自来水厂超负荷运行的秘密！

供排水业内人物想必常听到自来水厂（下文不明确指出，一般均表示自来水厂）运营人员说：“哎呀，我们厂昨天又突破供水量新高，突破设计供水量的百分之多少多少了!”，放眼全国，水厂超负荷是较为普遍的现象。为什么水厂会超负荷运行？为什么能超负荷运行？这两个问题虽然只相差一个字，但实际上是两个不同的问题，下面具体分析一下两个问题。

1、为什么水厂会出现超负荷运行的情况

要回答这个问题，先要搞懂几个基础性的问题。其一是水厂的建设依据，在县级及以上城市，水厂的建设并不是想建设就建设的，而是需要当地主管部门或由水务企业配合主管部门委托一家有资质的咨询企业编制10年、20年或更久时间的供水专项规划，该规划编制完毕后，相关部门经过评审最后作为当地的一项发展规划执行。为适应城市发展需要，该规划一般每五年（可能更短也可能更长）会进行一次修编，使之更符合城市发展的需要，所以水厂的建设依据就是规划。 

其二是水厂的规模和建设时间如何确定，这个问题实际上也是由供水专项规划来确定的，说具体点是由某城市的发展速度或者说需水量的增长速度决定的，需水量增长速度需要预测，所以规划必然有着超前性或者说预见性，但超前和预见不是瞎猜，它是以城市多年的人口增长率及发展水平作为基础的。可以认为，水厂的规模和建设时间是由地区的需水量增长速度决定的。

其三是水厂的规模的计算。水厂规模的由其负责的供水区域的需水量决定。该需水量根据城市综合用水量指标法、分项用水量指标法、城市单位建设用地综合用水量指标法计算求得，一般去与过去几年发展速度较为合适者。

了解了上述三个问题后，就可以回答为什么会产生水厂超负荷的现象，水厂超负荷的主要原因是水厂新建、改建、扩建的速度与地区发展速度或者说地区需水量增加的速度不匹配造成的。

2、为什么水厂能超负荷运行

水厂能超负荷运行与设计及运营管理密不可分，下面主要从设计及运营管理两方面论述水厂能够超负荷运行的原因，当然论述是建立在水厂出水达到国家标准及地方标准的基础上的。

1、设计方面的原因

假设原水输送量以超前考虑，一个厂是否能超负荷运行，能超负荷多少运行，主要是在设计过程中对厂内各净水构筑物的制水能力的考虑。举个平流沉淀池的例子，平流沉淀池的计算方法共有三种，实际设计中不会只采用一种进行计算，而是采用两种或三种同时计算互相校核。通过设计手册我们可以看到平流沉淀池的沉淀时间是一个区间，水平流速也是一个区间，这两个参数是沉淀池的计算的一个关键，这两个参数是和局域区间的浊度关系很大，一般大的设计院在设计新水厂的时候会调取取水河段10年的河道信息，比如含沙量、浊度变化、温度变化等，我国给水排水事业发展已百年，各大设计院对不同省市的江河的浊度等变化情况早已了然于心，所以应对不同河段的不同浊度下的絮凝剂沉淀参数取值均非常清晰，其取值不但兼顾各江河的水质特点，又会考虑到遇到突发性冲击负荷，对于实在不明情况的河段也参考同地区其它河段参数，并保守取值，一般取接近上限值。有经验的设计院，还会巧妙的采用高一级的水量进行复核，打个比方，当进水水质为X的时候，能处理20万吨，那么当进水水质为X-1的时候是否能处理20+5的水量。综上所诉，设计的时候构筑物的的裕量是一个客观条件，还有一个客观条件就是实际进水水质，如果实际进水水质超过设计进水水质，那么也是几乎不可能超负荷，只有低于设计进水水质的水厂才能较高的超负荷运行，这是超负荷运行的第二个条件。

下面对三种常用的沉淀池进行定性比较：

1）平流沉淀池

平流沉淀池是全国大中型水厂最推荐的池型，构造简单，处理效果好，矾耗低，对水量和水质变化的适应性好，运行管理方便，是所有沉淀池中抗冲击负荷及超负荷能力最强大的池型，此外对大型工程而言，平流沉淀池的综合造价较低，日常维护工作量少，其唯一缺点是占地面积较大，但上世纪80年代发明了平流沉淀池叠合清水池的方法及平流沉淀池加装斜管或斜板的增加水处理量的办法，使平流沉淀池的优势得到进一步发挥。

2）斜板（管）沉淀池

基于浅层沉淀理论，在平流沉淀基础上发展起来的沉淀池型，具有占地小、沉淀效率高的特点。斜板（管）沉淀池的斜板（管）部分容易形成藻类繁殖，带来管理困难和影响水质，且由于使用塑料材质，存在老化问题，使用5年左右须更换。此外，因斜板（管）沉淀池停留时间短，要求配套的絮凝池应具有良好的效果，其超负荷能力及抵抗冲击负荷能力均弱于平流沉淀池。

3）高效沉淀池

工艺是带化学药剂投加系统的紧凑的斜管沉淀系统，工艺包括混凝、絮凝、斜管沉淀和污泥浓缩，用于去除原水中的悬浮物，一般来说高效沉淀池占地面积相较前面两种要小，由于停留时间的问题，其基本不具备超负荷能力，而且抵抗冲击负荷能力也是最差的，药耗也是最高的。

说完沉淀池，来简单说一下滤池及清水池。

1）滤池

超负荷运行中的“兜底”的角色，若沉淀池沉淀不良，为使出水水质达标，全赖滤池的过滤，因此滤池是超负荷的关键之一，滤池的构筑物多种多样，有普通快滤池、虹吸滤池、V型滤池、D型滤池、高速滤池等等，各种滤池的目的基本一样都是进一步降低NTU，影响过滤的因素很多，主要有沉后浊度、滤速、滤料与级配、反冲洗、水温等。由于滤池的多样性及复杂性，但原理基本一致，本文不对滤池做过多论述，需要明白的是滤池在超负荷运行中起到的是兜底的作用，一般滤池的维护十分重要。

2）清水池

有效容积也是超负荷量的重要影响因素，打个比方设计规模10%和15%的清水池，在前端水处理工艺相同的情况下，超负荷能力15%的会更强一些，这是因为其缓冲能力强。对此举个例子，清水池大则可以在供水波谷时间按照正常情况制水，然后存放于清水池中，如果清水池较小则容易溢流，只能强行降低进水量，减少制水量，相对的超负荷能力或者说调蓄能力也就下降了。

2、运行维护的原因

日常运行维护分为构筑物的维护和设备的维护两种，二者相辅相成不可或缺。

1）沉淀池日常维护

构筑物日常维护的好坏对构筑物是否能够长时间超负荷运行息息相关，对于絮凝、沉淀池来说最重要的莫过于排泥，是否及时排泥并清理沉淀池壁对沉淀池出水浊度尤为重要，因为排泥不及时、池内积泥厚度不断升高，会缩小沉淀池的过水断面、强制缩短沉淀时间，降低沉淀效果，且长时间积泥会使污泥发酵，大量上浮，导致出水水质变坏，但排泥过于频繁会导致水量大量增加，一般来说，排泥时间与进水水质、投药量、进水量息息相关，排泥时间不同地域相差很大，需要按照实际情况制定排泥时间，同时也要根据实际情况制定人工清池子时间。此外，投药量的多寡也对沉淀池的维护及日常出水有一定关系，一些水厂每天都做投药量的烧杯实验，并选取投药效率折点最大点作为投加量点，实际上在进水水质恒定的情况下是没有必要的，而且选取最大效率点容易造成投药量过量，影响沉淀池出水浊度，所以在选取投药量的时候，可以选取最高效率点前效率点进行投加，并以此为基础进行调整。除烧杯试验外，大多数水厂是以沉淀池出水浊度来控制投药量的，也是比较科学的，一般来讲，沉淀池出水浊度越低，则滤池负荷越小，出厂水浊度越好。根据经验，在出厂水要求控制在1NTU以下的厂，沉淀池出水浊度在3-5NTU即可，出厂水在0.1以下的厂，沉淀池出水浊度需要控制在1以下。此外值得一提的是，不少厂遇到沉淀池出水以后，第一反应不是先从自身工艺找原因，而是马上想到我要加点什么什么药，比如加点PAM助凝，加点氯除藻，这是极为不负责的。这是因为，我们要清楚的意识到，供水行业是民生行业，随便投加药物必然会带来其它副产物，而且也未必能解决问题，所以在考虑投药前，先考虑工艺的的问题。

2）滤池的日常维护

水厂超负荷运行，滤池是十分重要的，前文提到滤池是超负荷运行的“兜底”构筑物，因此维护也十分重要，以V型滤池为例，滤池的日常维护问题。滤池维护逃不掉与滤沙、滤头打交道，而滤沙又是滤池过滤效果的关键，一般超负荷运行中，需要定期对滤沙含泥量进行检测，如果发现滤沙含泥量较高（3%或以上）且反冲洗也无法降低或者发现板结、结球的情况，就需要进行滤砂的更换，如果情况不严重，仅更换表层30CM左右即可，如果情况严重，需要清池更换。V型滤池理论上讲是膨胀反冲洗，对于膨胀率以多少为佳，从运行效果来看，控制在15%-20%为好，滤砂砂面至配水烟的距离视气、水冲洗强度大小决定，在0.4-0.6m为好，过小宜跑砂，过大容易冲洗不净。跑砂是V型滤池较为普遍的问题，从经验看，造成V型滤池跑砂原因可以总结为几点，其一是施工过程中配气、配水类筑件、预制件出现问题，导致的；其二是设计参数选取不当导致的（极少数）；其三是调试中没有很好的对滤头进行调整导致的，上述原因中，施工导致的跑砂原因最为普遍也最为致命，因为滤池一旦施工完成，重新做配水和配气的调整十分麻烦，判断设计问题和施工问题比较简单粗暴的办法就是看滤格跑砂规律，大凡设计出了问题的滤池，其跑砂从进气口到末端，跑砂量一般越来越少，成一个规律性跑砂曲线，但是施工上跑砂则几乎没有规模，可以连续几个格子跑砂严重，但是后面的又跑砂不严重，又或者是每隔一个或二个滤格跑砂严重，毫无规律可言，还有一种施工过程出问题的表现就是滤池同一格两边跑砂量完全不同（排除滤头的调校问题后）。至于由于滤帽或者滤头没调校好造成的跑砂，有一个较为明显的特点，就是滤层表面凹凸不平，类似于月球表面，出现这种情况大概率是滤头出了问题，应首先检测。

 

一些水厂为追求过滤和反冲洗效果，对沉后水进行加氯，这么做本质上没有什么问题，但可能会影响到滤层中生物过滤的作用，而且在过滤中也会损失一部分氯，在进入清水池的时候补氯要特别注意，防止加氯过量，影响出厂水观感。实际上对于滤池的维护还有很多可说，而对于其它构筑物其重要性均没有滤池和沉淀池重要，限于篇幅暂时说到这里。

3）设备的维护

一般南方大型水厂厂内设备遵循“冬养，夏修；晨用，夜修”的原则，而河边泵房的设备维修遵循：“水位高则用，水位低则养”的原则。这是因为，夏天属于供水高峰期尽量供水，少修或者不修设备，冬天供水量减少，尽量多做设备维护保养，而河边取水设备就不同，河水高的时候尽量不维护设备，预防泵房被水倒灌，河边水位低的时候，尽量维护保养设备。

水厂设备多种多样，仅抽取排泥机、斜管两种对于水厂超负荷运行的设备进行论述，至于鼓风机及空压机主要是机械方面的故障，这里不过多论述。

①排泥机

严格的说排泥设备发展至今已经发展出虹吸式、泵虹式、泵吸式、底刮式等几种其中泵虹式和泵吸式技术最为成熟，效果也较好运用最为广泛，而底刮式作为后期之秀，也有较大范围的应用。虹吸式及泵虹式吸泥机的区别主要是，虹吸式吸泥机在形成虹吸后停止泵的运行，依靠虹吸清楚沉淀池底泥，由于虹吸力量有限一般较泵吸的效果要差，但省电也较为节水，而泵吸式采用水泵直接抽吸，一般吸泥效果较好，但较费电也费水。如果仅比较排泥含水率，底刮式是最优越的，一般含水率在97-98%，一些设计院认为采用底刮式排泥甚至可以不需要额外建设浓缩构筑物，而且适应性较广，斜管沉淀池也可采用。上述几种刮泥机在安装过程中都对刮板与池底距离均有严格要求，太高刮不干净，太低容易托底，所以安装过程中就应严格检查，预防后期维护的麻烦。刮泥机在建议每年进行一次轨道及驱动电机校正，轨道采用红外线对中器校正，电机如果是同步电机需要检查电机同步率，如果是异步电机需要检查两台电机的转动偏差，这些检查都是预防吸泥机的脱轨，此外，吸泥机的抽吸管道比较重要，对于较大的规模的水厂，建议采用较大口径不锈钢管作为吸泥支管及出泥主管，预防吸泥机堵塞，并设置反冲洗设备，在日常运行中吸泥机PLC控制可以采用在前1/3距离走2段，后2/3距离走一段，这样可以较好的抽取主要沉淀在前1/3段的泥，且吸泥机可以定期进行人工或者编程进行反冲洗，预防出泥管堵塞。至于底刮式排泥机，应定期进行电机负荷校验，及链条拉力测试，并严格按照泥位进行排泥，这是因为底挂式排泥机在污泥过多的时候，容易造成电机过负荷烧坏电机或拉断链条。

②斜管

斜管沉淀池也是应用十分广泛的，斜管的寿命实际上不好确定，有的地方使用7年滑泥效果依然很好，有的地方3年滑泥效果已经很差，这主要是与投药及进水水质有关的。判断斜管的能否继续使用下去很简单，一看斜管滑泥效果是否良好，二看斜管是否老化变形，老化变形的斜管多已经十分柔软，一碰就“瘫”，这时就需要更换斜管了。斜管在日常维护主要还是定期清除斜管的积泥，预防絮体上浮和底泥发酵。

总的来说，水厂超负荷运行，并不是好事，这从侧面反映了地区的发展速度和水厂建设速度的矛盾，水厂超负荷运行一般都会遇到“有量无质，或有量少质”的问题，即供水量和供水水质的矛盾，所以水厂超负荷运行不应作为运行的常态，也没什么值得夸耀的。