广东省某大型水厂微污染水源水处理设计实例

王莎

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230051）

1 工程背景

广东省某自来水厂建于1980年，现制水能力为6×104m3/d，受上游城市活动的影响，现有取水点取水水源存在水质风险，枯水期部分指标偏高，加上水厂制水设施陈旧、简陋，水厂出厂水水质稳定达标存在一定隐患。另一方面，现有水厂制水能力难以满足日益增加的城市用水需求。为保障城镇居民饮用水安全、社会经济发展用水安全，应对突发公共事件，需将取水点移至河流上游，并新建一座10×104m3/d规模的自来水厂。

2 水源水质情况

该水厂水源属于河流型水源，受枯水期、丰水期影响，水源水质存在一定波动。新取水点位于河流上游，近年来水源水质监测结果见表1，其余未列出的指标均低于相应的检出限。

表1 原水水质

由表1可知，新取水点远离城市开发范围，受城市活动影响较小，除了总氮指标为地表Ⅲ类水外，其他水质指标基本可达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中的Ⅱ类标准，其中SS浓度低，原水大多数情况处于低浊状态；有机物浓度低，偶有超标的情况。

3 工艺选择

对比《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）的水质要求，自来水厂应主要针对菌落总数、总大肠菌群、浑浊度这几项指标，选择适合的净水工艺，同时考虑突发水质污染的应急措施，如低浊除藻、有机微污染、异臭等。

3.1 浑浊度

去除浑浊度是自来水厂构筑物的主要功能，其处理方法是沉淀（包括澄清）和过滤工艺。经常规处理工艺混凝、沉淀、过滤可去除绝大部分杂质，水质变清。而浊度低时，常规混凝效果较差，通常需要强化常规处理工艺，或者通过在工艺革新的基础上，进行工艺组合搭配[1]。一般来说，强化常规处理主要从强化混凝、强化沉淀、强化过滤3个方面展开。

（1）强化混凝技术主要通过投加有机、无机絮凝剂，有效改变混凝条件，提高有机物去除效果、降低出水浊度。

（2）强化沉淀通过采用泥渣回流、磁混凝技术提高沉淀效率。

（3）强化过滤主要是采用多层滤料代替单层滤料或使用新型滤池、发挥滤料生物作用等手段去除常规过滤工艺中难以去除的溶解性污染物[2]。

另一方面，气浮非常适合低温低浊水的处理，气浮与沉淀组合可强化沉淀过滤效果；同时，气浮还可以有效去除水中的藻类、有机物、贾第虫和隐孢子虫卵囊，但占地面积较大，设备复杂，造价高[1]。

3.2 消毒

目前常用的消毒工艺有：氯消毒、氯胺消毒、次氯酸钠消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒及紫外线消毒等。各消毒工艺特点如下。

（1）氯消毒经济有效，使用方便，持续消毒时间长，应用历史最久也最为广泛；但安全性较低，且会产生有害消毒副产物。

（2）氯胺消毒较之氯消毒可减少三卤甲烷的生成量，减轻氯酚味；但消毒效果不如氯，且氨气是有毒、易燃气体，存在安全隐患。

（3）次氯酸同氯消毒一样，会产生卤代副产物，消毒效果不如Cl2强，不宜储运。

（4）二氧化氯消毒是世界卫生组织推荐的AI级广谱、安全和高效的消毒剂，不与氨反应，也不形成有机卤代物，但二氧化氯与空气接触易爆炸，不易运输，所以二氧化氯一般采用化学法现场制备。

（5）臭氧杀菌效果好、用量少，作用快，能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅。臭氧分子不稳定，易自行分解，不能维持管网持续的消毒效率，水中溴离子浓度较高时，容易产生溴酸盐等消毒副产物。通常用于深度处理。

（6）紫外消毒具有高效广谱性质，不产生有毒、有害副产物，占地面积小，但无持续消毒效果，不能单独使用。

3.3 应急处理工艺

夏季除藻、有机微污染、异臭异味应急处理，主要通过预处理应对。预处理包括物理化学预处理、生物预处理，其中物理化学预处理主要包括预曝气、预投加粉末活性炭、预氧化[3]。生物氧化预处理工艺在我国东南沿海地表水污染较严重、水源可生化性好、冬季气温较高的地区经常采用，同时该工艺占地面积大，基建投资高[4]，本工程水源BOD5的浓度低，BOD5/CODCr不足0.1，可生化性差，不宜采用生物预处理。预曝气方式则需设置单独的曝气设施，且有效水力停留时间宜在15~40min[3]，占地面积较大，经济性不高。相比之下，高锰酸钾/粉末活性炭联合投加预处理方式无须额外增加构筑物，投加方式更灵活，适合作为应急处理措施。

3.4 排泥水处理工艺

自来水厂沉淀池的排泥水含固率一般仅为0.2%~1.0%，需经浓缩后缩小污泥体积，再将浓缩后的污泥送往后续工艺进行污泥脱水。通常要求浓缩污泥的含固率达到2%~3%，以满足污泥机械高效率脫水的需要。

污泥脱水的方法，一般有自然干化、机械脱水等。利用污泥干化场使污泥自然干化，是污泥脱水中最经济的一种方法，但它只适用于村镇小型污水处理厂的污泥脱水，维护管理工作量大，且产生大范围恶臭，蚊蝇滋生，卫生环境较差。污泥机械脱水与自然干化相比，脱水效果好，效率高，占地少，恶臭环境影响小，但运行维护费用较高。

自来水厂污泥脱水方式大多采用不受自然条件影响、脱水效率高、占地少、运行管理方便、自动化程度高的机械脱水方法。

3.5 设计工艺流程

综上所述，经过技术、经济比较，本工程采用“高锰酸钾/粉末活性炭预处理+强化混凝+气浮/沉淀+过滤+二氧化氯消毒”流程。如图1所示。

图1 工艺流程

对于排泥水处理，考虑滤池反冲洗水浓度较低，可经过简单沉淀后直接回用，本工程滤池反冲水经过简单沉淀后直接回用，底泥和沉淀池排泥水进入排泥水沉淀池进行初步的泥水分离，上清液回用，沉泥进行脱水至含水率80%以下后外运处置。

4 主要构筑物设计

4.1 气浮/反应沉淀池

气浮/反应沉淀池分为三大功能区：絮凝反应段，去除水中由不溶性物质形成的胶体及悬浮颗粒；气浮段，通过在水中通入大量气泡，使其粘附于水中杂质絮粒上，通过浮力达到固液分离的目的；沉淀段，进一步分离杂质。其中，水质较好时，气浮设备停运，气浮段作为沉淀段使用；当原水出现低浊及除藻问题时，气浮段运行。

新建气浮/反应沉淀池2座，每座设计规模为5×104m3/d，自用水率6%，共分两组。其中机械混合池有效水深2.0m，停留时间20s，速度梯度为700s-1。絮凝段采用折板絮凝池，有效水深3.60m，每组絮凝池分成4条廊道，总絮凝时间17.8min，絮凝池分成8段，使絮凝速度梯度从80s-1连续降低至15s-1。絮凝池排泥采用泥斗静压排泥，每两个折板（直板）设1个排泥斗，每两个排泥斗设置一根排泥管与配套排泥阀，以免出现排泥不均的现象。

絮凝后为气浮池，气浮接触室水流上升流速为19mm/s，分离室表面负荷为5.8m3/（m2·h），有效水深3.40m。沉淀池与气浮池之间设置一道配水花墙，为改善水力条件，每组池内设1道导流墙；沉淀时间1.54h（加上气浮段则沉淀时间为2h），水平流速14.0mm/s；沉淀池出水采用集水指形槽集水。单根集水槽槽长15m，共设8根，集水指形槽堰负荷为219m3/（m·d）。

4.2 V型滤池

V型滤池主要功能为把上一步骤中已经沉淀出来的杂质，和一些颗粒比较小的杂质从水中过滤出来，使水得到进一步的净化，以保证后续处理系统正常运行。

新建V型滤池1座，分2组，每组5格滤池，设计滤速7m/h。滤池采用气水联合反冲，先单气冲，历时2~4min，气冲强度15L/（s·m2）；而后气水反冲历时4~5min，气冲强度15L/（s·m2），水冲强度4L/（s·m2）；最后单纯水冲漂洗，历时4~5min，水冲强度8L/（s·m2），上述三个阶段的表面扫洗强度均为2.0L/（s·m2）。

4.3 清水池

清水池用于贮存水厂中净化后的清水，调节水厂制水量与供水量之间产差额，并能满足加氯接触时间，对水体的大肠杆菌等病菌进行杀灭以达到灭菌的效果。

新建清水池1座分2格，单格有效容积为8370m3，每格可单独运行与清洗，约占水厂生产规模的17%。每座清水池内均设导流墙、溢流管、通气管、人孔及吊装孔。

4.4 加药间

整个自来水厂制备、投加药剂均统一集中在加药间完成，包括预处理阶段高锰酸钾溶液的制备和投加、粉末活性炭的投加、混凝药剂碱式氯化铝（PAC）溶液的制备和投加、二氧化氯制备与投加。

高锰酸钾和粉末活性炭用于应急处理措施，均采用湿式投加，设计投加浓度分别为0.5~2mg/L、10~25mg/L，具体需根据水质实际情况现场试验确定。高锰酸钾投药点为原水进水管，粉末活性炭则投加在折板絮凝池前。

PAC加药采用成品固态PAC配置PAC溶液，经稀释到10%后采用计量泵投加至机械混合池中，设计平均投加浓度为8mg/L，最大浓度为20mg/L。

二氧化氯采用氯酸钠及盐酸现场制备在线投加的方式，分为前加氯、后加氯、补加氯。其中前加氯加药点为原水进水管段，作为除藻预处理时，设计平均投加浓度1.5mg/L，作为除臭用途时，设计投加浓度为0.5~1.5mg/L；后加氯作为清水池消毒加氯，投加在滤池出水总管上，设计投加浓度为0.1~0.5mg/L；补氯主要投加于二级泵房吸水井处，投加浓度由出水余氯检测值在线反馈控制，以保证自来水厂出水余氯不低于0.02mg/L。

4.5 反冲洗回用水池

反冲洗回用水池主要用于沉淀反冲洗水，回用上清液。每格容积为一格滤池一次反冲洗水量，两格交替使用，每格使用周期为3h，其中进水时间10min，排水时间20min，沉淀时间2.5h。底部污泥排入排泥水调节池，上清液排回用至原水管道。

4.6 污泥浓缩池

污泥浓缩池通过重力浓缩降低污泥含水率，减小体积，使后续工艺更易于进行。新建污泥浓缩池2座，承接排泥水调节池出泥水，含水率99.4%，液面负荷0.25m3/（m2·h）。浓缩污泥进入污泥平衡池，上清液排入厂区污水系统。

5 主要经济技术指标

自来水厂建设规模为10×104m3/d，工程总投资为16595.69万元，其中工程建安费15445.98万元。测算单位制水成本为1.23元/m3，制水成本详见表2。

表2 制水成本组成 单位：元/m3

6 结语

①该工程实施后可缓解当地用水紧张的现状，提高城市用水安全。②自来水厂采用“高锰酸钾/活性炭预处理+折板絮凝池+气浮/平流沉淀+V型滤池+二氧化氯消毒”工艺进行水质处理，可有效应对各类水质突发应急情况。③目前气浮/沉淀结合的设计案例较少，本工程设计方案可供同类型给水处理提供参考。