蘭州預處理水廠超高濁度原水應急處理技術

[摘要] 本文針對西北地區(qū)以地表河流水為水源的自來水水廠，當取水口上游受強降雨極端天氣發(fā)生山洪，雨水將地表松土沖刷帶入河流，或水庫排沙等不可控因素，短時間造成原水水體中所含沙土量劇增而形成超高濁度水的原因[1]進行了描述，并以蘭州原水預處理廠2018年7月23日每立方原水中最高含沙量242公斤處理過程為例，在不同階段實施不同的技術辦法成功應對供水危機，提煉出了西北地區(qū)地表水水源水廠，通過什么方法捕捉超高濁度水信息、怎樣應急預防準備、洪水來臨后各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、設備構筑物等怎樣運行管理的超高濁度原水處理技術。

關鍵詞： 地表河流水? 超高濁度水? 應急處置

中圖分類號： X522? ? ?文獻標志碼：A

1.概述

水是城市的生命線，安全可靠的自來水是我們生活的基本保障，我國大多數(shù)城市自來水水源采用地表水，地表水中常含有黏土、沙、腐殖質、鈣鎂鹽類、其他鹽類和微生物等，其中含有的雜質量，因所處的自然條件及外界因素影響不同而差別極大，地表土質疏松的地區(qū)，遇強降雨天氣，雨水會將地表松土沖刷帶入河流，短時間造成水體中所含沙土量劇增，容易形成超高濁度水。十八大以來，國家大力提倡青山綠水就是金山銀山理念，為保護水源環(huán)境實施了很多諸如污水排放治理、綠化隔離水源地等舉措，切實改變了水源環(huán)境，提高了生產(chǎn)自來水的原水水質，但西北地區(qū)濕陷性黃土的特性，依然無法改變雨季超高濁水的形成，如何應急處置超高濁水，依然是該地區(qū)以地表河流水為水源的水廠每年雨季所要攻克的難題。

2.超高濁度水的危害

超高濁度水是含有大量泥沙的特殊水體[2]，水體中因泥沙含量過高接近糊狀，當其進入生產(chǎn)系統(tǒng)，大量的泥沙容易淤積在構筑物內(nèi)，給水處理構筑物的排泥設備造成很大負擔，同時因泥沙含量過高，造成原水提升泵組的填料、葉輪等配件磨損損壞，嚴重情況下淤泥會將整套自來水生產(chǎn)工藝系統(tǒng)淤死，給城市供水安全造成巨大的影響，2016年國內(nèi)某省會城市取水河流發(fā)生洪水，原水濁度超高大量泥沙淤積其制水生產(chǎn)系統(tǒng)，半月后才恢復供水。

3.蘭州原水預處理廠應對超高濁度水實例

2018年7月19日上游水庫排沙，預報鹽鍋峽最大排沙量為 65 kg/m3，加藥間監(jiān)測到最高原水濁度為66000NTU，含沙量約66kg/m3;23日前夕，取水口黃河上游支流普降暴雨，鹽鍋峽最大排沙150kg/m3、莊浪河及湟水河洪水疊加，致原水濁度超高至233000NTU，含沙量242kg/m3，遠超設計含沙量100 kg/m3的處理能力。

→自流管供二水廠

混凝劑

↓

原水→（上、下游）斗槽予沉池（自然沉淀）→上、下游泵站提升→ 輻流式沉淀池（混凝沉淀） →自流溝供西固熱電廠

→二級加壓泵房供二水廠

工藝流程圖

3.1工藝現(xiàn)狀： 上游斗操預沉池為下端進水，上游泵房開啟一臺泵組供3#、5#、16#、17#、18#五座沉淀池，出水經(jīng)二級泵房加壓供二廠平流式沉淀站，供水量為11000m3/h ;下游斗操預沉池為下端進水，下游泵房開啟兩臺大泵或一大一小泵組供7#、8#、9#、11#、12#、13#、14#、15#八座沉淀池，出水經(jīng)3#計量室分配供西固熱電廠和二廠反應池，供電廠水量為2000m 3/h，供二廠水量為11000—19000m3/h ;舊加藥車間采用水射器投加濃度為1%的聚丙烯酰胺混凝劑水溶液，最高應對濁度投加量13.8萬NTU，上、下游螺桿泵投加系統(tǒng)備用，最高應對濁度8.7萬NTU.

3.2 7月23日原水濁度變化情況

第一階段： 3：00—4：00 原水濁度由986NTU上升到12825NTU，在1小時內(nèi)上升近13倍;

第二階段：4：30—6：30? 原水濁度在11595—15000NTU之間波動，7：00—8：00原水濁度第二次上升至41800NTU，上升一倍;

第三階段：8：30原水濁度上升至174000NTU，為超高濁度水，之后持續(xù)上升，3小時后至最高濁度233680NTU，并在20萬以上范圍內(nèi)持續(xù)3.5小時;

第四階段： 13：30后原水濁度以平均每小時兩萬波動下降， 18：00 原水濁度降至84000NTU，之后以每小時1萬下降。

注：? ? ? ? ? ? 原水濁度趨勢;縱軸0—…250000 濁度（單位：NTU）;橫軸—時間。

3.3 各階段應對措施

3.3.1 第一階段? 4：15更換混凝劑，由投加濃度為1%的HCA-1更換為投加濃度為1%的PAM水溶液;加大原水檢測頻次，由1小時一次改為半小時一次。

3.3.2第二階段 沉淀池采用連續(xù)排泥的方式運行;同時通知生產(chǎn)應急小組成員趕赴生產(chǎn)一線;調(diào)用臨時用工隊伍協(xié)助生產(chǎn)應急處理。

3.3.3第三階段 1）8：40啟用上、下游新加藥間螺桿泵混凝劑投加系統(tǒng)，采用新舊兩套加藥系統(tǒng)并列運行方式以設計最大量投加濃度為1%的PAM水溶液，原水投加比例為21mg/L;

上下游泵房增開取水泵組，加大沉淀池排泥水量，密切關注沉淀池排泥管、總排泥溝運行情況，防止淤堵;同時告知二水廠就原水變化情況做好應急準備工作;

9：00集團公司董事長、總經(jīng)理成立現(xiàn)場超高濁度原水應急指揮中心，調(diào)動生產(chǎn)調(diào)度中心、水質中心、生產(chǎn)技術部、安全環(huán)保部、設備維修公司等多部門共同進入應急應對工作;

13：00 原水濁度在20萬以上持續(xù)后，總經(jīng)理組織召開生產(chǎn)現(xiàn)狀現(xiàn)場分析會議，布置后續(xù)應對工作，要求各單位全力以赴應對本次特殊水情;13：30藥劑濃度改投1.5%，每座沉淀池由專人觀察出水水質及渾液面變化情況;

3：50 總排泥溝出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象，下游100%開啟7#、8#、13#、14#排泥閥門沖洗，1小時后，淤堵消除，四池恢復正常排泥狀態(tài);

10：00—22：00 受原水中泥沙含量影響，取水泵組取水量不足，共計調(diào)換泵組50余次;

16：30 上游16#、17#、18#沉淀池相繼翻池，使二級泵房出水達9000NTU以上，16：45二級泵房停運一臺泵組，保留一臺泵組運行，供水量5500m3/h，18：20二級泵房停運，所有生產(chǎn)水量全部北線供出，電廠二廠合計水量14000m3/h;

17：30黃河流量瞬時減少，上下游吸水井水位減少3.5米，致取水困難，18：00上下游斗槽改為上端進水方式，混凝劑參考進水濁度投加;

19：00二級泵房開啟一臺泵組運行，出水量5500m3/h，24日1：45再開啟一臺泵組運行，二級泵房恢復正常供水量;

20：00 原水濁度持續(xù)下降，生產(chǎn)能力逐步恢復，期間下游7#、14#沉淀池翻砂嚴重，對個別沉淀池出水量控制，同時加大了排泥水量;22：00二級泵房出水濁度降至100NTU以內(nèi)，且不斷下降，北線濁度也趁下降趨勢，24日7：00出水濁度也降至100NTU以內(nèi)，生產(chǎn)能力恢復至60%。

3.4數(shù)據(jù)歸納

7月23日黃河最高濁度233680NTU，含沙量242kg/m3，20萬NTU以上持續(xù)3.5小時，10萬NTU—20NTU之間持續(xù)10小時， 5萬NTU—10NTU持續(xù)3小時;應對期間共計投加PAM商品量12噸，合計成本22萬元;輻流式沉淀池桁架連續(xù)排泥145小時，共計排除泥沙量約15萬噸，排泥水量70萬立方米;反復沖洗、開停原水取水泵組50余次;高濁水過后，共造成5臺取水泵組、3臺桁架、3臺泵房內(nèi)排水泵組損壞。

3.5 應急處置過程

3.5.1? 在原水濁度第一次上升時，加藥間改投PAM混凝劑加;

3.5.2 在原水急速上升之前，一廠應急小組成員及外調(diào)臨時工已全部到位，保證了應急期間人員充沛;

3.5.3 應對7月19日黃河原水含沙量66kg/m3高濁水過程中，在上下游加藥間配制了PAM溶液，處于備用狀態(tài)，23日黃河原水從44000NTU上升到17400NTU時，迅速將上下游加藥車間投入生產(chǎn)使用，保證了混凝劑投加量;

3.5.4水質中心的混凝實驗結果，指導配制1.5%的PAM溶液，使高濁水處理效果更佳;

3.5.5沉淀池系統(tǒng)排泥水量始終保持在2900立方米/小時以上（排泥閥門開啟度為25%—30%），保證了排泥管、總排泥溝不堵塞;

3.5.6 13：00生產(chǎn)現(xiàn)狀分析及后續(xù)工作布置現(xiàn)場會，明確了接下來的工作任務，使各生產(chǎn)環(huán)節(jié)忙而不亂，有條不紊的推進;

3.5.7 14：00過后進水濁度始終高于原水濁度，混凝劑投加量以進水濁度為參考投加;

3.5.8 16：30上游沉淀池相繼出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象，南線出水濁度較高時，果斷停運二級泵房加壓泵組，減少上游沉淀池系統(tǒng)出水量，為后來恢復生產(chǎn)能力打下良好基礎;

3.5.9在此次超高濁水應對過程中，一廠各車間員工、管理人員與調(diào)度等生產(chǎn)部門工作銜接保持高度一致性，配合默契，使各項工作能夠順利推進。

3.6需完善技術

3.6.1 在進水濁度高于原水濁度時，斗槽預沉效果消失后，沒有及時改變斗槽運行方式，生產(chǎn)恢復階段，大量的的泥沙被提升到工藝系統(tǒng)，增加了生產(chǎn)困難;

從本次高濁水處理經(jīng)驗來看，當進水濁度接近原水濁度值時，斗槽應采取上端進水方式。

3.6.2上、下游泵房取水泵組冷卻水系統(tǒng)均采用自來水冷卻系統(tǒng)，上游3#泵組原水冷卻系統(tǒng)控制閥門故障，關閉不嚴，運行中大量泥沙進入填料函，造成泵組故障。

3.6.3 PAM混凝劑溶液濃度較高時，粘性較大，7.23日混凝劑配置完后沒有及時對管路沖洗，造成下游混凝劑配置系統(tǒng)管道塞，應在及時對混凝劑投加管線沖洗。

4.超高濁度原水應急處置總結

4.1 預警

地表水水源水廠應根據(jù)當?shù)貧庀笤茍D、降雨雨情、水庫排沙等信息資料做好生產(chǎn)預警和預報工作，氣象云圖分析24—48小時降水量情況[3]。

4.1.1 關注每日氣象云圖，取水口上游如接到大到暴雨信息，及時做好應急準備工作。

4.1.2 收到上游河流氣象服務信息后認真閱讀，接到大到暴雨及時將信息，做好應急準備工作。

4.1.3 詢問上游主要水電站下泄水量、排沙量及其趨勢，可預估來水濁度高峰值來臨時間和范圍。

4.2 構筑物及設備管理

4.2.1 斗槽予沉池的預成沉淀效果對比，當進水和原水濁度相近時，予沉池失去預沉淀效果，應立即采取上端進水方式，避免大量泥沙淤積在斗槽予沉池內(nèi)，影響取水效果。

4.2.2? 沉砂池（輻流式）等應采用連續(xù)排泥的方式，同時加大排泥水量。

4.2.3 洪水來臨時濁度遠超在線濁度儀量程，要及時停止使用在線儀表，監(jiān)測要以人工為主，同時增加監(jiān)測頻次，實驗室要及時監(jiān)測原水中的沙濁比，指導混凝劑的投加量，在原水濁度上升期間，要視濁度上升的情況多投加混凝劑量，捕捉壓制洪峰。

4.2.4? 根據(jù)原水濁度及時調(diào)整沉淀池出水負荷，①在正常濁度下，單池出水負荷不超過設計負荷;②在警戒濁度時，單池負荷小于設計負荷，同時不再增加水量;③在應急濁度時，采取“減水量、保水質”的措施，單池出水負荷不超過正常濁度下負荷的70%，取值大小隨含沙量值及其持續(xù)時間長短而定;④在超高濁度時，要采取“防淤堵、保設備”的措施，單池出水負荷應低于正常濁度負荷的50%，增加原水取水量，一級沉淀池逐步加大排泥水量。

4.2.5? 超高濁度往往超過水廠設計處理能力，作為生產(chǎn)單位應急處置時，應及時根據(jù)水情變化評估生產(chǎn)應對能力，合理組織好人力、采取有效措施，做好持久應急戰(zhàn)備，按照“減水量、保水質、防淤堵”的處置原則[4]，先確保生產(chǎn)系統(tǒng)自循環(huán)良好的狀態(tài)下，根據(jù)用戶需水重要性對外供水。應急處置期間，混凝劑耗費量巨大，日常應設置最低警戒庫存量，低于安全庫存時應及時補充。

根據(jù)應急處置的事態(tài)嚴重程度，企業(yè)做好對外信息公開發(fā)布，做好輿情引導，最大限度地減輕高濁水造成的危害和影響，保障安全供水，維護社會穩(wěn)定[5]。

參考文獻：

[1] 余斌， 朱云波， 劉秧 破面泥石流降雨預報模型 [J].水科學進展，2017，28（6）：839-847.

[2]周偉，唐川，周春花，汶川震區(qū)暴雨泥石流激發(fā)雨量特征[J].水科學進展，2012，23（5）：650-655.

[3] 雷恒池 ， 吳玉霞，? 肖輝，? 沈志來，不同天氣系統(tǒng)下我國云雨水化學特征的研究 [J].高原氣象，第4期

[4]《蘭州城市供水（集團）有限公司水質突發(fā)事件應急預案》

[5]《蘭州市城市供水管理辦法》《蘭州市突發(fā)公共事件總體應急預案》

作者簡介：

謝江峽 （1980.10），男，漢族，甘肅莊浪人，大學本科，工程師，主要從事城市供水（自來水生產(chǎn)）工作。

單位地址：蘭州城市供水（集團）有限公司制水一廠（西固環(huán)形西路64號）郵編730060