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 河南省某县自来水厂以黄河水为原水，采用“网格絮凝+斜板沉淀+虹吸过滤+液氯消毒”处理工艺，生产处理能力为3万t/d，于2002年投产至今。由于该城市发展用水量增加，现有自来水供应能力无法满足实际需求，因此，在该厂预留地上扩建一条处理规模为3万t/d的水处理生产线。 目前黄河干流水质较好，孙艺珂等通过对黄河干流2004年～2016年7个断面4 521组周测数据分析得到，黄河干流以Ⅱ、Ⅲ类水体为主，分别占黄河干流总监测数据的64.21%和21.51%，水质总体呈逐渐好转趋势。吴喜军等以黄河干流6个监测断面2015年监测数据为基础，采用改进的内梅罗指数法进行水质评价，并将评价结果与灰色聚类法、单因子评价法比较，3种评价方法结果显示6个监测断面的水质级别均为Ⅰ类和Ⅱ类，黄河干流整体水质状况较好。 新建自来水生产线在黄河内的取水口与现有自来水生产线取水口位置相同，且现有自来水厂生产线产出的自来水水质检测数据可满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的要求，因此，新建自来水厂采用常规处理工艺即可达到要求。鉴于原有生产线生产工艺较为落后：网格絮凝池占地面积大、絮凝效果不理想；虹吸过滤池能耗较高，抗冲击性能较差等，新建自来水生产线将采用“涡街反应+斜板沉淀+V型滤池”的处理工艺。 扩建的自来水生产线采用的处理工艺如图1所示，新建的构筑物有配水井、反应沉淀池、气水反冲洗滤池、清水池、排水池、排泥池和污泥脱水机房，加氯和加药装置利用原有构筑物和设备。 图1 新建自来水处理工艺流程图 2.1 配水井(新建)配水井为钢混结构，双圆环设计，外圆环直径为5 m、净高为6.5 m，内圆环直径为2.4 m、净高为6 m。进水管DN820和排水池输送管DN200均从内圆环进入配水井，外圆环设DN600铸铁圆闸门2台和DN300铸铁圆闸门一台，分别对应池底部两条出水管和一条放空管。配水井通过手动开启铸铁圆闸门的开度来调节进入原有沉淀池和新建反应沉淀池的进水量。 2.2 反应沉淀池(新建)反应沉淀池为钢筋混凝土结构，分2组对称布置，池长为22.4 m，宽为18 m，深为5.5 m。配水井的出水管在2组反应沉淀池中心位置由三通和异径管分为两根DN530直径的管道分别进入2组反应沉淀池的进水口，在DN530直径的进水管路上依次设有加药孔、蝶阀和可伸缩管道混合器，在管道上的加药孔投加液氯，在管道混合器自带的加药孔投加絮凝剂，原水和药剂经管道混合器机械混合后，通过蝶阀的开度大小控制分别进入2组反应沉淀池进水口的水量。管道混合器采用不锈钢304材质，法兰连接，工作压力为0.6 MPa，混合器的一段有可伸缩软接头，伸缩距离为30 mm，方便安装和检修。混合器内部有180°扭曲的固定螺旋叶片，流体通过它时产生流向变化，出现紊流现象从而提高水和药剂的混合效率。混凝剂采用聚合氯化铝，投加量根据进水浊度的变化为8～15 mg/L，液氯投加量为1 mg/L。 原水首先进入反应沉淀池的涡街反应区，水力停留时间为5.4 min，每组反应沉淀池的涡街反应区分为25格，5×5布置，在每格水池上端或下端预留过流水孔，使水依次上下折流通过每格水池。涡街反应区相比原有生产线的网格絮凝池而言，网格水池更小(原有生产线网格絮凝池每格尺寸为2.5 m×1.5 m)，每格水池增加了集成式涡街反应器1套，集成式涡街反应器尺寸为1 500 mm×1 000 mm×1 200 mm，整体框架采用不锈钢304材质，内部由带有三个同心叶片的中空组件，内穿通杆固定于框架上，通过一定的层数、间距搭配(前15组，5×4排列，后10组4×4排列)，实现以多层次缓阻方式，控制速度梯度由大到小平稳而均匀的变化，进而控制矾花由小逐渐变大的合理成长速度，矾花成长的同时，又能够受到适度的揉搓变得更加均匀和密实。集成式涡街反应器采用模块化组装，安装维护方便，采用螺栓固定，不需要焊接或黏接，涡街叶片在水流作用下可自行旋转，防止积泥。 原水经过沉淀池涡街反应区进入过渡区，每组过渡区长为8.5 m，宽为0.8 m，过渡区与配水花墙之间设隔墙，水翻过隔墙后通过配水花墙的过水孔(孔直径为100 mm，7×24布置，孔间距为200 mm)进入斜板沉淀区。 每组斜板沉淀区长为10.8 m，宽为8.5 m，深为5.5 m，沉淀时间为0.67 h，水升流速度为6.8 m/h，最上部设四根集水槽。集水槽采用不锈钢304材质，长为11 m，宽为0.3 m，高为0.58 m，板厚不低于3 mm，槽底中心每隔1 m开直径为20 mm的抗浮孔。集水槽的侧板上距顶150 mm开直径为25 mm的过流孔(间距为110 mm，两侧孔眼交错排列)，侧板与侧板间采用加强肋条加固，集水槽出水端与出水孔洞采用膨胀水泥密封，另一端采用角钢支架与水池预埋钢板焊接压住集水槽防止位移。集水槽底部采用工字钢支撑，工字钢两端焊接在水池预埋钢板上。 斜板沉淀是运用“浅层沉淀原理”，在沉淀区域设有斜板从而缩短颗粒沉降距离和沉淀时间，增加了有效沉淀面积，其处理能力是一般沉淀池的3～5倍。本项目采用高密度斜板，乙丙共聚材质，板间距为30 mm，安装角度为60°(水流上升角度与水流方向相逆)。斜板安装采用电熔焊接，焊点数不少于20点/m，整体焊接后，可承受大于10 kg/m2的拉力，斜板表面可承受大于80 kg/m2的压力。斜板与支撑之间设有整流装置，PP材质，高为100 mm，网格状布置。斜板支撑采用不锈钢扁钢(或不锈钢圆钢)与工字钢焊接组成，斜板与斜板支撑采用尼龙绳固定，防止斜板上浮。斜板的安装水平尺寸误差要求不大于10 mm。在每组反应沉淀池的斜板沉淀区靠近出水口处设浊度仪一台，监测反应沉淀池出水浊度，在正常运行情况下出水浊度应≤3 NTU。 反应沉淀池涡街反应区和斜板沉淀区底部均设污泥斗，采用液压方式排泥，DN200不锈钢排泥为主管(每组涡街反应区5根，每组斜板沉淀区6根)，每根主管设4根DN80不锈钢支管，每根主管管端(池壁外侧)设手动和电动排泥阀，另一端管头封死。手动排泥阀常开，电动排泥阀为常闭，排泥时利用每组反应沉淀池的电控柜(1台控制柜控制11电动阀门)控制打开电动排泥阀，通过液压将污泥斗内的泥排入反应沉淀池池两侧的排泥渠(半地下式、加盖)，电动阀故障或检修时可关闭手动排泥阀。排泥渠内的污泥自流进入排泥池。 2.3 气水反冲洗滤池(V型滤池，新建)气水反冲洗滤池是深度处理的重要构筑物，用于去除反应沉淀池出水中的SS和部分有机物。气水反冲洗滤池为钢筋混凝土结构，整体长为30.4 m，宽为17.7 m，深为5.5 m。正常滤速为7.2 m/h，强制反洗时滤池滤速为9.6 m/h，滤设有四格滤池，单格过滤面积为48 m2，每格滤池对称布置，左右区域各24 m2，滤池总高为4.3 m。气水反冲洗滤池一侧设反冲洗设备间，包括反洗水池、反冲洗水泵和反洗风机，提供滤池反冲洗的水源和气源，通过气冲-汽水联合冲-水冲加水平扫洗的方式，对滤料进行反洗。另一侧设有反冲洗水排泥槽，反冲洗时的排水、进水总渠放空排水和每格滤池的放空排水均通过排泥槽底部的DN600的管道流到排水池。 反应沉淀池出水首先进入气水冲反洗滤池一侧顶部的进水总渠内，在每格滤池前进水渠设进水电动方闸门(DN300×DN300)和表扫水进水电动方闸门(DN250×DN250)各1台，每格滤进水堰安装可调式不锈钢堰板(1 700 mm×350 mm)各1块。进水翻过可调式不锈钢堰板后进入V型槽，通过V型槽底部预埋的DN32PE管(配水孔，孔间距为350 mm)进入滤池。滤池内采用石英砂(海砂)作为滤料，厚度为1.2 m，粒径为0.9～1.2 mm，不均系数K80≤1.4，石英砂下铺设卵石作为承托层，厚度为0.1 m，粒径为2～4 mm。在每格滤池滤料上方设超声波液位计一台，根据滤池的液位高低来控制滤池的反冲洗频次。 每格滤池安装48块滤板，左右对称区域各24块，3×8形式排列布置。每块滤板尺寸为970 mm×970 mm×10 mm，钢筋混凝土材料制作，每块滤板安装DN20型长柄滤头(ABS材质)56个，7×8形式排列布置。采用滤梁承托滤板，并由滤梁上的预埋Ф=14 mm的不锈钢锚固螺栓与不锈钢压片(用于中间滤板上的压片规格为：90 mm×90 mm×8 mm，用于两端滤板上的压片规格为90 mm×70 mm×8 mm)来固定滤板。每格滤池左右区域各设9道滤梁，梁与梁中心间距为993 mm，每根滤梁宽为150 mm，高为0.9 m(配水配气区高度)，预埋6条不锈钢锚固螺栓。 每格滤池的中心设有反冲洗排水槽，宽为800 mm，深为1 000 mm，排水槽靠近进水总渠的端部设DN500×500 mm排水电动方闸门，反冲洗废水通过该闸门进入进水总渠下部的排泥槽。反冲洗排水槽下部为反冲洗配水和配气区，配气孔顶部标高与滤梁顶部相平，孔径DN50，孔间距为500 mm；配水孔底部标高与滤池底部相平。孔径为100 mm×100 mm，孔间距为500 mm。进水通过石英砂滤料过滤后，经过滤板上的长柄滤头进入配水配气区，再经出配水孔进入位于反冲洗设备间的反冲洗水池后进入清水池。 反冲洗设备间设反冲洗水泵(卧式离心泵)三台(两用一备)，流量为480 m3/h，扬程为10.5 m，功率为22 kW。设反冲洗风机两台(一用一备)，风量为35 m3/min，风压为44 kPa，功率为45 kW。反洗水泵和风机上方设电动单梁起重机，额定起重量为2 t，反冲洗设备间的地坑内设潜水泵一台，流量为8.5 m3/h，扬程为8 m，功率为0.75 kW。反冲洗水池长为30.4 m，宽为2.3 m，深为1.6 m，出水堰口安装可调不锈钢堰板(2 500 mm×350 mm)一块。 滤池二楼设四台控制台、两台配电柜和一台PLC柜。四台控制台分别控制每格滤池的进水电动闸门、表扫水进水电动闸门、排水电动闸门、出水电动调节蝶阀、反冲洗进水电动蝶阀、反冲洗进气电动蝶阀和反冲洗进气管路的排气电磁阀。两台配电柜分别为反冲洗间水泵、风机和阀门、反应沉淀池配电柜等供电。滤池反冲洗设备间内潜水泵、行车、反冲洗水泵和风机以及进出口管路电动阀门均设现场按钮箱。通过在PLC柜内编程控制反冲洗水泵风机设备的启停和阀门、闸门启闭来实现对整个滤池进行反冲洗的过程。 滤池反冲洗分为单独气反冲洗、气水联合反冲洗和单独水反冲洗3个阶段。某一个反冲洗过程为：关闭进水闸板，全开出水阀，待水位至滤层上20 cm时，关出水阀，打开气冲洗阀、启动风机[单独气反冲洗时间为1～2 min，强度为13～17 L/(s·m2)]，启动1台反冲洗水泵，打开水冲洗阀和排水阀[气水联合冲洗4～5 min，空气强度不变，水冲洗强度为2.5～3 L/(s·m2)]，关闭风机、关闭气冲洗阀，启动第2台反洗水泵，加大反冲洗水量[单独水反洗5～8 min，强度为4～6 L/(s·m2)]，关闭反冲洗阀，关闭反冲洗水泵，开进水闸门，关闭排水闸门，开排气电磁阀，当水位上升到正常水位的80%时开出水阀，进入自动过滤周期。 2.4 清水池(原有)、排水池(新建)和排泥池(新建)新建生产线和原有生产线经过滤池后的水在管路上加氯后进入清水池后混合，清水池长为35 m，宽为35 m，深为4 m，有效水深为3.8 m，设余氯测定仪、浊度仪和超声波液位计各一台。清水池钢筋混凝土结构，内设隔墙使水和液氯在池内折流混合，保证清水池内水中余氯含量大于0.5 mg/L。 滤池反冲洗废水自流进入排水池，排水池长为12 m，宽为8 m，深为5.5 m，有效水深为4.5 m，钢筋混凝土结构，设三台潜水泵将水提升送回配水井。潜水泵功率为5.5 kW，流量为100 m3/h，扬程为10 m。 反应沉淀池排泥渠排泥自流至排泥池，排泥池直径为8 m，深为4.5 m，有效水深为3.5 m，钢筋混凝土结构，设两台不锈钢高速潜水搅拌机，叶轮直径为325 mm，功率为2.2 kW。排泥池的污泥通过螺杆泵进入污泥脱水机房内带式脱泥机(带宽1 m，两台，一用一备)处理后外运。 2.5 送水泵房和高低压变配电间(原有)以及加氯加药间(扩建)在原有送水泵房内预留空地新增三台送水泵(单级双吸式离心泵)，流量为1 260 m3/h，扬程为44 m，功率为220 kW。 在原有高低压配电间新增两台低压配电柜，一台配电柜变频控制新增的送水泵，另一台配电柜为新建的构筑物(滤池、污泥脱水机房等)的配电柜供电。将原有两台油浸变压器(400 KVA)更换为干式变压器(800 KVA)。 加氯和加药利用原有建筑和设备，在加氯间外扩建板房，增加一套每小时可处理500 kg液氯的漏氯吸收装置，在加氯间安装一台漏氯报警仪。漏氯吸收装置在加氯间内发生漏氯事故时根据漏氯报警仪的信号启动，将泄漏到室内的氯气吸收到漏氯吸收装置内，与装置内的碱液进行中和反应。漏氯吸收装置的塔体和储液箱体均采用玻璃钢材质，泵和风机均为耐腐蚀材质。 3.1 气水反冲洗滤池土建施工误差较大气水反冲洗滤池每格滤池左右区域的设计尺寸为3 m×8 m的长方形，每平方米设置一块滤板(970 mm×970 mm×10 mm)，滤板安装完毕后用水泥砂浆来填充滤板之间的间隙。由于土建施工的误差较大，每个区域浇筑后都为不规则的长方形，造成滤板安装时施工难度较大，水池长度或宽度小于设计尺寸时，滤板放不下去，需要磨割混凝土墙壁或者切割滤板；水池长度或宽度大于设计尺寸时，增大了滤板与滤板之间的间隙，造成压板与滤板间的接触面积太小，反冲洗时会造成滤板位移的风险，因此，将压板更换为150 mm×150 mm×10 mm的规格，压板与锚固螺栓安装时用双螺母固定。 3.2 滤梁浇筑时未预埋锚固螺栓土建施工单位在气水反冲洗滤梁浇筑时未能预埋不锈钢锚固螺栓(Ф=14 mm，L=340 mm，共432个)，在征求多方意见后，为了保证螺栓和滤梁的连接牢固度，只能人工将滤梁凿开，将螺栓与滤梁露出的主筋焊接后重新支模浇筑，给工期造成了较大的影响。 3.3 反应沉淀池出水口设计标高较低原水通过配水井两根DN600管路分别自流进入原有沉淀池和新建的反应沉淀池，但由于新建反应沉淀池进水口和出水口标高比原有沉淀池进水口和出水口标高均低于400 mm，造成在配水井两条出水管路的闸门开度相同情况下，进入新建反应沉淀池的水量远大于进入原有反应沉淀池水量，因此在全厂进水达到满负荷运转的情况下，新建反应沉淀池进水量必会远超设计处理能力(3万t/d)。因此在新建反应沉淀池进水口处安装不锈钢调节堰板，使进水水位标高增高400 mm，解决了上述问题，实现了以配水井闸门开度大小来调节新旧生产线进水量的多少。 3.4 反应沉淀池排泥渠排泥总管管径较细新建反应沉淀池两侧排泥渠的总排泥管通向排泥池的管路按照设计标高与走向与厂区原有其他管线相交，建设单位将该管路直径缩小为DN200，造成反应沉淀池两侧的污泥渠内各11个排泥阀(DN150)只能逐个排泥，如果同时打开两个以上排泥阀排泥，排泥渠内液位就会上升，甚至会淹没排泥阀。因此设置成现场操作排泥阀电控箱进行排泥，避免在人员中控室操作不清楚现场水位造成溢水事故。 3.5 反应沉淀池斜板上浮反应沉淀池在运行一段时间后，出现部分区域斜板上浮不平，判断原因为固定斜板的尼龙绳出现松动。为了彻底解决该问题，在斜板上方增加DN25不锈钢圆管，采用尼龙绳将圆管与斜板及斜板底部支撑一起捆绑固定，每隔1 m设一组圆管，每组圆管从池一端连接到另一端，使每组圆管下的斜板连成一体，加上圆管的自身重量，彻底解决了斜板上浮的问题。 3.6 反应沉淀池涡街反应器效率低反应沉淀池的斜板上方出现絮凝体沉积较厚、较多的现象频率很高，需要经常将斜板沉淀区放空水后用水枪冲洗斜板。经取样分析和研究，初步判断为集成式涡街反应器工作效率不高，叶片组件平行排列，水在涡街反应器内形成短流，未能形成密实的矾花，当水流经过斜板沉淀区时，在斜板上方区域生成部分矾花，矾花沉淀后积压在斜板上方。因此，将涡街反应器原有的上下层平行安装的叶片组件改装为上下层交错安装(在第一层和第三层叶片组件平移后再各增加一条叶片组件)，改装后的涡街反应器运行状态良好，生成的矾花密实，斜板上方区域积压絮凝体情况大为改善。 新扩建后的水厂设备运行正常，出水水质稳定，随着该县生产和生活用水需求量的不断增加，新自来水生产线于2018年6月产水量达到3万t/d满设计负荷运行。该厂自来水从2018年6月—2019年6月进厂和出厂水质数据值(厂内检测项目)基本在表1范围内。其余定期送检(或抽检)项目均能达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的限定要求。 新建自来水生产线较原有产线产水水质波动更小，特别是产水能力提高后，原有产线产水负荷显著降低，更利于产水水质的控制。 说明：“/”表示未检测；总大肠菌群单位为CFU/100 mL；细菌总数单位为CFU/mL 采用絮凝沉淀+过滤消毒的传统工艺对于原水水质较好的地区可以取得稳定的出水水质，同时实现较低的投资和运行维护成本，若是考虑未来原水水质的恶化趋势，可采用以下几种方式尽量避免出水不合格或者水源受突发事件被污染造成水厂停产的事件。 (1)建设调蓄池。采用地表水作为原水直接取水的自来水厂，可根据实地情况建设调蓄池。镇江市金山水厂和金西水厂利用地形在高地设置调蓄池，地表水首先进入调蓄池预处理系统以及监测水质后再进入自来水厂，调蓄池预处理系统有预曝气区、斜管预沉池，应急处置药剂投加装置，可投加絮凝剂(大多数时间不加)、高锰酸钾药剂(有可氧化污染物时投加)和活性炭粉末(有嗅味或可吸附性污染物时投加)，调蓄池容积为140×104 m3(平均停留时间为3 d)。调蓄池的建设和使用实现了对水源突发污染的有效预警与原水水质调控，保证污染原水不进入水厂，显著提升了该地区的城市供水安全保障水平。 (2)采用深度处理工艺。中国工程院院士侯立安在2017年11月召开的“中国城市及区域环境发展论坛”上表示：目前，我国90%左右的自来水厂还是采用过去的混凝、沉淀、过滤技艺，对新的106项，特别是新型污染物的涌现及处理，显然力不从心。他建议应该建立深度处理水厂，对现在的自来水再进一步的深度处理。山东省宁阳县自来水厂采用地下水为水源，原水中硝酸盐和硬度严重超标，该厂采用超滤+反渗透双膜技术对原水进行深度处理，可以有效去除水中的各种重金属离子、有毒化学物质和有机污染物等，出水稳定且达到国家标准。盐城某水厂地处于淮河下游，水源属于氨氮各有机物污染为主的微污染水源，但在丰水期耗氧量、氨氮、总磷、溶解氧、铁及锰等指标偏高，超过Ⅲ类水标准。该水厂采用传统工艺加深度处理工艺：混凝沉淀+砂滤池+臭氧-生物活性炭+超滤+纳滤+消毒工艺，显著降低了出水常规指标(CODMn、浊度、氨氮)以及阴离子指标 本项目考虑未来原水的变化趋势，季节气候的影响，应考虑在水量满足使用要求后，增加后续的深度处理工艺，对产水水质进一步保障。 |
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