南京某自備水廠運(yùn)行工藝分析及改造對(duì)策

錢(qián)建召

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,水質(zhì)型缺水的矛盾日益嚴(yán)重。供水水質(zhì)直接關(guān)系到廣大居民的身體健康,也直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為了適應(yīng)新規(guī)定,符合新要求,供水企業(yè)應(yīng)立足于現(xiàn)有工藝條件和設(shè)施,通過(guò)加強(qiáng)工藝與水質(zhì)管理,優(yōu)化工藝條件等,利用盡可能經(jīng)濟(jì)的手段來(lái)確保供水水質(zhì)[1]。部分水廠還必須對(duì)原運(yùn)行工藝進(jìn)行改造,以提高供水水質(zhì)和供水管理水平。本文以南京某自備水廠為例,在對(duì)其原運(yùn)行工藝分析的基礎(chǔ)上,提出了對(duì)該運(yùn)行工藝的改造對(duì)策。

1 自備水廠概況

水廠主要擔(dān)負(fù)著該企業(yè)生產(chǎn)生活用水以及該地區(qū)部分居民生活用水任務(wù)。其建設(shè)年代較久,經(jīng)過(guò)近八十年的發(fā)展,現(xiàn)已成為日供水量規(guī)模為15 000 m3/d的小型水廠。該水廠水源為長(zhǎng)江南京段,水源水質(zhì)變化幅度較大,全年濁度為20 NTU～1 000 NTU,水溫0℃～32℃,pH值6.5～7.5。每年的4月～11月為豐水季節(jié),江水流量大,濁度高,水溫較高;12月到次年的3月為枯水季節(jié),江水流量小,濁度低,水溫較低,有機(jī)物含量增加。

原水由一級(jí)泵房提升后,經(jīng)加藥進(jìn)入脈沖澄清池,絮凝澄清后進(jìn)入虹吸濾池進(jìn)行變水位的等速過(guò)濾,過(guò)濾出水進(jìn)入清水池,經(jīng)消毒后進(jìn)入吸水井,通過(guò)二級(jí)泵房加壓并配合水塔供給用戶。

2 運(yùn)行工藝分析及改造對(duì)策

2.1 加礬工藝

目前,該水廠采用的混凝劑是聚合氯化鋁(PAC)。PAC對(duì)各種原水的適應(yīng)性較強(qiáng),適用p H值范圍寬,絮體形成較快,且顆粒大而重,凈化后水的堿度降低較小,藥耗成本較低,在處理低溫低濁度水時(shí),凈化效果好。由于人為因素的存在,不能根據(jù)原水水質(zhì)與水量的變化及時(shí)準(zhǔn)確控制其投加量,存在時(shí)間滯后現(xiàn)象,造成混凝劑投加量過(guò)高或過(guò)低,直接影響脈沖澄清池出水水質(zhì),給后續(xù)過(guò)濾工序帶來(lái)影響,影響出水水質(zhì)。此外,利用水射器投加需要消耗大量的壓力水。

考慮該水廠日處理水量?jī)H15 000 m3/d,江水濁度的日變化不是很大,經(jīng)投資、效益等綜合分析比較,可采用計(jì)量泵進(jìn)行加注PAC,既解決了不能準(zhǔn)確控制投加量的問(wèn)題,同時(shí),用計(jì)量泵進(jìn)行加注不需要消耗壓力水,大大降低水廠工藝耗水量,降低了水廠電耗。另外,建議該水廠在今后的改造中可結(jié)合自動(dòng)控制加注混凝劑技術(shù)的發(fā)展程度及今后的實(shí)際情況考慮采用自動(dòng)控制加注混凝劑方式,進(jìn)一步提高脈沖澄清池出水濁度的安全可靠性。

2.2 混合工藝

加藥混合工藝對(duì)后續(xù)的絮凝沉淀工藝起關(guān)鍵性作用。由于地表水原水的成分十分復(fù)雜,因此對(duì)混凝效能的影響因素也很多,但最重要的因素是快速混合的方式和作用,即速度梯度G值。國(guó)內(nèi)外許多水處理研究者總結(jié)了有關(guān)混凝劑水解反應(yīng)速率及形成金屬氫氧絡(luò)合物或聚合物所需要的時(shí)間,該反應(yīng)時(shí)間極其短促。

2.3 澄清工藝

該水廠澄清工藝現(xiàn)采用脈沖澄清池,脈沖發(fā)生器為鐘罩式。充放比為3∶1或4∶1。脈沖澄清池屬于泥渣懸浮型澄清池,懸浮泥渣層是泥渣懸浮型澄清池凈水效果好壞的關(guān)鍵。該水廠澄清池自使用以來(lái),布水均勻性較好,澄清效果穩(wěn)定,操作方便,維護(hù)量也不多,但在使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題,如因江邊抽吸來(lái)的原水中含有大于0.1 mm的泥砂,并帶有小塑料袋、樹(shù)葉、破布、藻類等雜物,使池中積有大量的泥砂,配水管孔眼堵塞,影響布水均勻,導(dǎo)致脈沖發(fā)生器失靈,局部泥渣膨脹,使澄清水水質(zhì)惡化,必須停池沖洗,由于池底構(gòu)件比較復(fù)雜,清除積泥很困難。另外,脈沖池對(duì)水量、水質(zhì)、水溫及加藥量等較為敏感,不易掌握,懸浮層的過(guò)量泥渣必須及時(shí)排除以保持懸浮層的合適濃度,否則會(huì)發(fā)生膨脹現(xiàn)象,而排泥量過(guò)多,懸浮泥渣層的濃度會(huì)低于2 500 mg/L,影響膠體顆粒之間的相互吸附、接觸凝聚及膠體顆粒在懸浮泥渣層中泥渣表面上的吸附、接觸凝聚,直接影響澄清效果,導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化。因此,在日常的運(yùn)行管理中,應(yīng)研究確定排泥排渣操作標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)操作,最好能做到定量控制,有利于現(xiàn)場(chǎng)操作。同時(shí),應(yīng)設(shè)置連續(xù)濁度測(cè)定儀對(duì)脈沖池出水濁度進(jìn)行連續(xù)測(cè)定,并將測(cè)定結(jié)果傳輸?shù)街醒肟刂剖?實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,確保出水水質(zhì),以便后續(xù)過(guò)濾正常進(jìn)行。另外,該水廠在今后改造中應(yīng)考慮再建一組脈沖澄清池,以備一組停池檢修時(shí)可以啟用另外一組,確保出水水質(zhì),同時(shí),也可以滿足將來(lái)日供水量逐漸增大的局面。

2.4 過(guò)濾工藝

該水廠采用的是虹吸濾池等速過(guò)濾工藝。濾池為一組,八格。濾料為單層石英砂濾料,反沖洗方式為高強(qiáng)度水反沖洗。目前,濾池主要存在濾床的沖洗再生機(jī)制不健全。沖洗不按出水濁度或水頭損失值進(jìn)行反沖洗而按時(shí)間進(jìn)行定時(shí)反沖洗,反沖洗強(qiáng)度不及時(shí)調(diào)整,冬季、夏季一個(gè)樣,造成反沖洗強(qiáng)度不穩(wěn)定,或高或低,濾料漏失、承托層走動(dòng)、砂面凹陷或沖不干凈,導(dǎo)致濾料長(zhǎng)時(shí)間含泥量高、產(chǎn)生泥球、過(guò)濾周期縮短、水頭損失增大快或產(chǎn)生負(fù)水頭、氣阻等各種不良后果,從而造成反沖洗系統(tǒng)布水不均勻或反沖洗水頭損失很大。對(duì)此,在濾池反沖洗方面可作一定的改進(jìn),改變過(guò)去隨意設(shè)置“定時(shí)反沖洗”的制度,設(shè)置濾池出水濁度儀和水頭損失儀,對(duì)濾池出水濁度和水頭損失值進(jìn)行連續(xù)測(cè)定,并將測(cè)定結(jié)果傳輸?shù)剿畯S中控室,實(shí)現(xiàn)對(duì)濾池出水濁度和水頭損失進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并結(jié)合水廠實(shí)際運(yùn)行管理,經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后,確定按濾池出水濁度、水頭損失的反沖洗制度。在濾料方面,傳統(tǒng)的石英砂濾料是一種天然的較光滑的顆粒,易得,價(jià)廉,但其比表面積及孔隙率很小,截污能力低。輕質(zhì)陶粒濾料雖價(jià)格較貴,但因?yàn)V料比表面積大、孔隙率高、視密度小、截污能力強(qiáng),且其表面易于生長(zhǎng)生物膜,對(duì)處理有機(jī)物有利,逐漸被重視采用。

2.5 消毒工藝

消毒工序是水廠水處理中一項(xiàng)重要內(nèi)容,也是確保出廠水細(xì)菌學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)的重要措施。由于二氧化氯是在使用現(xiàn)場(chǎng)邊制取邊使用,不存在貯存問(wèn)題,安全系數(shù)高,且殺菌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于液氯殺菌,正越來(lái)越受到人們的重視。該水廠現(xiàn)已采用二氧化氯消毒,但是尚未實(shí)現(xiàn)消毒自動(dòng)控制。目前該廠已具備集中監(jiān)控能力,為此,對(duì)于消毒工藝的技術(shù)改造,建議:1)采用靜態(tài)管式混合器技術(shù),以增強(qiáng)完全、快速、均勻混合效果;2)采用余氯連續(xù)測(cè)定儀,自動(dòng)監(jiān)測(cè)水中余氯;3)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控,采用自動(dòng)控制設(shè)備,以確保消毒效果。

2.6 加壓工藝

加壓工藝是將消毒處理后的合格生活飲用水經(jīng)二級(jí)泵房加壓后通過(guò)管網(wǎng)配送給用戶,以滿足不同用戶對(duì)水壓的要求。該水廠二級(jí)泵房現(xiàn)有三臺(tái)水泵機(jī)組,電機(jī)功率均為75 k W,揚(yáng)程為40 m,供水壓力要求為0.34 MPa～0.37 MPa。由于用戶用水不均勻,常常導(dǎo)致水壓波動(dòng)較大,通常按最大的供水量供水。為了提高安全供水的可靠性,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的,有必要對(duì)該水廠二級(jí)泵房水泵機(jī)組進(jìn)行變頻節(jié)能改造,以達(dá)到恒壓供水、節(jié)能降耗的目的。2000年年底該水廠對(duì)二級(jí)泵房水泵機(jī)組進(jìn)行了恒壓變頻改造。這兩臺(tái)水泵機(jī)組通過(guò)PLC控制,自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。

通過(guò)變頻恒壓改造,供水電耗明顯下降,水壓的恒定使原來(lái)供需矛盾不協(xié)調(diào)的局面得到了緩解,供需水量趨于平衡,解決了原來(lái)部分居民只有夜間才能用水的局面,同時(shí)減少了爆管現(xiàn)象的發(fā)生,大面積停水事故率明顯降低,節(jié)約了大量的管網(wǎng)維修費(fèi)用,減少了管網(wǎng)的漏損。通過(guò)變頻恒壓改造后,二級(jí)泵房的運(yùn)行還存在以下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題需要探討解決:

1)該水廠二級(jí)泵房為自吸式泵房,吸水管上安裝有底閥及緩閉止回閥,水泵機(jī)組需克服很大的阻力才能將底閥及緩閉止回閥打開(kāi),做很大的無(wú)用功,機(jī)組頻率達(dá)到42 Hz時(shí)才能出水,使變頻機(jī)組可變范圍過(guò)小。2)PLC控制循環(huán)變頻調(diào)速過(guò)程中常常伴隨著水泵的啟、停,從而易導(dǎo)致水泵及管路中水流速度發(fā)生梯變而引起壓力梯變,產(chǎn)生停泵水錘。為防止水錘,除采取必要的防水錘措施外,一般的操作規(guī)程規(guī)定:在停泵前需將該泵電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉再停泵,開(kāi)泵時(shí)先啟泵再打開(kāi)電動(dòng)閥門(mén)。3)由于用戶用水量變化很大,而兩臺(tái)變頻機(jī)組為同一型號(hào)規(guī)格,設(shè)備組合不盡合理,變頻機(jī)組剛投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)組切換頻繁,對(duì)水廠管理及機(jī)組帶來(lái)一定的影響,需進(jìn)一步總結(jié)分析用水量的變化情況,確定水泵機(jī)組的合理組合及變頻設(shè)備的工作方式,確保水泵在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行。

另外,還應(yīng)將3號(hào)水泵機(jī)組改造為軟啟、軟停,并進(jìn)行了水廠集中監(jiān)控的初步改造,為將來(lái)水廠的自動(dòng)化改造創(chuàng)造條件。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著地表水體有機(jī)污染的加重,飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和供水水質(zhì)管理要求的提高,越來(lái)越多的水廠面臨凈水工藝改造的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)南京某企業(yè)自備水廠目前運(yùn)行工藝中加礬、混合、澄清、過(guò)濾、消毒和加壓等工序運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問(wèn)題的分析,分別提出了各工序的改造對(duì)策,為小型自備水廠改造提供借鑒。

[1]劉國(guó)宜,易衛(wèi)紅.供水企業(yè)實(shí)施《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的對(duì)策[J].中國(guó)給水排水,2007,23(4):19-22.

[2]GB 5749-2006,生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].