提升改造城鎮(zhèn)水廠的技術(shù)措施及實(shí)例

滕懷東　張吉貴

【摘要】針對(duì)城鎮(zhèn)水廠面對(duì)日益嚴(yán)重的水源污染、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高、能耗大、產(chǎn)量低而凈水工藝普遍落后的狀況，總結(jié)水廠改造的技術(shù)措施，從而達(dá)到改善水質(zhì)、提高產(chǎn)量的目的，可供同行業(yè)參考。

【關(guān)鍵詞】預(yù)處理；深度處理；提升改造；水質(zhì)；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：TU991.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文我國的城鎮(zhèn)水廠多建于上世紀(jì)80～90年代，常規(guī)水處理工藝，能耗大，產(chǎn)量低。在水源普遍受到污染、 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的情況下，水廠的工藝處理水平難以適應(yīng)新的要求。尤其是面對(duì)水源突發(fā)污染時(shí)，顯得束手無策，這就更促使水廠加緊投入資金進(jìn)行提升改造。

1、城鎮(zhèn)水廠存在的問題

1.1 水源污染問題普遍存在

2016年，全國地表水1940個(gè)國考斷面中，Ⅰ類47個(gè)，占2.4%；Ⅱ類728個(gè)，占37.5%；Ⅲ類541個(gè)，占27.9%；Ⅳ類325個(gè)，占16.8%；Ⅴ類133個(gè)，占6.9%；劣Ⅴ類166個(gè)，占8.6%。

長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河的1617個(gè)國考斷面中，Ⅰ類34個(gè)，占2.1%；Ⅱ類676個(gè)，占41.8%；Ⅲ類441個(gè)，占27.3%；Ⅳ類217個(gè)，占13.4%；Ⅴ類102個(gè)，占6.3%；劣Ⅴ類147個(gè)，占9.1%。主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、總磷和五日生化需氧量，斷面超標(biāo)率分別為17.6%、15.1%和14.2%。

1.2 凈水工藝落后

我國2007年7月1日開始實(shí)行新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，水質(zhì)不合格時(shí)有發(fā)生。這也凸顯出城鎮(zhèn)水廠預(yù)處理及深度處理工藝不完善，常規(guī)凈水工藝的絮凝、沉淀、過濾技術(shù)已無法滿足現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3城鎮(zhèn)用水需求量增加

隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增加以及各種產(chǎn)業(yè)的工業(yè)園區(qū)相繼落戶于城鎮(zhèn)，對(duì)于水的需求量日益增長，加之一些地區(qū)已經(jīng)實(shí)行了地下水限采，使城鎮(zhèn)用水更加緊張。水廠的生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，已經(jīng)成為亟待解決的一個(gè)問題。

2、提升改造的技術(shù)措施

2.1 完善預(yù)處理技術(shù)

2.1.1 預(yù)氯化處理與高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)處理互補(bǔ)

預(yù)氯化處理一般使用氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯作為氧化劑，同時(shí)它們又是消毒劑。當(dāng)水源水中含有大量有機(jī)物時(shí)，氯與有機(jī)物生成三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物，常規(guī)凈水工藝對(duì)其去除率很低。特別當(dāng)水源受到突發(fā)污染時(shí)，若采用預(yù)氯化處理，會(huì)使消毒副產(chǎn)物增加，造成水質(zhì)惡化。

高錳酸鹽復(fù)合劑是一種較強(qiáng)的氧化劑，成本低，使用方便。在保證出廠水余氯的條件下，高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)處理能有效降低出廠水中三氯甲烷的含量。尤其在遇到突發(fā)水污染時(shí)效果更佳，可替代預(yù)氯化處理，在水廠提升改造中被優(yōu)先采用。投加高錳酸鹽復(fù)合劑后水的色度會(huì)明顯升高，需嚴(yán)格控制其投加量在5mg/L以下，保障色度指標(biāo)合格。

2.1.2 生物預(yù)處理

與預(yù)氯化處理、高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)處理、粉末活性炭吸附預(yù)處理相比較，生物預(yù)處理是一種經(jīng)濟(jì)有效、簡單易行且能夠去除有機(jī)物、總磷、氨氮、鐵、錳，并且可以延長后續(xù)過濾和活性炭吸附等工藝的使用周期和容量，降低凈水成本。生物預(yù)處理體現(xiàn)出了盡量不用化學(xué)藥劑的凈水理念，必將成為凈水工藝改革的主流方向，宜設(shè)在傳統(tǒng)凈水工藝之前，如合肥市第四水廠、海寧第二水廠、深圳梅林水廠都采用了生物預(yù)處理且運(yùn)行效果穩(wěn)定、良好。

2.1.3 粉末活性炭吸附預(yù)處理

粉末活性炭吸附預(yù)處理，可以有效去除水中的致嗅物質(zhì)和有機(jī)污染物，實(shí)施方便，應(yīng)用靈活，可以根據(jù)水質(zhì)變化隨時(shí)調(diào)整投加量。但是該方法處理費(fèi)用較高，同時(shí)導(dǎo)致沉淀池排泥量增加，濾池的過濾周期縮短，因此作為日常凈水預(yù)處理受到限制，經(jīng)常用在水質(zhì)變化較大或者應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染時(shí)采用，應(yīng)將粉末活性炭投加量控制在10mg/L。

2.1.4 臭氧氧化預(yù)處理

臭氧作為預(yù)處理氧化劑氧化有機(jī)物，主要用于去除色度、臭和味以及水中的鐵、錳，降解水中的高分子有機(jī)物，還被用于改善絮凝和沉淀。臭氧氧化預(yù)處理工藝占地少，且工藝效果不受季節(jié)、氣溫等因素影響，效果穩(wěn)定。臭氧氧化預(yù)處理工藝投資大，運(yùn)行管理費(fèi)用高，水廠可根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件是否選用。

2.1.5 超聲氧化預(yù)處理

超聲氧化主要利用聲波的空化作用起到殺藻、礦化部分有機(jī)物、去除DBPFP（消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物）等，且易于管理、壽命長、無相關(guān)副產(chǎn)物的生成，被稱為環(huán)境友好型技術(shù)。超聲氧化對(duì)于化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量、UV254（衡量水中有機(jī)物指標(biāo)的一項(xiàng)重要控制參數(shù)）、溶解有機(jī)碳（DOC）等水指標(biāo)具有一定去除作用。作為一種新興的自來水預(yù)處理技術(shù)，超聲氧化不產(chǎn)生相關(guān)副產(chǎn)物，應(yīng)用前景極為廣闊。

2.2 運(yùn)用深度處理技術(shù)

2.2.1 多技術(shù)聯(lián)用

目前，水廠的多技術(shù)聯(lián)用技術(shù)多為臭氧生物活性炭。臭氧生物活性炭技術(shù)采用臭氧氧化和生物活性炭濾池聯(lián)用的方法，將臭氧氧化、臭氧消毒、活性炭吸附和生物氧化四種技術(shù)聯(lián)用。其主要作用是在常規(guī)凈水處理后進(jìn)一步去除水中有機(jī)污染物、氯消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物以及氨氮，降低出水中的BDOC 和AOC指標(biāo)。此技術(shù)可大幅提高水質(zhì)，但投入成本較高，運(yùn)行成本較之其它技術(shù)增加0.2～0.3元/m3，供水企業(yè)可根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)狀況，酌情選用。如淮安經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)水廠、上海松江二水廠、無錫市充山水廠均采用臭氧生物活性炭技術(shù)，出水質(zhì)量高、運(yùn)行安全穩(wěn)定。

2.2.2 超濾工藝

隨著超濾技術(shù)的發(fā)展和超濾膜價(jià)格的大幅降低，有望取代常規(guī)的絮凝、沉淀、砂濾的常規(guī)凈水工藝。超濾技術(shù)作為深度處理技術(shù)逐漸在新建或改擴(kuò)建的水廠得以應(yīng)用，如北京市第九水廠、天津楊柳青水廠、天津港西水廠、東營南郊水廠、無錫中橋水廠均使用超濾技術(shù)。使用超濾技術(shù)能有效去除水中的各種污染物質(zhì)以及降低濁度并，且水廠占地面積小，在土地緊張的水廠提升改造和應(yīng)急中具有一定的優(yōu)勢。

2.3 改造常規(guī)凈水工藝

2.3.1 混凝與絮凝改造

混凝工藝要求加藥后迅速均勻的完成，但大部分水廠仍采用機(jī)械攪拌，混凝效果不理想。改造主要方法就是要根據(jù)水廠具體情況來選用靜態(tài)管式混合器、利用水泵混合和加裝機(jī)械攪拌混合器。

在凈水工藝流程中，絮凝反應(yīng)是核心，它的完善程度直接影響沉淀、砂濾的效果。如何制造“小漩渦”，創(chuàng)造適宜的水力條件，達(dá)到最佳絮凝效果，是提升改造絮凝工藝的重點(diǎn)。微渦流絮凝技術(shù)具有效率高、絮凝時(shí)間短、出水質(zhì)量高、節(jié)省藥劑用量、提高出水量、施工方便等特點(diǎn)。適用于常規(guī)的隔板、穿孔旋流、折板、網(wǎng)格等形式的絮凝池。

微渦流絮凝技術(shù)能夠促進(jìn)微渦流凝聚，立體接觸絮凝，生成高密度的絮凝體，總反應(yīng)時(shí)間僅為5min，提高產(chǎn)水量50%以上，節(jié)省10%的藥劑。 如天津安達(dá)水廠在原先穿孔旋流式絮凝池基礎(chǔ)上增加微渦流絮凝技術(shù)，由設(shè)計(jì)處理水量6×104 m3/d提高至 8×104 m3/d。

2.3.2 沉淀改造

水廠所使用的沉淀池有水力循環(huán)澄清池、機(jī)械攪拌澄清池、平流式沉淀池、斜管沉淀池以及氣浮池等。沉淀工藝起著分離懸浮絮凝物的作用，其處理效果的好壞直接影響濾池的過濾周期長短問題。

對(duì)于相對(duì)陳舊的水力循環(huán)澄清池和機(jī)械攪拌澄清池，可以采取安裝蜂窩斜管措施，防止絮凝物被帶出出水口；對(duì)于平流式沉淀池，可以將末端沉淀區(qū)改造成斜管沉淀區(qū)；對(duì)于斜管沉淀池，可以在斜管沉淀池前穩(wěn)流區(qū)域加裝攔截體或者改造成較為先進(jìn)的水平管沉淀池。以上改造均能提升出水水質(zhì)，提高產(chǎn)水量。如葫蘆島市水廠將斜管式沉淀池改造為水平管沉淀池，處理水量由5×104 m3/d提高至 6.5×104 m3/d。

對(duì)于使用高藻類水源的水廠，可以將原有沉淀池改造為氣浮池，改善對(duì)藻類的去除效果。如在平流沉淀池內(nèi)增加氣浮沉淀填料裝置，賦予沉淀池沉淀和氣浮兩種功能，實(shí)現(xiàn)先沉淀后氣浮，可大幅提高產(chǎn)水量。一些經(jīng)濟(jì)條件允許的水廠，可將原有沉淀池重建為氣浮池，氣浮工藝取代常規(guī)沉淀工藝已成為趨勢。如天津芥園水廠拆除原有的斜管沉淀池和平流式沉淀池，新建氣浮池。在處理高藻類水時(shí)，不僅提高了產(chǎn)水量，而且臭和味指標(biāo)得到有效保障。

2.3.3 過濾改造

目前，水廠常用的濾池為快濾池、雙閥濾池、無閥濾池、虹吸濾池以及移動(dòng)罩濾池，在運(yùn)行中普遍存在過濾周期短、反沖洗效果不佳、耗水量大、濾料流失嚴(yán)重等問題?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面對(duì)濾池進(jìn)行改造。① 更新濾板，采用可調(diào)節(jié)濾頭和整體澆筑濾板或直濾式濾板替代傳統(tǒng)的濾板或?yàn)V磚。② 采用新工藝濾池，如V型濾池以及D型濾池。③ 將單一的反沖洗方式改為氣水反沖洗方式。單獨(dú)水反沖洗要求強(qiáng)度大，時(shí)間長，耗水量大，而且不徹底。不論從反沖洗效果還是節(jié)能降耗方面出發(fā)，都有改造的必要且此技術(shù)相當(dāng)成熟。如天津市天潤天水廠將虹吸濾池的單一水反沖洗改造為氣水反沖洗后，反沖洗時(shí)間和水量節(jié)省50%，強(qiáng)度增大，沖洗效果理想，過濾周期明顯延長。

3、實(shí)例

天津市某城鎮(zhèn)水廠，處理能力為2×104 m3/d，水源為灤河水，采用常規(guī)處理工藝。主要工藝采用預(yù)氯化處理，機(jī)械攪拌澄清池（集絮凝、沉淀為一體），濾池為虹吸濾池。

該水廠已運(yùn)行23年，存在諸多問題：

① 灤河水源藻類密度高，以夏季最為突出，臭和味時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象，出廠水有異味。

② 機(jī)械攪拌澄清池絮凝、沉淀效果差，大量絮凝物進(jìn)入出水口，后續(xù)濾池的過濾周期縮短。排泥不暢，穿孔排泥管易堵塞，造成回流，影響沉淀分離。

③ 虹吸濾池過濾效果差，過濾周期短，反沖洗時(shí)間長，影響產(chǎn)水量。

④ 夏季耗氧量、總磷、氨氮偏高，已接近限值，時(shí)有超標(biāo)現(xiàn)象。

⑤ 該水廠工藝全面落后，主要構(gòu)筑物滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長，存在安全隱患。出廠水品質(zhì)不高、能耗大、產(chǎn)量低。

對(duì)于該水廠存在的問題，制定以下提升改造措施：

① 對(duì)于水源藻類密度大、出廠水有異味問題，增加粉末活性炭預(yù)處理和高錳酸鹽復(fù)合劑預(yù)處理聯(lián)用技術(shù)，保留原先的預(yù)氯化處理，為節(jié)省成本，根據(jù)藻類密度高低自由切換預(yù)處理工藝。

② 對(duì)于老式一體化機(jī)械攪拌澄清池，加裝蜂窩斜管，凈水量得到提高。穿孔排泥管改為擴(kuò)散管嘴排泥裝置，改善排泥效果以及堵塞問題。

③ 對(duì)于老式虹吸濾池，將濾磚更換為直濾式濾板，將單一水反沖洗改造為較成熟的氣水反沖洗。

④ 對(duì)于夏季耗氧量、總磷、氨氮偏高問題，采取在進(jìn)入凈水構(gòu)筑物前增加生物預(yù)處理工藝，同時(shí)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測，防止季節(jié)性的水源惡化。

⑤ 對(duì)于此問題，在改造原有工藝、保障供水的基礎(chǔ)上，利用該水廠預(yù)留地，建設(shè)二期工程。根據(jù)該水廠水源水藻類密度高等特點(diǎn)，二期工程主要構(gòu)筑物擬采用機(jī)械絮凝池、氣浮池、V型濾池。

4、結(jié)束語

我國城鎮(zhèn)水廠面對(duì)水源污染、凈水工藝落后、城鎮(zhèn)需水量增加問題，應(yīng)從完善預(yù)處理技術(shù)、運(yùn)用深度處理技術(shù)以及改造常規(guī)凈水工藝三個(gè)方面出發(fā)，從而達(dá)到改善水質(zhì)、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)量的目的。并且總結(jié)了常規(guī)水處理工藝的水廠提升改造思路，實(shí)例證明行之有效。各水廠應(yīng)深入了解所使用水源的水質(zhì)、分析水廠具體情況、根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行提升改造。

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