南京某自备水厂运行工艺分析及改造对策

钱建召

随着我国社会经济的不断发展,水质型缺水的矛盾日益严重。供水水质直接关系到广大居民的身体健康,也直接影响到工农业生产。为了适应新规定,符合新要求,供水企业应立足于现有工艺条件和设施,通过加强工艺与水质管理,优化工艺条件等,利用尽可能经济的手段来确保供水水质[1]。部分水厂还必须对原运行工艺进行改造,以提高供水水质和供水管理水平。本文以南京某自备水厂为例,在对其原运行工艺分析的基础上,提出了对该运行工艺的改造对策。

1 自备水厂概况

水厂主要担负着该企业生产生活用水以及该地区部分居民生活用水任务。其建设年代较久,经过近八十年的发展,现已成为日供水量规模为15 000 m3/d的小型水厂。该水厂水源为长江南京段,水源水质变化幅度较大,全年浊度为20 NTU～1 000 NTU,水温0℃～32℃,pH值6.5～7.5。每年的4月～11月为丰水季节,江水流量大,浊度高,水温较高;12月到次年的3月为枯水季节,江水流量小,浊度低,水温较低,有机物含量增加。

原水由一级泵房提升后,经加药进入脉冲澄清池,絮凝澄清后进入虹吸滤池进行变水位的等速过滤,过滤出水进入清水池,经消毒后进入吸水井,通过二级泵房加压并配合水塔供给用户。

2 运行工艺分析及改造对策

2.1 加矾工艺

目前,该水厂采用的混凝剂是聚合氯化铝(PAC)。PAC对各种原水的适应性较强,适用p H值范围宽,絮体形成较快,且颗粒大而重,净化后水的碱度降低较小,药耗成本较低,在处理低温低浊度水时,净化效果好。由于人为因素的存在,不能根据原水水质与水量的变化及时准确控制其投加量,存在时间滞后现象,造成混凝剂投加量过高或过低,直接影响脉冲澄清池出水水质,给后续过滤工序带来影响,影响出水水质。此外,利用水射器投加需要消耗大量的压力水。

考虑该水厂日处理水量仅15 000 m3/d,江水浊度的日变化不是很大,经投资、效益等综合分析比较,可采用计量泵进行加注PAC,既解决了不能准确控制投加量的问题,同时,用计量泵进行加注不需要消耗压力水,大大降低水厂工艺耗水量,降低了水厂电耗。另外,建议该水厂在今后的改造中可结合自动控制加注混凝剂技术的发展程度及今后的实际情况考虑采用自动控制加注混凝剂方式,进一步提高脉冲澄清池出水浊度的安全可靠性。

2.2 混合工艺

加药混合工艺对后续的絮凝沉淀工艺起关键性作用。由于地表水原水的成分十分复杂,因此对混凝效能的影响因素也很多,但最重要的因素是快速混合的方式和作用,即速度梯度G值。国内外许多水处理研究者总结了有关混凝剂水解反应速率及形成金属氢氧络合物或聚合物所需要的时间,该反应时间极其短促。

2.3 澄清工艺

该水厂澄清工艺现采用脉冲澄清池,脉冲发生器为钟罩式。充放比为3∶1或4∶1。脉冲澄清池属于泥渣悬浮型澄清池,悬浮泥渣层是泥渣悬浮型澄清池净水效果好坏的关键。该水厂澄清池自使用以来,布水均匀性较好,澄清效果稳定,操作方便,维护量也不多,但在使用过程中也发现一些问题,如因江边抽吸来的原水中含有大于0.1 mm的泥砂,并带有小塑料袋、树叶、破布、藻类等杂物,使池中积有大量的泥砂,配水管孔眼堵塞,影响布水均匀,导致脉冲发生器失灵,局部泥渣膨胀,使澄清水水质恶化,必须停池冲洗,由于池底构件比较复杂,清除积泥很困难。另外,脉冲池对水量、水质、水温及加药量等较为敏感,不易掌握,悬浮层的过量泥渣必须及时排除以保持悬浮层的合适浓度,否则会发生膨胀现象,而排泥量过多,悬浮泥渣层的浓度会低于2 500 mg/L,影响胶体颗粒之间的相互吸附、接触凝聚及胶体颗粒在悬浮泥渣层中泥渣表面上的吸附、接触凝聚,直接影响澄清效果,导致出水水质恶化。因此,在日常的运行管理中,应研究确定排泥排渣操作标准,严格按标准操作,最好能做到定量控制,有利于现场操作。同时,应设置连续浊度测定仪对脉冲池出水浊度进行连续测定,并将测定结果传输到中央控制室,实现实时监控,确保出水水质,以便后续过滤正常进行。另外,该水厂在今后改造中应考虑再建一组脉冲澄清池,以备一组停池检修时可以启用另外一组,确保出水水质,同时,也可以满足将来日供水量逐渐增大的局面。

2.4 过滤工艺

该水厂采用的是虹吸滤池等速过滤工艺。滤池为一组,八格。滤料为单层石英砂滤料,反冲洗方式为高强度水反冲洗。目前,滤池主要存在滤床的冲洗再生机制不健全。冲洗不按出水浊度或水头损失值进行反冲洗而按时间进行定时反冲洗,反冲洗强度不及时调整,冬季、夏季一个样,造成反冲洗强度不稳定,或高或低,滤料漏失、承托层走动、砂面凹陷或冲不干净,导致滤料长时间含泥量高、产生泥球、过滤周期缩短、水头损失增大快或产生负水头、气阻等各种不良后果,从而造成反冲洗系统布水不均匀或反冲洗水头损失很大。对此,在滤池反冲洗方面可作一定的改进,改变过去随意设置“定时反冲洗”的制度,设置滤池出水浊度仪和水头损失仪,对滤池出水浊度和水头损失值进行连续测定,并将测定结果传输到水厂中控室,实现对滤池出水浊度和水头损失进行实时监控,并结合水厂实际运行管理,经反复试验后,确定按滤池出水浊度、水头损失的反冲洗制度。在滤料方面,传统的石英砂滤料是一种天然的较光滑的颗粒,易得,价廉,但其比表面积及孔隙率很小,截污能力低。轻质陶粒滤料虽价格较贵,但因滤料比表面积大、孔隙率高、视密度小、截污能力强,且其表面易于生长生物膜,对处理有机物有利,逐渐被重视采用。

2.5 消毒工艺

消毒工序是水厂水处理中一项重要内容,也是确保出厂水细菌学指标达标的重要措施。由于二氧化氯是在使用现场边制取边使用,不存在贮存问题,安全系数高,且杀菌效果远远强于液氯杀菌,正越来越受到人们的重视。该水厂现已采用二氧化氯消毒,但是尚未实现消毒自动控制。目前该厂已具备集中监控能力,为此,对于消毒工艺的技术改造,建议:1)采用静态管式混合器技术,以增强完全、快速、均匀混合效果;2)采用余氯连续测定仪,自动监测水中余氯;3)实现集中监控,采用自动控制设备,以确保消毒效果。

2.6 加压工艺

加压工艺是将消毒处理后的合格生活饮用水经二级泵房加压后通过管网配送给用户,以满足不同用户对水压的要求。该水厂二级泵房现有三台水泵机组,电机功率均为75 k W,扬程为40 m,供水压力要求为0.34 MPa～0.37 MPa。由于用户用水不均匀,常常导致水压波动较大,通常按最大的供水量供水。为了提高安全供水的可靠性,实现节能降耗的目的,有必要对该水厂二级泵房水泵机组进行变频节能改造,以达到恒压供水、节能降耗的目的。2000年年底该水厂对二级泵房水泵机组进行了恒压变频改造。这两台水泵机组通过PLC控制,自动循环运行。

通过变频恒压改造,供水电耗明显下降,水压的恒定使原来供需矛盾不协调的局面得到了缓解,供需水量趋于平衡,解决了原来部分居民只有夜间才能用水的局面,同时减少了爆管现象的发生,大面积停水事故率明显降低,节约了大量的管网维修费用,减少了管网的漏损。通过变频恒压改造后,二级泵房的运行还存在以下几个技术问题需要探讨解决:

1)该水厂二级泵房为自吸式泵房,吸水管上安装有底阀及缓闭止回阀,水泵机组需克服很大的阻力才能将底阀及缓闭止回阀打开,做很大的无用功,机组频率达到42 Hz时才能出水,使变频机组可变范围过小。2)PLC控制循环变频调速过程中常常伴随着水泵的启、停,从而易导致水泵及管路中水流速度发生梯变而引起压力梯变,产生停泵水锤。为防止水锤,除采取必要的防水锤措施外,一般的操作规程规定:在停泵前需将该泵电动阀门关闭再停泵,开泵时先启泵再打开电动阀门。3)由于用户用水量变化很大,而两台变频机组为同一型号规格,设备组合不尽合理,变频机组刚投入运转时,机组切换频繁,对水厂管理及机组带来一定的影响,需进一步总结分析用水量的变化情况,确定水泵机组的合理组合及变频设备的工作方式,确保水泵在高效区内运行。

另外,还应将3号水泵机组改造为软启、软停,并进行了水厂集中监控的初步改造,为将来水厂的自动化改造创造条件。

3 结语

随着地表水体有机污染的加重,饮用水水质标准和供水水质管理要求的提高,越来越多的水厂面临净水工艺改造的问题。本文通过对南京某企业自备水厂目前运行工艺中加矾、混合、澄清、过滤、消毒和加压等工序运行现状及存在问题的分析,分别提出了各工序的改造对策,为小型自备水厂改造提供借鉴。

[1]刘国宜,易卫红.供水企业实施《城市供水水质标准》的对策[J].中国给水排水,2007,23(4):19-22.

[2]GB 5749-2006,生活饮用水卫生标准[S].