地表水厂水处理技术改造方案探讨

胡新艳

（安徽省利辛县水利局，安徽 亳州 236700）

1 概述

利辛县郁湖水厂位于阚疃镇郑港村，水厂以茨淮新河为水源，取水口位于利辛县阚疃镇新河村，茨淮新河左岸。总供水规模6 万m3/d。水厂服务范围为程集镇、阚疃镇、城关镇、中疃镇、望疃镇5 个乡镇，设计服务年限15 年，设计服务人口为303761 人。该项目既能解决饮水型氟超标地方病问题，又能缓解区域地下水开采压力，对农村现状供水水质较差的区域群众的身体健康至关重要。已建成的一期工程取水规模3 万m3/d，配套建设相关输配水管网。水厂占地面积约17373m2，水厂采用的水处理方式是混凝、沉淀、过滤、消毒的常规处理工艺，净水构筑物主要有网格栅条絮凝池、斜管沉淀池和普通快滤池。其他主要构筑物有生产管理用房、仓库与机修间、化验室、网格反应池、沉淀池、送水泵房和清水池等。

2 项目存在问题

项目建成运行后，规划区内居民饮用水状况虽得到明显改善，但仍存在一些问题和不足，如平时停水频繁、用水高峰期长时间没水、水压低等，产生这些问题的主要原因就是供水能力达不到设计要求。通过对运行数据的分析发现，水厂实际最大制水能力仅为1.5 万～1.6 万m3/d，与当初设计的3 万m3/d 偏差较大。产生上述偏差的主要原因有以下三点：1）郁湖水厂以茨淮新河为水源地，原水水质常年浊度小于10NTU，在冬季地表水属于低温低浊水源，建成的絮凝池是网格栅条絮凝池，网格栅条絮凝池一般设计絮凝时间12～20min。工程设计有效水深3.60m，平面尺寸絮凝时间约为11.5min，絮凝时间偏短。实际运行中絮凝时间一般需延长至20～30min，由于土建设计尺寸偏小，实际运行只能降低处理水量来延长絮凝时间，造成产水量规模达不到设计要求。2）斜管沉淀池采用上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池负荷8.0m3/m2·h，斜管直径35mm，倾角为60°，根据室外给水设计标准，正常设计液面负荷5.0～9.0m3/m2·h，低温低浊水负荷3.6～7.2m3/m2·h，原设计液面负荷偏高，造成出水水质不稳定，沉淀效果差，加重后期滤池过滤负荷，进而造成滤池反冲洗周期缩短，频繁反冲洗造成水耗、电耗及药耗加大。另外，絮凝和沉淀工段排泥阀气管渗水，气管容易破裂漏气，损坏频次高。3）普快滤池设计正常滤速6.12m/h，强制滤速7.34m/h，反冲洗强度15L/s·m2，反冲洗历时6min，采用单层石英砂滤料，厚度0.90m，采用小阻力短柄滤头单水反冲洗。实际运行过程中反冲洗不彻底，滤料容易堵塞上面积水，造成频繁反冲洗，出水浊度不稳定。上部排水槽生锈，排水槽与池壁安装不规范。底部配水配气系统反冲洗时配水不均匀。

3 水处理工艺改造方案比选

为解决群众反应强烈的供水问题，在进行二期工程扩建的同时需对一期工程中已建成使用的常规水处理工艺技术进行升级改造。本次升级改造方案的核心是网格絮凝池、斜管沉淀池、普通快滤池三处。在进行方案选择的过程中，需要结合原有水处理模式，并参考相似水厂的工艺流程和实际处理效果，使新旧构筑物及池型匹配合理。

3.1 混合改造

常用的强化絮凝工艺包括污泥回流强化混凝、加砂絮凝强化以及高效絮核装置三种形式。

污泥回流强化絮凝中的污泥回流增加了絮凝反应的颗粒浓度，减少混凝剂用量，提高了絮体有效碰撞几率，形成的絮体强度大、颗粒大、密实性高、沉降性能好。但本项目为改造工程，将原絮凝池进行污泥回流改造工程量大，改造投资成本大，且污泥回流需回流泵在制水过程中持续运转，耗电量大，遇到故障情况需停机检修。污泥回流强化混凝改造，日常维护难度大，改造工程量大，改造投资成本高。淤泥回流强化絮凝工艺不适合此次水厂技术改造。

2）加砂絮凝强化加速了絮体形成和沉降速度，缩短絮凝反应时间。加砂絮凝强化效果好，但是需不断投加补充微砂，运行成本较高，此工艺也不适合本次水厂技术改造。

3）高效絮核塔设置在絮凝池前端，在装置内部增加了填料层，将水流分割成无数股细小的水流，增大了水与药剂接触反应的面积，增强了水流紊流强度，加大了絮凝晶核间的碰撞几率，加强水力搅拌，促进絮体的形成。采用本强化絮凝方法，仅需在原絮凝池前端安装高效絮核塔，无需土建改造，日常运行无需维护，管理方便。

具体混合强化改造方案选定在絮凝池进水口前增设高效絮核塔，塔内装填陶瓷填料。设置2 组，单组设计处理能力15000m3/d，筒体规格φ2000×φ1200×5500mm。

3.2 絮凝改造

原网格絮凝池原水加药后通过管式混合器混合进入网格絮凝池内，絮凝池单个竖井尺寸1.25m×1.25m，整个絮凝池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，网格絮凝池共计28个竖井，前段10个竖井，内置网格栅条，间隙80mm×80mm，每格设置3 层共计30 个栅条，过孔流速0.26m/s，中间含10 个竖井，栅条间隙100×100mm，过孔流速0.24m/s，每个设网格2 层共20 层，末端含8 格不设网格。筛板装置过水孔面积从前段到末段逐步增大，开孔孔径由小到大分布，相比传统网格絮凝池，筛板的布置可提供更大的水力紊动，促进了颗粒物的碰撞，且使水流流经筛板时水流速度变化幅度小，避免已絮凝的絮体破碎，同时将开孔的筛板竖直放置，筛板上下交错开孔，水流上下蛇形流动，延长水流行程，增加絮体的碰撞几率，使絮体变大密实，方便沉淀。

具体絮凝改造方案为：保留原有网格絮凝池的结构，在池子内部将原有网格更换为筛板装置，提高絮凝效果。筛板絮凝池共设置2 组筛板，单组处理水量15000m3/d；沉淀池与絮凝池合建，设置2 组，单组处理水量15000m3/d。

3.3 沉淀改造

原沉淀池为上向流斜管沉淀池，斜管沉淀池负荷8.0m3/m2·h，斜管直径35mm，倾角为60°，沉淀排泥周期24h。集水系统采用两侧孔口自由出流式集水槽集水。近年来在沉淀处理方面，普通沉淀技术主要有平流沉淀池、斜管沉淀池、斜板沉淀池等；高效沉淀技术主要有高密度沉淀池、高效澄清池、水平管高效沉淀池等。本项目原有工艺采用小间距斜板沉淀池，因池形结构已经确定，可在现有基础上进行改造的工艺仅有普通沉淀工艺中的斜管沉淀池、斜板沉淀池和高效沉淀工艺中的水平管高效沉淀池。因原处理工艺中已采用的斜管沉淀池技术无法满足处理水量及长周期稳定运行的要求，且斜管沉淀池与斜板沉淀池工艺相近，本次改造不再选择斜管（板）沉淀池方式。水平管高效沉淀池是一种在沉淀池内装填水平管沉淀分离装置的沉淀池，沉淀原理与侧向流斜板沉淀类似。特点是沉淀效率高、沉淀区面积小。水平管高效沉淀池的优点：主体工艺没有运转设备，操作维修简单，运行维护费用低，调试时间短，只需要0.5～10h；抗冲击负荷能力强，在污水水量和水质变化大的情况下，出水也能保证稳定达标；过水断面负荷大，沉淀效率高，仅利用改造项目沉淀池的原有尺寸即可稳定实现大幅提高处理水量的目的；药耗小，运行成本低，不影响后续处理工艺正常运行；配备了自动冲洗装置，解决人工冲洗劳动强度大的问题；水平管沉淀分离装置使水流与阳光隔离，避免藻类在沉淀管内滋长，减少冲洗次数。

本方案采用水平管高效沉淀池。该沉淀池操作方式与常规沉淀池类似，运行管理便捷；有效提高处理水量，满足用户需求；原水适应性强，无论是高浊度原水还是低温低浊原水，处理后均能达到良好出水效果，沉淀效率高。考虑现状网格絮凝池排泥阀气管损坏，本次同步对网格絮凝池排泥阀进行更换。

沉淀具体改造方案：将原有沉淀池分设成布水区、沉淀区、出水区。布水区尺寸B×H=9950mm×2300mm；沉淀区选择水平管宽度为9950mm，水平管沉淀分离装置尺寸L×B×H=2000mm×9950mm×2300mm；出水区集水装置尺寸B×H=9950mm×2300mm。冲洗系统采用全自动冲洗装置，自动冲洗的运行速度宜为1m/min；冲洗流量宜为30～50m3/h，冲洗扬程为20～30m。冲洗周期宜为24～48h，宜设定在夜间用水低峰时间。

3.4 普快滤池改造

原有3 万m3/d 沉淀池为6 格双排对称布置，单格尺寸6.42m×5.30m，总过滤面积204.156m2，采用单水冲洗反冲洗方式，滤池底部配置滤梁、滤板和短柄滤头小阻力配水系统，设计正常滤速6.12m/h，强制滤速7.34m/h。反冲洗强度15L/s.m2，反冲洗历时6min，滤池底部设置承拖层和滤料，厚度分别为300mm 和900mm。根据现场排查，底部滤头存在松动或破损，反冲洗过程中存在多点局部涌水现象，前端絮凝沉淀效果差，造成滤池频繁反冲洗，在原水浊度10NTU 以下，出水浊度不稳定，偶有超过1NTU，底部滤板和池壁之间缝隙、含滤梁结构稳定性均无法保证。

本次滤池改造：切割滤梁，拆除滤板和滤头，将原单水反冲洗改造为U 型面包管排水排气系统。滤池的反冲洗方式、配水系统、滤料厚度以及控制方式、排水槽更换、阀门及执行机构改造等，把原滤池改造成为具有气水联合反冲洗功能的滤池；滤池反冲洗方式选用单独气冲+气水联合反冲+单水冲；原反冲洗水泵进行更换，原加药间内增设2 台鼓风机。具体改造方案分土建改造方案和设备改造方案如下。

3.4.1 土建改造方案

1）拆除原滤池内的排水槽、小阻力滤板及短柄滤头配水系统、切割滤料等配水系统，使滤池成为一个5.3m×6.42m的空池。2）在池底沿原配水主管位置重新浇筑混凝土渠，渠宽0.8m，渠长5.5m，渠高0.7m。渠两侧用原滤池滤料及承托层回填至0.6m。3）以上第2 点施工完成后，并且新渠上方安装完立管定位板后，重新浇筑混凝土池底，浇筑层厚250mm。新渠就成为集配水暗渠。4）原进水管标高只有1.05m，较低，不利于滤池恒水位过滤，因此，原进水管标高抬高0.6m，采用金钢取孔的方式，在原管位上方0.6m的地方开孔，安装套管及进水管，开孔直径300mm。5）原排水槽为混凝土槽，滤池改造后，滤料层厚度要达到1.0m，因此，混凝土排水槽需拆除，新排水槽为不锈钢材质，并且标高抬高0.55m 安装，原排水槽孔用混凝土封堵，新排水槽孔采用金钢取孔的方式开孔，孔大小为B×H=500mm×650mm。安装完排水槽后用混凝土封堵。6）原有的电动阀门保持不变，阀门有泄漏的，更换密封圈进行维修，无法维修的按原有类型进行更换。原出水电动阀更换为电动调节阀。新的气冲阀，为电动开关型蝶阀。7）原厂仅设置反冲洗泵1 台，反冲洗泵Q=792m3/h，扬程32m，功率110kW，因原滤池采用单水冲，改造后增加气冲及气水混合冲，改造后水强度降低到8～10L/m2·s，原反冲洗泵的流量和扬程均太高，即使采用变频也无法满足要求，因此原反冲洗泵及备用泵、进出水阀、管均拆除更换新的反冲洗泵。

3.4.2 设备改造方案

1）增加气冲所需的罗茨鼓风机2 台（风量Q=21.5m3/min，压力P=49kPa，功率N=30kW，带隔音罩，1 用1 备，变频启动控制）。2）增加3 台单级双吸泵（水量Q=412m3/h，压力P=14m，功率N=22kW，2 用1 备，变频启动控制）。3）每格滤池增加DN300 调节型电动蝶阀（清水阀）1 台，DN200 开关型电动蝶阀（气冲阀）1 台，反冲洗水主管上增加DN50 吸排气阀、手动闸阀各2 台。4）滤池通过PLC 实现滤池的恒水位控制。5）每格滤池增设现场控制柜，实现现场就地控制、PLC 自动控制、中控远程自动/手动控制三级控制。6）配水配气系统，采用新型的翻板滤池配水配气系统，它由横向配水配气管、竖向布水布气列管组成，采用两次配水配气形式，双气垫层结构，保证了配水配气的均匀性