城市大中型水廠提標(biāo)改造策劃及實(shí)例分析

徐 政

(上海城投興港市政管理有限公司，上海 201306)

多數(shù)城市大中水廠均非5年內(nèi)新建，仍在沿用傳統(tǒng)的常規(guī)凈水工藝，但近年引用水水源普遍被污染。針對(duì)該情況，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已布局水廠的提標(biāo)改造工作，保障自來水水質(zhì)。本文通過對(duì)舊有水廠提標(biāo)改造的評(píng)估，結(jié)合某實(shí)際案例進(jìn)行對(duì)照分析，探討改造方案高效和低耗的途徑及可能。

1 方案需考慮的方面

1.1 選擇合適工藝，提高出水水質(zhì)

對(duì)供水現(xiàn)狀、原水水質(zhì)特征及現(xiàn)狀凈水工藝進(jìn)行論證，重點(diǎn)圍繞工藝比選、工程實(shí)施等方面討論。同時(shí)，還要結(jié)合效益分析，形成合理可行的工程方案。

1.2 在不新征土地情況下完成提標(biāo)改造

土地作為項(xiàng)目的核心需求，是工程策劃階段最難的問題，老水廠受限于城市用地指標(biāo)或周邊建成后因地形和城市發(fā)展造成的無地可征現(xiàn)狀。方案設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮平面布局緊湊、合理且舊有建構(gòu)筑物功能性歸攏，拆除騰地的可能性。

1.3 水廠陳舊系統(tǒng)和設(shè)備同步改造

要充分調(diào)研水廠老系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況，特別是電氣和自控相關(guān)設(shè)備。在全廠的統(tǒng)一框架下，提標(biāo)改造建成的新系統(tǒng)，無法獨(dú)立自成。必須同水廠老的電氣及自控系統(tǒng)接入或者合并，所以老系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性也作為方案的重點(diǎn)考慮因素，不符合或者落后的設(shè)備及系統(tǒng)，盡可能的通過工程同步完成改造，提高水廠運(yùn)行保障能力。

1.4 通過提標(biāo)改造工程還可以為運(yùn)行解決的困難

舊有水廠運(yùn)行期間總會(huì)產(chǎn)生或發(fā)現(xiàn)問題，絕大部分可以通過日常的更新改造或維修解決。但也有部分可能由于工作量或影響面較大等因素，無法由運(yùn)行單位承擔(dān)。該類大型的廠內(nèi)工程，可在提標(biāo)方案設(shè)計(jì)的時(shí)候一并考慮并放入項(xiàng)目中，由專業(yè)的設(shè)計(jì)及工程實(shí)施單位落實(shí)。

2 案例概況

某市中型水廠，其總凈水能力為40萬m3/d，分二期建成。一期建設(shè)規(guī)模20萬m3/d，90年代中期建成通水；一年后二期又?jǐn)U建20萬m3/d，總占地面積約為150畝。

該水廠現(xiàn)狀擁有兩條20萬m3/d的常規(guī)處理生產(chǎn)線，雖然供水水質(zhì)能達(dá)到考核要求，但存在一定風(fēng)險(xiǎn)。首先是原水總氮、總磷較高，屬富營(yíng)養(yǎng)水體，存在藻類問題。夏季藻類數(shù)量可達(dá)到千萬個(gè)/L以上，常規(guī)的處理工藝對(duì)藻類代謝產(chǎn)生的致臭物質(zhì)，無法有效去除。另外有機(jī)物的耗氧量CODMn可達(dá)2～3mg/L，常規(guī)工藝通過游離氯消毒，三鹵甲烷會(huì)偏高，出廠水檢測(cè)小分子質(zhì)量的有機(jī)物含量高。所以需要增加深度處理系統(tǒng)，提高出水水質(zhì)及供水保障能力。

該廠建成至今超過25年，四周目前被道路，河道及居民用房圍繞，考慮到動(dòng)遷、征地的資金及時(shí)間成本過高，要求該深度處理改造工程只能在水廠內(nèi)部挖潛實(shí)施。

水廠原電氣系統(tǒng)重要設(shè)備使用至少超過20年，深度處理作為獨(dú)立且新建的系統(tǒng)，電源需接入水廠原配電系統(tǒng)，風(fēng)險(xiǎn)較大。同樣控制全廠的原自控系統(tǒng)也存在較多問題，主要表現(xiàn)在1.設(shè)備使用年限過長(zhǎng)，買不到備品備件；2.控制器和上位軟件品牌雜亂，同一單體內(nèi)多種品牌共存；3.自控設(shè)備的通訊方式種類多、協(xié)議多；4.缺少統(tǒng)一的生產(chǎn)管理平臺(tái)等。故本次工程在考慮深度處理配電系統(tǒng)的同時(shí)，還應(yīng)針對(duì)老廠原自控設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行更新、整合考慮。

最后水廠還存在亟需完成的加藥改造，原水庫進(jìn)水消毒采用氯氨比例投加，僅有總氯消毒。根據(jù)目前該市地方行業(yè)要求，需滿足先活氯再總氯接觸的消毒模式，且活氯消毒需達(dá)到一定的時(shí)間?，F(xiàn)水廠構(gòu)筑物或池體中無氯接觸池，考慮需要新建或者單體結(jié)構(gòu)改造，從項(xiàng)目規(guī)模及實(shí)施難度上也建議由本次提標(biāo)改造工程整體考慮并實(shí)施為宜。

3 方案策劃

3.1 工藝比較和選擇

為滿足預(yù)期工藝性能，擬在老廠常規(guī)處理基礎(chǔ)上，增設(shè)深度處理工藝。目前常用的深度處理工藝主要為活性炭、臭氧加活性炭和膜處理技術(shù)等。

3.1.1 活性炭吸附

活性炭吸附技術(shù)可較有效的去除水中有機(jī)物，對(duì)色度、嗅味等有較好的處理效果，原理主要是靠活性炭巨大的比表面積和發(fā)達(dá)的空隙進(jìn)行吸附。設(shè)計(jì)可以考慮新建單獨(dú)的活性炭濾池，但其吸附性能在炭的吸附能力飽和后，須通過處理進(jìn)行再生后才可重復(fù)使用，再生的處理較復(fù)雜且費(fèi)用高。

3.1.2 臭氧-生物活性炭技術(shù)

臭氧加生物活性炭技術(shù)，簡(jiǎn)單的說就是把臭氧的氧化和活性炭的吸附有機(jī)結(jié)合。主要原理還是要利用活性炭的吸附能力，但結(jié)合了臭氧的供氧作用，在炭床中大量培養(yǎng)好癢菌，吸附的有機(jī)物可作為炭床微生物生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)源，用生物降解達(dá)到去除的作用。該工藝可使炭床同時(shí)擁有活性炭本身的吸附性和微生物降解能力。大大增加活性炭對(duì)水中溶解性有機(jī)物的吸附能力，延長(zhǎng)了炭床的有效周期，降低再生處理的升本。

3.1.3 膜處理技術(shù)

膜處理工藝，主要是利用天然或人工制備的膜，根據(jù)選擇通過性能達(dá)到分離、分級(jí)或提純的效果。按對(duì)應(yīng)的分離粒徑和分子量分類，可將膜分離過程分為微濾、超濾、納濾和反滲透。其中微濾、超濾工藝主要去除水中顆粒物，而顆粒物不是深度處理主要去除目標(biāo)。納濾和反滲透工藝又有過渡處理的情況，經(jīng)濟(jì)性較差。

3.1.4 深度處理工藝選擇

顆?；钚蕴课健⒊粞?生物活性炭吸附、膜處理技術(shù)三種深度處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 深度處理對(duì)比表

通過上表看出，三種深度處理工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。

由于顆?；钚蕴课焦に囍饕晕綖橹?，生物作用較弱，炭非常容易飽和，需頻繁更換，給生產(chǎn)運(yùn)行管理帶來難度，不推薦采用。

膜工藝國(guó)內(nèi)缺少運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，工藝會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢水，酸、堿清洗產(chǎn)生的廢水需特殊處理并單獨(dú)收集，且投資和運(yùn)行費(fèi)用和維護(hù)的要求都較高。同時(shí)膜工藝對(duì)有機(jī)物去除率不高，去除嗅味能力不夠，針對(duì)本工程去除目標(biāo)，也不推薦采用該處理工藝。

臭氧-生物活性炭對(duì)氨氮、有機(jī)物、藻類都有明顯的去除效果，口感改善明顯。臭氧-生物活性炭對(duì)氨氮、有機(jī)物、藻類都有明顯的去除效果針對(duì)性強(qiáng)，生物降解與活性炭的物理吸附結(jié)合在一起，不僅提高了活性炭工藝的處理效率，而且延長(zhǎng)了活性炭的使用壽命，大大降低了活性炭的水處理成本。臭氧生物活性炭處理工藝國(guó)內(nèi)成熟案例較多，使用廣泛、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟，而且，國(guó)內(nèi)該工藝應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)一步表明臭氧活性炭處理工藝已經(jīng)是一種較為成熟的水處理工藝，是改善水質(zhì)的有效手段。

經(jīng)分析論證確定，本提標(biāo)工程工藝選用臭氧+活性炭的深度處理工藝。

1.平面布局

根據(jù)選定工藝，需至少增設(shè)臭氧接觸池、提升泵房、活性炭濾池、反沖洗泵房、氧氣站及臭氧發(fā)生車間等單體。方案初始的平面布局(下圖：總平布置方案一)，擬保持水廠現(xiàn)有設(shè)施不變，在廠區(qū)西側(cè)新征約30.9畝的土地(紅框部分)新建各工藝單體。

但考慮到水廠西側(cè)目前存在大量居民住房，征地的時(shí)間及資金成本均難以承受。還是要通過優(yōu)化廠內(nèi)現(xiàn)有平面布局，內(nèi)部挖潛。通過現(xiàn)場(chǎng)查看及調(diào)研，廠前區(qū)原為景觀綠化及輔助用房。方案考慮“騰籠換鳥”的思路(下圖：總評(píng)布置方案二)，將水廠原辦公及化驗(yàn)大樓等辦公用房合并建造于廠前區(qū)，置換出廠內(nèi)規(guī)整的建設(shè)用地片區(qū)。再考慮各工藝單體，集約化思維，將深度處理工藝的各單體，在不影響工藝的前提下，通過合建和池體疊建等手段，最大程度節(jié)省用地面積，使原廠區(qū)用地?zé)o法滿足構(gòu)筑物單個(gè)布置的問題得到有效解決，而且緊湊的布局不僅節(jié)省了廠區(qū)內(nèi)的總平管線長(zhǎng)度，降低施工難度，也減少了構(gòu)筑物間的水頭損失，為運(yùn)行降低電耗，達(dá)到節(jié)地和降耗目標(biāo)。

圖2 總評(píng)布置方案二

2.優(yōu)化、改造老廠電氣及自控系統(tǒng)

深度處理單元電氣及自控最后都需要接入老廠原系統(tǒng)，本次工程擬更新35/6.3kV 5000kVA主變兩臺(tái)、6kV開關(guān)柜24臺(tái)及附屬設(shè)備若干，提高廠級(jí)配電安全可靠性。另外結(jié)合水廠運(yùn)行管理需求，自控系統(tǒng)也通過本次工程，新老統(tǒng)籌考慮，在老廠設(shè)置全新的全廠控制中心，最終形成全廠統(tǒng)一的生產(chǎn)管理平臺(tái)。原各PLC站點(diǎn)硬件部分更新，盡可能解決老舊且品牌雜亂的問題。

3.增加氯接觸池

老廠水庫進(jìn)水消毒采用氯氨比例投加，僅有總氯消毒。根據(jù)該市地方目前行業(yè)最新要求，需在進(jìn)水庫前保證活氯接觸時(shí)間，本次提標(biāo)改造工程擬在活性炭濾池出水下疊氯接觸池，解決水廠無對(duì)應(yīng)消毒構(gòu)筑物的問題。

5 總結(jié)分析

在國(guó)內(nèi)大力提高供水水質(zhì)的背景下，建成水廠的提標(biāo)改造工程開始大量上馬。本文引用的實(shí)例項(xiàng)目考慮了原址升級(jí)，通過騰籠換鳥、合建疊建等理念置換出可行的建設(shè)用地。再合理規(guī)劃、分布實(shí)施的工程手段，保障工程與運(yùn)行的安全同步。設(shè)計(jì)時(shí)還充分排摸了老廠的設(shè)備情況和不足，通過大基建的力量和人員的專業(yè)性，以提標(biāo)工程的契機(jī)完成改造，一次性達(dá)到工藝和運(yùn)營(yíng)水平提高的多重目標(biāo)。

目前項(xiàng)目已開工建設(shè)，騰籠換鳥置換空間這一最難的步驟完成，可預(yù)見項(xiàng)目最終的成功，為類似老舊水廠提標(biāo)或擴(kuò)建改造提供參考意義。