地表水廠水處理技術(shù)改造方案探討

胡新艷

（安徽省利辛縣水利局，安徽 亳州 236700）

1 概述

利辛縣郁湖水廠位于闞疃鎮(zhèn)鄭港村，水廠以茨淮新河為水源，取水口位于利辛縣闞疃鎮(zhèn)新河村，茨淮新河左岸?？偣┧?guī)模6 萬(wàn)m3/d。水廠服務(wù)范圍為程集鎮(zhèn)、闞疃鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、中疃鎮(zhèn)、望疃鎮(zhèn)5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)服務(wù)年限15 年，設(shè)計(jì)服務(wù)人口為303761 人。該項(xiàng)目既能解決飲水型氟超標(biāo)地方病問(wèn)題，又能緩解區(qū)域地下水開(kāi)采壓力，對(duì)農(nóng)村現(xiàn)狀供水水質(zhì)較差的區(qū)域群眾的身體健康至關(guān)重要。已建成的一期工程取水規(guī)模3 萬(wàn)m3/d，配套建設(shè)相關(guān)輸配水管網(wǎng)。水廠占地面積約17373m2，水廠采用的水處理方式是混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒的常規(guī)處理工藝，凈水構(gòu)筑物主要有網(wǎng)格柵條絮凝池、斜管沉淀池和普通快濾池。其他主要構(gòu)筑物有生產(chǎn)管理用房、倉(cāng)庫(kù)與機(jī)修間、化驗(yàn)室、網(wǎng)格反應(yīng)池、沉淀池、送水泵房和清水池等。

2 項(xiàng)目存在問(wèn)題

項(xiàng)目建成運(yùn)行后，規(guī)劃區(qū)內(nèi)居民飲用水狀況雖得到明顯改善，但仍存在一些問(wèn)題和不足，如平時(shí)停水頻繁、用水高峰期長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)水、水壓低等，產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因就是供水能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，水廠實(shí)際最大制水能力僅為1.5 萬(wàn)～1.6 萬(wàn)m3/d，與當(dāng)初設(shè)計(jì)的3 萬(wàn)m3/d 偏差較大。產(chǎn)生上述偏差的主要原因有以下三點(diǎn)：1）郁湖水廠以茨淮新河為水源地，原水水質(zhì)常年濁度小于10NTU，在冬季地表水屬于低溫低濁水源，建成的絮凝池是網(wǎng)格柵條絮凝池，網(wǎng)格柵條絮凝池一般設(shè)計(jì)絮凝時(shí)間12～20min。工程設(shè)計(jì)有效水深3.60m，平面尺寸絮凝時(shí)間約為11.5min，絮凝時(shí)間偏短。實(shí)際運(yùn)行中絮凝時(shí)間一般需延長(zhǎng)至20～30min，由于土建設(shè)計(jì)尺寸偏小，實(shí)際運(yùn)行只能降低處理水量來(lái)延長(zhǎng)絮凝時(shí)間，造成產(chǎn)水量規(guī)模達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。2）斜管沉淀池采用上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池負(fù)荷8.0m3/m2·h，斜管直徑35mm，傾角為60°，根據(jù)室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，正常設(shè)計(jì)液面負(fù)荷5.0～9.0m3/m2·h，低溫低濁水負(fù)荷3.6～7.2m3/m2·h，原設(shè)計(jì)液面負(fù)荷偏高，造成出水水質(zhì)不穩(wěn)定，沉淀效果差，加重后期濾池過(guò)濾負(fù)荷，進(jìn)而造成濾池反沖洗周期縮短，頻繁反沖洗造成水耗、電耗及藥耗加大。另外，絮凝和沉淀工段排泥閥氣管滲水，氣管容易破裂漏氣，損壞頻次高。3）普快濾池設(shè)計(jì)正常濾速6.12m/h，強(qiáng)制濾速7.34m/h，反沖洗強(qiáng)度15L/s·m2，反沖洗歷時(shí)6min，采用單層石英砂濾料，厚度0.90m，采用小阻力短柄濾頭單水反沖洗。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中反沖洗不徹底，濾料容易堵塞上面積水，造成頻繁反沖洗，出水濁度不穩(wěn)定。上部排水槽生銹，排水槽與池壁安裝不規(guī)范。底部配水配氣系統(tǒng)反沖洗時(shí)配水不均勻。

3 水處理工藝改造方案比選

為解決群眾反應(yīng)強(qiáng)烈的供水問(wèn)題，在進(jìn)行二期工程擴(kuò)建的同時(shí)需對(duì)一期工程中已建成使用的常規(guī)水處理工藝技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造。本次升級(jí)改造方案的核心是網(wǎng)格絮凝池、斜管沉淀池、普通快濾池三處。在進(jìn)行方案選擇的過(guò)程中，需要結(jié)合原有水處理模式，并參考相似水廠的工藝流程和實(shí)際處理效果，使新舊構(gòu)筑物及池型匹配合理。

3.1 混合改造

常用的強(qiáng)化絮凝工藝包括污泥回流強(qiáng)化混凝、加砂絮凝強(qiáng)化以及高效絮核裝置三種形式。

污泥回流強(qiáng)化絮凝中的污泥回流增加了絮凝反應(yīng)的顆粒濃度，減少混凝劑用量，提高了絮體有效碰撞幾率，形成的絮體強(qiáng)度大、顆粒大、密實(shí)性高、沉降性能好。但本項(xiàng)目為改造工程，將原絮凝池進(jìn)行污泥回流改造工程量大，改造投資成本大，且污泥回流需回流泵在制水過(guò)程中持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電量大，遇到故障情況需停機(jī)檢修。污泥回流強(qiáng)化混凝改造，日常維護(hù)難度大，改造工程量大，改造投資成本高。淤泥回流強(qiáng)化絮凝工藝不適合此次水廠技術(shù)改造。

2）加砂絮凝強(qiáng)化加速了絮體形成和沉降速度，縮短絮凝反應(yīng)時(shí)間。加砂絮凝強(qiáng)化效果好，但是需不斷投加補(bǔ)充微砂，運(yùn)行成本較高，此工藝也不適合本次水廠技術(shù)改造。

3）高效絮核塔設(shè)置在絮凝池前端，在裝置內(nèi)部增加了填料層，將水流分割成無(wú)數(shù)股細(xì)小的水流，增大了水與藥劑接觸反應(yīng)的面積，增強(qiáng)了水流紊流強(qiáng)度，加大了絮凝晶核間的碰撞幾率，加強(qiáng)水力攪拌，促進(jìn)絮體的形成。采用本強(qiáng)化絮凝方法，僅需在原絮凝池前端安裝高效絮核塔，無(wú)需土建改造，日常運(yùn)行無(wú)需維護(hù)，管理方便。

具體混合強(qiáng)化改造方案選定在絮凝池進(jìn)水口前增設(shè)高效絮核塔，塔內(nèi)裝填陶瓷填料。設(shè)置2 組，單組設(shè)計(jì)處理能力15000m3/d，筒體規(guī)格φ2000×φ1200×5500mm。

3.2 絮凝改造

原網(wǎng)格絮凝池原水加藥后通過(guò)管式混合器混合進(jìn)入網(wǎng)格絮凝池內(nèi)，絮凝池單個(gè)豎井尺寸1.25m×1.25m，整個(gè)絮凝池L×B=6.10m×10.55m，起段有效水深3.87m，末端水深3.50m，平均有效水深3.60m，網(wǎng)格絮凝池共計(jì)28個(gè)豎井，前段10個(gè)豎井，內(nèi)置網(wǎng)格柵條，間隙80mm×80mm，每格設(shè)置3 層共計(jì)30 個(gè)柵條，過(guò)孔流速0.26m/s，中間含10 個(gè)豎井，柵條間隙100×100mm，過(guò)孔流速0.24m/s，每個(gè)設(shè)網(wǎng)格2 層共20 層，末端含8 格不設(shè)網(wǎng)格。篩板裝置過(guò)水孔面積從前段到末段逐步增大，開(kāi)孔孔徑由小到大分布，相比傳統(tǒng)網(wǎng)格絮凝池，篩板的布置可提供更大的水力紊動(dòng)，促進(jìn)了顆粒物的碰撞，且使水流流經(jīng)篩板時(shí)水流速度變化幅度小，避免已絮凝的絮體破碎，同時(shí)將開(kāi)孔的篩板豎直放置，篩板上下交錯(cuò)開(kāi)孔，水流上下蛇形流動(dòng)，延長(zhǎng)水流行程，增加絮體的碰撞幾率，使絮體變大密實(shí)，方便沉淀。

具體絮凝改造方案為：保留原有網(wǎng)格絮凝池的結(jié)構(gòu)，在池子內(nèi)部將原有網(wǎng)格更換為篩板裝置，提高絮凝效果。篩板絮凝池共設(shè)置2 組篩板，單組處理水量15000m3/d；沉淀池與絮凝池合建，設(shè)置2 組，單組處理水量15000m3/d。

3.3 沉淀改造

原沉淀池為上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池負(fù)荷8.0m3/m2·h，斜管直徑35mm，傾角為60°，沉淀排泥周期24h。集水系統(tǒng)采用兩側(cè)孔口自由出流式集水槽集水。近年來(lái)在沉淀處理方面，普通沉淀技術(shù)主要有平流沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池等；高效沉淀技術(shù)主要有高密度沉淀池、高效澄清池、水平管高效沉淀池等。本項(xiàng)目原有工藝采用小間距斜板沉淀池，因池形結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的工藝僅有普通沉淀工藝中的斜管沉淀池、斜板沉淀池和高效沉淀工藝中的水平管高效沉淀池。因原處理工藝中已采用的斜管沉淀池技術(shù)無(wú)法滿足處理水量及長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，且斜管沉淀池與斜板沉淀池工藝相近，本次改造不再選擇斜管（板）沉淀池方式。水平管高效沉淀池是一種在沉淀池內(nèi)裝填水平管沉淀分離裝置的沉淀池，沉淀原理與側(cè)向流斜板沉淀類似。特點(diǎn)是沉淀效率高、沉淀區(qū)面積小。水平管高效沉淀池的優(yōu)點(diǎn)：主體工藝沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，操作維修簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，調(diào)試時(shí)間短，只需要0.5～10h；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，在污水水量和水質(zhì)變化大的情況下，出水也能保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；過(guò)水?dāng)嗝尕?fù)荷大，沉淀效率高，僅利用改造項(xiàng)目沉淀池的原有尺寸即可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)大幅提高處理水量的目的；藥耗小，運(yùn)行成本低，不影響后續(xù)處理工藝正常運(yùn)行；配備了自動(dòng)沖洗裝置，解決人工沖洗勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題；水平管沉淀分離裝置使水流與陽(yáng)光隔離，避免藻類在沉淀管內(nèi)滋長(zhǎng)，減少?zèng)_洗次數(shù)。

本方案采用水平管高效沉淀池。該沉淀池操作方式與常規(guī)沉淀池類似，運(yùn)行管理便捷；有效提高處理水量，滿足用戶需求；原水適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)論是高濁度原水還是低溫低濁原水，處理后均能達(dá)到良好出水效果，沉淀效率高?？紤]現(xiàn)狀網(wǎng)格絮凝池排泥閥氣管損壞，本次同步對(duì)網(wǎng)格絮凝池排泥閥進(jìn)行更換。

沉淀具體改造方案：將原有沉淀池分設(shè)成布水區(qū)、沉淀區(qū)、出水區(qū)。布水區(qū)尺寸B×H=9950mm×2300mm；沉淀區(qū)選擇水平管寬度為9950mm，水平管沉淀分離裝置尺寸L×B×H=2000mm×9950mm×2300mm；出水區(qū)集水裝置尺寸B×H=9950mm×2300mm。沖洗系統(tǒng)采用全自動(dòng)沖洗裝置，自動(dòng)沖洗的運(yùn)行速度宜為1m/min；沖洗流量宜為30～50m3/h，沖洗揚(yáng)程為20～30m。沖洗周期宜為24～48h，宜設(shè)定在夜間用水低峰時(shí)間。

3.4 普快濾池改造

原有3 萬(wàn)m3/d 沉淀池為6 格雙排對(duì)稱布置，單格尺寸6.42m×5.30m，總過(guò)濾面積204.156m2，采用單水沖洗反沖洗方式，濾池底部配置濾梁、濾板和短柄濾頭小阻力配水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)正常濾速6.12m/h，強(qiáng)制濾速7.34m/h。反沖洗強(qiáng)度15L/s.m2，反沖洗歷時(shí)6min，濾池底部設(shè)置承拖層和濾料，厚度分別為300mm 和900mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排查，底部濾頭存在松動(dòng)或破損，反沖洗過(guò)程中存在多點(diǎn)局部涌水現(xiàn)象，前端絮凝沉淀效果差，造成濾池頻繁反沖洗，在原水濁度10NTU 以下，出水濁度不穩(wěn)定，偶有超過(guò)1NTU，底部濾板和池壁之間縫隙、含濾梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均無(wú)法保證。

本次濾池改造：切割濾梁，拆除濾板和濾頭，將原單水反沖洗改造為U 型面包管排水排氣系統(tǒng)。濾池的反沖洗方式、配水系統(tǒng)、濾料厚度以及控制方式、排水槽更換、閥門(mén)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)改造等，把原濾池改造成為具有氣水聯(lián)合反沖洗功能的濾池；濾池反沖洗方式選用單獨(dú)氣沖+氣水聯(lián)合反沖+單水沖；原反沖洗水泵進(jìn)行更換，原加藥間內(nèi)增設(shè)2 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。具體改造方案分土建改造方案和設(shè)備改造方案如下。

3.4.1 土建改造方案

1）拆除原濾池內(nèi)的排水槽、小阻力濾板及短柄濾頭配水系統(tǒng)、切割濾料等配水系統(tǒng)，使濾池成為一個(gè)5.3m×6.42m的空池。2）在池底沿原配水主管位置重新澆筑混凝土渠，渠寬0.8m，渠長(zhǎng)5.5m，渠高0.7m。渠兩側(cè)用原濾池濾料及承托層回填至0.6m。3）以上第2 點(diǎn)施工完成后，并且新渠上方安裝完立管定位板后，重新澆筑混凝土池底，澆筑層厚250mm。新渠就成為集配水暗渠。4）原進(jìn)水管標(biāo)高只有1.05m，較低，不利于濾池恒水位過(guò)濾，因此，原進(jìn)水管標(biāo)高抬高0.6m，采用金鋼取孔的方式，在原管位上方0.6m的地方開(kāi)孔，安裝套管及進(jìn)水管，開(kāi)孔直徑300mm。5）原排水槽為混凝土槽，濾池改造后，濾料層厚度要達(dá)到1.0m，因此，混凝土排水槽需拆除，新排水槽為不銹鋼材質(zhì)，并且標(biāo)高抬高0.55m 安裝，原排水槽孔用混凝土封堵，新排水槽孔采用金鋼取孔的方式開(kāi)孔，孔大小為B×H=500mm×650mm。安裝完排水槽后用混凝土封堵。6）原有的電動(dòng)閥門(mén)保持不變，閥門(mén)有泄漏的，更換密封圈進(jìn)行維修，無(wú)法維修的按原有類型進(jìn)行更換。原出水電動(dòng)閥更換為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。新的氣沖閥，為電動(dòng)開(kāi)關(guān)型蝶閥。7）原廠僅設(shè)置反沖洗泵1 臺(tái)，反沖洗泵Q=792m3/h，揚(yáng)程32m，功率110kW，因原濾池采用單水沖，改造后增加氣沖及氣水混合沖，改造后水強(qiáng)度降低到8～10L/m2·s，原反沖洗泵的流量和揚(yáng)程均太高，即使采用變頻也無(wú)法滿足要求，因此原反沖洗泵及備用泵、進(jìn)出水閥、管均拆除更換新的反沖洗泵。

3.4.2 設(shè)備改造方案

1）增加氣沖所需的羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（風(fēng)量Q=21.5m3/min，壓力P=49kPa，功率N=30kW，帶隔音罩，1 用1 備，變頻啟動(dòng)控制）。2）增加3 臺(tái)單級(jí)雙吸泵（水量Q=412m3/h，壓力P=14m，功率N=22kW，2 用1 備，變頻啟動(dòng)控制）。3）每格濾池增加DN300 調(diào)節(jié)型電動(dòng)蝶閥（清水閥）1 臺(tái)，DN200 開(kāi)關(guān)型電動(dòng)蝶閥（氣沖閥）1 臺(tái)，反沖洗水主管上增加DN50 吸排氣閥、手動(dòng)閘閥各2 臺(tái)。4）濾池通過(guò)PLC 實(shí)現(xiàn)濾池的恒水位控制。5）每格濾池增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)就地控制、PLC 自動(dòng)控制、中控遠(yuǎn)程自動(dòng)/手動(dòng)控制三級(jí)控制。6）配水配氣系統(tǒng)，采用新型的翻板濾池配水配氣系統(tǒng)，它由橫向配水配氣管、豎向布水布?xì)饬泄芙M成，采用兩次配水配氣形式，雙氣墊層結(jié)構(gòu)，保證了配水配氣的均勻性