微污染水源水廠的預處理單元工程改造設計方案

宋麗，范培震

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430014）

1 項目概況

某縣共有兩處自來水廠，其中，A 水廠取水水源為地方地表水，該廠現狀處理水量為50 000 m3/d，平均日總供水量為40 000 m3/d，負責城東片區供水；B 水廠取水水源為縣內湖泊，供水規模為10 000 m3/d，負責縣中心、老城區及附屬鄉鎮和工業供水。

2 水廠水源的水質分析

近年來，縣內湖泊原水水質日趨惡化，原水BOD5最高已達7.2 mg/L，相比于前幾年，藻類數量有顯著的提升，達到107～109個/L 數量級，以夏季7 月、8 月的水域生態環境惡化現象最為明顯，爆發大規模的藍藻水華，由于水質的惡化，加劇了B 水廠的水處理壓力，滿負荷運行時的水處理效果偏差，無法達到現行出水水質標準，且日常的水處理中普遍有沉淀池泥水難以有效分離的情況。因此，需要立足于現狀，針對既有的預處理單元采取改造升級措施，提高預處理水平。

3 水源水質問題的預處理單元改造措施

3.1 取水口的改造

有效減輕藻類的影響是預處理單元改造中的重要目標。從水質分析結果來看，原水中含有豐富的藻類，若未經處理而直接流入水廠，將嚴重損壞構筑物池壁，不利于原水的處理。近年來，該縣內湖泊中藻類在夏季高溫時段生長旺盛，受風力的推動作用，取水口周邊有明顯的藻類聚集現象，易影響水處理效果，且制水成本有所增加，影響到水廠的經濟效益。

針對原水水質問題，將取水位置適當向湖內延伸，具體需在取水泵房的集水池前端修筑擋水壩，長度約100 m（以拋毛石砌筑的方法施工成型）。以免集水池前的水直接匯入吸水間，同時配套延伸至湖內的管線。因此，將吸水頭向湖區延伸0.5 km，配套2 根DN800 mm 原水輸水鋼管，以滿足1.1×105m3/d 的取水量要求。鋪設時，考慮到管道的穩定性要求，采用鋼筋混凝土樁基支撐的方法，確保管道穩定、正常地運行。

3.2 預處理間的設計

常規給水處理方法的應用效果欠佳，在去除氮、氨等有機污染物時并不能取得良好的效果，且經過處理后仍有一定的臭味。相比之下，高錳酸鉀-粉末活性炭協同處理方案更具可行性，依托于氧化和吸附的方式，可取得良好的除臭效果，使水中的有機物得到有效的處理[1]。因此，此處聯合應用錳酸鉀和粉末活性炭兩種材料，按照特定的比例取用，以滿足預處理要求。根據水源的現有狀況，提出如下設計方案：

1）以1 t 原水為例，向其中摻入20～40g 的粉末活性炭，投加量90～180 kg/h。

2）取用的是粒度為250 mm、顆粒均勻度≥95%的粉末活性炭，按照前述提及的用量要求投加，發揮其在原水預處理方面的作用，具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 粉末活性炭工藝流程圖

實際操作中的技術要點如下：

1）配備兩個攪拌池，用于調配粉末活性炭，兩者交替運行，盡可能提高調配效率。按體積比計算，單次粉末活性炭與水的比例按1∶9 控制。調配時，先開啟進水閥門，按比例增加適量的水，達到特定的液位要求后隨即關閉閥門，啟用固液懸浮攪拌器，用該裝置做充分的攪拌處理。待1#攪拌池的材料將投加完時，2#池已經調好，此時開啟2#池的出料蝶閥并關閉1#池的出料蝶閥（呈一開一閉的狀態），順暢做好切換工作，按照前述思路連續投加。

2）投加即將結束時，將自來水球閥打開，關閉兩攪拌池的出料蝶閥，電動隔膜泵持續運行10 min，此后關閉自來水球閥和電動隔膜泵，經過前述操作后，管路中的剩余活性炭被清理干凈，以便下一次投料及配制工作的順利進行。

3）向絮凝池的輸送管內送入適量的粉末活性炭水劑，此項工作由電動隔膜泵完成。在配置時，采取的是“一用一備”的方式，以保證電動隔膜泵的正常運行，通過該類裝置的應用，可高效輸送含有懸浮顆粒的液體，同時在變頻器的協助作用下，電動隔膜泵的流量將得到精細化的控制。

4）適配LD-40/Y 電磁流量計，此裝置的測量精度可達到1～2 級，在日常運行中，能夠及時測量含顆粒狀的液體，結果準確、靈敏度高。

3.3 深度處理設計

3.3.1 臭氧制備間的設計

重點組成包含氧氣發生器間、臭氧制備間、值班室及配電間、自控儀表間4 大區域，共同構成協同性較好的臭氧制備間。現場配備3 臺臭氧制備器，單臺設備正常工況下的產量可達到7.4 kg/h。

3.3.2 活性炭濾池間的設計

按照100 000 m3/d 的規模建設1 座活性炭濾池，平面尺寸為46.6 m×42.0 m，高度9.0 m。在傳統方式下，主要設置為V形濾池，但隨著行業技術的發展，翻板濾池的應用優勢得以顯現，且應用頻率逐步提高，依托于反沖洗的方式，減少濾料的流失量，可以有效規避以往V 形濾池在反沖洗時大量排水的問題，濾料流失得到有效的控制。翻板濾池的應用頻率正逐步提高，得益于減少濾料流失量的優勢而深受青睞。

但也需注意到，翻板濾池在實際應用中也存在一些有待解決的問題，主要包括：（1）進水實施的是短邊單側配水的方式，導致進水缺乏足夠的均勻性；（2）單池面積受限，不宜超過90 m2，否則會加大沖洗排水難度；（3）相比常規的V 形濾池，初期設備投資較高，資金緊張的項目會面臨較大的資金壓力。

綜合考慮應用效果、投資等多個方面，經系統性分析后，最終選用的是Ⅴ形濾池，分兩組兩排布置，每排6 格，單格平面尺寸為8.5 m×8.2 m，高度均按6.35 m 予以控制。

3.3.3 反沖洗水池及泵房的設計

新建反沖洗水池、反沖洗泵房各1 座，平面尺寸分別為12.0 m×4.0 m、12.0 m×6.9 m，高度分別為4.85 m、6.6 m，其目的在于給反沖洗提供水量。

3.3.4 排水池的設計

排水池用于收集濾池的反沖洗廢水，共建設2 座，平面尺寸25.0 m×15.0 m，有效水深4.0 m。其排水池上清液全部回用至處理系統前端。每座排水池設3 臺潛水泵，流量50 m3/h，功率3.0 kW。

3.4 超濾膜系統的設計

超濾膜系統具有多重應用優勢，具體體現在如下方面：產水水質良好；對微生物的截留能力較強，有利于提高水質；藥劑消耗量較少，運行期間的成本投入較低，有突出的經濟效益優勢；進水水質耐沖擊負荷。經過超濾膜系統處理后，病毒和細菌的去除率需達到99.99%～99.999 9%，否則不滿足出水水質要求；此外，感官指標也需得到有效的改善。

超濾膜系統只產生廢水，例如，CEB 清洗廢水、超濾反沖廢水，通常每60 min 需安排一次反洗操作，在此期間產生的廢水以SS 為主。正常情況下，完成一次單套膜反洗需耗費16.0m3的水。

按特定的周期定期完成膜的全方位清洗操作，原因在于隨著運行時間的延長，膜上黏附細菌、藻類、水垢等，在做有效的清洗后，膜通量可恢復至正常狀態。全面清洗的關鍵要點在于：反洗環節按特定的比例摻入適量的HCl、NaOH、NaClO，將其混合后組成均勻性較好的清洗液，而后再做10 min 的浸泡處理，在此基礎上，做一次反洗操作。相比于常規的CIP 化學清洗方法，此方法在清理膜上附著的雜物時效果更為突出，并且還可有效減少藥劑的消耗量。從廢水排放路徑的角度來看，超濾化學反洗的廢水將被有效導入市政污水系統，以免因排放不合理而導致污染問題，具體采取以下措施：

1）按照33.0 m×9.6 m 的平面尺寸、4.5 m 的高度建設反沖洗水池，有效水深4.0 m，給供水提供充足的緩沖時間。

2）現場共配套6 臺超濾供水泵，通過此類裝置的聯合應用，給超濾系統提供充足的壓力；依托于變頻恒定流量控制的方法，可提高超濾提升泵的運行精度，產生出水流量的信號反饋，該部分信號將傳輸至提升泵變頻器，在信號的指導作用下，對泵的轉速做靈活的調整，確保進水流量的穩定性。

3）原水中含有異物，可能會進入超濾膜系統中，導致膜的完整性受到影響。為規避該問題，可配套自清洗過濾器，過濾精度200 μm，依托于該裝置的“屏障作用”，可濾掉會對膜造成損害的雜質。此外，自動清洗過濾器的自動化運行水平較高，可以根據壓差情況適時對過濾元件做清洗操作，也可以根據實際需求設定特定的間隔時間，富有周期性地清洗過濾元件。在整個清洗過程中排出的水較少，因此，其他設備不會由于清洗而受到影響。

4）超濾膜組是超濾膜系統的重要組成部分，可有效去除細菌、藻類、大分子有機物等。此外，配套壓力傳感器可借助此裝置及時檢測進水壓力，若實測結果顯示進水壓力偏高，系統會及時做出響應，隨即暫停運行，以免因壓力異常偏高而損壞超濾膜系統。

5）經過一段時間的超濾后，膜的表面構成污染層，該部分需得到有效的清理。為此，根據實際情況或需求合理設定周期，依次完成自動反洗操作，以便有效清理大塊物質、懸浮物等，在此方式下，膜的水通量恢復至正常狀態。反洗期間，反洗泵有重要作用，能夠抽取超濾水池內的水，經由出水口反向泵入中空纖維膜，以達到深度清洗膜的效果。

6）按特定的周期清理膜，避免細菌、藻類等黏附在膜上，進而使膜通量恢復至正常狀態。在膜的清理過程中，主要采用的是化學加強反洗裝置，其基本應用思路在于：按比例取適量的HCl、NaOH、NaClO 充分混合，將得到的清洗液浸泡10 min，在此前提下安排一次反洗。前述所提的化學加強反洗方法在清理膜上附著的雜物、提高膜的清潔程度方面有重要的作用，可以充分發揮膜的自身性能優勢，且藥劑的用量有所減少。在硬件配置方面，主要考慮如下幾點：為三類清洗材料（HCl、NaOH、NaClO）分別適配1 個計量箱，容量為1 000 L；計量泵、卸料箱、卸料泵各3 臺；5 m3藥劑儲槽3 個；酸霧吸收器1 臺。各裝置協同運行，有效完成膜的清洗作業。

4 結語

綜上所述，水資源是社會經濟發展進程中的重要資源，水的品質是社會各界高度關注的話題，常規處理工藝下出水的品質難以達到現行要求，為此需要在現有技術的基礎上加以突破。針對微污染水源，需要加強對其的預處理，具體可以采取臭氧-生物活性炭、超濾深度處理等方法，通過多重措施的共同應用，去除原水中藻類氨氮等一系列的微量污染物，在此基礎上，進一步安排后續的處理工作，有效提高出水品質，提供優質的供水服務。