凈水廠建設(shè)運(yùn)行問題及對策分析

葛宜虎 程 雪 董永旭 劉小虎

為了保障供水水質(zhì)安全，需要提高凈水廠的運(yùn)行效率。在對我國凈水廠建設(shè)和運(yùn)行中常見的凈水廠排泥水處理、絮凝池積泥、虹吸濾池反沖洗、浸沒式超濾膜運(yùn)行、藻類應(yīng)急處理等問題分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對各個問題提出了相應(yīng)的對策，可以有效提升我國城市凈水廠的建設(shè)運(yùn)行效率，為廣大凈水廠建設(shè)者和運(yùn)行管理者提供技術(shù)參考，對我國凈水廠建設(shè)運(yùn)行效率的提高具有重要的意義。

一、凈水廠建設(shè)運(yùn)行中的常見問題

1.凈水廠排泥水處理相關(guān)問題

凈水廠每天產(chǎn)生大量的排泥水，又稱生產(chǎn)廢水，約占水廠供水量的4%～10%，以絮凝沉淀池排泥和反沖洗水為主。現(xiàn)階段，我國凈水廠排泥水處理并不普遍，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，具有比較完善的排泥水處理設(shè)施的凈水廠占總凈水廠規(guī)模的比例不足10%。排泥水中不僅含有天然有機(jī)物、病原微生物等有害物質(zhì)，而且含有大量脫穩(wěn)的顆粒、聚合膠體以及未反應(yīng)的混凝劑，處理不當(dāng)會帶來環(huán)境污染問題。目前，凈水廠所排出的排泥水對環(huán)境的污染問題越來越引起社會的關(guān)注。同時，凈水廠排泥水也是一種寶貴的水資源，對其進(jìn)行處理并綜合利用，可以維持生態(tài)環(huán)境的動態(tài)平衡、保證凈水廠的安全運(yùn)行、降低綜合運(yùn)營成本。我國近2800座城市凈水廠今后將逐步建設(shè)排泥水處理工程。

在凈水廠排泥水處理方面主要存在以下問題：（1）凈水廠排泥水處理工藝設(shè)置存在缺陷，造成運(yùn)行成本高，處理效果差。（2）設(shè)計(jì)干泥量計(jì)算偏大。凈水廠排泥水處理系統(tǒng)，污泥脫水工藝存在設(shè)計(jì)干泥量計(jì)算偏大的問題，所選擇的脫水設(shè)備能力大，而實(shí)際運(yùn)行處理干泥量較小，脫水設(shè)備投運(yùn)后，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷低較低，不能有效得到利用。（3）工藝設(shè)備的額定工況與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配，在設(shè)備選擇時，缺乏對設(shè)備實(shí)際使用情況的分析，不能很好地與處理工藝及污泥性質(zhì)相適應(yīng)，容易造成資源浪費(fèi)，或影響工藝處理效果。

2.絮凝池積泥問題

凈水廠絮凝池內(nèi)積泥是運(yùn)行中常見的問題，例如網(wǎng)格絮凝池和折板絮凝池，尤其是在大中型凈水廠中常用的折板絮凝池。通常情況下折板絮凝池前段不易積泥或積泥很少，往后積泥越來越多，一旦產(chǎn)生積泥將直接影響絮凝及后期沉淀的效果，所以對絮凝池內(nèi)積泥問題要引起足夠的重視。

3.虹吸濾池反沖洗問題

在我國，二十世紀(jì)八九十年代興建的中小型水廠中，虹吸濾池得到了廣泛的應(yīng)用，在新建進(jìn)水廠中虹吸濾池已經(jīng)很少見。使用虹吸濾池的中小型老水廠，在向城市周邊地區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等人口密集區(qū)供水方面仍發(fā)揮著重要作用。虹吸濾池主要利用虹吸管替代進(jìn)水、反沖洗排水閥門，并以真空系統(tǒng)控制濾池工作狀態(tài)的重力過濾的濾池。由于虹吸濾池反沖洗過程往往存在反沖周期短、反沖歷時長、反沖耗水量大、濾砂沖洗不徹底，及在運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)濾砂成泥球（泥膜）、板結(jié)等問題，使過濾效能嚴(yán)重降低，并使濾后水濁度難以達(dá)到新國標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）（濁度＜1NTU）的要求，致使過濾工藝單元成為影響凈水廠供水水質(zhì)安全的薄弱環(huán)節(jié)。

4.浸沒式超濾膜運(yùn)行問題

與采用常規(guī)處理工藝的凈水廠相比，超濾水廠出水生物安全性和化學(xué)安全性均得到很大提高。北京市從2010～2014年先后建成處理能力分別為7萬m3/d、4萬m3/d和8萬m3/d的3座浸沒式超濾膜水廠。3座水廠的前處理均采用短流程設(shè)計(jì)，即原水經(jīng)混合、絮凝工藝單元之后，不經(jīng)過濾單元，直接進(jìn)入膜池。其中，前2座主要用于處理凈水廠的反沖洗水，超濾膜出水進(jìn)入所在水廠原有活性炭池進(jìn)行深度吸附處理；第3座水廠以水庫水為水源，超濾膜出水經(jīng)消毒、加壓后直接進(jìn)入供水管網(wǎng)。3座水廠的運(yùn)行均存在膜池污染物富集、出現(xiàn)初濾水現(xiàn)象、膜材料性能變化與斷絲、控制微生物效果下降等問題。

5.藻類應(yīng)急處理問題

在我國以湖、庫為水源，以及山東以引黃供水工程調(diào)蓄水庫為水源的水廠，在夏季由于天氣炎熱、氣溫高，光照強(qiáng)，容易出現(xiàn)藻類高發(fā)期，其特點(diǎn)往往是暴發(fā)非常突然，而且暴發(fā)速度快，藻類含量高，從而引起原水水質(zhì)變化，進(jìn)而導(dǎo)致凈水廠處理工藝運(yùn)行和出水水質(zhì)異常的突發(fā)事件。

二、凈水廠建設(shè)運(yùn)行中常見問題對策

1.凈水廠排泥水處理相關(guān)問題對策

（1）優(yōu)化排泥水處理工藝

選擇凈水廠排泥水處理工藝時，要以凈水廠處理構(gòu)筑物情況為基礎(chǔ)，在保證凈水處理工藝穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，綜合考慮排泥水回用情況、污泥脫水工藝、污泥處理程度及經(jīng)濟(jì)成本等因素來確定最佳排泥水處理工藝流程。根據(jù)綜合調(diào)研分析，建議將濾池反沖洗排水和絮凝沉淀池排泥水分別收集進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，當(dāng)濾池反沖洗排水滿足直接回用要求時，可對其進(jìn)行直接均勻回用，僅對沉淀池排泥水進(jìn)行濃縮處理；當(dāng)濾池反沖洗排水不能滿足直接回用要求時，濾池反沖洗排水和沉淀池排泥水宜分別進(jìn)行濃縮，上清液回用，底部污泥進(jìn)行濃縮處理。盡量避免將濾池反沖洗排水和沉淀池排泥水進(jìn)行混合調(diào)節(jié)的工藝，容易造成前者對后者的稀釋，給污泥濃縮帶來困難。

（2）準(zhǔn)確計(jì)算干泥量

設(shè)計(jì)干泥量直接決定了排泥水處理系統(tǒng)設(shè)備的選型。因此要盡可能準(zhǔn)確地計(jì)算設(shè)計(jì)干泥量，使其與實(shí)際干泥量相接近，如果設(shè)計(jì)干泥量偏大，必然會導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備的閑置，造成資源浪費(fèi)，增加成本。《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求“凈水廠排泥水處理系統(tǒng)的規(guī)模應(yīng)滿足全年75%～95%日數(shù)的完全處理要求確定”之間有20%的調(diào)節(jié)幅度，給設(shè)計(jì)帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，針對凈水廠排泥水處理項(xiàng)目，要綜合考慮凈水廠水源水質(zhì)、實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷以及相似凈水廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，地域差異等，恰當(dāng)?shù)匦拚赡嗔坑?jì)算方法，盡可能縮小設(shè)計(jì)干泥量和運(yùn)行干泥量的差距。

（3）優(yōu)化濃縮池型和設(shè)備

排泥水濃縮是凈水廠排泥水處理的關(guān)鍵，濃縮技術(shù)涉及到濃縮池型和濃縮設(shè)備。高效濃縮技術(shù)主要通過合理的水力條件設(shè)計(jì)，達(dá)到較高的沉淀速度，并且確保結(jié)構(gòu)緊湊以節(jié)省占地面積，降低土建成本，獲得高含固率的底泥，并且滿足節(jié)能減排的要求。排泥水處理工藝的不斷優(yōu)化，伴隨著相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)與升級。要結(jié)合具體的工藝流程，并進(jìn)行全面的分析、綜合協(xié)調(diào)來選擇合適的排泥水處理設(shè)備。排泥水處理設(shè)備必須具備良好的特性，包括應(yīng)具有良好的構(gòu)造，穩(wěn)定的工作可靠性，較高的智能化、自動化水平，管理運(yùn)行性，安全性，節(jié)能環(huán)保，成本低等。

2.絮凝池積泥問題對策

為了使絮凝池底部污泥自然滑落，絮凝池底部四周要做角度為60°的抹坡。絮凝池通過DN200的穿孔排泥管，排出口要設(shè)置水力快開式排泥閥（帶電磁四通閥），利用靜水壓力將底泥排至池周圍的排泥渠；當(dāng)池體放空清洗時，首先利用排泥管排泥，將泥水排至池體泥線處，然后利用DN200放空管將剩余的水排至廠區(qū)雨水系統(tǒng)。針對折板絮凝池，為了減少排泥水量，降低成本，結(jié)合具體凈水廠情況，通過實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，來確定排泥閥開啟時間及排泥間隔，具體的方法可以通過調(diào)整絮凝池前段部分的排泥閥開閥的時間和后段部分排泥閥開閥的時間來達(dá)到。

3.虹吸濾池反沖洗問題對策

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，隨著虹吸濾池過濾時間的延續(xù)，當(dāng)過濾水頭達(dá)到定值或?yàn)V后水濁度超過規(guī)定值時，濾池便進(jìn)入反沖洗階段。通過破壞進(jìn)水虹吸、形成排水虹吸，使濾池內(nèi)水位下降至反沖洗排水槽，此時利用清水渠水位與排水槽頂?shù)乃徊?，使其他格濾池的出水從底部配水室進(jìn)入待沖濾格內(nèi)實(shí)現(xiàn)自下而上的反沖過程。

但是，當(dāng)其他格濾池產(chǎn)水量不足時，反沖過程中清水渠的水位將逐漸下降，這將導(dǎo)致反沖水頭逐漸降低，使反沖洗強(qiáng)度降低。通過采取技術(shù)改造措施，即通過在清水渠水位下降過程中持續(xù)向虹吸濾池清水渠內(nèi)補(bǔ)充所需的反沖水量，達(dá)到清水渠水位始終保持恒定的目的，從而實(shí)現(xiàn)提高并維持反沖水頭至設(shè)計(jì)高度，保證虹吸濾池水沖強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.浸沒式超濾膜運(yùn)行問題對策

浸沒式超濾膜如預(yù)處理采用了短流程工藝，水中的藻類、膠體、有機(jī)物等污染物和混凝劑形成的絮體在進(jìn)入膜池前未得到有效去除。因此，膜前預(yù)處理應(yīng)避免采用短流程工藝，讓過濾單元對絮體進(jìn)行有效的去除。同時縮短膜池中濃水排空的間隔，來降低膜池污染物的富集。鑒于有機(jī)物的影響，膜處理凈水廠膜工藝前均應(yīng)采用臭氧等預(yù)氧化處理工藝，在此基礎(chǔ)通過適當(dāng)降低產(chǎn)水率，合理調(diào)整膜池濃水排放周期，更換膜組件等方式來緩解膜污染、跨膜壓差增加過快、膜絲間積泥等導(dǎo)致的初濾水現(xiàn)象和膜材料性能變化與斷絲問題。通過采用更換斷絲膜組件防止微生物泄露，并加強(qiáng)膜出水消毒的方法，來達(dá)到良好的微生物控制效果。

5.藻類應(yīng)急處理問題

原水中的藻類穩(wěn)定性較強(qiáng)，正常加藥量難以打破其穩(wěn)定性，達(dá)不到較好的混凝或絮凝效果。因此，在應(yīng)急處理高藻原水時，要加大投藥量，若只投加鐵鹽，原水中膠體顆?；炷纬傻牡\花較細(xì)碎，比重較大，容易浮出或沉底，形不成有效的活性泥渣，從而造成澄清池二反室的沉降比逐漸消失，導(dǎo)致澄清池不能正常運(yùn)行?？梢暂o助投加鋁鹽，改善礬花的沉降性能，使澄清池二反室活性泥渣維持合理的沉降比，使澄清池運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。增加二氧化氯或氯等預(yù)氧化劑的投加量，并且拉大加藥點(diǎn)與反應(yīng)池的距離，確保藥劑充分反應(yīng)，達(dá)到最佳氧化效果強(qiáng)化藻類殺滅效果，從而強(qiáng)化藻類的去除?？梢栽诒谜厩俺赝都痈咤i酸鉀和活性炭，應(yīng)采用兩根加藥管，一根加藥管先投加高錳酸鉀，利用其強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺藻、滅活，再用另一根加藥管配合投加粉末活性炭對殺死和滅活后的藻類進(jìn)行吸附。調(diào)整濾池運(yùn)行方式，通過增加濾池單池運(yùn)行個數(shù)，降低過濾負(fù)荷，減輕出濁超標(biāo)的壓力；同時縮短濾池反沖洗周期，加強(qiáng)反沖洗。單格濾池反沖洗完成后，為了避免由于池面余濁較高，未完全排凈的反沖水引起濾池出濁瞬時升高問題的出現(xiàn)，反沖后的單格濾池先關(guān)閉出水調(diào)節(jié)閥，開啟進(jìn)水閥，使池面保持一定水位3～4h，進(jìn)行充分壓砂后，再打開出水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入正常過濾狀態(tài)。

三、結(jié)論

為了保障供水水質(zhì)安全，需要提高凈水廠的運(yùn)行效率。在對我國凈水廠的建設(shè)和運(yùn)行中常見的凈水廠排泥水處理、絮凝池內(nèi)積泥、虹吸濾池反沖洗、浸沒式超濾膜運(yùn)行、藻類應(yīng)急處理等問題分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對各個問題提出了相應(yīng)的對策，可以為廣大凈水廠建設(shè)者和運(yùn)行管理者提供技術(shù)參考，對我國凈水廠建設(shè)運(yùn)行效率的提高具有重要的意義