多效屏障預(yù)處理及臭氧活性炭工藝在引江濟(jì)淮微污染地表水廠中的應(yīng)用探討

邵軍峰,杜盼盼,史建超,馬衛(wèi)星

(1.鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院,河南鄭州 450046;2.青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,山東青島 266525;3.煙臺大學(xué)土木工程學(xué)院,山東煙臺 264005;4.鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇鹽城 224002)

隨著我國北方地區(qū)人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化水平提高,水資源開發(fā)利用中存在水資源短缺、地下水超采嚴(yán)重、水資源利用率低、水污染嚴(yán)重等一系列問題[1]。針對水資源短缺、時空分布不均和城市原水污染所導(dǎo)致的供水緊缺問題,國內(nèi)相繼實施了多條跨流域長距離輸水工程。但是,長距離輸水工程常利用現(xiàn)有河道、明渠輸水,沿途地形地貌復(fù)雜,往往存在原水微污染的情況[2],北方水廠冬季進(jìn)水水質(zhì)出現(xiàn)低溫低濁現(xiàn)象。針對以上問題,國內(nèi)大部分水廠采用預(yù)處理和常規(guī)處理的工藝來滿足生活用水水質(zhì)要求,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市及較大城市為提高供水品質(zhì),常增加深度處理措施。

為有效解決沿淮、淮北、豫東地區(qū)及輸水沿線工業(yè)和城鄉(xiāng)生活供水不足問題,對此開展了引江濟(jì)淮工程。該工程從長江下游引水,經(jīng)巢湖穿越江淮分水嶺向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水,然后經(jīng)過淮河向淮北和豫東地區(qū)補(bǔ)水,以有效解決沿淮、淮北、豫東地區(qū)及輸水沿線工業(yè)和城鄉(xiāng)生活供水不足的問題[3]。然而,實踐過程中原水地距受水區(qū)距離較長,特別是利用了600 km的現(xiàn)有河湖和115 km的新開明渠,經(jīng)過污染嚴(yán)重的巢湖,導(dǎo)致調(diào)水水質(zhì)波動性大、調(diào)配途中易受污染。

商丘市路河水廠采用引江濟(jì)淮原水,為引江濟(jì)淮工程(河南段)第一座最大的水廠。水廠進(jìn)水水質(zhì)污染風(fēng)險較高,傳統(tǒng)水處理工藝不能有效去除原水中的氨氮、有機(jī)物等污染物,且輸水工程正在建設(shè),輸水沿線明渠、管道與河湖情況復(fù)雜,難以按常規(guī)長距離調(diào)水水廠(原水水質(zhì)指標(biāo)確定)采用一種或兩種預(yù)處理工藝來滿足處理要求。針對路河水廠原水水質(zhì)復(fù)雜、微污染和冬季低溫低濁情況,本工程采用多效屏障預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)處理、臭氧活性炭深度處理工藝,以實現(xiàn)高品質(zhì)供水目標(biāo),重點打造“智慧、低碳、綠色、環(huán)?！爆F(xiàn)代化水廠。本文具體從全流程工藝的選擇、多效屏障預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)處理、深度處理工藝設(shè)計難點及要點進(jìn)行探討,以期為以引江濟(jì)淮為原水的類似工程提供有益的參考和借鑒。

1 工程概況

商丘市路河水廠工程總規(guī)模為3×105m3/d,一期工程為2×105m3/d,二期規(guī)模為1×105m3/d,位于商丘市平原路與中亞大道西北角,現(xiàn)狀夏營溝東側(cè),新城水庫東南角,廠區(qū)圍墻內(nèi)占地面積為11.26 hm2。

原水水質(zhì)特點:根據(jù)黃海波[4]的研究成果,引江濟(jì)淮工程包括引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三大段,商丘市為引江濟(jì)淮供水的末端,輸水干線明渠部分全長約為1 200 km,途經(jīng)菜子湖、巢湖、淮河蚌埠閘上河道等調(diào)蓄水庫。長江中下游水通過四級樞紐提升,同時經(jīng)過污染較為嚴(yán)重的巢湖[5]。中途的巢湖水質(zhì)基本為Ⅳ～Ⅴ類,主要超標(biāo)指標(biāo)為CODMn、總磷、氨氮。此外需考慮長江下游取水點至路河水廠調(diào)蓄水庫經(jīng)過長距離明渠和管道輸水,存在夏季藻類滋生、冬季低溫低濁的特點。由于引江濟(jì)淮輸水工程尚未通水,水質(zhì)通過長江取水口和水質(zhì)模擬推求如表1所示。

表1 原水水質(zhì)

針對水質(zhì)特點,水廠確定凈水工藝時,重點考慮有機(jī)微污染的去除和低溫低濁特點,并能適應(yīng)長江水質(zhì)下降和長距離輸水帶來的不利狀況。工藝主要控制目標(biāo):去除渾濁度、CODMn、總氮類污染物、微生物、臭味;控制消毒副產(chǎn)物;改善飲用水口感,應(yīng)對突發(fā)原水污染問題。

出水水質(zhì)目標(biāo):①確保商丘市供水安全,工藝技術(shù)適度超前;②供水安全優(yōu)先,工藝單元優(yōu)勢互補(bǔ),根據(jù)水質(zhì)情況運行靈活,經(jīng)濟(jì)合理。③出水水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)的要求,其中渾濁度要求不高于0.5 NTU。

2 工藝選擇

2.1 工藝選擇的難點、要點

(1)引江濟(jì)淮源頭為長江中游,原水存在微污染和低溫低濁問題,處理工藝的選擇面臨很大考驗。

(2)該工程設(shè)置深度處理設(shè)施,可滿足居民對飲用水水質(zhì)日益提高的要求。

(3)該工程工藝流程較長,場地地勢平坦,結(jié)合工藝流程合理布置構(gòu)筑物位置及確定構(gòu)筑物埋深,對工程投資影響較大。

(4)該水廠為引江濟(jì)淮工程(河南段)第一座且規(guī)模最大的水廠。為確保商丘市供水安全,水廠凈水工藝應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)條件且適度超前,可起到引領(lǐng)周邊水廠建設(shè)的作用。

(5)鑒于液氯屬于有毒有害危險品,其生產(chǎn)、運輸、使用等都存在不安全因素[6],應(yīng)選用合適的消毒劑。為降低使用風(fēng)險和社會風(fēng)險,選用次氯酸鈉消毒,其安全可靠、操作簡單、效果良好,有較好的持續(xù)消毒能力[6]。

2.2 工藝流程比選及確定

經(jīng)過多年的發(fā)展,應(yīng)對微污染和低溫低濁水處理技術(shù)日漸成熟,各具特色。但在工程實踐中,應(yīng)根據(jù)不同地表水水質(zhì)特征,合理選擇處理方法?；诠こ屉y點、要點的分析,本著從當(dāng)?shù)毓┧こ虒嶋H考慮,在常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增設(shè)預(yù)處理和深度處理工藝,提出以下2種組合工藝。

工藝一:多效屏障預(yù)處理→沉淀→砂濾→提升泵房→臭氧活性炭。這是目前應(yīng)用較為經(jīng)典工藝。多效屏障預(yù)處理采用臭氧預(yù)處理,高錳酸鉀、次氯酸鈉作為輔助處理,同時投加粉末活性炭作為應(yīng)急處理。本工藝流程較長,占地面積較大?；钚蕴砍刈鳛樽詈蠊に?存在活性炭中微型生物繁殖并泄漏的風(fēng)險,有些以水蚤為主,有些以搖蚊幼蟲和寡毛類為主[7]。

工藝二:單一次氯酸鈉預(yù)處理→沉淀→砂濾→超濾膜。以超濾池代替活性炭池,占地面積更小,超濾膜出水渾濁度低且穩(wěn)定,但超濾膜化學(xué)清洗和物理清洗程序復(fù)雜,運行費用較高,管理維護(hù)高。單一氯預(yù)處理,不能應(yīng)對原水微污染情況,且易生成消毒副產(chǎn)物,影響供水安全。本工程流程簡單,管理方便。

兩種工藝比較如表2所示。

表2 工藝方案比較

可見,工藝一和工藝二都能有效面對面源污染,工藝二對面源污染中氨氮的去除較差,但工藝二出水水質(zhì)較好且穩(wěn)定,出廠水渾濁度低于0.1 NTU[2]。方案一采用多效屏障預(yù)處理,工藝單元優(yōu)勢互補(bǔ),可投加一種或幾種組合,運行靈活經(jīng)濟(jì)合理。采用預(yù)臭氧處理工藝,預(yù)臭氧工藝可有效去除水中的藻類、臭味等物質(zhì),并有顯著的助凝作用,可有效提高飲用水水質(zhì),保障人民用水健康。預(yù)臭氧工藝特別適用于處理富營養(yǎng)化較為嚴(yán)重的原水,已在許多地區(qū)得到廣泛應(yīng)用[8]。通過邵爽[9]的研究,前端投加高錳酸鉀和粉末活性炭體系統(tǒng)聯(lián)合作為本工程的應(yīng)急處理方案。高錳酸鉀也可單獨投加起到氧化作用,可減少前處理氯投加產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物,工藝運行維護(hù)較工藝二低?？紤]運行費用和工程投資,工藝一更符合河南地級市當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)水平。

工藝一增加深度處理工藝勢必增加水廠的工藝流程和水頭損失,為減少前端高于地面的高度和后端構(gòu)筑物的埋深,設(shè)置中間提升泵房。通過對臥式離心泵、立式混流泵潛水混流泵對比,從水泵運行規(guī)律適應(yīng)性、建設(shè)運行成本、日常維護(hù)檢修便利性等方面考慮[10],選用潛水混流泵型中間提升泵房。臭氧活性炭是集臭氧氧化、活性炭吸附、生物處理于一體的給水處理技術(shù),是目前使用較為普遍的工藝,針對生物活性炭的應(yīng)用和調(diào)研,主要池型有下向流V型池、氣水反沖普通快濾池、翻板濾池、上向流底部面包管配水池及上部不銹鋼集水槽集水池。其中,翻板濾池的優(yōu)點是活性炭流失率比其他型式濾池低,可實現(xiàn)大水量反沖洗,雙層濾料時不容易混層[11]。為防止出廠水微型生物泄漏,本次設(shè)計碳層下采用砂墊層,可降低生物泄漏風(fēng)險。

商丘市路河水廠具體工藝流程為“多效屏障預(yù)處理+機(jī)械混合池+折板絮凝反應(yīng)池+平流式沉淀池+砂濾池常規(guī)處理+臭氧接觸池+活性炭池深度處理+次氯酸鈉消毒”(圖1)。排泥水采用重力濃縮池+板框脫水處理工藝。根據(jù)中水試驗研究[12],常規(guī)處理+臭氧活性炭工藝對氨氮去除率達(dá)到83%,對CODMn去除率為57.8%。通過推算,商丘市地表水廠出水CODMn質(zhì)量濃度為1.69～0.68 mg/L,滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》3 mg/L以下的要求;出水氨氮質(zhì)量濃度為0.29～0.07 mg/L,滿足標(biāo)準(zhǔn)0.5 mg/L以下的要求。

圖1 商丘市路河水廠工藝流程

3 總平面布置

路河水廠分期建設(shè),其中取水泵房、配水井、清水池、送水泵房、污泥處理系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、倉庫維修間、辦公樓等按30萬m3/d設(shè)計,預(yù)臭氧池、混合反應(yīng)沉淀池、砂濾池、臭氧接觸池、活性炭池按20萬m3/d進(jìn)行設(shè)計,預(yù)留10萬m3/d位置。其總平面布置如圖2所示。

圖2 路河水廠總平面布置

廠區(qū)功能分區(qū)明確,生活區(qū)在廠區(qū)東南部,污泥區(qū)在廠區(qū)西北部,中間為生產(chǎn)區(qū),分區(qū)集中,便于管理,互不影響。

砂濾池和炭池共用反沖洗系統(tǒng)。高錳酸鉀投加系統(tǒng)、PAC和PAM加藥系統(tǒng)、活性炭應(yīng)急投加系統(tǒng)等合建,集中緊湊,節(jié)省用地,便于管理。

4 主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

4.1 取水泵房

取水泵房設(shè)置在廠區(qū)內(nèi),土建按遠(yuǎn)期進(jìn)行建設(shè),總設(shè)計規(guī)模為3×105m3/d,設(shè)備按2×105m3/d進(jìn)行安裝,設(shè)置5臺單級雙吸離心泵,4用1備,遠(yuǎn)期增設(shè)3臺,最終為6用2備。在吸水井位置設(shè)置高錳酸鉀投加點。變配電間、原水水質(zhì)分析間等建筑物與其合建。

4.2 預(yù)臭氧池

預(yù)臭氧池按一期2×105m3/d設(shè)計。1座分為獨立2格,設(shè)進(jìn)水區(qū)、射流曝氣區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)。每格進(jìn)水區(qū)設(shè)1套旋轉(zhuǎn)網(wǎng)板格柵,對原水進(jìn)行預(yù)處理,柵間隙為1 mm,濾網(wǎng)寬度為2 000 mm;增壓泵原水為旋轉(zhuǎn)網(wǎng)板格柵的濾后水,每格通過1套水射器+擴(kuò)散管投加臭氧,最大臭氧投加量為1.0 mg/L,預(yù)臭氧池設(shè)計接觸時間為5 min。

4.3 混合反應(yīng)沉淀池

混合反應(yīng)沉淀池采用機(jī)械混合、折板絮凝、平流式沉淀池,按一期2×105m3/d進(jìn)行設(shè)計,共2座,每座分為2組。

混合池采用機(jī)械混合,每個系列設(shè)2級機(jī)械混合,混合時間為59 s,機(jī)械攪拌混合要求速度梯度G值>500 s-1,均勻度>95%,單級平面尺寸為2.2 m×2.2 m,有效水深為4.4 m。混合反應(yīng)沉淀池混合池段分別設(shè)PAC、粉末活性炭、PAM藥劑投加點。

反應(yīng)池采用折板反應(yīng)池,反應(yīng)時間為20 min,分為3段,第一段停留時間T1為5.9 min,G1為92 s-1,共12道折板,峰速v1為0.27 m/s;第二段停留時間T2為6.2 min,G2為49 s-1,共10道折板,峰速v2為0.16 m/s;第三段停留時間T3為7.9 min,G3為28 s-1,共9道折板,峰速v3為0.1 m/s。單組平面尺寸為16.36 m×14.20 m,有效水深為3.54～4.00 m。

沉淀池采用平流式沉淀池,沉淀時間為2.5 h,水平流速v=12.6 mm/s,出水指形槽堰負(fù)荷為225 m3/(m·d)。單組平面尺寸為113.4 m×14.2 m,有效水深為3.6 m。

4.4 砂濾池

按一期2×105m3/d設(shè)計,設(shè)1座,分為14組,對稱雙排布置,中間為管廊間。單池過濾面積為91 m2,設(shè)計正常濾速為6.87 m/h,強(qiáng)制濾速為7.4 m/h,單格尺寸為3.5 m ×13.0 m;濾層厚度為1.4 m,石英砂均質(zhì)濾料有效粒徑為0.9～1.2 mm,不均勻系數(shù)K60<1.6,濾池總高為4.45 m,濾層上水深為1.3 m,配水配氣區(qū)高度為0.9 m。濾池下部設(shè)礫石承托層,其粒徑為2～4 mm,層厚均為0.1 m。配水配氣系統(tǒng)采用長柄濾頭。濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗,單獨氣沖洗強(qiáng)度為15 L/(m2·s),單獨水沖洗強(qiáng)度為4.5 L/(m2·s),氣水同時沖洗時水沖強(qiáng)度為2.2 L/(m2·s),氣沖強(qiáng)度保持原值;表面掃洗強(qiáng)度為1.7 L/(m2·s),反沖洗時間為10～15 min,反沖洗周期為24～36 h。

4.5 中間提升泵房及后臭氧接觸池

中間提升泵房和臭氧接觸池合建,按2×105m3/d設(shè)計,中間提升泵房采用6臺(4用2備)潛水電泵對濾池出水進(jìn)行提升,單臺流量Q=2 250 m3/h,揚程H=5.0 m。

臭氧接觸池設(shè)計為全封閉鋼筋砼結(jié)構(gòu),分為2個獨立系列,每個系列由相互連通的2格組成。每格臭氧接觸池設(shè)計總停留時間為15 min,分為3級,停留時間分別為4.0、5.5、5.5 min。設(shè)計采用微孔曝氣盤補(bǔ)充臭氧,總投加量為1.5～2.5 mg/L,3級投加比為2∶1∶1。每個系列池頂設(shè)置2套尾氣破壞系統(tǒng),1用1備。此外,臭氧接觸池中與臭氧接觸的管道均需采用SS316不銹鋼材質(zhì)。

4.6 活性炭池

按一期2×105m3/d設(shè)計,設(shè)1座,單排布置采用8個翻板濾池,一邊為管廊間。單池過濾面積達(dá)105 m2,空床濾速為9.9 m/h;碳床吸附接觸時間為13.3 min?；钚蕴砍夭捎没钚蕴亢褪⑸半p層濾料,柱狀活性炭濾料高度為2.2 m,碘值>900 mg/g、機(jī)械強(qiáng)度≥95%;下層采用石英砂均質(zhì)濾料,有效粒徑為0.85 mm,K60<1.6,厚度為0.3 m[13];礫石承托層礫石有效粒徑為4～32 mm,厚為300 mm。濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗,單獨氣沖洗強(qiáng)度為17 L/(m2·s),單獨水沖洗強(qiáng)度為 7.8 L/(m2·s),反沖洗周期為72～96 h。

4.7 反沖洗泵房

砂濾池和炭池反沖洗合建,為均質(zhì)濾料濾池和活性炭池提供反沖洗氣和水。砂濾池和炭池共用反沖洗水泵,共設(shè)置5臺。1#、2#、3#沖洗水泵單泵Q=410 L/s,H=10 m,2用1備,變頻調(diào)節(jié),提供炭池反沖洗和砂濾池單獨水反沖洗;4#、5#沖洗水泵單泵Q=201 L/s,H=10 m,1用1備,變頻調(diào)節(jié),提供砂濾池氣水聯(lián)合反沖洗時水量。砂濾池單獨水沖洗時開啟1#～3#沖洗水泵中的一臺,氣水聯(lián)合反沖洗時開啟4#、5#沖洗水泵中的一臺;炭池反沖洗時開啟1#～3#沖洗水泵中的兩臺。反沖洗泵房內(nèi)設(shè)置6臺反沖洗風(fēng)機(jī),采用羅茨風(fēng)機(jī),其中3臺供炭池,2用1備,單臺風(fēng)量為59 m3/min,風(fēng)壓為70 kPa;3臺供砂濾池,3用1備,單臺風(fēng)量為45 m3/min,風(fēng)壓為52 kPa;反沖洗泵房配空壓系統(tǒng)一套,空氣壓縮系統(tǒng)為炭池、砂濾池和反沖洗泵房內(nèi)的啟動閥門提供氣源,共設(shè)置2臺壓縮冷干一體機(jī),1用1備。反沖洗泵房尺寸為42.6 m ×13.3 m × 9.6 m。

4.8 臭氧制備間

臭氧采用液氧源臭氧制備。臭氧制備間土建按3×105m3/d進(jìn)行建設(shè),設(shè)備按2×105m3/d進(jìn)行安裝。預(yù)臭氧池投加量為0.5～1.0 mg/L,臭氧接觸池投加量為1.5～2.5 mg/L,臭氧投加總量最大按3.0 mg/L計,則臭氧發(fā)生總量為26.25 kg/h。2×105m3/d處理規(guī)模時配套選用3套臭氧發(fā)生器,單臺產(chǎn)量為13.5 kg/h,制備的臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10%,2用1備;遠(yuǎn)期增加1臺臭氧發(fā)生器,3用1備。

液氧站采用室外成套設(shè)備,包含液氧儲罐、汽化器、減壓閥等。其中液氧儲罐采用立式雙圓筒結(jié)構(gòu),真空粉末絕熱,按照不小于7 d最大用量考慮,儲罐容積為50 m3,直徑為3 100 mm,工作壓力為 0.8 MPa。

4.9 加藥間

加藥間藥劑有PAC、PAM、高錳酸鉀、粉末活性炭。加藥間土建規(guī)模為3×105m3/d,PAC、PAM、粉末活性炭投加設(shè)備按照2×105m3/d安裝,高錳酸鉀投加設(shè)備按照3×105m3/d安裝。

① PAC混凝劑。4個系列的混合池設(shè)4個投加點,最大投加量按30 mg/L(標(biāo)準(zhǔn)原液)考慮,投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%(標(biāo)準(zhǔn)原液),標(biāo)準(zhǔn)原液通過液下泵送至PAC投加池進(jìn)行稀釋。設(shè)2臺隔膜計量泵,泵送至4個混合池。平衡池設(shè)1個投加點,投加至平衡池進(jìn)泥管,投加量為干污泥量的20%,投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%(標(biāo)準(zhǔn)原液),設(shè)1臺隔膜計量泵。PAC投加系統(tǒng)共設(shè)4臺隔膜計量泵,3用1備,遠(yuǎn)期增加1臺隔膜計量泵,4用1備。

② PAM助凝劑。4個系列的混合池設(shè)4個投加點,最大投加量按1 mg/L考慮,投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%。PAM固體通過一體化投加設(shè)備連續(xù)配制稀釋液,稀釋后質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.2%,設(shè)4臺螺桿計量泵,并在泵后設(shè)后稀釋裝置,稀釋至0.1%后送至4個混合池投加點。平衡池設(shè)1個投加點,投加至平衡池進(jìn)泥管,投加量為干污泥量的0.5%。設(shè)1臺螺桿計量泵泵送,泵后設(shè)置稀釋裝置,稀釋至0.1%后送至投加點。PAM投加系統(tǒng)共設(shè)6臺螺桿計量泵,5用1備;遠(yuǎn)期增加2臺螺桿計量泵,7用1備。

③高錳酸鉀備用預(yù)氧化劑。共設(shè)2個投加點,投加于取水泵房吸水井,最大投加量按2 mg/L考慮,投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,通過一體化投加設(shè)備連續(xù)配制稀釋液,稀釋后通過隔膜計量泵投加;共設(shè)3臺隔膜計量泵,2用1備。

④粉末活性炭應(yīng)急吸附劑。濕式投加,4個系列的混合池設(shè)4個投加點,最大投加量按20 mg/L考慮,投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%,料倉內(nèi)粉末活性炭通過螺旋輸送機(jī)輸送至一體化投加設(shè)備,進(jìn)行連續(xù)加水稀釋,稀釋后再通過螺桿計量泵投加至混合池;近期設(shè)3臺螺桿計量泵,2用1備;遠(yuǎn)期增設(shè)1臺,3用1備。

4.10 次氯酸鈉發(fā)生間

次氯酸鈉采用現(xiàn)場制備,次氯酸鈉溶液分前投加和后投加,其中前投加點位于配水井,作為預(yù)氧化劑使用,投加量約為1 mg/L,后投加點位于清水池,作為消毒劑使用,投加量約為2 mg/L。次氯酸鈉發(fā)生間土建按遠(yuǎn)期規(guī)模進(jìn)行設(shè)計,設(shè)備按一期規(guī)模設(shè)計,設(shè)2套發(fā)生器、冷熱水一體機(jī)等配套設(shè)施,單套產(chǎn)氯量約為15 kg/h,遠(yuǎn)期增設(shè)1套,遠(yuǎn)期單臺發(fā)生器最大工作時長約為21.5 h/d。儲罐2座,容積為30 m3,近期儲量約為18 h投加量,遠(yuǎn)期儲量約為12 h投加量。共設(shè)4臺計量泵,3用1備,單臺參數(shù)為Q=1 500 L/h,H=400 kPa。遠(yuǎn)期用鹽量約為3.3 t/d,鹽儲量按滿足遠(yuǎn)期一周的用鹽量考慮,即儲庫鹽不小于23 t。

4.11 回用水池

回用水池用于收集砂濾池和炭池的初濾水和反沖洗廢水。當(dāng)砂濾池和炭池同時運行時,砂濾池的初濾水可直接進(jìn)入炭池,不需進(jìn)行回收,回收水池此時僅收集炭池初濾水;當(dāng)炭池不運行時,砂濾池的初濾水需進(jìn)入回收水池?；赜盟卣{(diào)節(jié)容積可按連續(xù)接納2格炭池的反沖洗廢水和初濾水考慮[14],有效容積為1 200 m3,有效水深為3.2 m。

4.12 脫水機(jī)房

污泥濃縮脫水機(jī)房土建根據(jù)3×105m3/d處理水量配套設(shè)計,設(shè)備按2×105m3/d處理水量配套安裝。污泥經(jīng)濃縮池濃縮,污泥含水率可降至97%以下,然后經(jīng)濃縮池螺桿泵泵入平衡池,同時在平衡池內(nèi)投加PAC、PAM進(jìn)行調(diào)質(zhì),其中PAM最大加注量為5 kg/t DS,PAC最大加注量為0.2 m3(標(biāo)準(zhǔn)原液)/t DS。調(diào)理后的污泥自流入進(jìn)料螺桿泵,經(jīng)高壓隔膜板框壓濾機(jī)脫水,最后形成含水率≤60%的泥餅外運。共設(shè)3臺高壓隔膜板框壓濾機(jī),2用1備。單臺高壓隔膜板框壓濾機(jī)運行8 h,4 h/批;遠(yuǎn)期增加1臺壓濾機(jī),3用1備。

5 工藝設(shè)計特點

(1)采用多種預(yù)處理措施,水廠可有效應(yīng)對低溫低濁、微量有機(jī)物、致病病毒、各種藻類和控制消毒副產(chǎn)物等問題,同時可應(yīng)對突發(fā)水體污染事件。高錳酸鉀可有效去除無機(jī)污染物、色度、臭味、有機(jī)污染物、藻類等。臭氧預(yù)氧化目的為:去除溶解性鐵錳、色度、藻類、臭味;改善混凝條件;減少三氯甲烷前體物。前加氯被用作預(yù)氧化劑來改善混凝條件、控制臭味和防止反應(yīng)沉淀池藻類滋生[15]。各預(yù)處理劑有機(jī)組合、各司其職,但需要注意的是各預(yù)處理藥劑的投加順序和間隔時間要求,運行時可投加一種或幾種組合。

(2)多效屏障預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)處理、深度處理和粉末活性炭應(yīng)急投加等可根據(jù)水廠原水水質(zhì)情況進(jìn)行組合,靈活運行。當(dāng)后續(xù)工藝出現(xiàn)事故或原水水質(zhì)較好工況時,砂濾池可超越深度處理直接進(jìn)入清水池。當(dāng)原水水質(zhì)面臨突發(fā)污染事件時,視污染嚴(yán)重程度和污染類型啟動高錳酸鉀+常規(guī)+深度、預(yù)臭氧+常規(guī)+深度或高錳酸鉀+粉末活性炭+常規(guī)+深度等組合工藝。

(3)商丘市路河水廠現(xiàn)狀地形高程為48.0～48.6 m,較為平坦,設(shè)置中間提升,流程經(jīng)濟(jì)合理,減少土石方量,節(jié)約能源。流程折角型布置,聯(lián)絡(luò)管線段,管理方便。

(4)為實現(xiàn)我國“2030年前碳達(dá)峰”目標(biāo),需要不斷提高能源利用效率,達(dá)到節(jié)能減排目的。水廠取水泵房、送水泵房和反沖洗泵房提升泵采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù),精準(zhǔn)投藥節(jié)約投藥成本,以全面提升能效標(biāo)準(zhǔn)。

6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

路河水廠總用地面積為11.26 hm2。商丘市路河水廠及配套管網(wǎng)工程包括地表水廠和配水管網(wǎng)2部分,總投資為96 013.15萬元,水廠和配套管網(wǎng)第一部分工程費用為70 954.87萬元,地表水廠部分第一部分工程費用為32 928.64萬元。單位投資為1 646.4元/m3,單位用地為0.375 m2/m3。測算水廠經(jīng)營成本為0.62元/m3(不含水資源費)。本項目財務(wù)內(nèi)部收益率(稅前)為8.79%,大于行業(yè)基準(zhǔn)收益率6%;處理能力達(dá)到61.14%(<70%)。項目可保本,具有一定的抗風(fēng)險能力。

7 結(jié)論

(1)引江濟(jì)淮工程(河南段)受水的對象為周口、商丘2市所轄7縣2區(qū),商丘市路河地表水廠為引江濟(jì)淮工程(河南段)第一座且規(guī)模最大的水廠。設(shè)計采用多效屏障預(yù)處理、深度處理措施,確保實現(xiàn)將路河水廠打造成為省內(nèi)領(lǐng)先、國內(nèi)先進(jìn)的現(xiàn)代化水廠的目標(biāo),該工程工藝選擇和參數(shù)的確定為引江濟(jì)淮工程其他水廠提供很好的借鑒范例。

(2)路河水廠和引江濟(jì)淮工程正在建設(shè),凈水處理工藝采用多效屏障預(yù)處理+機(jī)械混合池+折板絮凝反應(yīng)池+平流沉淀池+砂濾池常規(guī)處理+臭氧接觸池+活性炭池深度處理工藝。多效屏障預(yù)處理采用臭氧工藝為主,高錳酸鉀、次氯酸鈉預(yù)處理為輔,粉末活性炭應(yīng)急投加以應(yīng)對各種水質(zhì)突發(fā)情況,工藝單元優(yōu)勢互補(bǔ),運行靈活。

(3)本項目合理布置了處理構(gòu)筑物水力高程及超越管道,可根據(jù)原水水質(zhì)和工藝要求靈活調(diào)整運行工況,可節(jié)省運行費用,同時增強(qiáng)應(yīng)對突發(fā)事件處理能力,提高供水水質(zhì)保證率。采用反沖洗不跑砂、沖洗水量少的翻板濾池作為炭池,與臭氧聯(lián)用可很好地應(yīng)對地表水原水的微污染問題。