蘇州廟港水廠深度處理工程(一期)設計

徐偉忠，殷 祺，徐庶偉，張晏晏

(1.吳江華衍水務有限公司，江蘇蘇州 215200；2. 上海市政工程設計研究總院〈集團〉有限公司，上海 200092)

1 水廠概況

蘇州吳江區廟港水廠位于吳江區太浦閘口以西的七都鎮廟港聯強村，設計總規模為60萬m3/d，水廠現廠區圍墻內占地面積約為122 667 m2，取水口位于東太湖。水廠常規處理系統分為兩期，一期規模為35萬m3/d，二期規模為25萬m3/d，水廠常規工藝流程如圖1所示。

圖1 水廠常規處理流程Fig.1 Traditional Treatment Process of WTP

水廠排泥水系統分一、二期建成的排泥水處理系統規模與水廠生產系統配套，包括排泥水調節池、污泥平衡池、污泥濃縮池、輔助泵房、脫水機房、配電間、污泥庫等。

1.1 原水及出水水質

根據吳江華衍水務公司提供的2011年—2015年上半年原水水質資料(表1)可知，渾濁度有時較高，色度有時也偏高，耗氧量略高，氨氮不高。原水總磷和總氮有超標現象，說明原水存在富營養化。在夏季7月～9月這3個月東太湖水源地極易產生藻類繁殖現象，初步分析表明，原水有時存在一定的有機污染。因此，在確定凈水工藝時應重點考慮對藻類及其代謝產物的去除和控制。廟港水廠出廠水水質如表2所示。

表1 原水水質Tab.1 Raw Water Quality

表2 出廠水水質Tab.2 Water Quality of Finished Water

1.2 存在問題及設計亮點

(1)水廠原水取自東太湖，原水水質較好，但在夏季易產生藻類繁殖現象，出水水質滿足《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)要求。在原水二甲基異莰醇(2-MIB)濃度較高時期，廟港水廠出廠水2-MIB較高。

(2)本工程考慮在現有預留用地建設對應常規處理的深度處理系統，以抗擊水質突變，提高出水水質。但預留建設場地非常有限，還需向北側圍墻外征地才可以建設完成60萬m3/d的深度處理系統。因此，考慮深度處理分步建設。

(3)分步建設應考慮結合廠區實際生產運行情況，確定本期工程深度處理系統的建設規模和校核規模。

(4)考慮到廠區實際的運行情況，預臭氧接觸池以及深度處理系統在細節設計及參數選擇時，應考慮常規處理生產線的設置情況和生產運行過程中的具體需求。

2 工藝方案對現狀適應性研究

根據方案比選，考慮到臭氧-生物活性炭工藝對水中有機污染物[1]、藻類、藻類代謝嗅味物質都有較好的去除效果[2-3]，且工藝實踐經驗豐富、大規模運用工程實例多，運行維護簡單，最終采用“預臭氧-常規處理-后置式下向流”深度處理工藝作為最終方案。

2.1 廠區用地適應性研究

廠內預留建設場地非常有限。增設的深度處理系統中，60萬m3/d規模配水井及預臭氧接觸池的建設場地涉及現有水廠加礬間，需部分拆除改造。現階段除了廠內生活區和機修倉庫的北側留有一定的建設場地外，無法落實新增地塊的建設場地條件。

因此，根據廠區用地情況，深度處理采用分步實施計劃：第一步，先期實施25萬m3/d規模深度處理綜合池，同步實施60萬m3/d規模配水井及預臭氧接觸池、臭氧制備車間及液氧站；第二步，落實征地后，再實施35萬m3/d規模深度處理系統。

2.2 現狀生產系統實際運行情況

現狀一期25萬m3/d規模水處理系統與35萬m3/d規模水處理系統只在3組清水池后聯通。實際水廠生產運行時，無論運行水量如何，2條生產系統全部投入運行。

因此，本期工程預臭氧單元需要考慮適應2條生產系統的通用性及配水要求，還需最大限度地發揮新增25萬m3/d規模深度系統的作用。

2.3 預臭氧接觸池適應性研究

60萬m3/d規模預臭氧接觸池及配水井考慮合并設置，前部為并列設置的15萬m3/d規模4組預臭氧接觸池；后部配水井通過堰板配水后分成3組，2組分別對應17.5萬m3/d規模生產線，1組對應25萬m3/d規模生產線。

考慮到能夠完全適應按總流量控制臭氧投加量，原水流量的變化也均分于4組水池中，預臭氧接觸池部分設置成4組均等，在后部對應生產系統分隔設置配水堰，通過堰長調節并設置跌落出水達到對應配水的作用。

2.4 深度處理系統適應性研究

為了最大限度地發揮本期工程25萬m3/d規模深度處理綜合設施的作用，深度處理一期工程按照25萬m3/d規模設計，但進一步計算復核適應到35萬m3/d的處理水量。具體措施如下：(1)一次性實施現狀一、二期常規處理與深度處理綜合池進出水連接生產管線，包括切換閥門；(2)2組共6臺水泵的提升泵組可以通過啟用備用泵組形成六用，以適應到35萬m3/d規模的提升能力；(3)復核臭氧接觸池以及深度處理綜合池的設計參數是否符合設計規范；(4)水力輸水水頭也需考慮適應到總35萬m3/d的輸水能力。

水廠運行水量在35萬m3/d左右時，一、二期常規處理后，水全部進入深度處理綜合池處理。水廠運行水量達35萬m3/d以上時，一期常規水處理系統處理后，水進入25萬m3/d規模深度處理綜合池處理；二期常規水處理系統處理后，水仍切換直接進入現有清水池運行。為便于運行切換調度，常規處理與深度處理系統連接的進出水管上，對應一、二期系統分別設置相應的電動閥門。

當深度處理改造二期工程35萬m3/d規模系統實施后，通過閥門切換仍可保持2條生產線的獨立運行。

3 改造工程總體設計

按照分步建設的計劃，本工程考慮在廠區的西側(現加礬間的南側)拆除部分加礬間，集中設置60萬m3/d規模的預臭氧接觸池及配水井1座；在廠內沉淀池北側(現翻砂堆場)集中設置60萬m3/d規模的臭氧制備車間、液氧站。在廠區西北區域預留建設場地，合并設置1組25萬m3/d規模的深度處理綜合池，包括提升泵房、沖洗泵房及鼓風機房、后臭氧接觸池、活性炭濾池及清水池。

深度處理系統生產及其他管線與水廠現有管道予以溝通，活性炭濾池沖洗廢水及初濾水考慮納入水廠現有回用池。同時，深度處理系統活性炭濾池后將新增加氯點1處。

圖2 水廠深度處理工程(一期)平面布置圖Fig.2 Layout of Phase I Advanced Treatment Project

4 主要構筑物設計參數

4.1 預臭氧接觸池及配水井

預臭氧接觸池及配水井設置1座，設計規模為60萬m3/d。預臭氧接觸池和配水井合并設置。預臭氧接觸池分為可獨立工作的4組，每組規模為15萬m3/d。結合現有水處理系統及前部原水生產管線布局，后部配水井通過堰板配水后分成3組，2組分別對應17.5萬m3/d規模生產線，1組對應25萬m3/d規模生產線。

預臭氧接觸池臭氧接觸時間為3 min，有效水深為6.0 m。臭氧曝氣采用特制的射流擴散器形式，臭氧最大投加率為1.0 mg/l。臭氧接觸池池頂設置觸媒型尾氣吸收裝置。

4.2 深度處理綜合池

本期工程新建深度處理綜合池1座，規模為25萬m3/d。深度處理綜合池包括提升泵房、沖洗泵房及鼓風機房、提升泵房、臭氧接觸池、活性炭濾池及清水池。

(1)提升泵房、沖洗泵及鼓風機房

設提升泵房、沖洗泵及鼓風機房1座，并附設變電所，設計規模為25萬m3/d。

中間提升泵房分設2組提升泵為對稱布置，提升泵采用混流泵型式，每組規模為12.5萬m3/d，每組設提升泵3臺，2用，每臺水泵流量為2 800 m3/h，揚程為8 m，配電功率為110 kW，每臺泵均配置變頻調速裝置。復核深度處理綜合池適應處理35萬m3/d水量時，每組提升泵3臺同時運行。濾后水由2組提升泵分別提升，經出水堰跌落后再進入2組后臭氧接觸池。由來水水量控制水泵調速裝置。

活性炭濾池沖洗泵房內設沖洗水泵4套，3用1備，單泵流量為1 350 m3/h，揚程為8～10 m。配電功率為55 kW，每臺泵均配置變頻調速裝置。

泵房內設置鼓風機3套，2用1備，每臺鼓風機風量為4 400 m3/h，風壓為40 kPa，配電功率為90 kW。

泵房內設置電動單梁懸掛式起重機2套，起重量為3、5 t。泵房內設排水泵1套。

(2)后臭氧接觸池

設置后臭氧接觸池2組，每組規模為12.5萬m3/d，臭氧接觸時間3段均為4 min共計12 min。復核2組后臭氧接觸池運行水量達35萬m3/d時，臭氧接觸時間3段共計8.8 min。臭氧最大投加率按1.5 mg/L考慮。每組臭氧接觸池池頂設置觸媒型尾氣吸收裝置。臭氧制備采用電源放電法制備，原理為氧氣通過電暈放電區時被高速電子轟擊，分解成氧原子后又被碰撞形成帶3原子氧的臭氧。

(3)活性炭濾池

單座活性炭濾池規模為25萬m3/d，濾池分為8格，雙排布置，單格濾池過濾面積為154 m2，設計濾速為8.5 m/h，炭床吸附停留時間為14.3 min。復核活性炭濾池運行水量達35萬m3/d時，濾速為11.9 m/h，炭床吸附停留時間為9 min。

反沖洗方式為單獨氣沖加單獨水沖洗，氣沖強度為55 m3/(m2· h)，水沖洗強度為25 m3/(m2· h)。沖洗周期約為5～7 d/次。

顆粒活性炭對比了柱狀破碎炭和壓塊破碎炭，最終考慮到壓塊破碎活性炭吸附效果好、價格低、強度也可達到使用要求而作為最終的采購產品。

(4)清水池

水廠現設有清水庫3座，有效庫容為10 000 m3的2座、有效庫容為20 000 m3的1座，本工程考慮在后臭氧接觸池及活性炭濾池下疊合設置清水池1座，有效庫容為8 000 m3，有效水深為2.90 m，與現有清水庫形成串聯運行。本期工程清水庫調節能力增加1.4%左右。

4.3 臭氧制備車間及氧氣站

臭氧制備車間土建規模為60萬m3/d。本工程共設臭氧發生系統3套，單套臭氧發生能力為20 kg O3/h(臭氧濃度為10%)，滿足60萬m3/d規模前臭氧單元及25萬m3/d規模后臭氧單元的臭氧加注要求。考慮采用液氧供應系統，液氧站的設置需滿足其設置的相關規范要求。

臭氧制備車間內預留配套35萬m3/d規模后臭氧活性炭建設的同時，考慮增設的臭氧發生器等設備的位置。

5 經濟性分析

工程投資估算費用為18 732.95萬元，其中，第一部分工程費用15 060.59萬元深度處理水處理系統增加的成本為0.284元/m3。經財務評價和工程效益分析，分析水價為0.43元/m3，此時的項目投資財務內部收益率為7.30%，財務凈現值為2 088.66萬元(I=6%)，投資回收期為11.85 a，均達到行業標準。

6 改造后處理效果

蘇州吳江區廟港水廠深度處理工程(一期)完成后，蘇州市水務局《關于加快實施自來水廠深度制水工藝改造的通知》得到了積極響應。改造后嗅味物質2-MIB出水濃度可以穩定在50 ng/L以下，各項指標基本達到了水專項的考核指標要求。改造前2013年—2018年水質指標和改造后2019年1月—2019年10月水質指標數據對比如表3所示，出水水質較僅采用常規處理系統時有明顯的改善和提高。

表3 改造前后出廠水水質對比Tab.3 Finished Water Quality before and after Reconstruction

7 結論

根據現有場地條件，蘇州吳江區廟港水廠深度處理工程(一期)采取分階段實施。為了適應現狀生產系統和運行方式，對預臭氧接觸池和深度處理綜合池進行優化設計。改造后出水水質較采用常規處理系統時有明顯的改善和提高，出水耗氧量和氨氮指標均有較大幅度的下降。