珠海某水廠(chǎng)擴(kuò)建工程工藝方案比選研究

吳雅丹+楊江華

摘 要：珠海某水廠(chǎng)供水一直處于飽和狀態(tài)，水廠(chǎng)擴(kuò)建迫在眉睫。雖然水廠(chǎng)現(xiàn)有的一期工程供水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）中的要求，但是由于近年來(lái)原水水質(zhì)的改變對(duì)出廠(chǎng)水水質(zhì)的影響、濁度、色度等檢測(cè)指標(biāo)有時(shí)已經(jīng)不能達(dá)到企業(yè)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。因此擴(kuò)建的重點(diǎn)在于優(yōu)先保證出水水質(zhì)。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面分析，最終確定了水廠(chǎng)的工藝流程為網(wǎng)格絮凝平流沉淀氣浮池+V型濾池+液氯消毒工藝。

關(guān)鍵詞：高藻；低濁；過(guò)濾；氣浮

中圖分類(lèi)號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.水廠(chǎng)現(xiàn)狀

1.1 水廠(chǎng)概況

某水廠(chǎng)位于珠海市斗門(mén)區(qū)，水廠(chǎng)原水由黃楊泵站抽取黃楊河水，經(jīng)11km DN2000管道到達(dá)增坑水庫(kù)，再分流到龍井水庫(kù)和乾務(wù)水庫(kù)。其中，增坑水庫(kù)由長(zhǎng)達(dá)3.7km的2.2×2.4m的過(guò)水專(zhuān)用隧道輸送到乾務(wù)水庫(kù)，再由乾務(wù)水庫(kù)自流進(jìn)入臨近的某水廠(chǎng)。水廠(chǎng)建于2006年，2008年正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，一期建設(shè)規(guī)模為12萬(wàn)m3/d。采用的工藝是折半絮凝平流沉淀池+V型濾池。

1.2 原水現(xiàn)狀

（1）水源水中高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、濁度、氨氮等濃度很低，但錳、鐵長(zhǎng)期或部分超過(guò)《生活飲用水水源水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）（CJ3020-93）的要求。2014年濁度、鐵、錳、高錳酸鹽指數(shù)的年均值分別為4.0NTU、0.11mg/L、0.07mg/L、1.86mg/L。

（2）從2012年開(kāi)始，乾務(wù)水庫(kù)藻類(lèi)含量逐年增加。2014年藻類(lèi)含量年平均值為1936萬(wàn)個(gè)/L，屬于典型的高藻低濁水。

1.3 水廠(chǎng)現(xiàn)運(yùn)行效果

經(jīng)過(guò)凈水工藝處理后，原水中含量超標(biāo)的鐵、錳得到了有效去除，出廠(chǎng)水均<0.05mg/L。出廠(chǎng)水耗氧量、濁度等指標(biāo)也均達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），其中濁度一般為0.15～0.28NTU。但2012年4月以來(lái)，由于水源水中藻類(lèi)大量繁殖，水廠(chǎng)的處理效果受到影響，出廠(chǎng)水濁度有所升高。2012年5月乾務(wù)水庫(kù)中的藻類(lèi)含量達(dá)到2700萬(wàn)個(gè)/L，而出廠(chǎng)水的濁度平均值為0.67NTU，部分達(dá)到0.8NTU，已有超過(guò)國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的風(fēng)險(xiǎn)。

2.常規(guī)處理工藝論證

常規(guī)水處理工藝系指對(duì)一般濁度的原水采用混凝、沉淀/氣浮、過(guò)濾、消毒的凈水過(guò)程，以去除濁度、色度和細(xì)菌、病毒為主的處理工藝。盡管常規(guī)水處理工藝有其一定的局限性，但仍是給水處理中最常用和最基本的處理方法。

2.1 混凝

混凝在常規(guī)強(qiáng)化水處理工藝上占有很重要的地位，混凝效果的好壞對(duì)最終出水水質(zhì)影響很大。實(shí)現(xiàn)混凝階段的高效成為水處理界研究的熱點(diǎn)。而絮凝池的種類(lèi)會(huì)直接影響到混凝效果，在水廠(chǎng)中常用的絮凝池主要有三大類(lèi)：第一類(lèi)為依靠水流紊動(dòng)促使微絮凝體相互碰撞聚集成絮凝體，如各種類(lèi)型的隔板反應(yīng)、折板反應(yīng)、機(jī)械攪拌反應(yīng)、旋流反應(yīng)和渦流反應(yīng)器。第二類(lèi)為依靠懸浮層接觸絮凝，即主要依靠上向水流使成熟絮凝體處于懸浮狀態(tài)，而微絮凝體通過(guò)懸浮層時(shí)產(chǎn)生接觸碰撞絮凝，如各種類(lèi)型懸浮澄清池。第三類(lèi)為利用多孔固體介質(zhì)接觸絮凝，如各種接觸濾池。本工程推薦的是第一類(lèi)絮凝池中的網(wǎng)格絮凝池。因?yàn)榫W(wǎng)格絮凝池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、水頭損失?。?.1m～0.5m）及絮凝效果較好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。

2.2 沉淀（澄清）和氣浮

沉淀池有斜管、平流、高負(fù)荷3種池型。其中平流沉淀池是全國(guó)大中型水廠(chǎng)應(yīng)用最多的池型，構(gòu)造簡(jiǎn)單，處理效果好，礬耗低，對(duì)水量和水質(zhì)變化的適應(yīng)性較好，運(yùn)行管理方便。對(duì)大型工程而言，平流沉淀池的綜合造價(jià)較低，其缺點(diǎn)是其占地面積較大，但通過(guò)與清水池疊合布置，水廠(chǎng)總占地面積比普通斜管沉淀池方案略省。斜管沉淀池亦具有較好的效果，停留時(shí)間短、占地面積較小，但斜管沉淀池由于使用塑料斜管，使用8～10年后須更換，對(duì)絮凝效果的要求很高。高負(fù)荷沉淀池是由國(guó)外公司研制的一種采用斜管沉淀及污泥循環(huán)方式的快速、高效的沉淀池。

乾務(wù)水廠(chǎng)擴(kuò)建規(guī)模達(dá)16萬(wàn)m3/d，水源為水庫(kù)水，沉淀性能較差，特別是常年濁度低，而且為含藻水，已達(dá)到3千萬(wàn)～9千萬(wàn)個(gè)/L，處理難度較大，若只采用常規(guī)的斜管沉淀池或平流沉淀池，須采用較低的水力負(fù)荷，占地面積較大，且效果略遜于高負(fù)荷沉淀池。因此，高負(fù)荷沉淀池可以作為本次擴(kuò)建工程的備選工藝之一，與平流沉淀池進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.3 過(guò)濾

在常規(guī)水處理過(guò)程中，過(guò)濾一般是指以石英砂等粒狀濾料層截留水中懸浮雜質(zhì)，從而使水獲得澄清的工藝過(guò)程。大中型水廠(chǎng)采用最多的是能確保出水水質(zhì)的氣水反沖洗濾池──“V”型濾池。另一種新型濾池──CTE翻板濾池近年開(kāi)始引入國(guó)內(nèi)。此工程將對(duì)取氣水反沖洗V型濾池和CTE翻板濾池進(jìn)行分析比較。

從表1可以看出，V型濾池自動(dòng)化程度高、管理方便，盡管土建施工技術(shù)要求較高，但設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣；而CTE翻板濾池的過(guò)濾機(jī)理與V型濾池相同，技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較也相當(dāng)，從目前的運(yùn)行情況來(lái)看，效果也較好，但缺乏成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，且在沖洗控制上較難把握，其程序調(diào)整也較困難。鑒于本工程規(guī)模大，若冒然采用翻板濾池，風(fēng)險(xiǎn)較大。乾務(wù)水廠(chǎng)現(xiàn)狀正在運(yùn)行的是V型濾池，從這幾年的運(yùn)行情況來(lái)看，其出水水質(zhì)十分穩(wěn)定（濾后水濁度為0.1～0.3NTU，平均為0.14NTU），反沖洗效果也很不錯(cuò)，而且水廠(chǎng)對(duì)于V型濾池也已經(jīng)積累了較為豐富的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，因此在V型濾池運(yùn)行狀況非常良好的情況下，本次擴(kuò)建工程不輕易改用其他池型，仍推薦使用V型濾池。

3.凈水工藝方案比選

針對(duì)乾務(wù)水廠(chǎng)原水水質(zhì)濁度低、藻類(lèi)含量高的特點(diǎn)，根據(jù)上述工藝特點(diǎn)分析及構(gòu)筑物選型比較，結(jié)合水廠(chǎng)用地條件以及現(xiàn)狀運(yùn)行的凈水工藝，擬選了兩種先進(jìn)、可行的凈水工藝方案，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選。

方案一：高負(fù)荷沉淀池+網(wǎng)格絮凝氣浮池+V型濾池。該方案工藝組合靈活，可以根據(jù)原水水質(zhì)情況，同時(shí)運(yùn)行高負(fù)荷沉淀池和網(wǎng)格絮凝氣浮池，也可以互相超越。對(duì)于含藻量不超過(guò)1億的原水高負(fù)荷沉淀池有很好的處理效果，因此在原水含藻量低于1億時(shí)，可以超越網(wǎng)格絮凝氣浮池，單獨(dú)運(yùn)行高負(fù)荷沉淀池：對(duì)于藻類(lèi)含量增加，而進(jìn)水濁度不高的情況，可以超越高負(fù)荷沉淀池，單獨(dú)運(yùn)行網(wǎng)格絮凝氣浮池：如果雨季原水濁度很高，且藻類(lèi)含量也很高，可以同時(shí)運(yùn)行高負(fù)荷沉淀池和網(wǎng)格絮凝氣浮池。

方案二：網(wǎng)格絮凝平流沉淀氣浮池+V型濾池。該方案將網(wǎng)格絮凝、平流沉淀和氣浮池合建，相當(dāng)于平流沉淀池和氣浮池串聯(lián)。根據(jù)目前一期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在采取一系列措施后（與氧化提前、強(qiáng)化混凝、增加助凝劑以及改造取水口等），平流沉淀池+V型濾池可以滿(mǎn)足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如果某些時(shí)段水質(zhì)惡化，含藻量增加，可以運(yùn)行氣浮池，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。因此，該方案可以根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)情況，來(lái)控制是否運(yùn)行氣浮池。

一期處理工藝除藻應(yīng)對(duì)措施：為應(yīng)對(duì)今后原水含藻量逐年上升的趨勢(shì)，保證出水水質(zhì)目標(biāo)，考慮在現(xiàn)狀處理工藝流程中增加氣浮除藻工藝，即在現(xiàn)狀絮凝平流沉淀池前設(shè)置氣浮池，通過(guò)管道切換，根據(jù)原水水質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)氣浮池與沉淀池并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行。氣浮池的藻渣必須全部收集，嚴(yán)禁直接排入水體，并應(yīng)按照無(wú)害化的要求進(jìn)行處理和處置。因此，本工程氣浮池的浮渣運(yùn)送至浮渣脫水機(jī)房，采用板框壓濾機(jī)脫水處理后單獨(dú)外運(yùn)。

3.1 二方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一優(yōu)點(diǎn)：

（1）高負(fù)荷沉淀池對(duì)原水水量、濁度、藻類(lèi)、水溫等變化的適應(yīng)性更好，與平流沉淀池相比，對(duì)于含藻水的處理效果更勝一籌，出廠(chǎng)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率更高；即使在冬季低溫低濁的情況下，高負(fù)荷沉淀池出水濁度也可保證在1NTU以下，濾池出水小于0.3NTU。

（2）本工程通過(guò)對(duì)乾務(wù)水庫(kù)原水保護(hù)（設(shè)置原水曝氣裝置、取水口種植遮光植物）、水廠(chǎng)處理工藝優(yōu)化（如預(yù)氯化提前、混凝劑投加量增加、投加助凝劑、取水口改造）等工程措施后，可以預(yù)計(jì)，正常情況下進(jìn)入沉淀池的原水中藻類(lèi)含量不會(huì)太高。由于高負(fù)荷沉淀池對(duì)藻類(lèi)含量在幾千萬(wàn)時(shí)有較好的處理效果，因此，該方案可以根據(jù)今后原水中藻類(lèi)含量的變化，靈活切換運(yùn)行氣浮/沉淀工藝，大部分時(shí)間可以只運(yùn)行高負(fù)荷沉淀池，而無(wú)需運(yùn)行氣浮池。

（3）高負(fù)荷沉淀池的排泥方式和效果更加可靠，其排泥水可不經(jīng)濃縮池而直接進(jìn)入貯泥池和脫水機(jī)房進(jìn)行處理，降低了廢水量和排泥池的負(fù)荷，節(jié)約了運(yùn)行成本。

（4）高負(fù)荷沉淀池體量小，易于封閉，可有效抑制藻類(lèi)滋長(zhǎng)，同時(shí)保潔防塵效果較好。

（5）高負(fù)荷沉淀池節(jié)省占地，廠(chǎng)區(qū)總平面布置時(shí)，現(xiàn)狀和近、遠(yuǎn)期三組凈水處理構(gòu)筑物之間可以用道路分隔開(kāi)，氣浮池和高負(fù)荷沉淀池之間的道路可以直接通往側(cè)門(mén)，交通組織較好。

方案一缺點(diǎn)：

（1）高負(fù)荷沉淀池的斜管需要定期清洗，清洗周期約1～2個(gè)月，并且每隔約7年需要更換一次。

（2）高負(fù)荷沉淀池機(jī)械設(shè)備多、自動(dòng)化程度高，對(duì)水廠(chǎng)日常維護(hù)管理要求高。

（3）工程費(fèi)用更高，初步估算約12090.03萬(wàn)元。

方案二優(yōu)點(diǎn)：

（1）網(wǎng)格絮凝、平流沉淀、氣浮合建，減少構(gòu)筑物間聯(lián)絡(luò)管道，水頭損失更小。

（2）平流沉淀池與氣浮池串聯(lián)，也可以視進(jìn)水水質(zhì)情況，來(lái)決定是否運(yùn)行氣浮工藝。

（3）與高負(fù)荷沉淀池相比，平流沉淀池造價(jià)低、藥耗省、設(shè)備少、維護(hù)工作量少。

（4）與一期工藝相同，減少了備品備件的種類(lèi)，運(yùn)行程序較簡(jiǎn)單，易于管理，水廠(chǎng)管理部門(mén)的維管經(jīng)驗(yàn)成熟。

（5）與方案一相比，工程投資較省，初步估算工程費(fèi)用約9967.40萬(wàn)元萬(wàn)元，比方案一節(jié)省2122.63萬(wàn)元，且投產(chǎn)后運(yùn)行費(fèi)用更低。

方案二缺點(diǎn)：

（1）平流沉淀池對(duì)含藻水的處理效果稍遜于高負(fù)荷沉淀池，但是一期工藝的處理效果表明平流沉淀池仍然可以應(yīng)對(duì)目前的含藻水。

（2）平流沉淀池體量大，不易加蓋封閉，藻類(lèi)滋長(zhǎng)嚴(yán)重，清洗麻煩，且工作量大。

（3）平流沉淀池占地大，廠(chǎng)區(qū)平面布置較方案一更為緊張。

3.2 推薦方案

為應(yīng)對(duì)今后原水含藻量逐年上升的趨勢(shì)，優(yōu)先保證出水水質(zhì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)推薦設(shè)置氣浮除藻工藝。上述兩種方案均可以滿(mǎn)足乾務(wù)水庫(kù)低濁度含藻水的處理要求，但是方案二網(wǎng)格絮凝平流沉淀氣浮池+V型濾池，工程投資更省、投產(chǎn)后運(yùn)行費(fèi)用更低，且與一期工藝相同，僅增加了氣浮池，維護(hù)管理簡(jiǎn)單方便，因此，本次擴(kuò)建工程推薦采用方案二。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)珠海某水廠(chǎng)原水特性和現(xiàn)狀情況，經(jīng)過(guò)比選最終采用的是網(wǎng)格絮凝平流沉淀氣浮池+V型濾池+液氯消毒工藝。按照以上工藝方案進(jìn)行擴(kuò)建，至2016年12底擴(kuò)建工程已經(jīng)基本完成。從二期工程試運(yùn)行效果來(lái)看，情況良好，水廠(chǎng)出廠(chǎng)水濁度、藻類(lèi)等各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)都能達(dá)到公司的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，明顯優(yōu)于國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）中的要求。現(xiàn)在整個(gè)擴(kuò)建系統(tǒng)都在正常運(yùn)行中，所有水質(zhì)指標(biāo)及其他各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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