已關閉
懸賞分：0 -
提問時間 2013-02-01 11:15
(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海， 200092)
摘要；通過分析城鎮(zhèn)現(xiàn)有水廠升級改造的目標和問題，緊緊圍繞出廠水水質穩(wěn)定可靠滿足新國標和節(jié)能減排的低碳要求，提煉出升級改造凈水新工藝和技術，以期為今后城鎮(zhèn)水廠新建、改擴建的規(guī)劃、設計與建設提供經(jīng)驗借鑒。
關鍵詞：水廠 升級改造 工藝 飲用水
我國城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)在經(jīng)歷了20世紀80年代后期和90年代前期供水規(guī)模較為快速增長后，因水源的普遍污染和優(yōu)良水資源的逐漸減少、水環(huán)境保護的缺乏、水廠技術水平的相對落后以及輸配水設施配套改造建設的滯后，供水水質和運行消耗及安全等方面出現(xiàn)的問題逐步顯現(xiàn)。
隨著供水安全問題的日益顯現(xiàn)、城市建設的快速發(fā)展和人民生活水平的提高、供水行業(yè)技術水平的逐漸進步，以及國際間交流與合作的擴大與加深，全社會對水質要求提高的需求也愈加強烈，這些需求在隨后十幾年的行業(yè)發(fā)展中達到了較為集中的行動轉化。其中包括了一系列行業(yè)技術進步規(guī)劃的提出、政策法規(guī)和技術標準的出臺、技術引進和消化吸收、較大規(guī)模的研發(fā)投入，以及大量新技術、新工藝、新材料和新設備的應用等。
1 升級改造的目標
由于通過治理和保護對污染水源進行修復以及輸配水設施的配套改造建設是一項較長期的任務，而在較短期內實現(xiàn)現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造相對容易，以及通過這種技術升級改造可較大程度地解決上述問題，因此，現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造成為一種見效較快的重要手段。而升級改造的主要目的主要為如下幾個方面：
(1)水質達標和提升
(2)節(jié)能降耗和減排
(3)運行安全與可靠
其中水質達標是以出水水質滿足國家新頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》為目標，水質提升則以實現(xiàn)各地區(qū)結合自身的發(fā)展需求所確定的行業(yè)技術進步規(guī)劃為目標；節(jié)能降耗和減排方面是在確保供水安全的前提下，以合理降低運行能耗、水耗和各種其他材耗以及盡可能減少排放為目標；運行安全與可靠則是以預測、預報、控制和消除傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)、自然與非自然等因素引起的影響運行安全與可靠的各種風險為目標。
2 面臨的主要問題
2. 1水質達標和提升面臨的問題
在水源普遍污染的條件下，為實現(xiàn)水質達標和提升的目標，現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠水質達標和提升面臨的問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面：
(1)原水水質變化
一一污染物多樣性和復雜性。
(2)現(xiàn)有工藝局限性
一一處理工藝級數(shù)不足、工藝形式落后、設計和運行參數(shù)欠合理。
(3)水質標準提高
一一檢測項目增加(35項增至106項)和指標提高。
(4)用水要求更高
一一經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和對外開放地區(qū)用水要求高于國家標準。
2.2節(jié)能降耗和減排面臨的問題
在經(jīng)歷了20世紀80年代后期和90年代前期供水規(guī)模較為快速增長后，現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠在控制運行消耗和減少排放的手段和措施方面歷史欠賬較高，節(jié)能降耗和減排面臨的問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面：
(1)配水單耗居高不下
一一配水設備配置欠合理和缺乏調節(jié)手段。
(2)藥劑單耗偏高
一一投藥設施落后和缺乏精確控制手段、反應器選型針對性不強或欠妥。
(3)工藝過程水力損失較大
一一水廠高程布置及水平衡設計不合理。
(4)水廠用水率和排水量大
一一凈水構筑物工藝形式和排泥手段落后、未建立泥處理系統(tǒng)和廢水回收系統(tǒng)。
2.3安全可靠運行面臨的問題
在新的環(huán)境條件下，各種影響水廠運行安全與可靠的傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)、自然與非自然的因素呈現(xiàn)多樣性、復雜性和不確定性，安全可靠運行面臨的問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面:
(1)原水突發(fā)污染預警和控制消除系統(tǒng)缺失
一一普遍未建立原水水質預警和控制與消除突發(fā)污染物系統(tǒng)。
(2)應對水廠內突發(fā)事故的能力薄弱
一一控制與消除常用危險化學品泄漏的手段欠完善、供配電系統(tǒng)布置欠合理、投藥及輸配水設備備用能力不足、清水池儲存容量偏小、缺乏必要的事故溢流設施。
(3)應對自然災害的能力不足
一一水廠場地高程及暴雨設計強度確定欠合理。
(4)及時發(fā)現(xiàn)事故隱患和防止人為操作失誤及外人侵入破壞的能力不足
一一監(jiān)控及報警系統(tǒng)不完善。
2.4水廠布局和建設用地面臨的問題
由于許多于20世紀80年代后期和90年代前期新建或擴建的城鎮(zhèn)水廠，受當時的歷史條件眼制，在水廠布局和用地安排方面較少考慮到未來技術升級的需求，而更多是關注將來規(guī)模的擴展。因此，水廠布局和建設用地面臨的問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面:
(1)缺乏合理的工藝升級的總體規(guī)劃
一一歷史原因導致總體規(guī)劃通常只考慮規(guī)模的擴大而未考慮工藝升級的需求。
(2)缺少可用于新增工藝升級設施建設的合理空間
一一原有凈水設施土地利用率低或布置過于集中和緊湊。
(3)建設用地緊張
一一歷史較長的城鎮(zhèn)水廠普遍存在建設用地不足和周邊可用土地少，甚至無地可征的現(xiàn)象;歷史相對較短的水廠因各地城市化快速推進，從原來的郊區(qū)水廠成為市區(qū)水廠，同樣面臨建設用地擴展的難題。
2.5改造過程生產(chǎn)維持面臨的問題
隨著各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的快速增長、水源水質的下降和出水水質要求的提高，水廠的運行負荷較為沉重，部分水廠甚至長期處于超負荷運行的狀態(tài)，因此，現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠改造過程生產(chǎn)維持面臨的問題主要表現(xiàn)為如下幾個方面:
(1)水廠不多的中小城市水廠必須全部維持或部分維持生產(chǎn)
一一中小城市水廠全面停產(chǎn)對城市運行帶來嚴重影響。
(2)大型水廠必須維持一定規(guī)模的生產(chǎn)能力
一一大型水廠供水范圍大，全面停產(chǎn)時，其他水廠難以填補其供水缺口。
(3)歷史悠久水廠必須維持一定規(guī)模的生產(chǎn)能力
一一歷史較悠久的城鎮(zhèn)水廠通常位于老城區(qū)，普遍存在管網(wǎng)配水能力有限的現(xiàn)象，全面停產(chǎn)時管網(wǎng)調水的可能性很低。
3 主要對策
3.1水質達標和提升之對策
基于上述現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠水質達標和提升面臨的問題，總結近十年來各地的研究、建設、設計與運行經(jīng)驗，水質達標和提升之對策可歸納為如下幾個方面:
(1)強化傳統(tǒng)工藝處理能力
一一針對污染物多樣性和復雜性，對傳統(tǒng)工藝處理能力的干擾和水質要求的提高，通過調整現(xiàn)有工藝手段來解決：如改變原水水質結構和氧化劑或消毒劑品種、增設助凝措施、改變反應器形式和過濾方式。
(2)增建工藝級數(shù)
一一針對工藝設計及運行參數(shù)欠合理的現(xiàn)象，通過適當?shù)倪\行試驗予以調整，突破現(xiàn)有工藝局限性，增加處理工藝級數(shù)，如增設各種預處理和深度處理工藝設施(或多級屏障〉。
3.2節(jié)能降耗和與減排之對策
針對因歷史欠賬造成的水廠節(jié)能降耗和減排所面臨的問題，其主要對策可歸納為如下幾個方面:
(1)調整配水設備的配置和增設配水設備按需進行自行調節(jié)的措施
一一對于供水壓力和流量變化規(guī)律穩(wěn)定且機組臺數(shù)較多的水廠，可通過大小機組搭配和選用能量性能優(yōu)秀的機組解決。
對于供水壓力和流量變化規(guī)律難尋或機組臺數(shù)較少的水廠，通常宜采用增設機組按需進行自行調節(jié)的措施(如各種調速手段)和結合選用性能優(yōu)秀的機組解決。
(2)提高投藥設施效率和精確控制水平、選用合理的反應器
一一采用先進的投藥設施(采用高效擴散和混合)和精確控制手段〈濃度與流量控制、效果反饋控制和經(jīng)驗曲線指導控制、流量調節(jié)閥、凸輪泵和磁力泵等替代隔膜泵等)。
一一提高反應器的反應效率(增加反應器的速度梯度或反應時間)和適應水量水質變化的能力(采用可調反應速度梯度的反應設備)。
(3)降低水廠用水率和排水量
一一采用出水水質和泥位檢測相結合的可編程序控制器來控制沉淀設施的排泥周期和排泥量，進行有序可控地排泥，合理控制排泥排水量。
一一采用出水水質和濾料堵塞檢測相結合，以及高效沖洗方式(氣洗加水洗)有序控制濾池沖洗頻次和減少沖洗水量，降低廠用水率。
一一建立水廠排泥泥處理系統(tǒng)，有效分離泥水，并在技術經(jīng)濟合理可行的前提下，盡可能多回用分離水，減少排水量。
一一建立水廠濾池沖洗水澄清回用系統(tǒng)，降低廠用水率。
3.3安全可靠運行之對策
針對新環(huán)境條件下各種突發(fā)影響水廠安全可靠運行的因素，安全可靠運行之對策可歸納為如下幾個方面：
(1)建立原水突發(fā)污染預警及控制消除系統(tǒng)
一一在水源地或水廠建立可能的主要特征污染物快速檢測預警系統(tǒng)和生物預警系統(tǒng)，及時發(fā)出突發(fā)污染預警。
一一在水源地和水廠建立多屏障污染控制消除系統(tǒng)，如設置水面圍油和吸油欄、粉炭和高錳酸鉀應急投加系統(tǒng)。
(2)強化應對廠內突發(fā)事故的能力
一一建立各種危險化學品泄漏報警及消除系統(tǒng)，如氯、氨和臭氧等氣體的中和、分解裝置，以及酸、堿等的中和裝置的設置。
一一合理布置供配電系統(tǒng)(如雙回路、雙變壓器設置和不間斷電源)，避免和控制因電源和電器設備故障引起其他連鎖事故的發(fā)生。
一一-涉及水質和輸配水安全的投藥和輸配水設備應有充足的備用能力，并可及時在線切換投運(如混凝劑和消毒劑投加管路采用雙回路布置和流量、壓力雙報警系統(tǒng)等)。
一一水廠內多點設置溢流、應急排放口以及地下泵房分倉布置，消除因設備和人為誤操作事故發(fā)生時產(chǎn)生的次生事故(如水淹和水質失控等)。
一一盡可能增加水廠清水庫容量，緩解事故對供水能力造成的影響，降低水廠突發(fā)事故的危害程度。
一一強氧化/還原性化學品分開儲存(如高錳酸鉀和粉炭)，儲存構建物按相關防爆要求建設。
一一在成本可接受和貨源有保障的條件下，采用凈水功能相同和泄漏危害程度較低的藥劑替代傳統(tǒng)藥劑，如次氯酸鈉和氯化銨水溶液替代氯氣和氨氣，防爆粉炭替代普通粉炭等。
(3)提高水廠安全運行抗自然災害影響的能力
一一廠區(qū)場地高程適當高于所在地周邊城市重要道路高程，暴雨設計強度至少3年一遇，重要水廠甚至可采用10至20年一遇，并按需可設雨水泵站。
一一合理設置關鍵設備的防雷接地系統(tǒng)，重要部位還應適當加強。
(4)提高水廠及時發(fā)現(xiàn)事故隱患和防止人為操作失誤事故及外人侵人破壞的能力
一一完善水廠監(jiān)控系統(tǒng)結構配置，設置分級控制操作權限，建立故障預報警功能和周界監(jiān)控系統(tǒng)。
3.4總體布局及用地安排之對策
在現(xiàn)有水廠布局和用地條件較難適應技術升級要求的不利條件下，總體布局及用地安排之對策可歸納為如下幾個方面:
(1)結合技術升級考慮和現(xiàn)狀條件重新規(guī)劃水廠布局和用地安排
一一按工藝升級總體要求，兼顧歷史合理性和現(xiàn)實要求，重新安排水廠功能分區(qū)和水力高程。
(2)提高水廠現(xiàn)有設施和空間的利用率
一一對廠內年久失修、工藝落后和土地利用率低的構建筑物可予以拆除，換之以成熟可靠、高效和土地利用率高的構建筑物。
一一對結構尚可利用的構建筑物適當改造后進行功能轉換和擴充。
(3)提高建設用地利用率
一一新建設施盡量采用成熟可靠、高效和土地利用率高的工藝形式。
一一工藝銜接緊密或功能相近的設施采用集約化布置方式，減少不必要的同功能公共服務設施的重復建設。
3.5改造過程生產(chǎn)維持之對策
為保障現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造過程中的生產(chǎn)維持問題，主要對策可歸納為如下幾個方面：
(1) 主要凈水設施分區(qū)或分單元改造維持全部或部分生產(chǎn)能力
一一盡量劃小分區(qū)和分單元改造范圍，先行改造不具超產(chǎn)能力的凈水設施，適當提高具有超產(chǎn)能力的凈水設施運行負荷。
(2)建設必要的臨時設施，保證生產(chǎn)維持的安全要求
一一臨時設施的建設應確保滿足生產(chǎn)安全要求，做到雖然臨時但安全可靠，并在可能的條件下使臨時設施盡可能轉換成新的永久設施。
(3)按生產(chǎn)維持的最低要求逐步改造和擴充設備系統(tǒng)，盡量使新舊設備運行過渡無縫銜接。
一一新增設備布置盡量不影響已有設備運行，已有設備替換或擴充可采取啟用備用設備結合采取臨時措施來滿足維持生產(chǎn)所需。
4 適用于現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造的新凈水工藝
4.1高速沉淀技術
高速沉淀技術的主要特征是分離效率高、占地少和集多功能于一體，運行管理及維護相對較復雜，目前已在現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造中有一定應用范圍和規(guī)模。如北京、上海、浙江和江蘇等地。較有代表性的形式有引自國外的DENSADEG高效澄清池、ACTIFLO沉淀池、MULTIFLO沉淀池，以及由上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司自主研發(fā)而成中置式高速沉淀池。該技術可有效解決水廠技術升級改造中面臨的建設用地緊缺問題。
4.2高錳酸鉀和臭氧氧化技術
高錳酸鉀氧化是一種應對特殊水質的預處理技術，可較有效地除錳、除藻、助凝和去除部分有機污染物，也是一種消除或控制水源突發(fā)污染對出水水質影響較為有效的應急措施。因其設施建設的投入和運行成本相對不高，目前應用范圍較廣。
臭氧氧化技術通常是與顆�；钚蕴课浇M合應用，主要用于因水源污染較重水廠水質達標或部分地區(qū)尋求更高出水水質的場合，但其設施建設投入和運行成本相對較高。目前已有一定的工程應用，集中于上海、北京、廣東、浙江和江蘇等地區(qū)。
4.3活性炭吸附（粉炭和顆粒炭）技術
粉炭吸附是一種應對特殊水質的預處理技術，可較有效地去除水中的致嗅致味物質和部分有機污染物，也是一種消除或控制水源突發(fā)污染對出水水質影響較為有效的應急措施。目前，在一些地區(qū)內已逐步開始得以應用。
顆粒炭吸附通常是與臭氧氧化技術組合應用，也可單獨使用，主要用于因水源污染較重水廠水質達標或部分地區(qū)尋求更高的出水水質的場合，或用于對水的特殊處理，如除嗅和味等，但其設施建設的技人和運行成本相對較高。目前已有一些地區(qū)應用，如上海、北京、廣東、浙江和江蘇等。
4.4超濾膜分離技術
超濾膜分離技術是一種精細過濾技術，其主要的特征是能對水中不溶解的細小顆粒物和微生物作較徹底截留，從而可顯著提高出水濁度和衛(wèi)生安全性。此外，在一定的條件下，可替代傳統(tǒng)沉淀或砂濾工藝，且設施建設所需的用地可有較大節(jié)省。因此，采用該技術可有效地解決水廠技術升級改造中面臨的建設用地緊缺。但因其設施建設的投入和運行成本相對較高，且對水中溶解性污染物的去處能力有限，目前僅在浙江、山東、上海和江蘇等地有規(guī)�；瘧�。
4.5紫外消毒及新型化學消毒技術
紫外消毒是一種高效、無化學副作用的安全消毒技術，但必須與化學消毒結合應用。紫外消毒可使出水最終的化學消毒劑投加量減少，從而降低化學消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的風險。該技術在國際上有一定的應用規(guī)模，國內尚處于了解和應用的初期階段，目前僅在上海、天津等地有規(guī)�；瘧谩�
新型化學消毒劑是儲存更安全、泄漏危害程度低、消毒效果較好、成本稍有增加的次氯酸鈉和氯化氨溶液，其制備和加注方式簡單，類似于混凝劑。它可替代傳統(tǒng)的液氯和液氨，并有效降低水廠受化學品污染的事故風險，目前在上海中心城區(qū)水廠已逐步推廣應用。
5 結語
以上為根據(jù)近十幾年專業(yè)工作的體會總結而成，以期為業(yè)內同行進一步共同探尋現(xiàn)有城鎮(zhèn)水廠技術升級改造所面臨的問題及解決的對策起到拋磚引玉的作用，也可為今后新建城鎮(zhèn)水廠的規(guī)劃、設計與建設提供一些經(jīng)驗借鑒。
