清水池优化设计探讨

清水池优化设计探讨

方伟

（上海市政工程设计研究总院，上海 200092）

摘 要 通过对清水池节能和优化消毒的相关理论探讨，提出了清水池节能与提高消毒效果，降低消毒副产物生成的初步工程措施，为清水池的优化设计提供了一种新思路。

关键词 清水池 节能 消毒 T10/T

Abstract：On discussion the principle of energy-saving and disinfection-optimizing for clean water tank , the paper put forward the preliminary solution of energy-saving and disinfection-optimizing in water engineering，a new way to optimze the design of clean water tank.

Keywords：Clean water tank；energy-saving；disinfect；T10/T

0 前言

清水池是净水工艺里最重要的构筑物之一，起着水量调节和消毒反应器的双重作用。通常清水池的设计只考虑以下原则：(1) 调节容积：按最高日用水量的10％～20％考虑；(2) 消毒要求：自由氯消毒要求接触时间≥30min，化合氯消毒要求接触时间≥2h。接触时间T在设计中常采用水力停留时间。

以往清水池设计主要侧重于调蓄容积，而很少关注抬高清水池水位对水厂节能的影响，对改善其水力效率从而优化消毒也考虑不多。本文就清水池节能和优化消毒两方面对清水池的优化设计进行探讨。

1 清水池节能优化设计

在日常运行中，清水池的水位随着水厂一、二级泵站供水量的差异而变化，二级泵房水泵的扬程H也随之改变。若水厂供水压力不变，清水池水位越高，则二级泵房水泵扬程越低，反之亦然。因此，保持清水池在高水位运行，有利于水厂的节能降耗。

1.1清水池节能的工程措施

两组或多组清水池按异水位设计：正常运行时，低水位清水池进水阀门关闭，高水位清水池进水阀门开启，高低水位清水池之间设置高位连通渠道或溢流堰，当高水位清水池水位超过连通渠道底标高时，水从高位清水池流向低位清水池。高、低水位清水池均设置连通管至吸水井，低水位清水池至吸水井的连通管上设置拍门或单向阀，使水流只能从清水池至吸水井单向流动。这样就可以在发挥清水池调畜水量作用的同时，提高吸水井的水位，从而降低供水能耗。

1.2清水池节能效果

采用节能型清水池设计的已建水厂，在降低能耗方面取得了良好的效果。江苏省南通市狼山水厂供水规模30万m3/d,1990年建成投产，采用节能型清水池设计，平均降低水泵扬程0.5～1.0m，全年节约用电30万KWh。湖北省荆州市郢都水厂供水规模30万m3/d，自1996年7月投产以来，电耗指标保持在190KWh/1000m3左右。湖南省长沙市第八水厂供水规模50万m3/d，一期规模25万m3/d，水厂设置高低水位清水池各一组，平均每日可节电1199KWh。

大中型水厂供水规模较大，若采用节能型清水池设计，可节约的电量相当可观。清水池的节能措施简单，效果明显，管理方便且安全可靠，在今后的设计中可考虑予以推广应用。

2 清水池消毒优化设计

近年来，管网水质日益得到人们的重视，清水池作为净水厂最终处理单元的作用越来越重要。特别是世界范围内对消毒副产物控制的重视，使清水池设计的改进成为减少消毒副产物的重要手段。

2.1提高t10/T的意义

一般清水池介于完全混合式(CSTR)与推流式(PFR)反应器之间。为保证消毒效果，理论上希望某一时刻加入的消毒剂与水中微生物的接触时间都为T，但实际的清水池不可能达到理想推流，部分消毒剂在清水池的停留时间低于水力停留时间T。美国有关饮用水处理的法律规定消毒设计必须以CT 值为设计依据，T必须用t10，不能用水流停留时间。t10的定义是，保证90％的消毒剂能达到水力停留时间T，也即测定在某时刻投加的消毒剂首先从清水池出来10％的量的停留时间。t10/T越接近1，接触消毒效果越好。

提高清水池的t10/T比值意义重大，对于容积一定的清水池，达到同样的Ct10值，可以取得相同的消毒效果，提高t10/T，则可以降低消毒剂的投加量，

大幅降低消毒副产物产生，提高供水水质。 2.2 提高t 10/T 的工程措施

美国学者GilF.Crozes 研究了清水池内隔墙对其水力效率的影响，研究结果表明T 10/T 值与L/W 呈对数关系，863南方地区安全饮用水保障技术研究课题组对清水池水力效率的优化也得出了近似的 结论，并得到了相应的公式:

0494.0)/ln(1894.0/10−=W L T T 由此可见，在工程上只要增加清水池隔墙数量N ，就可以提高长宽比，从而提高T 10/T 。我国过去设计清水池没有考虑提高清水池水力效率，没有T 10/T 的概念，往往导致清水池有效停留时间T 10较短，氯耗较大。

2.3 清水池优化消毒在工程中的应用

南方地区某示范工程水厂扩建工程新建清水池2座，每座分2格，其设计参数如下：

表1 清水池设计参数

编号 L(m)×W(m) 有效水深(m)

调蓄容积(万

m 3)

1# 162×24 4.5 3.29 2#

110×75

6.2 5.12

应用CFD 对清水池原始设计进行模拟，发现T 10/T 偏低，增加隔墙数量后，改进效果如下：

表2 清水池消毒优化设计效果

项目 隔墙数L/W T 10/T

T 10/T 提高率

改进设计前 1

27 0.50

1#

清水池

改进设计后 3 110 0.81

62%

改进设计前 2 26 0.66

2#清水池

改进设计后

4 73 0.80

21%

3 结论

清水池是给水工艺中重要构筑物，优化其设计，对净水厂的节能与优化消毒效果，降低消毒副产物产生有着重要意义，在工程中可考虑采用以下措施：

(1）多组清水池之间从传统的同水位设计改进成异水位设计，使一组清水池经常保持高水位，提高吸水井水位，从而达到降低水厂能耗的目的。

(2）合理设置清水池内隔墙，提高单格清水池总长宽比，提高清水池的水力效率。