青島某水廠建設(shè)工程方案設(shè)計(jì)探討

文_王德生 賈偉建 濰坊市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 水源配置及原水水質(zhì)分析

1.1 水源配置

該水廠近期建設(shè)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，水源配置計(jì)劃為本地水庫(kù)供水2.1萬(wàn)m3/d，本地水源地供水1.5萬(wàn)m3/d，南水北調(diào)外調(diào)水7.0萬(wàn)m3/d。此外3萬(wàn)m3/d 的海水淡化水源作為安全應(yīng)急儲(chǔ)備。

遠(yuǎn)期水廠遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模20萬(wàn)m3/d，水源配置計(jì)劃為本地水庫(kù)供水2.1萬(wàn)m3/d，南水北調(diào)外調(diào)水17.9萬(wàn)m3/d。此外，6萬(wàn)m3/d海水淡化廠礦化后海淡水可作為應(yīng)急供水補(bǔ)充。

1.2 原水水質(zhì)分析

根據(jù)原水配置方案，原水包括南水北調(diào)客水、本地地表水和本地地下水。根據(jù)調(diào)研及水質(zhì)分析，原水中有機(jī)物及總氮相對(duì)較高，此外外調(diào)TDS 略高。其水質(zhì)具體情況詳見表1。

表1 本地水庫(kù)及南水北調(diào)客水原水水質(zhì)

2 工藝流程的選擇

2.1 處理目標(biāo)

出水水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，出水濁度≤0.1NTU。

2.2 針對(duì)性處理

原水水質(zhì)主要去除目標(biāo)為濁度、有機(jī)物、藻類、嗅味和無(wú)機(jī)鹽，針對(duì)目標(biāo)，選擇適宜的處理技術(shù)，詳見表2。

表2 原水污染物針對(duì)性處理技術(shù)

2.3 總體工藝路線

凈水廠的高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)首先體現(xiàn)在凈水處理工藝路線選擇上，經(jīng)調(diào)研國(guó)內(nèi)的主要水廠的案例情況，超濾膜技術(shù)由于其對(duì)顆粒物、細(xì)菌、兩蟲等污染物的高效去除的優(yōu)異效果，目前已在國(guó)內(nèi)省內(nèi)等主要城市中獲得較為廣泛的應(yīng)用，超濾處理技術(shù)有著可靠運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)成為凈水處理領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢(shì)。

預(yù)處理工藝作為輔助處理措施，對(duì)原水中超標(biāo)較多、指標(biāo)較高的物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理從而實(shí)現(xiàn)減量或者改變其性質(zhì)，減少后續(xù)處理工藝的負(fù)荷。同時(shí)預(yù)處理工藝常常作為應(yīng)急處理手段，當(dāng)原水水質(zhì)突變時(shí)增加水廠的抵抗能力。本工程原水水質(zhì)復(fù)雜多變，預(yù)處理工藝具有簡(jiǎn)便、快捷、效果明顯、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，因此本方案選用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理工藝。

原水具有低溫低濁、藻類、有機(jī)物、嗅味等特征，而平流沉淀池工藝均可適應(yīng)于這些特征指標(biāo)，作用效果明顯。根據(jù)上述分析，本凈水廠常規(guī)處理工藝采用了平流沉淀池工藝。

原水的有機(jī)微污染和嗅味是本工程提標(biāo)工藝必須針對(duì)解決的問(wèn)題。各單元工藝（常規(guī)處理、生物活性炭、膜技術(shù)等）對(duì)有機(jī)物的去除具有明顯的互補(bǔ)性。根據(jù)水源水質(zhì)特點(diǎn)和處理后水質(zhì)要求，在各工藝單元組合前提下，應(yīng)選取針對(duì)性強(qiáng)、去除效果好的深度處理工藝。深度處理用于有機(jī)物尤其是有機(jī)物和致嗅物質(zhì)的去除，采用活性碳吸附效果較好。高級(jí)氧化（含O3、H2O2/O3、UV/H2O2等）與活性炭聯(lián)用技術(shù)，充分利用了高級(jí)氧化的強(qiáng)氧化性、活性碳的生物作用和吸附作用，去除有機(jī)物能力強(qiáng)，嗅味去除效果明顯。超濾膜工藝高效去除顆粒物、細(xì)菌、兩蟲。因此本工程深度處理工藝采用O3-活性炭+超濾工藝。

最終確定水廠采用強(qiáng)化預(yù)處理+絮凝沉淀池+臭氧接觸池+活性炭濾池+超濾+清水池+次氯酸鈉消毒的工藝處理。水廠具體工藝流程見圖1。

圖1 水廠工藝流程

3 凈水工程設(shè)計(jì)

3.1 水廠總平面布置

二期水處理設(shè)施布置在選址北側(cè)，一期水處理設(shè)施布置在選址中部，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形的分析，整體場(chǎng)地高差較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形的情況，依據(jù)流程走向的不同，將凈水流程從廠區(qū)北部地形較高側(cè)布置，方向?yàn)閺奈髦翓|，清水池全部單獨(dú)建設(shè)，附屬設(shè)施及污泥處理部分在廠區(qū)南側(cè)。

水廠進(jìn)水對(duì)應(yīng)原水來(lái)水方向。生產(chǎn)主流程構(gòu)筑物折板絮凝沉淀沉淀池位于水廠北部，沉淀池東側(cè)依次為臭氧接觸池、活性炭濾池、超濾車間，清水池位于廠區(qū)南側(cè)。綜合加藥間等生產(chǎn)輔助設(shè)施位于廠區(qū)中部的西側(cè)，靠近投加點(diǎn)。污泥處理流程位于廠區(qū)的西南角。水廠整體布置按20萬(wàn)m3/d 設(shè)計(jì)，水廠總占地面積約155畝。

3.2 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 折板絮凝平流沉淀池

前段預(yù)臭氧池，混合時(shí)間為5min，設(shè)計(jì)臭氧投加量為0.5mg/L，1池2格，尺寸為13.2×7.2m，水深6m，預(yù)留遠(yuǎn)期1座。

絮凝池與沉淀池合建，共分兩格，每格每日的處理量為5萬(wàn)m3/d，構(gòu)筑物總尺寸122×33m，絮凝池深4.3m，沉淀池深3.9m；絮凝反應(yīng)總時(shí)間20min，分三段絮凝，峰速分別為0.33m/s，0.24m/s，0.13m/s。沉淀池采用平流形式，水平流速1.3mm/s，停留時(shí)間150min。

3.2.2 臭氧接觸池

設(shè)計(jì)規(guī)模10.0萬(wàn)m3/d，平面尺寸21.8m×15m，1座兩格，預(yù)留遠(yuǎn)期1座。最大投加量3mg/L，總接觸時(shí)間為15min。并設(shè)2套尾氣破壞裝置，用于吸收尾氣。

3.2.3 活性炭濾池

設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，設(shè)有12格，采用單排布置，平面尺寸為24.1m×29.8m，遠(yuǎn)期增加1座。濾池單格面積38.25m2，空床濾速9.53m/h。填料層由上而下分別為：活性炭粒徑8～30目，厚度2.2m，空床停留時(shí)間14.26min；下設(shè)砂層，平均粒徑0.6mm，不均勻系數(shù)1.3，厚度0.6m；支承層D=2.0～16.0mm，厚0.45m。在管廊中計(jì)劃布置兩臺(tái)水箱補(bǔ)充水泵，流量250m3/h，揚(yáng)程20m，功率為22kw，用 1備，可2臺(tái)全開，水箱240m3，為活性炭濾池反沖洗水源。

3.2.4 超濾車間

超濾車間規(guī)模10萬(wàn)m3/d。采用浸沒式膜池，共設(shè)12格膜池，每個(gè)膜池設(shè)有6個(gè)膜堆，每個(gè)膜堆膜面積為2100m2，設(shè)計(jì)膜通量為27LMh，平面尺寸為44.4m×22.9m，遠(yuǎn)期增加1座。超濾膜池進(jìn)水閥門為DN400氣動(dòng)蝶閥，清水閥采用DN400氣動(dòng)控制閥，配套氣洗、反沖洗、廢液中和循環(huán)系統(tǒng)。

3.2.5 清水池

清水池近期建設(shè)1座，遠(yuǎn)期增加1座。清水池平面尺寸52m×52m，有效水深4.2m，設(shè)2格，單池容積5250m3。清水池前段設(shè)置消毒區(qū)，停留時(shí)間不小于30min。清水池出水總管起端設(shè)置調(diào)流調(diào)壓閥組1套。

3.2.6 綜合加藥間

(1)礬投加系統(tǒng)

最大加礬量為35mg/L液體聚合氯化鋁，有效Al2O3含量為10%。投加點(diǎn)設(shè)在混合池中，遠(yuǎn)期2個(gè)。在室外設(shè)礬液池一座，有效容積為26m3，可滿足遠(yuǎn)期7天的儲(chǔ)存要求。礬液池為地下式，分隔成獨(dú)立的二格，單格尺寸2.3×2.3×2.5m（有效深度），每格設(shè)有進(jìn)料口。在每格液鋁儲(chǔ)存池中設(shè)不銹鋼液下泵1臺(tái)，將液鋁提升至溶液池，加水配置成投加濃度后待用。加藥間設(shè)溶液池3只，投加量為315kg/h，配液體積37.8m3/d。

(2)次氯酸鈉投加系統(tǒng)

本工程設(shè)計(jì)采用次氯酸鈉進(jìn)行超濾后水消毒，超濾對(duì)細(xì)菌及病毒截留效果極好可降低消毒劑投加量，總氯最大投加量為1.5mg/L，近、遠(yuǎn)期投加點(diǎn)各2個(gè)。投加量為300kg/d（6m3/d）設(shè)置15m3儲(chǔ)罐3只，預(yù)留遠(yuǎn)期3只，直徑2.7m，有效水深4.0m，滿足遠(yuǎn)期7d的用量。后加氯泵為62L/h，近期2用1備，遠(yuǎn)期增加3臺(tái)；補(bǔ)加氯泵為63L/h，近期2用1備，遠(yuǎn)期增加3 臺(tái)。

(3)PAM投加系統(tǒng)

本工程設(shè)計(jì)采用PAM投加系統(tǒng)，投加量為0.5mg/L，近、遠(yuǎn)期投加點(diǎn)各2個(gè)。投加量為108kg/d，PAM 制備設(shè)備制備能力為4.5kg/h，取5kg/h。0.2%～0.5%制備濃度，在線稀釋至0.02%投加，包括2套在線稀釋裝置及料倉(cāng)及上料機(jī)其它附件。

（4）活性炭投加系統(tǒng)

設(shè)粉炭投加設(shè)備1套，水射器投加。粉炭加注量：設(shè)計(jì)常規(guī)情況下投加量為5mg/L，設(shè)計(jì)最大投加量為30mg/L，制備濃度10%，混合池進(jìn)水總管上加注，近期1處，遠(yuǎn)期1處。室外設(shè)置活性炭?jī)?chǔ)罐，最大容積為70m3，最大投加量時(shí)存放15天。

（5）H2O2投加系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用 H2O2協(xié)同臭氧氧化處理，投加量為1mg/L，近期投加點(diǎn)2個(gè)，遠(yuǎn)期2個(gè)。每天投加量234kg/d，H2O2溶液濃度6%，設(shè)置15m3儲(chǔ)罐2只，預(yù)留遠(yuǎn)期2只直徑2.7m滿足遠(yuǎn)期15d的用量。

4 運(yùn)行成本

4.1 年處理規(guī)模

水廠設(shè)計(jì)日處理水量為10萬(wàn)m3/日，日變化系數(shù)為1.2，自來(lái)水的水量增加系數(shù)為1.05，全年運(yùn)轉(zhuǎn)365日，年處理規(guī)模3193.75萬(wàn)m3/年。

4.2 運(yùn)營(yíng)成本

水廠運(yùn)行經(jīng)營(yíng)成本為2.15元/m3，主要包括水資源費(fèi)（或原水費(fèi)）、外購(gòu)原材料費(fèi)、外購(gòu)燃料及動(dòng)力費(fèi)、工資及福利費(fèi)、修理費(fèi)、折舊費(fèi)、其他費(fèi)用等。經(jīng)營(yíng)成本具體組成見表3。

表3 運(yùn)營(yíng)成本組成表

5 結(jié)語(yǔ)

水廠在建設(shè)的過(guò)程中，設(shè)置強(qiáng)化預(yù)處理+平流沉淀池的常規(guī)處理工藝，可以有效去除水中的常見污染物，為后續(xù)工藝減輕負(fù)荷；采用臭氧接觸+活性炭濾池+超濾等深度處理工藝，有效解決了原水水質(zhì)變差導(dǎo)致的飲用水危機(jī)，同時(shí)提高了水處理工藝的抗沖擊性，使得居民用水的安全性得到了保障；同時(shí)采用次氯酸鈉消毒，避免了由于液氯難以運(yùn)輸保存帶來(lái)的危險(xiǎn)。這些經(jīng)驗(yàn)可以為今后類似的城鎮(zhèn)給水廠建設(shè)項(xiàng)目提供參考。