老凈水廠提標改造處理工藝探討

邵 亮，姚敬博

老凈水廠提標改造處理工藝探討

邵 亮，姚敬博

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130021 ）

某老凈水廠原工藝設計執行《室外給水設計規范》（GBJ 13-86），設計出水水質執行《生活飲用水衛生標準》（GB5749-85）。改造工程在原廠區內進行，無新增用地。本次改造為達到設計要求，降低工程規模，改造現狀構筑物主要包括斜管沉淀池、雙閥濾池、虹吸濾池、配水泵房；增加深度處理工藝、排泥水處理系統、污泥處理系統，工藝改造后設計出水水質滿足《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）。

老凈水廠；提標改造；污泥處理；排泥水處理

2012年7月1日起全面實施《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），新標準對水質做出了嚴格要求。隨著水源地水質惡化及新標準的實施，水廠運行工藝出水水質不符合新標準要求，所以對水廠進行改造。

1 水廠現狀簡述及存在問題

1.1 水廠現狀簡述

水廠分兩期建成，總設計規模12萬m3/d，占地面積41 330 m2，一期及二期規模分別為6萬m3/d，水源為水庫。一期工程于1991年開工建設，1993年建成并通水運行；二期于1998年開工建設，2000年建成并通水運行。一、二期水廠凈化處理工藝見圖1，一期采用虹吸濾池，二期采用雙閥濾池，其它構筑物相同。

圖1 一、二期水廠凈化處理工藝簡圖

1.2 主要構筑物設計參數及存在問題分析

（1）隔板反應斜管沉淀池

一期、二期共設四座池，單池設計水量=0.375 m3/s（包括8%自用水），表面負荷=6 m3/h·㎡，采用管嘴排泥管，污泥由排泥間排入排泥管，最后排入廠區雨水管道。

（2）虹吸濾池

一期虹吸濾池按照國家標準圖—S773(二)[1]設計，共2組，每組濾池設計流量為=1 330 m3/h，兩組之間設有連接間，每組分成8格，單格有效過濾面積為18㎡，正常過濾速度=9.2 m/h，校核濾速=9.7 m/h。水反沖洗強度為15 L/(s·m2)，虹吸系統采用水力自動控制，另設真空泵兩臺，一用一備。

虹吸濾池采用雙層濾磚作為配水系統，濾磚型號分別為：F-4型、F-4b型。濾池過濾系統由下至上尺寸分別為：濾磚總厚370 mm，礫石層厚200 mm，單層石英砂濾料厚700 mm。

（3）清水池

一期建兩座容積為5 000 m3、二期建一座容積為10 000 m3的矩形設縫清水池。

（4）加氯間

一期、二期合建一座液氯加氯間，土建一次施工，設備分期安裝。

（5）雙閥濾池

二期工程雙閥濾池采用鴨舌閥進水，采用陶瓷濾磚作為排水系統。共設計兩組濾池，每組分為5格，單格有效過濾面積33㎡，濾速為8 m/h。當一格檢修時，其它格強制濾速為8.9 m/h，采用水泵反洗，反沖洗強度15 L/㎡·S。過濾水頭1.8 m，濾料為比重為1.5的煤和比重為2.65的石英砂雙層濾料，其中煤濾料粒徑為0.8~1.0 mm，厚0.4 m，砂濾料粒徑為0.6~1.2 mm，厚0.4 m，砂面水深為1.4 m，承托層厚為0.3 m。

（6）配水泵房

配水泵房設計及土建規模為12萬m3/d，設備分期安裝，高時系數時=1.4。

（7）加貯藥間

加藥間設計及土建規模為12萬m3/d，設備分期安裝，藥液采用重力投加，溶液池設在三樓，加藥間較高。

2 水廠存在問題

斜管沉淀池：斜管老化，斜管沉淀池的液面負荷較高，沉淀池快開閥啟閉比較慢，達不到快開快關的功能。

虹吸濾池：現狀過濾效果差；單水反沖洗不均勻，存在跑砂問題，反沖洗水量大；反沖洗水力抽氣浪費水，反應時間長；強制反沖洗真空系統損壞；反沖洗間隔時間短；濾池濾速過大。

雙閥濾池：濾池鴨舌閥進水均勻性差，從出口跌落的大流量原水對管口下部的濾料造成較大沖擊；采用單水反沖洗，強度大；反沖洗時進水鴨嘴閥關閉不嚴，部分反沖洗泥水進入配水渠，待濾水受到污染；濾料反沖洗不干凈，過濾周期較短，濾層多處出現過濾、反沖洗死區，有部分板結現象，進而導致濾池有效過濾面積減少，濾池出水水質及水量均下降[2]；雙層濾料中的無煙煤濾料流失較大，無煙煤濾料現基本全部流失；濾池采用陶瓷瓷磚配水系統，由于長期經受正反向過濾及大強度的反沖洗，導致陶瓷磚部分破碎，承托層紊亂，跑砂漏砂嚴重。

配水泵房：現狀水泵供電情況為6 kV高壓供電，水泵設備老化，水泵效率低，配件很難購買。

加貯藥間：溶液池設在三樓，房間利用率低，現狀儲藥可操作性差。

加氯間：現狀加氯間自控系統老化，加氯間對防爆等安全性要求高，不易管理。

回流泵房：現狀回流泵房未使用，反沖洗廢水直接排放，由于擱置時間較長，無法再利用，現狀無污泥處理系統。

3 凈水廠提標改造設計

3.1 設計進出水水質

一個連續年水源水質情況如表1及表2所示。

通過對近期一個連續年進水水質指標進行分析，得出水質的主要特點為：原水濁度總體較低，冬季相對較高，其余三季相對較低；

表1 一個連續年水廠進水水質一覽表

表2 水質濁度表

pH值顯示為中性偏弱堿性；色度、鐵、錳等指標含量較低；化學需氧量含量偶有偏高。原水水質總體良好，總氮、總磷含量較低，但不排除夏季藻類繁殖可能性。因此，在確定凈水廠工藝過程中綜合考慮藻類、有機物微污染等因素。綜上所述，水源地地表水屬微污染水，水質均優于《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）III類標準，所以凈水廠的設計進水水質確定為地表III類標準。

凈水廠的設計出水水質要求執行《生活飲用水衛生標準（GB5749-2006）》。

3.2 設計規模確定

本次提標改造設計在原廠區紅線內（不另行征地）進行，進出水水質、廠區的可利用用地面積、現狀構筑物的運行參數成為確定水廠改造規模的關鍵因素。水廠提標改造需增設深度處理構筑物、污泥及污水處理系統；降低反應沉淀池表面負荷；降低虹吸濾池及雙閥濾池過濾速度。

通過核算現狀構筑物運行參數、新增構筑物占地面積及廠區可用地面積，水廠設計規模降為9萬m3/d，自用水量5%，處理水量為9.45萬m3/d。

3.3 工藝流程確定

根據分析水廠的實際資料及進出水水質，確定了凈水廠的工藝流程如圖2，凈水廠廢水及污泥處理工藝流程如圖3。

3.4 凈水廠提標改造原則

①盡量保持構筑物主體土建結構及工藝不變；

②施工時，除改造單體停止運行外，需保證水廠其它構筑物正常運行，達到邊生產邊改造目的。

圖2 改造后工藝流程圖

圖3 廢水及污泥處理工藝流程圖

3.5 工藝改造設計

在本次改造中將現狀加氯間、氯吸收間、回流泵房、加貯藥間拆除，現狀液氯消毒改為次氯酸鈉溶液消毒。

3.5.1 斜管沉淀池改造

將排泥系統改為液壓水下刮泥系統，將現狀高為0.8 m的排泥槽填平，池末端設集泥坑，池底坡向末端集泥坑。每池設二套刮泥機，配套一套氣升排泥渠，排泥通過氣提提升到現狀排泥間，由排泥間排入排泥池，更換斜管沉淀池內斜管。

3.5.2 虹吸濾池改造

在不改變濾池過濾面積前提下，將虹吸濾池改造為氣水反沖洗虹吸濾池。濾池主要包括配水系統、反沖洗系統、自動控制系統及各系統配套的土建結構改造。

濾池設計規模為4.2萬m3/d，自用水量5%，設計濾速為6.4 m/h，強制濾速為6.8 m/h。濾池采用氣水反沖洗方式，濾池氣沖洗強度為13~17 L/(s·m2)，單格沖洗時間為2~1 min；氣水同時反沖洗強度分別為：氣強度13~17 L/(s·m2)、水強度3~4 L/(s·m2)，時間為4~3 min；后水沖洗強度為4~8 L/(s·m2)，沖洗時間為8-~5 min。反沖洗廢水排入新建排水池。

將濾磚配水改為濾頭、濾板小阻力配水系統；將水力抽氣改造為真空抽氣[3]，采用PLC自動控制系統及一套空氣壓縮機等真空設備；改造排水槽，將原來的混凝土排水槽拆除，安裝不銹鋼材質排水槽，重新設計濾料頂面與濾池洗砂排水槽的高差，抬高槽底標高，槽高減至620 mm；利用現狀的水沖洗系統進行水反沖洗；更換進出水虹吸管；增加鼓風機等氣洗系統，反沖洗供水管道擬采用原管道系統，新增供氣管道。每個濾池增設液位計及壓差變送器各1臺。

濾池改造后，濾池各結構情況如下：反沖洗室高550 mm，濾板厚100 mm，粒徑為2~4 mm的粗砂墊層厚100 mm，濾料層厚900 mm，粒徑為0.8~1.2 mm石英砂，砂面上水深3 450 mm，超高300 mm，總高5 400 mm。

3.5.3 雙閥濾池改造

在不改變濾池過濾面積前提下，將雙閥濾池改造為氣水反沖洗雙閥濾池，濾池主要包括配水系統、反沖洗系統、自動控制系統及各系統配套的土建結構改造。

濾池設計規模為4.8萬m3/d，自用水量5%，設計濾速為6.4 m/h，強制濾速為7.1 m/h。濾池反沖洗方式及強度均同氣水反沖洗虹吸濾池。

拆除鴨舌閥，用氣動閘板代替，為達到均勻配水，在閘板端池壁上增設橫向通長進水配水槽，配水槽=4.4 m，=0.6 m。拆除出水管、反沖洗管上的電動閥門，用氣動蝶閥代替。

供氣風機與氣水反沖洗虹吸濾池共用，反沖洗供水管道擬采用原管道系統，新增供氣管道。

在原反沖洗泵房內設反沖洗水泵兩臺，2臺空氣壓縮機，設儲氣罐1個，為濾池氣動閥門提供壓縮空氣。將原有的反沖洗水泵拆除，根據設計參數更換新的反沖洗水泵。

拆除現狀反沖洗排水槽，安裝不銹鋼排水槽。為達到單水反沖洗的排水要求，將排水槽設計成堰板式。每個濾池增設液位計及壓差變送器各1臺。反沖洗廢水排入新建排水池。

改造后濾料組成：普通砂濾池采用石英砂濾料，石英砂厚900 mm，粒徑=0.8~1.2 mm，不均勻系數80<1.4；氣水室高度600 mm，承托層厚100 m，粒徑=2~4 mm。

3.5.4 配水泵房改造

配水泵房設計規模為9萬m3/d，高時系數取時取1.5，在原泵房內進行改造，按照設計規模對水泵進行重新選型，五臺水泵，四用一備，根據實際用水量調節水泵的開停。

3.5.5 深度處理工藝設計

（1）中間提升泵房：因現狀工藝后續增加臭氧接觸池及活性炭濾池，導致原水力高程無法通過重力流運行，所以增設提升泵房提高液面標高。

（2）臭氧發生器室及后臭氧接觸池

臭氧發生器室主要包括：發生器系統、內循環冷卻水系統、投加系統、尾氣破壞系統。設計主臭氧投加量為1~3 mg/L，投加量可根據現場實際情況調節，或根據水流量信號、預設臭氧濃度和投加量自動或完全手動調節。

臭氧接觸池：總接觸時間為13 min，臭氧接觸設計為后臭氧接觸，接觸池分格數為2格。

（3）活性炭濾池間

本工程設計濾池池型選用國內成熟的氣水反沖洗活性炭濾池，按照V型濾池設計計算[4]。

本次設計共計6組濾池，每座分兩格，單排布置。管廊設在濾池南側。濾池采用氣水沖洗，反沖洗水泵及反沖洗廢水回收泵均設在活性炭濾池間。過濾速度5.9 m/h，強制濾速7.26 m/h（一池過濾，一池檢修）。

（4）綜合加藥間及次氯酸鈉制備投加間

綜合加藥間及次氯酸鈉制備投加間合建。

由于廠區可用地面積小，構筑物布置緊湊，電解鹽水型次氯酸鈉安全性較高，對防火、防爆無要求的制備方式，因而采用全自動電解鹽水型次氯酸鈉發生器制備次氯酸鈉。

前加氯點：共四個加氯點，加氯率為2 mg/L；主加氯點：加氯點設在濾后入清水池前，原加氯點處投加，共三個加氯點，加氯量為2 mg/L。次氯酸鈉投加采用機械隔膜計量泵。

綜合加藥間中主要放置絮凝劑投加泵、助凝劑投加泵、高錳酸鉀制備投加設備、活性炭濕投設備。

絮凝劑采用液態堿式氯化鋁，設一座儲池分兩格，儲藥量按照14 d儲存。儲池的藥劑通過液下泵提升投加到溶解池。當進水水質差時，需要投加助凝劑時，助凝劑第1投加點在絮凝池第1絮凝區末端，第2投加點在沉淀池出水管進口。

當水廠水質出現惡化時，需要采用應急預案，暫時按投加高錳酸鉀設備及活性炭濕投設備設計，具體需根據實際進水水質確定投加何種藥劑，本次僅預留設備。

3.5.6 污泥處理工藝構筑物

污泥脫水間設計為一個具有綜合功能（排水池、排泥池、污泥脫水間、污泥裝運、污泥車庫）的處理構筑物，處理間在立面上分為2層，底層是排泥池及污泥進料泵、排水池及反沖洗廢水回收泵，一層為加藥制備間、儲藥間、裝車間、污泥脫水間、控制間、配電值班間等。

4 結 論

老凈水廠通過增加深度處理系統及對現狀構筑物的改造，出水水質滿足出水標準，解決了沉淀池排泥效果差問題，降低濾池反沖洗耗水量，延長了反沖洗時間，提高出水水質。通過增加污泥處理系統，污泥得到集中處理，解決了污泥排入雨水管道的問題。

［1］S773，虹吸濾池（二）[S].

［2］李瑞成，王吉寧，鄒磊.雙閥濾池的技術改造設計[J]. 給水排水，2008，34（7）：26-28.

［3］王朝暉.虹吸濾池的弊端和改造[J].冶金礦山設計與建設，2001，33（3）：33-35.

［4］秦海霞.安徽某污水廠深度處理工藝設計[J].給水排水，2012，28（22）：89-91.

Discussion on Upgrading and Renovation of an Old Water Purification Plant

,

（China Northeast Municipal Engineering Design & Research Institute Co., Ltd., Jilin Changchun 130021, China）

An old water purification plant was designed based on “”(GBJ 13-86）, designed water quality after purificationwas required to meet “”(GB5749-85).The reconstruction project was carried out in the original factory, without new added construction land. In order to meet the design requirements, old buildings were transformed, including inclined tube sedimentation tank, double valve filter, siphon filter and water pump room; the advanced treatment process, slurry treatment system and sludge treatment system were added. After the transformation, the quality of purified watercan meet “”(GB5749-85).

old water purification plant; upgrading and renovation; sludge treatment; slurry treatment

2017-04-26

邵亮（1987-），男，工程師，山東省濰坊市人，2009年畢業于吉林建筑大學給水排水專業，研究方向：從事市政給水排水設計。

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A

1004-0935（2017）05-0494-05