“臭氧接觸池+活性炭濾池”為核心的凈水廠擴建改造設計

摘要：本文以某城鎮凈水廠擴建改造項目為例，開展工藝方案比選，設計構筑物參數。研究表明，以“臭氧接觸池+活性炭濾池”為核心的水處理工藝可以有效提高凈水廠處理能力。

關鍵詞：臭氧接觸池；活性炭濾池；城鎮凈水廠；擴建改造

中圖分類號：X703；TU991.35 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.053

Abstract： Taking the expansion and renovation project of a certain urban water purification plant as an example， this paper conducts a comparison of process plans and designs structural parameters. Research has shown that a water treatment process centered around \"ozone contact tank+activated carbon filter\" can effectively improve the treatment capacity of the water purification plant.

Keywords： ozone contact tank; activated carbon filter; urban water purification plant; expansion and renovation

某城市需水量約為10萬t/d，但集中供水能力不足，現狀自來水廠總供水能力為5.5萬t/d，存在4.5萬t/d的供水缺口，現在大部分村鎮靠自備水源解決，供水安全難以保障。同時，該服務范圍內的工業園區全部采用自備井，不符合國家要求，為全力推進深水井到地表水水源的轉換，凈水廠急需擴建，以滿足供水需求。該凈水廠擴建規模為5.0萬m3/d，占地面積約為4.8 hm2，服務62萬人，項目總投資為14 000萬元。本項目采用“管道混合器+折板絮凝池+斜管沉淀池+V形濾池+臭氧接觸池+活性炭濾池+清水池（次氯酸鈉消毒）”的水處理工藝，使出水水質滿足國家標準。

1 凈水工藝論證

凈水工藝論證涉及兩個要點。一是常規處理，二是深度處理。

1.1 常規處理工藝

1.1.1 預氧化工藝

飲用水處理工藝常用的氧化劑有氯、臭氧、高錳酸鹽、次氯酸鈉等。我國目前廣泛采用預氯化工藝，以去除藻類、難生物降解有機物，成本較低，但是氯與水中有機物質產生的殺菌副產物對人體具有很大的傷害，不宜用作預氧化劑。推廣使用次氯酸鈉預氧化工藝，它的作用是去除地下水中的鐵、錳、芳烴，抑制三鹵甲烷和有機鹵化物的產生，有效去除水中的色度和氣味。使用次氯酸鈉進行預處理，副產品毒性低。次氯酸鈉預氧化無須單獨設置設備間，與消毒共用設備間，供應方便，投資和運行成本較其他氧化方式低[1]。從處理效果、投資、運行成本及管理來看，次氯酸鈉具有較強優勢，所以推薦采用次氯酸鈉作為預氧化工藝。

1.1.2 混合

管道靜態混合器采用多節固定槳葉結構，實現水流的分流，并形成逆向旋轉和橫向流動，達到良好的混合效果。然而，管路系統是按照一定的流量區間來設計的，當流量發生較大變動時，水頭損失會相應地發生變化。當水量較大時，水頭損失增加，混合效率高；當水量較少時，水頭損失下降，對混合效果有顯著的影響。綜合各方面的因素，推薦采用管道混合器作為混合段工藝。

1.1.3 絮凝池

目前，國內外主要有兩種絮凝池，即水力反應池和機械反應池。機械反應池結構復雜，操作事故發生率高于水力反應池。水力反應池因其池型及水力學條件的進一步改進，已經形成較為完善的反應體系，可以縮短其滯留時間，所以常用的反應池為水力反應池。不同絮凝池的優缺點對比如表1所示，本設計采用折板絮凝池。其構造簡單，反應效果好，適應水質、溫度、水量變化的能力強。

1.1.4 沉淀池

經過混合、反應后，水中形成的絮凝體在沉淀池依靠重力作用完成泥水分離，沉淀效果的好壞將影響濾池的運行效果。目前，國內中型水廠采用最多的是斜板沉淀池和平流沉淀池。平流沉淀池占地面積大，而土地資源寶貴，近年來大多工程采用占地面積小、處理效果好的斜板沉淀池，結合工程特點與多年來的工程實例，本項目設計選用斜管沉淀池。

1.1.5 濾池

V形濾池土建要求較高，但其出水水質優良、穩定且過濾周期長，設備及技術已經實現國產化，工程綜合造價低，我國已有成熟的施工與運行經驗。目前，其在中國乃至世界水處理行業被普遍采用。因此，本工程推薦采用V形濾池。

1.2 深度處理工藝

深度處理將臭氧氧化與活性炭吸附結合起來，提高生物降解效果。活性炭可以對有機物進行吸附，降低大氣污染[2]。臭氧接觸池+活性炭濾池組合工藝可以實現出水水質穩定達標，同時實現多模式運行，降低運行成本[3-5]，故建議采用臭氧接觸池+活性炭濾池組合工藝進行深度處理。活性炭濾池采用翻板濾池，其清洗模式為氣沖+氣水聯沖+獨立水沖，濾池不會有任何過濾物質的損失。因此，本方案選用翻板濾池。

2 凈水工藝參數設計

水廠自用水量按供水量的5%計，本項目設計規模為52 500 m3/d，其中水質凈化部分按照擴建規模（50 000 m3/d）設計，加藥系統、消毒系統、送水泵站及污泥處理系統按凈水廠總規模設計[6-8]。凈水間平面尺寸為121.8 m×38.0 m，內設化驗室、電氣控制室等。

2.1 穩壓配水井與折板絮凝池

穩壓配水井設置1座，水力停留時間為4.0 min，有效水深為5.4 m，池內設置溢流管、放空管。折板絮凝池設置2座，有效水深為5.2 m，總水力停留時間為19.74 min。異向折板設備配備20套，其折峰間距為100 mm，高度為1 550 mm；同向折板設備配備24套，其折峰間距為280 mm，高度為1 550 mm。氣動快開排泥閥配備34套，閥門直徑為200 mm，不銹鋼出水槽配備32套。

2.2 斜管沉淀池

斜管沉淀池設置2座，清水區上升流速為0.744 mm/s，顆粒沉降速度為0.25 mm/s，斜管長度為1 m，安裝傾角為60°。斜管直徑為50 mm，水平傾角為60°，斜管支架配備3臺。

2.3 V形濾池

V形濾池設計濾速為5.06 m/h，強制濾速為6.75 m/h，總過濾面積為432.0 m2，分為8格，單格有效過濾面積為54 m2；氣洗時間、氣水沖洗時間、水洗時間分別為2 min、3 min、5 min，反洗周期為48 h。污水泵配備3臺，流量為10 m3/h，揚程為9.0 m，功率為0.75 kW；石英砂濾料為海砂，濾料層厚度為1.2 m，濾料粒徑為0.95～1.20 mm，體積為518.40 m3。

2.4 臭氧接觸池

臭氧接觸池設置2座，接觸時間為21.45 min，有效水深為5.55 m，總容積為726.49 m3，尺寸（長×寬×高）為11.9 m×5.5 m×6.0 m。曝氣盤配備64個，規格為150 mm，曝氣盤支架配備32套。

2.5 活性炭濾池

活性炭濾池設置2座，設計濾速為4.90 m/h，強制濾速為7.34 m/h，總過濾面積為446.88 m2，共分6格，單格過濾面積為74.48 m2。活性炭濾料層厚度為2.0 m，活性炭粒徑為1.5 mm，柱狀炭體積為893.76 m3。氣動進水閘板閥配備6套，氣動翻板閥配備6套，濾板配備66套，U形濾管配備504套。

2.6 清水池

清水池設置2座，單座尺寸（長×寬×高）為35.1 m×29.6 m×3.8 m，有效水深為3.5 m，有效池容為7 272.7 m3。雙法蘭手動伸縮蝶閥配備3套，壓力為1.0 MPa；雙法蘭手動伸縮蝶閥配備2套，壓力為1.0 MPa；進水井玻璃鋼蓋板配備2套，洞口尺寸為2 600 mm×1 800 mm，厚度為43 mm；出水井玻璃鋼蓋板配備2套，洞口尺寸為3 400 mm×2 200 mm，厚度為43 mm；溢流井玻璃鋼蓋板配備2套，洞口尺寸為2 600 mm×2 200 mm，厚度為43 mm；連通閥門井玻璃鋼蓋板配備2套，洞口尺寸為2 600 mm×1 800 mm，厚度為43 mm；檢修孔不銹鋼蓋板配備8套，直徑為1 200 mm。

2.7 臭氧制備間

臭氧制備間平面尺寸為14.3 m×13.8 m，臭氧投加量為2.0～3.0 mg/L。空氣源臭氧發生器配備2套，臭氧產量為4 kg/h，功率為30.0 kW；氧氣制備系統配備2套，空氣處理量為8.1 m3/min，功率為45 kW。

閉路循環冷卻水系統設備配備1套，流量為20 m3/h，功率為1.5 kW；尾氣處理裝置配備2套，流量為120 m3/h，功率為8.0 kW；軸流風機設備配備13臺，流量為1 650 m3/h，壓力為76 Pa，功率為0.09 kW。

2.8 送水泵房及變電所

送水泵房主要用于放置供水泵及附屬設備，尺寸（長×寬×高）為33.0 m×7.2 m×8.9 m，變電所建筑尺寸（長×寬×高）為29.0 m×9.0 m×5.3 m，設計規模為7.0萬m3/d，送水泵時變化系數為1.40。1號送水泵配備3臺，2用1備，流量為1 460.0 m3/h，揚程為50.0 m，功率為315 kW；2號送水泵配備3臺，2用1備，流量為590.0 m3/h，揚程為50.0 m，功率為132 kW；排污泵配備2臺，流量為15 m3/h，揚程為7 m，功率為0.75 kW。電動單梁起重機配備1臺，功率為0.8 kW，起重量為3.0 t，起升高度為9 m；軸流風機配備7臺，流量為2 685 m3/h，壓力為177 Pa，功率為0.18 kW；軸流風機配備2臺，流量為1 649 m3/h，壓力為155 Pa，功率為0.12 kW。

2.9 綜合泥水池

綜合泥水池平面尺寸為51.0 m×33.0 m，高度為3.7 m。1號污泥泵配備4臺，3用1備，流量為10 m3/h，揚程為8 m，功率為0.75 kW；2號污泥泵配備3臺，2用1備，流量為100 m3/h，揚程為13 m，功率為5.5 kW；污水泵配備2臺，1用1備，流量為10 m3/h，揚程為13 m，功率為1.1 kW。潛水攪拌機配備2臺，1用1備，轉速為710 r/min，功率為4.0 kW，鑄鐵鑲銅閘門配備2個，1用1備，附帶手電兩用啟閉機，功率為2.2 kW。

3 結論

經比選設計，本項目采用“管道混合器+折板絮凝池＋斜管沉淀池＋V形濾池+臭氧接觸池+活性炭濾池+清水池（次氯酸鈉消毒）”的水處理工藝。研究表明，以“臭氧接觸池+活性炭濾池”為核心的水處理工藝可以保證出水水質滿足國家要求，同時有效緩解用水需求，大幅推進深水井到地表水水源的轉換，保護水廠和水源地的水環境，改善區域水環境質量。

參考文獻

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