廣東省某大型水廠微污染水源水處理設計實例

王莎

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽合肥 230051）

1 工程背景

廣東省某自來水廠建于1980年，現制水能力為6×104m3/d，受上游城市活動的影響，現有取水點取水水源存在水質風險，枯水期部分指標偏高，加上水廠制水設施陳舊、簡陋，水廠出廠水水質穩定達標存在一定隱患。另一方面，現有水廠制水能力難以滿足日益增加的城市用水需求。為保障城鎮居民飲用水安全、社會經濟發展用水安全，應對突發公共事件，需將取水點移至河流上游，并新建一座10×104m3/d規模的自來水廠。

2 水源水質情況

該水廠水源屬于河流型水源，受枯水期、豐水期影響，水源水質存在一定波動。新取水點位于河流上游，近年來水源水質監測結果見表1，其余未列出的指標均低于相應的檢出限。

表1 原水水質

由表1可知，新取水點遠離城市開發范圍，受城市活動影響較小，除了總氮指標為地表Ⅲ類水外，其他水質指標基本可達到《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中的Ⅱ類標準，其中SS濃度低，原水大多數情況處于低濁狀態；有機物濃度低，偶有超標的情況。

3 工藝選擇

對比《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006）的水質要求，自來水廠應主要針對菌落總數、總大腸菌群、渾濁度這幾項指標，選擇適合的凈水工藝，同時考慮突發水質污染的應急措施，如低濁除藻、有機微污染、異臭等。

3.1 渾濁度

去除渾濁度是自來水廠構筑物的主要功能，其處理方法是沉淀（包括澄清）和過濾工藝。經常規處理工藝混凝、沉淀、過濾可去除絕大部分雜質，水質變清。而濁度低時，常規混凝效果較差，通常需要強化常規處理工藝，或者通過在工藝革新的基礎上，進行工藝組合搭配[1]。一般來說，強化常規處理主要從強化混凝、強化沉淀、強化過濾3個方面展開。

（1）強化混凝技術主要通過投加有機、無機絮凝劑，有效改變混凝條件，提高有機物去除效果、降低出水濁度。

（2）強化沉淀通過采用泥渣回流、磁混凝技術提高沉淀效率。

（3）強化過濾主要是采用多層濾料代替單層濾料或使用新型濾池、發揮濾料生物作用等手段去除常規過濾工藝中難以去除的溶解性污染物[2]。

另一方面，氣浮非常適合低溫低濁水的處理，氣浮與沉淀組合可強化沉淀過濾效果；同時，氣浮還可以有效去除水中的藻類、有機物、賈第蟲和隱孢子蟲卵囊，但占地面積較大，設備復雜，造價高[1]。

3.2 消毒

目前常用的消毒工藝有：氯消毒、氯胺消毒、次氯酸鈉消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒及紫外線消毒等。各消毒工藝特點如下。

（1）氯消毒經濟有效，使用方便，持續消毒時間長，應用歷史最久也最為廣泛；但安全性較低，且會產生有害消毒副產物。

（2）氯胺消毒較之氯消毒可減少三鹵甲烷的生成量，減輕氯酚味；但消毒效果不如氯，且氨氣是有毒、易燃氣體，存在安全隱患。

（3）次氯酸同氯消毒一樣，會產生鹵代副產物，消毒效果不如Cl2強，不宜儲運。

（4）二氧化氯消毒是世界衛生組織推薦的AI級廣譜、安全和高效的消毒劑，不與氨反應，也不形成有機鹵代物，但二氧化氯與空氣接觸易爆炸，不易運輸，所以二氧化氯一般采用化學法現場制備。

（5）臭氧殺菌效果好、用量少，作用快，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅。臭氧分子不穩定，易自行分解，不能維持管網持續的消毒效率，水中溴離子濃度較高時，容易產生溴酸鹽等消毒副產物。通常用于深度處理。

（6）紫外消毒具有高效廣譜性質，不產生有毒、有害副產物，占地面積小，但無持續消毒效果，不能單獨使用。

3.3 應急處理工藝

夏季除藻、有機微污染、異臭異味應急處理，主要通過預處理應對。預處理包括物理化學預處理、生物預處理，其中物理化學預處理主要包括預曝氣、預投加粉末活性炭、預氧化[3]。生物氧化預處理工藝在我國東南沿海地表水污染較嚴重、水源可生化性好、冬季氣溫較高的地區經常采用，同時該工藝占地面積大，基建投資高[4]，本工程水源BOD5的濃度低，BOD5/CODCr不足0.1，可生化性差，不宜采用生物預處理。預曝氣方式則需設置單獨的曝氣設施，且有效水力停留時間宜在15~40min[3]，占地面積較大，經濟性不高。相比之下，高錳酸鉀/粉末活性炭聯合投加預處理方式無須額外增加構筑物，投加方式更靈活，適合作為應急處理措施。

3.4 排泥水處理工藝

自來水廠沉淀池的排泥水含固率一般僅為0.2%~1.0%，需經濃縮后縮小污泥體積，再將濃縮后的污泥送往后續工藝進行污泥脫水。通常要求濃縮污泥的含固率達到2%~3%，以滿足污泥機械高效率脫水的需要。

污泥脫水的方法，一般有自然干化、機械脫水等。利用污泥干化場使污泥自然干化，是污泥脫水中最經濟的一種方法，但它只適用于村鎮小型污水處理廠的污泥脫水，維護管理工作量大，且產生大范圍惡臭，蚊蠅滋生，衛生環境較差。污泥機械脫水與自然干化相比，脫水效果好，效率高，占地少，惡臭環境影響小，但運行維護費用較高。

自來水廠污泥脫水方式大多采用不受自然條件影響、脫水效率高、占地少、運行管理方便、自動化程度高的機械脫水方法。

3.5 設計工藝流程

綜上所述，經過技術、經濟比較，本工程采用“高錳酸鉀/粉末活性炭預處理+強化混凝+氣浮/沉淀+過濾+二氧化氯消毒”流程。如圖1所示。

圖1 工藝流程

對于排泥水處理，考慮濾池反沖洗水濃度較低，可經過簡單沉淀后直接回用，本工程濾池反沖水經過簡單沉淀后直接回用，底泥和沉淀池排泥水進入排泥水沉淀池進行初步的泥水分離，上清液回用，沉泥進行脫水至含水率80%以下后外運處置。

4 主要構筑物設計

4.1 氣浮/反應沉淀池

氣浮/反應沉淀池分為三大功能區：絮凝反應段，去除水中由不溶性物質形成的膠體及懸浮顆粒；氣浮段，通過在水中通入大量氣泡，使其粘附于水中雜質絮粒上，通過浮力達到固液分離的目的；沉淀段，進一步分離雜質。其中，水質較好時，氣浮設備停運，氣浮段作為沉淀段使用；當原水出現低濁及除藻問題時，氣浮段運行。

新建氣浮/反應沉淀池2座，每座設計規模為5×104m3/d，自用水率6%，共分兩組。其中機械混合池有效水深2.0m，停留時間20s，速度梯度為700s-1。絮凝段采用折板絮凝池，有效水深3.60m，每組絮凝池分成4條廊道，總絮凝時間17.8min，絮凝池分成8段，使絮凝速度梯度從80s-1連續降低至15s-1。絮凝池排泥采用泥斗靜壓排泥，每兩個折板（直板）設1個排泥斗，每兩個排泥斗設置一根排泥管與配套排泥閥，以免出現排泥不均的現象。

絮凝后為氣浮池，氣浮接觸室水流上升流速為19mm/s，分離室表面負荷為5.8m3/（m2·h），有效水深3.40m。沉淀池與氣浮池之間設置一道配水花墻，為改善水力條件，每組池內設1道導流墻；沉淀時間1.54h（加上氣浮段則沉淀時間為2h），水平流速14.0mm/s；沉淀池出水采用集水指形槽集水。單根集水槽槽長15m，共設8根，集水指形槽堰負荷為219m3/（m·d）。

4.2 V型濾池

V型濾池主要功能為把上一步驟中已經沉淀出來的雜質，和一些顆粒比較小的雜質從水中過濾出來，使水得到進一步的凈化，以保證后續處理系統正常運行。

新建V型濾池1座，分2組，每組5格濾池，設計濾速7m/h。濾池采用氣水聯合反沖，先單氣沖，歷時2~4min，氣沖強度15L/（s·m2）；而后氣水反沖歷時4~5min，氣沖強度15L/（s·m2），水沖強度4L/（s·m2）；最后單純水沖漂洗，歷時4~5min，水沖強度8L/（s·m2），上述三個階段的表面掃洗強度均為2.0L/（s·m2）。

4.3 清水池

清水池用于貯存水廠中凈化后的清水，調節水廠制水量與供水量之間產差額，并能滿足加氯接觸時間，對水體的大腸桿菌等病菌進行殺滅以達到滅菌的效果。

新建清水池1座分2格，單格有效容積為8370m3，每格可單獨運行與清洗，約占水廠生產規模的17%。每座清水池內均設導流墻、溢流管、通氣管、人孔及吊裝孔。

4.4 加藥間

整個自來水廠制備、投加藥劑均統一集中在加藥間完成，包括預處理階段高錳酸鉀溶液的制備和投加、粉末活性炭的投加、混凝藥劑堿式氯化鋁（PAC）溶液的制備和投加、二氧化氯制備與投加。

高錳酸鉀和粉末活性炭用于應急處理措施，均采用濕式投加，設計投加濃度分別為0.5~2mg/L、10~25mg/L，具體需根據水質實際情況現場試驗確定。高錳酸鉀投藥點為原水進水管，粉末活性炭則投加在折板絮凝池前。

PAC加藥采用成品固態PAC配置PAC溶液，經稀釋到10%后采用計量泵投加至機械混合池中，設計平均投加濃度為8mg/L，最大濃度為20mg/L。

二氧化氯采用氯酸鈉及鹽酸現場制備在線投加的方式，分為前加氯、后加氯、補加氯。其中前加氯加藥點為原水進水管段，作為除藻預處理時，設計平均投加濃度1.5mg/L，作為除臭用途時，設計投加濃度為0.5~1.5mg/L；后加氯作為清水池消毒加氯，投加在濾池出水總管上，設計投加濃度為0.1~0.5mg/L；補氯主要投加于二級泵房吸水井處，投加濃度由出水余氯檢測值在線反饋控制，以保證自來水廠出水余氯不低于0.02mg/L。

4.5 反沖洗回用水池

反沖洗回用水池主要用于沉淀反沖洗水，回用上清液。每格容積為一格濾池一次反沖洗水量，兩格交替使用，每格使用周期為3h，其中進水時間10min，排水時間20min，沉淀時間2.5h。底部污泥排入排泥水調節池，上清液排回用至原水管道。

4.6 污泥濃縮池

污泥濃縮池通過重力濃縮降低污泥含水率，減小體積，使后續工藝更易于進行。新建污泥濃縮池2座，承接排泥水調節池出泥水，含水率99.4%，液面負荷0.25m3/（m2·h）。濃縮污泥進入污泥平衡池，上清液排入廠區污水系統。

5 主要經濟技術指標

自來水廠建設規模為10×104m3/d，工程總投資為16595.69萬元，其中工程建安費15445.98萬元。測算單位制水成本為1.23元/m3，制水成本詳見表2。

表2 制水成本組成 單位：元/m3

6 結語

①該工程實施后可緩解當地用水緊張的現狀，提高城市用水安全。②自來水廠采用“高錳酸鉀/活性炭預處理+折板絮凝池+氣浮/平流沉淀+V型濾池+二氧化氯消毒”工藝進行水質處理，可有效應對各類水質突發應急情況。③目前氣浮/沉淀結合的設計案例較少，本工程設計方案可供同類型給水處理提供參考。