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(guó)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(guó)地表水1940個(gè)國(guó)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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(zhǎng)，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(jiǎn)單易行且能夠去除有機(jī)物、總磷、氨氮、鐵、錳，并且可以延長(zhǎng)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(zhǎng)、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(yíng)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(shì)。

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(zhǎng)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(shì)。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。可以從以下幾個(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(zhǎng)，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(rùn)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(zhǎng)。

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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(cè)，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(guó)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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