地表水廠水處理技術改造方案探討

胡新艷

（安徽省利辛縣水利局，安徽 亳州 236700）

1 概述

利辛縣郁湖水廠位于闞疃鎮鄭港村，水廠以茨淮新河為水源，取水口位于利辛縣闞疃鎮新河村，茨淮新河左岸。總供水規模6 萬m3/d。水廠服務范圍為程集鎮、闞疃鎮、城關鎮、中疃鎮、望疃鎮5 個鄉鎮，設計服務年限15 年，設計服務人口為303761 人。該項目既能解決飲水型氟超標地方病問題，又能緩解區域地下水開采壓力，對農村現狀供水水質較差的區域群眾的身體健康至關重要。已建成的一期工程取水規模3 萬m3/d，配套建設相關輸配水管網。水廠占地面積約17373m2，水廠采用的水處理方式是混凝、沉淀、過濾、消毒的常規處理工藝，凈水構筑物主要有網格柵條絮凝池、斜管沉淀池和普通快濾池。其他主要構筑物有生產管理用房、倉庫與機修間、化驗室、網格反應池、沉淀池、送水泵房和清水池等。

2 項目存在問題

項目建成運行后，規劃區內居民飲用水狀況雖得到明顯改善，但仍存在一些問題和不足，如平時停水頻繁、用水高峰期長時間沒水、水壓低等，產生這些問題的主要原因就是供水能力達不到設計要求。通過對運行數據的分析發現，水廠實際最大制水能力僅為1.5 萬～1.6 萬m3/d，與當初設計的3 萬m3/d 偏差較大。產生上述偏差的主要原因有以下三點：1）郁湖水廠以茨淮新河為水源地，原水水質常年濁度小于10NTU，在冬季地表水屬于低溫低濁水源，建成的絮凝池是網格柵條絮凝池，網格柵條絮凝池一般設計絮凝時間12～20min。工程設計有效水深3.60m，平面尺寸絮凝時間約為11.5min，絮凝時間偏短。實際運行中絮凝時間一般需延長至20～30min，由于土建設計尺寸偏小，實際運行只能降低處理水量來延長絮凝時間，造成產水量規模達不到設計要求。2）斜管沉淀池采用上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池負荷8.0m3/m2·h，斜管直徑35mm，傾角為60°，根據室外給水設計標準，正常設計液面負荷5.0～9.0m3/m2·h，低溫低濁水負荷3.6～7.2m3/m2·h，原設計液面負荷偏高，造成出水水質不穩定，沉淀效果差，加重后期濾池過濾負荷，進而造成濾池反沖洗周期縮短，頻繁反沖洗造成水耗、電耗及藥耗加大。另外，絮凝和沉淀工段排泥閥氣管滲水，氣管容易破裂漏氣，損壞頻次高。3）普快濾池設計正常濾速6.12m/h，強制濾速7.34m/h，反沖洗強度15L/s·m2，反沖洗歷時6min，采用單層石英砂濾料，厚度0.90m，采用小阻力短柄濾頭單水反沖洗。實際運行過程中反沖洗不徹底，濾料容易堵塞上面積水，造成頻繁反沖洗，出水濁度不穩定。上部排水槽生銹，排水槽與池壁安裝不規范。底部配水配氣系統反沖洗時配水不均勻。

3 水處理工藝改造方案比選

為解決群眾反應強烈的供水問題，在進行二期工程擴建的同時需對一期工程中已建成使用的常規水處理工藝技術進行升級改造。本次升級改造方案的核心是網格絮凝池、斜管沉淀池、普通快濾池三處。在進行方案選擇的過程中，需要結合原有水處理模式，并參考相似水廠的工藝流程和實際處理效果，使新舊構筑物及池型匹配合理。

3.1 混合改造

常用的強化絮凝工藝包括污泥回流強化混凝、加砂絮凝強化以及高效絮核裝置三種形式。

污泥回流強化絮凝中的污泥回流增加了絮凝反應的顆粒濃度，減少混凝劑用量，提高了絮體有效碰撞幾率，形成的絮體強度大、顆粒大、密實性高、沉降性能好。但本項目為改造工程，將原絮凝池進行污泥回流改造工程量大，改造投資成本大，且污泥回流需回流泵在制水過程中持續運轉，耗電量大，遇到故障情況需停機檢修。污泥回流強化混凝改造，日常維護難度大，改造工程量大，改造投資成本高。淤泥回流強化絮凝工藝不適合此次水廠技術改造。

2）加砂絮凝強化加速了絮體形成和沉降速度，縮短絮凝反應時間。加砂絮凝強化效果好，但是需不斷投加補充微砂，運行成本較高，此工藝也不適合本次水廠技術改造。

3）高效絮核塔設置在絮凝池前端，在裝置內部增加了填料層，將水流分割成無數股細小的水流，增大了水與藥劑接觸反應的面積，增強了水流紊流強度，加大了絮凝晶核間的碰撞幾率，加強水力攪拌，促進絮體的形成。采用本強化絮凝方法，僅需在原絮凝池前端安裝高效絮核塔，無需土建改造，日常運行無需維護，管理方便。

具體混合強化改造方案選定在絮凝池進水口前增設高效絮核塔，塔內裝填陶瓷填料。設置2 組，單組設計處理能力15000m3/d，筒體規格φ2000×φ1200×5500mm。

3.2 絮凝改造

原網格絮凝池原水加藥后通過管式混合器混合進入網格絮凝池內，絮凝池單個豎井尺寸1.25m×1.25m，整個絮凝池L×B=6.10m×10.55m，起段有效水深3.87m，末端水深3.50m，平均有效水深3.60m，網格絮凝池共計28個豎井，前段10個豎井，內置網格柵條，間隙80mm×80mm，每格設置3 層共計30 個柵條，過孔流速0.26m/s，中間含10 個豎井，柵條間隙100×100mm，過孔流速0.24m/s，每個設網格2 層共20 層，末端含8 格不設網格。篩板裝置過水孔面積從前段到末段逐步增大，開孔孔徑由小到大分布，相比傳統網格絮凝池，篩板的布置可提供更大的水力紊動，促進了顆粒物的碰撞，且使水流流經篩板時水流速度變化幅度小，避免已絮凝的絮體破碎，同時將開孔的篩板豎直放置，篩板上下交錯開孔，水流上下蛇形流動，延長水流行程，增加絮體的碰撞幾率，使絮體變大密實，方便沉淀。

具體絮凝改造方案為：保留原有網格絮凝池的結構，在池子內部將原有網格更換為篩板裝置，提高絮凝效果。篩板絮凝池共設置2 組篩板，單組處理水量15000m3/d；沉淀池與絮凝池合建，設置2 組，單組處理水量15000m3/d。

3.3 沉淀改造

原沉淀池為上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池負荷8.0m3/m2·h，斜管直徑35mm，傾角為60°，沉淀排泥周期24h。集水系統采用兩側孔口自由出流式集水槽集水。近年來在沉淀處理方面，普通沉淀技術主要有平流沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池等；高效沉淀技術主要有高密度沉淀池、高效澄清池、水平管高效沉淀池等。本項目原有工藝采用小間距斜板沉淀池，因池形結構已經確定，可在現有基礎上進行改造的工藝僅有普通沉淀工藝中的斜管沉淀池、斜板沉淀池和高效沉淀工藝中的水平管高效沉淀池。因原處理工藝中已采用的斜管沉淀池技術無法滿足處理水量及長周期穩定運行的要求，且斜管沉淀池與斜板沉淀池工藝相近，本次改造不再選擇斜管（板）沉淀池方式。水平管高效沉淀池是一種在沉淀池內裝填水平管沉淀分離裝置的沉淀池，沉淀原理與側向流斜板沉淀類似。特點是沉淀效率高、沉淀區面積小。水平管高效沉淀池的優點：主體工藝沒有運轉設備，操作維修簡單，運行維護費用低，調試時間短，只需要0.5～10h；抗沖擊負荷能力強，在污水水量和水質變化大的情況下，出水也能保證穩定達標；過水斷面負荷大，沉淀效率高，僅利用改造項目沉淀池的原有尺寸即可穩定實現大幅提高處理水量的目的；藥耗小，運行成本低，不影響后續處理工藝正常運行；配備了自動沖洗裝置，解決人工沖洗勞動強度大的問題；水平管沉淀分離裝置使水流與陽光隔離，避免藻類在沉淀管內滋長，減少沖洗次數。

本方案采用水平管高效沉淀池。該沉淀池操作方式與常規沉淀池類似，運行管理便捷；有效提高處理水量，滿足用戶需求；原水適應性強，無論是高濁度原水還是低溫低濁原水，處理后均能達到良好出水效果，沉淀效率高。考慮現狀網格絮凝池排泥閥氣管損壞，本次同步對網格絮凝池排泥閥進行更換。

沉淀具體改造方案：將原有沉淀池分設成布水區、沉淀區、出水區。布水區尺寸B×H=9950mm×2300mm；沉淀區選擇水平管寬度為9950mm，水平管沉淀分離裝置尺寸L×B×H=2000mm×9950mm×2300mm；出水區集水裝置尺寸B×H=9950mm×2300mm。沖洗系統采用全自動沖洗裝置，自動沖洗的運行速度宜為1m/min；沖洗流量宜為30～50m3/h，沖洗揚程為20～30m。沖洗周期宜為24～48h，宜設定在夜間用水低峰時間。

3.4 普快濾池改造

原有3 萬m3/d 沉淀池為6 格雙排對稱布置，單格尺寸6.42m×5.30m，總過濾面積204.156m2，采用單水沖洗反沖洗方式，濾池底部配置濾梁、濾板和短柄濾頭小阻力配水系統，設計正常濾速6.12m/h，強制濾速7.34m/h。反沖洗強度15L/s.m2，反沖洗歷時6min，濾池底部設置承拖層和濾料，厚度分別為300mm 和900mm。根據現場排查，底部濾頭存在松動或破損，反沖洗過程中存在多點局部涌水現象，前端絮凝沉淀效果差，造成濾池頻繁反沖洗，在原水濁度10NTU 以下，出水濁度不穩定，偶有超過1NTU，底部濾板和池壁之間縫隙、含濾梁結構穩定性均無法保證。

本次濾池改造：切割濾梁，拆除濾板和濾頭，將原單水反沖洗改造為U 型面包管排水排氣系統。濾池的反沖洗方式、配水系統、濾料厚度以及控制方式、排水槽更換、閥門及執行機構改造等，把原濾池改造成為具有氣水聯合反沖洗功能的濾池；濾池反沖洗方式選用單獨氣沖+氣水聯合反沖+單水沖；原反沖洗水泵進行更換，原加藥間內增設2 臺鼓風機。具體改造方案分土建改造方案和設備改造方案如下。

3.4.1 土建改造方案

1）拆除原濾池內的排水槽、小阻力濾板及短柄濾頭配水系統、切割濾料等配水系統，使濾池成為一個5.3m×6.42m的空池。2）在池底沿原配水主管位置重新澆筑混凝土渠，渠寬0.8m，渠長5.5m，渠高0.7m。渠兩側用原濾池濾料及承托層回填至0.6m。3）以上第2 點施工完成后，并且新渠上方安裝完立管定位板后，重新澆筑混凝土池底，澆筑層厚250mm。新渠就成為集配水暗渠。4）原進水管標高只有1.05m，較低，不利于濾池恒水位過濾，因此，原進水管標高抬高0.6m，采用金鋼取孔的方式，在原管位上方0.6m的地方開孔，安裝套管及進水管，開孔直徑300mm。5）原排水槽為混凝土槽，濾池改造后，濾料層厚度要達到1.0m，因此，混凝土排水槽需拆除，新排水槽為不銹鋼材質，并且標高抬高0.55m 安裝，原排水槽孔用混凝土封堵，新排水槽孔采用金鋼取孔的方式開孔，孔大小為B×H=500mm×650mm。安裝完排水槽后用混凝土封堵。6）原有的電動閥門保持不變，閥門有泄漏的，更換密封圈進行維修，無法維修的按原有類型進行更換。原出水電動閥更換為電動調節閥。新的氣沖閥，為電動開關型蝶閥。7）原廠僅設置反沖洗泵1 臺，反沖洗泵Q=792m3/h，揚程32m，功率110kW，因原濾池采用單水沖，改造后增加氣沖及氣水混合沖，改造后水強度降低到8～10L/m2·s，原反沖洗泵的流量和揚程均太高，即使采用變頻也無法滿足要求，因此原反沖洗泵及備用泵、進出水閥、管均拆除更換新的反沖洗泵。

3.4.2 設備改造方案

1）增加氣沖所需的羅茨鼓風機2 臺（風量Q=21.5m3/min，壓力P=49kPa，功率N=30kW，帶隔音罩，1 用1 備，變頻啟動控制）。2）增加3 臺單級雙吸泵（水量Q=412m3/h，壓力P=14m，功率N=22kW，2 用1 備，變頻啟動控制）。3）每格濾池增加DN300 調節型電動蝶閥（清水閥）1 臺，DN200 開關型電動蝶閥（氣沖閥）1 臺，反沖洗水主管上增加DN50 吸排氣閥、手動閘閥各2 臺。4）濾池通過PLC 實現濾池的恒水位控制。5）每格濾池增設現場控制柜，實現現場就地控制、PLC 自動控制、中控遠程自動/手動控制三級控制。6）配水配氣系統，采用新型的翻板濾池配水配氣系統，它由橫向配水配氣管、豎向布水布氣列管組成，采用兩次配水配氣形式，雙氣墊層結構，保證了配水配氣的均勻性