凈水廠建設(shè)運(yùn)行問(wèn)題及對(duì)策分析

葛宜虎 程 雪 董永旭 劉小虎

為了保障供水水質(zhì)安全，需要提高凈水廠的運(yùn)行效率。在對(duì)我國(guó)凈水廠建設(shè)和運(yùn)行中常見的凈水廠排泥水處理、絮凝池積泥、虹吸濾池反沖洗、浸沒式超濾膜運(yùn)行、藻類應(yīng)急處理等問(wèn)題分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)各個(gè)問(wèn)題提出了相應(yīng)的對(duì)策，可以有效提升我國(guó)城市凈水廠的建設(shè)運(yùn)行效率，為廣大凈水廠建設(shè)者和運(yùn)行管理者提供技術(shù)參考，對(duì)我國(guó)凈水廠建設(shè)運(yùn)行效率的提高具有重要的意義。

一、凈水廠建設(shè)運(yùn)行中的常見問(wèn)題

1.凈水廠排泥水處理相關(guān)問(wèn)題

凈水廠每天產(chǎn)生大量的排泥水，又稱生產(chǎn)廢水，約占水廠供水量的4%～10%，以絮凝沉淀池排泥和反沖洗水為主。現(xiàn)階段，我國(guó)凈水廠排泥水處理并不普遍，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，具有比較完善的排泥水處理設(shè)施的凈水廠占總凈水廠規(guī)模的比例不足10%。排泥水中不僅含有天然有機(jī)物、病原微生物等有害物質(zhì)，而且含有大量脫穩(wěn)的顆粒、聚合膠體以及未反應(yīng)的混凝劑，處理不當(dāng)會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。目前，凈水廠所排出的排泥水對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題越來(lái)越引起社會(huì)的關(guān)注。同時(shí)，凈水廠排泥水也是一種寶貴的水資源，對(duì)其進(jìn)行處理并綜合利用，可以維持生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡、保證凈水廠的安全運(yùn)行、降低綜合運(yùn)營(yíng)成本。我國(guó)近2800座城市凈水廠今后將逐步建設(shè)排泥水處理工程。

在凈水廠排泥水處理方面主要存在以下問(wèn)題：（1）凈水廠排泥水處理工藝設(shè)置存在缺陷，造成運(yùn)行成本高，處理效果差。（2）設(shè)計(jì)干泥量計(jì)算偏大。凈水廠排泥水處理系統(tǒng)，污泥脫水工藝存在設(shè)計(jì)干泥量計(jì)算偏大的問(wèn)題，所選擇的脫水設(shè)備能力大，而實(shí)際運(yùn)行處理干泥量較小，脫水設(shè)備投運(yùn)后，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷低較低，不能有效得到利用。（3）工藝設(shè)備的額定工況與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配，在設(shè)備選擇時(shí)，缺乏對(duì)設(shè)備實(shí)際使用情況的分析，不能很好地與處理工藝及污泥性質(zhì)相適應(yīng)，容易造成資源浪費(fèi)，或影響工藝處理效果。

2.絮凝池積泥問(wèn)題

凈水廠絮凝池內(nèi)積泥是運(yùn)行中常見的問(wèn)題，例如網(wǎng)格絮凝池和折板絮凝池，尤其是在大中型凈水廠中常用的折板絮凝池。通常情況下折板絮凝池前段不易積泥或積泥很少，往后積泥越來(lái)越多，一旦產(chǎn)生積泥將直接影響絮凝及后期沉淀的效果，所以對(duì)絮凝池內(nèi)積泥問(wèn)題要引起足夠的重視。

3.虹吸濾池反沖洗問(wèn)題

在我國(guó)，二十世紀(jì)八九十年代興建的中小型水廠中，虹吸濾池得到了廣泛的應(yīng)用，在新建進(jìn)水廠中虹吸濾池已經(jīng)很少見。使用虹吸濾池的中小型老水廠，在向城市周邊地區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等人口密集區(qū)供水方面仍發(fā)揮著重要作用。虹吸濾池主要利用虹吸管替代進(jìn)水、反沖洗排水閥門，并以真空系統(tǒng)控制濾池工作狀態(tài)的重力過(guò)濾的濾池。由于虹吸濾池反沖洗過(guò)程往往存在反沖周期短、反沖歷時(shí)長(zhǎng)、反沖耗水量大、濾砂沖洗不徹底，及在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)濾砂成泥球（泥膜）、板結(jié)等問(wèn)題，使過(guò)濾效能嚴(yán)重降低，并使濾后水濁度難以達(dá)到新國(guó)標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）（濁度＜1NTU）的要求，致使過(guò)濾工藝單元成為影響凈水廠供水水質(zhì)安全的薄弱環(huán)節(jié)。

4.浸沒式超濾膜運(yùn)行問(wèn)題

與采用常規(guī)處理工藝的凈水廠相比，超濾水廠出水生物安全性和化學(xué)安全性均得到很大提高。北京市從2010～2014年先后建成處理能力分別為7萬(wàn)m3/d、4萬(wàn)m3/d和8萬(wàn)m3/d的3座浸沒式超濾膜水廠。3座水廠的前處理均采用短流程設(shè)計(jì)，即原水經(jīng)混合、絮凝工藝單元之后，不經(jīng)過(guò)濾單元，直接進(jìn)入膜池。其中，前2座主要用于處理凈水廠的反沖洗水，超濾膜出水進(jìn)入所在水廠原有活性炭池進(jìn)行深度吸附處理；第3座水廠以水庫(kù)水為水源，超濾膜出水經(jīng)消毒、加壓后直接進(jìn)入供水管網(wǎng)。3座水廠的運(yùn)行均存在膜池污染物富集、出現(xiàn)初濾水現(xiàn)象、膜材料性能變化與斷絲、控制微生物效果下降等問(wèn)題。

5.藻類應(yīng)急處理問(wèn)題

在我國(guó)以湖、庫(kù)為水源，以及山東以引黃供水工程調(diào)蓄水庫(kù)為水源的水廠，在夏季由于天氣炎熱、氣溫高，光照強(qiáng)，容易出現(xiàn)藻類高發(fā)期，其特點(diǎn)往往是暴發(fā)非常突然，而且暴發(fā)速度快，藻類含量高，從而引起原水水質(zhì)變化，進(jìn)而導(dǎo)致凈水廠處理工藝運(yùn)行和出水水質(zhì)異常的突發(fā)事件。

二、凈水廠建設(shè)運(yùn)行中常見問(wèn)題對(duì)策

1.凈水廠排泥水處理相關(guān)問(wèn)題對(duì)策

（1）優(yōu)化排泥水處理工藝

選擇凈水廠排泥水處理工藝時(shí)，要以凈水廠處理構(gòu)筑物情況為基礎(chǔ)，在保證凈水處理工藝穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，綜合考慮排泥水回用情況、污泥脫水工藝、污泥處理程度及經(jīng)濟(jì)成本等因素來(lái)確定最佳排泥水處理工藝流程。根據(jù)綜合調(diào)研分析，建議將濾池反沖洗排水和絮凝沉淀池排泥水分別收集進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，當(dāng)濾池反沖洗排水滿足直接回用要求時(shí)，可對(duì)其進(jìn)行直接均勻回用，僅對(duì)沉淀池排泥水進(jìn)行濃縮處理；當(dāng)濾池反沖洗排水不能滿足直接回用要求時(shí)，濾池反沖洗排水和沉淀池排泥水宜分別進(jìn)行濃縮，上清液回用，底部污泥進(jìn)行濃縮處理。盡量避免將濾池反沖洗排水和沉淀池排泥水進(jìn)行混合調(diào)節(jié)的工藝，容易造成前者對(duì)后者的稀釋，給污泥濃縮帶來(lái)困難。

（2）準(zhǔn)確計(jì)算干泥量

設(shè)計(jì)干泥量直接決定了排泥水處理系統(tǒng)設(shè)備的選型。因此要盡可能準(zhǔn)確地計(jì)算設(shè)計(jì)干泥量，使其與實(shí)際干泥量相接近，如果設(shè)計(jì)干泥量偏大，必然會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備的閑置，造成資源浪費(fèi)，增加成本。《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求“凈水廠排泥水處理系統(tǒng)的規(guī)模應(yīng)滿足全年75%～95%日數(shù)的完全處理要求確定”之間有20%的調(diào)節(jié)幅度，給設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)凈水廠排泥水處理項(xiàng)目，要綜合考慮凈水廠水源水質(zhì)、實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷以及相似凈水廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，地域差異等，恰當(dāng)?shù)匦拚赡嗔坑?jì)算方法，盡可能縮小設(shè)計(jì)干泥量和運(yùn)行干泥量的差距。

（3）優(yōu)化濃縮池型和設(shè)備

排泥水濃縮是凈水廠排泥水處理的關(guān)鍵，濃縮技術(shù)涉及到濃縮池型和濃縮設(shè)備。高效濃縮技術(shù)主要通過(guò)合理的水力條件設(shè)計(jì)，達(dá)到較高的沉淀速度，并且確保結(jié)構(gòu)緊湊以節(jié)省占地面積，降低土建成本，獲得高含固率的底泥，并且滿足節(jié)能減排的要求。排泥水處理工藝的不斷優(yōu)化，伴隨著相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)與升級(jí)。要結(jié)合具體的工藝流程，并進(jìn)行全面的分析、綜合協(xié)調(diào)來(lái)選擇合適的排泥水處理設(shè)備。排泥水處理設(shè)備必須具備良好的特性，包括應(yīng)具有良好的構(gòu)造，穩(wěn)定的工作可靠性，較高的智能化、自動(dòng)化水平，管理運(yùn)行性，安全性，節(jié)能環(huán)保，成本低等。

2.絮凝池積泥問(wèn)題對(duì)策

為了使絮凝池底部污泥自然滑落，絮凝池底部四周要做角度為60°的抹坡。絮凝池通過(guò)DN200的穿孔排泥管，排出口要設(shè)置水力快開式排泥閥（帶電磁四通閥），利用靜水壓力將底泥排至池周圍的排泥渠；當(dāng)池體放空清洗時(shí)，首先利用排泥管排泥，將泥水排至池體泥線處，然后利用DN200放空管將剩余的水排至廠區(qū)雨水系統(tǒng)。針對(duì)折板絮凝池，為了減少排泥水量，降低成本，結(jié)合具體凈水廠情況，通過(guò)實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，來(lái)確定排泥閥開啟時(shí)間及排泥間隔，具體的方法可以通過(guò)調(diào)整絮凝池前段部分的排泥閥開閥的時(shí)間和后段部分排泥閥開閥的時(shí)間來(lái)達(dá)到。

3.虹吸濾池反沖洗問(wèn)題對(duì)策

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，隨著虹吸濾池過(guò)濾時(shí)間的延續(xù)，當(dāng)過(guò)濾水頭達(dá)到定值或?yàn)V后水濁度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，濾池便進(jìn)入反沖洗階段。通過(guò)破壞進(jìn)水虹吸、形成排水虹吸，使濾池內(nèi)水位下降至反沖洗排水槽，此時(shí)利用清水渠水位與排水槽頂?shù)乃徊睿蛊渌駷V池的出水從底部配水室進(jìn)入待沖濾格內(nèi)實(shí)現(xiàn)自下而上的反沖過(guò)程。

但是，當(dāng)其他格濾池產(chǎn)水量不足時(shí)，反沖過(guò)程中清水渠的水位將逐漸下降，這將導(dǎo)致反沖水頭逐漸降低，使反沖洗強(qiáng)度降低。通過(guò)采取技術(shù)改造措施，即通過(guò)在清水渠水位下降過(guò)程中持續(xù)向虹吸濾池清水渠內(nèi)補(bǔ)充所需的反沖水量，達(dá)到清水渠水位始終保持恒定的目的，從而實(shí)現(xiàn)提高并維持反沖水頭至設(shè)計(jì)高度，保證虹吸濾池水沖強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4.浸沒式超濾膜運(yùn)行問(wèn)題對(duì)策

浸沒式超濾膜如預(yù)處理采用了短流程工藝，水中的藻類、膠體、有機(jī)物等污染物和混凝劑形成的絮體在進(jìn)入膜池前未得到有效去除。因此，膜前預(yù)處理應(yīng)避免采用短流程工藝，讓過(guò)濾單元對(duì)絮體進(jìn)行有效的去除。同時(shí)縮短膜池中濃水排空的間隔，來(lái)降低膜池污染物的富集。鑒于有機(jī)物的影響，膜處理凈水廠膜工藝前均應(yīng)采用臭氧等預(yù)氧化處理工藝，在此基礎(chǔ)通過(guò)適當(dāng)降低產(chǎn)水率，合理調(diào)整膜池濃水排放周期，更換膜組件等方式來(lái)緩解膜污染、跨膜壓差增加過(guò)快、膜絲間積泥等導(dǎo)致的初濾水現(xiàn)象和膜材料性能變化與斷絲問(wèn)題。通過(guò)采用更換斷絲膜組件防止微生物泄露，并加強(qiáng)膜出水消毒的方法，來(lái)達(dá)到良好的微生物控制效果。

5.藻類應(yīng)急處理問(wèn)題

原水中的藻類穩(wěn)定性較強(qiáng)，正常加藥量難以打破其穩(wěn)定性，達(dá)不到較好的混凝或絮凝效果。因此，在應(yīng)急處理高藻原水時(shí)，要加大投藥量，若只投加鐵鹽，原水中膠體顆粒混凝形成的礬花較細(xì)碎，比重較大，容易浮出或沉底，形不成有效的活性泥渣，從而造成澄清池二反室的沉降比逐漸消失，導(dǎo)致澄清池不能正常運(yùn)行。可以輔助投加鋁鹽，改善礬花的沉降性能，使澄清池二反室活性泥渣維持合理的沉降比，使澄清池運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。增加二氧化氯或氯等預(yù)氧化劑的投加量，并且拉大加藥點(diǎn)與反應(yīng)池的距離，確保藥劑充分反應(yīng)，達(dá)到最佳氧化效果強(qiáng)化藻類殺滅效果，從而強(qiáng)化藻類的去除。可以在泵站前池投加高錳酸鉀和活性炭，應(yīng)采用兩根加藥管，一根加藥管先投加高錳酸鉀，利用其強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺藻、滅活，再用另一根加藥管配合投加粉末活性炭對(duì)殺死和滅活后的藻類進(jìn)行吸附。調(diào)整濾池運(yùn)行方式，通過(guò)增加濾池單池運(yùn)行個(gè)數(shù)，降低過(guò)濾負(fù)荷，減輕出濁超標(biāo)的壓力；同時(shí)縮短濾池反沖洗周期，加強(qiáng)反沖洗。單格濾池反沖洗完成后，為了避免由于池面余濁較高，未完全排凈的反沖水引起濾池出濁瞬時(shí)升高問(wèn)題的出現(xiàn)，反沖后的單格濾池先關(guān)閉出水調(diào)節(jié)閥，開啟進(jìn)水閥，使池面保持一定水位3～4h，進(jìn)行充分壓砂后，再打開出水調(diào)節(jié)閥進(jìn)入正常過(guò)濾狀態(tài)。

三、結(jié)論

為了保障供水水質(zhì)安全，需要提高凈水廠的運(yùn)行效率。在對(duì)我國(guó)凈水廠的建設(shè)和運(yùn)行中常見的凈水廠排泥水處理、絮凝池內(nèi)積泥、虹吸濾池反沖洗、浸沒式超濾膜運(yùn)行、藻類應(yīng)急處理等問(wèn)題分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)各個(gè)問(wèn)題提出了相應(yīng)的對(duì)策，可以為廣大凈水廠建設(shè)者和運(yùn)行管理者提供技術(shù)參考，對(duì)我國(guó)凈水廠建設(shè)運(yùn)行效率的提高具有重要的意義