭損失。按原水水質(zhì)需要，可在井內(nèi)投加PAM、粉末活性炭及前加氯。
　　在分配井與配水井間設(shè)有DN2400mm超聲波流量計及DN1800mm氣動控制閥，通過流量信號對閥門自控或遠控，調(diào)節(jié)進水量。
2.2.3預(yù)沉池
　　當原水濁度大于1000NTU時，原水流入兩座幅流式預(yù)沉池，其內(nèi)徑為36m，周邊水深為2.96m，池中水深為4.19m，池底中心設(shè)內(nèi)徑5.0m、深1.2m的集泥斗，通過中心傳動桁架式刮泥機，將泥刮至斗內(nèi)，由排泥管、排砂泵送至排水渠道。設(shè)計排泥濃度為5%，預(yù)沉池設(shè)計最大負荷為10m³/m².h。利用投加PAM去除高濁，停留時間為20min，但近些年原水高濁情況不多，預(yù)沉池基本沒有使用。
2.2.4混合池
　　當原水濁度小于1000NTU時，通過超越管直接進入混凝沉淀系統(tǒng)，首先在兩座機械混合池停留1.24min，混合池有效容積180m³，安設(shè)一臺變頻懸臂式混合攪拌機，混合攪拌流量為設(shè)計流量的3倍。
　　PAC、PAM及濾池反沖洗回用水均投入該池內(nèi)。
2.2.5絮凝池
　　兩座混合池分別連通5格機械絮疑池，共10格，水經(jīng)混合池后，均勻分配到每一格絮凝池的進水渠道，水從進水渠底部長條形孔進入絮凝池，經(jīng)攪拌后，水從絮凝池上部進入沉淀池底部。絮凝池（圖4）每格處理水量在1740～1980m³/h間，一格池的平面尺寸為8.74×8.70m，有效水深為7.63m，有效容積為580m³，一格池內(nèi)只設(shè)立了一擋變頻慢速攪拌機，攪拌葉輪直徑為3.8m，轉(zhuǎn)速為1.3～6.5轉(zhuǎn)/min，葉輪外緣線速度為1.27m/s，配套電機功率為1.10kw，攪拌機具有回流十余倍設(shè)計流量的性能，水在池內(nèi)達到三維旋轉(zhuǎn)翻滾流動，GT值控制在10⁴～10⁵之間，絮凝時間達20min，此機械絮凝池的設(shè)計與國內(nèi)流行的設(shè)計不一樣，它結(jié)構(gòu)簡單、池內(nèi)基本上不積泥、形成的絮花好。但需要說明的是混合池中除投加PAC外，還需同時投加PAM，否則影響絮凝效果。

2.2.6斜管沉淀池
　　OTV設(shè)計的（MULTIFLO）斜管沉淀池，亦分10個格，每格池沉淀區(qū)面積為108.66m²，液面負荷在16～18.2m³/m².h之間，斜管高1.21m（斜長1.4m、傾角60°），棱形（39.5×35.5mm）斜管采用乙丙共聚板材模壓、熱焊組合成型，清水區(qū)保護高0.686m，底部配水區(qū)高2.1m，采用小漏斗、靜壓差排泥，小漏斗高3.57m。
　　每格沉淀區(qū)有9個排泥斗，10格共90個斗。每個斗設(shè)一根排泥管至排水管廊，9根管為一組，每組設(shè)排泥總管，排泥總管上設(shè)有移動式泵抽放空措施。為了減少排泥管埋深，采用4.18m靜壓差排泥，每根排泥管上安了一個氣動橡膠快速排泥閥，定時啟動排泥，小斗增加濃縮時間、減少排泥水量，效果是滿意的（圖5）。排水管廊布置在沉淀池出水渠的下方，總長約93m，在管廊里排列90個氣動橡膠快速排泥閥，有利于集中管理。
　　當水中溶解氧較多時，池內(nèi)會出現(xiàn)氣浮效應(yīng)，部分浮渣上浮，故在進水側(cè)設(shè)置橫向排渣槽，用閥門控制排渣。

　　盡管沉淀池液面負荷比國內(nèi)設(shè)計大了1.7倍，一年運營效果而言，PAC原液投加量為10～25mg/l、PAM投加量為0.05～0.15mg/l時，沉淀池出水濁度在2～3NTU之間，濾后水濁度在0.05～0.2NTU之間。
　　沉淀池采用的玻璃鋼集水槽存在靜電吸附絮花的問題，斜管上端面，積絮花的現(xiàn)象較明顯，經(jīng)常需專人用高壓水沖洗。
2.2.7快速F型濾池
　　快速F型濾池系OTV專利，濾池共8格，每格面積為122m²，池深4.86m，原設(shè)計濾層厚度為2m，過濾周期20～24h，濾速達17.3～19.8m/h，采用長柄濾頭，濾帽縫隙總面積占濾池過濾面積的1.36%，氣水反沖洗過程由沖洗周期及濾層水頭損失自動控制，氣沖強度50m³/m²/h，氣水同時反沖時水沖洗強度12m³/m²/h，水清洗階段時反沖洗強度為30m³/m²/h，濾料膨脹度為10%。濾池反沖洗的前期高濃度渾濁水直接排入排水渠道，反沖洗后期水回收后泵至混合井，回用水量的比例由化驗室試驗確定，以反沖洗的時間進行控制。
　　在初設(shè)、施工圖中濾料粒徑未定，但在安裝期間確定濾料粒徑d₁₀為1.35mm，K₆₀<1.5。由于沖洗強度為d_e^1.31成正比，粒徑加大了，反沖強度需提高，為此增加了一臺鼓風(fēng)機，同時濾層厚度減為1.5m，沖洗水泵未變，水沖強度未變，只是在濾池反沖洗過程中補充了一次水反沖。并且濾池單側(cè)進水孔處，為了避免沖刷濾層表面，增設(shè)了穿孔消能板。盡管濾池運行尚可，但濾池優(yōu)化運行的研究、技改仍在探討，也就是說，在水廠試運行過程中修改原設(shè)計較多的凈化工藝是濾池。
2.2.8清水池
　　水六廠為均勻供水水廠，清水池有效容積為5.2%，分由4組，每組可獨立清洗，每組池進、出口設(shè)有疊梁閘及手動閘板閘，清水池出口有細格柵裝置，溢流堰出口有水封設(shè)施。
　　遺憾的是整個清水池沒設(shè)爬梯；清水池出水管利用90°彎管虹吸出水，為了減少流量計管頂?shù)姆e氣，用水射器人工抽排彎管頂部的空氣。
2.2.9藥劑樓
　　藥劑樓內(nèi)設(shè)有PAC、PAM、粉末活性炭、液氯的貯存及投加系統(tǒng)。
　?。?）堿式氯化鋁（PAC）原液投加系統(tǒng)
　　PAC原液貯存在四個直徑為2.9m、高為7.6m、容積為50m³的聚乙烯罐內(nèi)，用六臺隔膜式計量泵Q=350L/h、P=0.525Mpa（四用二備），將原液投入混合池中，并在投加點增加了稀釋原液的供水裝置。
　　（2）聚丙烯酰胺（PAM）投加系統(tǒng)
　　固體PAM配制設(shè)有進料斗、PAM的貯罐（45m³×2）、45m³配液池（兩座）及攪拌機組成。投加采用偏心螺桿泵，原水高濁度時采用三臺Q=5～15m³/h、H=50m（二用一備）投加至配水井；作為助凝劑使用時采用六臺Q=0.195～2.1 m³/h、H=50m（四用二備），投加至混合井。PAM稀釋的水由濾池管廊專用泵供給的不含氯的濾后水。
　　根據(jù)高效絮凝沉淀的設(shè)計構(gòu)思，需要長期投加助凝劑，而國產(chǎn)PAM的單體含量不穩(wěn)定，故指定用法國進口的PAM，且需我國衛(wèi)生部簽發(fā)的許可證。
　?。?）粉末活性炭投加系統(tǒng)
　　設(shè)置了粉末活性炭投加系統(tǒng)，解決突發(fā)性酚的污染問題。投加粉末活性炭有V=1000L進料斗、貯罐（45m³×2）、50m³配液池（兩座）及攪拌機組成。用偏心螺桿泵泵入配水井中，為了消除進料點的粉塵，增設(shè)一套粉塵吸收裝置，由水吸收后排出。
　?。?）液氯投加系統(tǒng)
　　液氯投加系統(tǒng)分前加氯、后加氯兩部分。加氯間設(shè)有200kg/h蒸發(fā)器二臺，前加氯機V030　 60kg/h一臺，后加氯機V2100 200kg/h二臺。
　　水射器設(shè)在藥劑樓內(nèi)，壓力水由廠自用水系統(tǒng)供給，設(shè)有三探頭漏氯報警系統(tǒng)及漏氯回收中和系統(tǒng)。
　　前加氯按流量采取比例投加，投加點設(shè)在配水井及斜管沉淀池出口，用折點加氯法，解決氨氮、BOD等超標帶來的有機污染問題；后加氯采取復(fù)合環(huán)自動投加，投加點設(shè)在濾池出水管上。
　　氯庫凈空高僅4.2m，氯瓶起吊不便。
2.2.10出水流量及水質(zhì)檢測
　　B廠出水流量及出水水質(zhì)的檢測，對BOT項目而言是極為重要的。在清水池出水管上裝有兩套DN2400mm超聲波流量計，在該兩套流量計之間留有3.2m寬在線比對檢定的位置，以便安裝比對檢定的流量計，流量計使用前經(jīng)有資格的檢驗機構(gòu)檢驗合格，流量計井室設(shè)有兩把鎖，實行共管。
　　在清水池出口裝有兩套濁度、余氯、pH在線監(jiān)測儀和記錄儀。上述水質(zhì)參數(shù)及流量、清水池水位信息，以專線傳至A廠中控室。
　　由于水廠進水、出水均裝設(shè)了流量計，自用水率的核算比較方便，由于在沉淀池排泥及濾池反沖洗的以上措施，目前水廠廠區(qū)自用水率<3.5%，這表明B廠是一座節(jié)水型的凈水廠。
2.2.11控制系統(tǒng)
　　B廠的運行控制由SCADA系統(tǒng)、儀器儀表系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)組成。運行控制的設(shè)計原則是分散控制與中控室管理、控制相結(jié)合。整個水廠在取水口、預(yù)沉池、沉淀池、濾池、藥劑樓、清水池等處總設(shè)有15套控制系統(tǒng)，可以在調(diào)試、保養(yǎng)及檢修時就地進行參數(shù)修改與控制，絮凝劑、助凝劑、消毒劑等均按設(shè)定值自動投加；中控室設(shè)有兩套SCADA工作站，實施對水廠工藝監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)修改及遠控或自控。

3.輸水管道

　　根據(jù)《特許權(quán)協(xié)議》的承諾，項目公司在B廠投產(chǎn)前應(yīng)敷設(shè)完DN2400mm27km輸水管道，與三環(huán)路城市管網(wǎng)連通，承包商為法國SADE公司，管道設(shè)計由成都市供水工程設(shè)計院分包，管道施工由武漢市供水工程公司分包。城市管網(wǎng)的配套建設(shè)由成都市政府同期進行，確保B廠投產(chǎn)后，每天40萬m³自來水能均勻輸入管網(wǎng)。
3.1管道走向
　　原考慮的輸水管道的走向是由水六廠B廠～磨盤山高位水庫～三環(huán)路；但因當時許多問題尚未確定，故將輸水管道走向改為由水六廠B廠～三環(huán)路～沿三環(huán)路向磨盤山方向伸延敷設(shè)，其中水六廠B廠至三環(huán)路為20km，三環(huán)路外側(cè)綠化帶沿三環(huán)路敷設(shè)7km（圖6）。

　　A段平、縱斷面圖，如圖7。
　　B段平、縱斷面圖，如圖8。
3.2管道口徑
　　輸水管道口徑的確定，不完全是為了B廠40萬m³/d的輸水需要，綜合考慮到原A廠三條預(yù)應(yīng)力輸水管道存在的隱患，以及城市供水范圍擴大的需要。

3.3管道材質(zhì)
　　輸水管道原考慮采用鋼筒預(yù)應(yīng)力砼管，但管廠建設(shè)遲遲未能上馬，而B廠建設(shè)對工期控制很嚴，故在標書上定為鋼管。
3.4鋼管壁厚
　　鋼管壁厚在草擬標書時明確了要求，在審定標書時提出由中標方計算確定。在初設(shè)審查過程中，鋼管壁厚難以統(tǒng)一看法，為此我們曾向我國工程建設(shè)標準化協(xié)會管道結(jié)構(gòu)委員會咨詢核算，該會于1998年6月17日復(fù)函同意我方認定的在管頂覆土4m之內(nèi)，壁厚18mm的意見。數(shù)日后，管道承包商--法國SADE公司找到該會解釋，該會又于1998年6月26日來函稱在管頂覆土4m之內(nèi)，壁厚16mm是可靠的。由于輸水管道工程是BT項目，鋼管最小壁厚薄2mm對工程成敗不可能形成否定因素，但對工程造價影響較大，對管道壽命也是有極大關(guān)系，我們與承包商觀點的分歧，主要是站在不同的角度考慮同一個問題，至今筆者仍認為這是一個遺憾，理應(yīng)在標書中明確。
3.5鋼管制作
　　鋼管制作SADE公司提出用自動螺旋縫埋弧焊卷焊鋼管，是不錯的方案。鋼材是用武漢鋼鐵集團公司供應(yīng)的Q235-B厚16mm，寬1500mm的鋼卷板。螺旋焊管機是英國WILSONBYARO公司BYARD2000型的產(chǎn)品，焊機是美國LICOLNNAS-1500型自動焊機，按石油天燃氣行業(yè)標準‘SY/T5037-92普通液體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管’制作，焊接速度快、焊縫成型穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、外觀漂亮、比直縫卷管剛度好、可自動連續(xù)生產(chǎn)，管外徑2438mm，定尺每節(jié)9m長，經(jīng)超聲波探傷抽查焊縫的5%、X射線探傷復(fù)查前者的20%，并經(jīng)1.25倍管道試驗壓力作水壓檢驗后進入下一工序。