許嘉炯，雷  挺，沈裘昌，鐘燕敏，芮  旻
（上海市政工程設(shè)計研究總院，上海 200092）

 

摘     要：嘉興市南郊水廠一期工程設(shè)計規(guī)模15萬m3/d，針對劣v類原水考慮預(yù)處理、加強(qiáng)常規(guī)處理、深度處理和緊急處理四種措施，具體工藝采用預(yù)臭氧+生物預(yù)處理+中置式高密度沉淀池+后臭氧+上向流活性炭吸附池+下向流序批反沖洗砂濾池，全套水處理工藝流程和單項構(gòu)筑物在行業(yè)內(nèi)具有一定的示范性。從調(diào)試運(yùn)行情況看，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，出廠水濁度控制在0.1～0.2 ntu左右。
關(guān)鍵詞：加強(qiáng)常規(guī)處理；深度處理；中置式高密度沉淀池；序批反沖洗濾池

 

1　背景簡介
　　嘉興市為浙江省省轄市，位于全國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的長江三角洲南翼，地處浙北杭嘉湖平原東部，緊鄰全國最大的經(jīng)濟(jì)中心——上海市，北接蘇州市，西連杭州、湖州兩市，東南瀕臨錢塘江與杭州灣。
　　嘉興市雖然位于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但水資源并不豐富，人均占有水資源量為625 m3,不到浙江省人均的1/3。目前嘉興市地表水雖然污染較嚴(yán)重，但考慮到目前長距離引水涉及跨區(qū)域協(xié)調(diào)難度大及投資大等因素暫無法實施，而地下水的取用又因易引起地下水位下降和地面沉降受限制，故目前仍只能以地表河網(wǎng)水作為水廠水源。嘉興市此前常年運(yùn)行的2座水廠-城區(qū)的南門水廠和城西的石臼漾水廠，均取用地表河網(wǎng)水，故新建南郊水廠亦就地取用微污染河網(wǎng)水，通過優(yōu)化處理工藝來滿足新頒布的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　嘉興南郊水廠設(shè)計總規(guī)模為45萬m3/d，一期15萬m3/d已于2007年7月通水投產(chǎn)。
2　原水水質(zhì)特點(diǎn)分析
　　根據(jù)2001年和2002年《嘉興市環(huán)境狀況公報》中公布的數(shù)據(jù)和評價，嘉興8條主要河流，均受到不同程度的污染，其中以石臼漾水廠水源新塍塘污染最輕，為iii～iv類水體，而南門水廠水源長水塘的水質(zhì)則為劣于v類水體。
　　南郊水廠水源為長水塘和南郊河雙水源切換（離南郊水廠均1 km左右）。2000年～2003年嘉興環(huán)保監(jiān)測站對長水塘螞蝗塘橋斷面監(jiān)測的結(jié)果如下表1所示。
　　2003年12月，2004年3月和4月，嘉興給排水有限公司對南郊河水源作了常規(guī)分析，主要檢測指標(biāo)如下表2所示。
　　從表中可以看到，南郊水廠兩個河網(wǎng)水水源水質(zhì)所受有機(jī)物污染均比較嚴(yán)重，尤其是鐵、錳、色度和有機(jī)污染等指標(biāo)，最高值已在ⅴ類水源標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，如采取常規(guī)處理，南郊水廠出廠水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)不到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3　工藝選擇分析
　　通過多年以來對嘉興地表河網(wǎng)水源水質(zhì)的長期試驗和檢測，我院基本找到了一套針對嘉興地表水水源水質(zhì)，大幅改善嘉興南郊水廠出水水質(zhì)的凈水工藝和相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)。從總的凈水工藝分析，采取了4道凈水措施（見表3）。
　　在進(jìn)行具體工藝選擇時考慮到預(yù)處理的目的主要是針對氨氮的生物降解去處和對后續(xù)常規(guī)處理的改善作用，故作為第一道處理工藝；緊急處理措施主要是應(yīng)對水質(zhì)突發(fā)性有機(jī)污染，通過投加粉末活性炭和高錳酸鉀（或復(fù)合高錳酸鹽）進(jìn)行控制，故需設(shè)于常規(guī)處理之前；加強(qiáng)常規(guī)處理和臭氧-活性炭深度處理工藝作為處理工藝核心一般先后布置，但臭氧-活性炭深度處理工藝往往由于生物活性炭表面生物膜老化脫落并穿透炭層，引起出水濁度的提高以及對生物穩(wěn)定性的質(zhì)疑。
　　基于中置式高密度沉淀池在嘉興石臼漾水廠的穩(wěn)定運(yùn)行，我院認(rèn)為在采用中置式高密度沉淀池將南郊水廠沉后水濁度控制在1 ntu左右是有把握的。在此條件下，可將臭氧-活性炭深度處理直接置。

4　設(shè)計工藝介紹
4.1  總平面布置
　　水廠分為三期建設(shè)，一期生產(chǎn)區(qū)及生活區(qū)設(shè)在水廠南側(cè)，二期三期依次向北排列，污泥脫水區(qū)設(shè)在最北側(cè)，這樣即保證生活區(qū)與廠區(qū)南側(cè)主通道順利銜接，又使污泥脫水區(qū)與主生產(chǎn)區(qū)及生活區(qū)保持一定距離；廠區(qū)主要處理構(gòu)筑物之間設(shè)置天橋，便于巡視管理，體現(xiàn)了人性化設(shè)計的特點(diǎn)。
　　凈水廠一期工程征地115.5畝；同時需控制二、三期工程用地82.8畝。一期工程平面布置詳見下圖2。4.2  取水泵站
　　土建按45萬m3/d規(guī)模一次建成，第一期安裝15萬m3/d。吸水井、取水泵房采用合建形式。配電間位于取水泵房東北側(cè)，與取水泵房合建。
　　取水渠道進(jìn)水口設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)攔截河道內(nèi)大型漂浮物，網(wǎng)眼尺寸50×50 mm。
　　泵房內(nèi)共設(shè)6臺水泵基礎(chǔ)，雙排布置。15萬m3/d規(guī)模時先裝4臺水泵，3用1備。水泵進(jìn)水管安裝檢修用手動蝶閥，出水管安裝微阻緩閉止回閥和檢修用手動蝶閥。
4.3  生物接觸氧化池
　　按一期規(guī)模15萬m3/d進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計采用輕質(zhì)濾料，停留時間約45 min。鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)在生物接觸氧化池下部，內(nèi)曝氣鼓風(fēng)機(jī)共3臺，2用1備，其中1臺變頻調(diào)速；炭吸附池、砂濾池的反沖洗風(fēng)機(jī)共2臺均為變頻調(diào)速，平時1用1備，砂濾池、炭吸附池同沖時2臺同時開。
4.4  中置式高密度沉淀池
　　規(guī)模15萬m3/d。采用機(jī)械混合、機(jī)械絮凝、斜管沉淀和污泥濃縮合建形式，共分二組，每組規(guī)模7.5萬m3/d。
　　機(jī)械混合室設(shè)在池體中央，機(jī)械混合時間30～60 s，回流污泥和礬液及預(yù)氧化藥劑等加注后與原水一起進(jìn)入混合室進(jìn)行機(jī)械混合。
　　混合后采用機(jī)械提升攪拌絮凝方式，使原水與數(shù)倍的回流水混合，然后進(jìn)入沉淀分離區(qū)。分離區(qū)上部設(shè)斜管，分別置于絮凝區(qū)兩側(cè)，上升流速約4.2 mm/s，斜管上部布置集水槽，沉后水經(jīng)集水槽匯集后通過連接管道接入臭氧接觸池。
　　分離區(qū)下部設(shè)污泥濃縮區(qū)，采用刮泥機(jī)進(jìn)行污泥濃縮、刮泥，池中央設(shè)小型泥斗，用dn300排泥管接出，排泥管與螺桿泵連接，螺桿泵配變頻電機(jī)，設(shè)計回流污泥量考慮5％～15％，多余污泥接入污泥處理系統(tǒng)。沉淀池放空時可排入污泥回收池，用污泥泵排空。
4.5  臭氧接觸池
　　臭氧接觸池規(guī)模為15萬m3/d，不設(shè)中間提升泵房。
　　采用全封閉結(jié)構(gòu)，接觸時間15 min。分為獨(dú)立二組。每組接觸池前均設(shè)dn1400的手動蝶閥。接觸池分3次曝氣頭曝氣接觸，三階段反應(yīng)，最后經(jīng)跌落出水至活性炭濾池。曝氣頭采用管式微孔曝氣，臭氧向上，水流向下，充分接觸。
　　接觸池內(nèi)逸出的臭氧經(jīng)負(fù)壓收集、熱催化劑破壞分解成氧氣后排入大氣。
4.6  臭氧發(fā)生器間
　　臭氧發(fā)生器間與臭氧接觸池合建，按15萬m3/d建設(shè)，臭氧設(shè)計最大加注量4 mg/l，其中前臭氧0.5～1 mg/l，后臭氧3～3.5 mg/l，采用15 kg/h臭氧發(fā)生器，共2臺，不設(shè)備用。當(dāng)一臺發(fā)生故障或檢修時通過加大另一臺負(fù)荷達(dá)到臭氧供氣量。
　　在廠區(qū)西側(cè)設(shè)貯氧/制氧專區(qū)，近期安置液氧罐，遠(yuǎn)期再建制氧車間。
4.7  濾池
　　本工程將活性炭吸附池和砂濾池合建在一起，雙排布置，一排為上向流活性炭吸附池，另一排為砂濾池，設(shè)計規(guī)模均為15萬m3/d，各分為9格，共用中間管廊。
　�。�1）活性炭吸附池。
　　臭氧接觸池出水進(jìn)入活性炭吸附池，采用上向流運(yùn)行方式，即下部進(jìn)水，經(jīng)過活性炭吸附層吸附后，上部利用指形槽出水�；钚蕴课�附池單格面積60.4 m2，上升流速12 m/h。吸附層為活性炭層，厚度2.5 m，炭層停留時間15 min。
　　活性炭吸附池采用氣沖，最大強(qiáng)度約60 m3/（h·m2），沖洗歷時約3 min。
　　活性炭吸附池僅加設(shè)氣沖增大氣水與炭粒之間摩擦即可�？紤]氣沖后出水濁度升高，設(shè)置初期水排放管。
　�。�2）砂濾池
　　活性炭濾池出水后直接進(jìn)入砂濾池，在進(jìn)水前視需要最大投加5 mg/l聚合氧化鋁鐵作為助濾劑，采用機(jī)械混合。砂濾池采用序批氣水反沖濾池，單格面積為96 m2，濾速為7.6 m/h。濾層由上而下為：石英砂d=0.75 mm，厚度1.0 m；支承層d=3.0～16.0 mm，厚度0.45 m。
　　砂濾池沖洗采用氣水反沖洗，水沖為水箱沖洗，由設(shè)在管廊里的水泵抽取砂濾池出水注入水箱。水箱設(shè)在管廊上部。氣沖設(shè)備設(shè)在濾池鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)。
4.8  清水池
　　清水池調(diào)節(jié)容量為15％。清水池一期設(shè)1座，容量22 500 m3。
4.9  吸水井與二級泵房
　　本設(shè)計吸水井與二級泵房一期土建規(guī)模45萬m3/d，一期設(shè)備按15萬m3/d布置，k時=1.25。采用吸水井與二級泵房分建，泵房一側(cè)為變配電間。
　　吸水井2座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，頂板承壓，兩座吸水井之間通過閥門連通。
　　泵房為半地下式，泵房內(nèi)共設(shè)7臺泵基，均為臥式離心泵，一期安裝3臺，2用1備，其中1臺安裝變頻調(diào)速裝置，變頻泵采用6 kv高壓電機(jī)，非變頻泵采用10 kv高壓電機(jī)。
4.10  加藥加氯間
　　加藥間土建規(guī)模為45萬m3/d，一期設(shè)備安裝15萬m3/d。加藥間內(nèi)包括加礬、加pam、加粉末活性炭、加高錳酸鹽、加酸加堿系統(tǒng)。
　�。�1）加藥系統(tǒng)
　　采用混凝劑為液體堿式氯化鋁鐵，商品液有效氧化鋁濃度10%，最大加注量4.0 mg/l，平均2.0 mg/l，投加點(diǎn)一期3個，終期9個。砂濾前設(shè)投加點(diǎn)作為助凝劑最大加注量5 mg/l，平均3 mg/l，投加點(diǎn)一期3個，終期9個。
　�。�2）加pam系統(tǒng)
　　pam最大投加量0.2 mg/l，平均投加量0.1 mg/l，采用進(jìn)口一體化專用pam溶藥裝置，配制溶液濃度0.1%，在線稀釋至0.02%。投加點(diǎn)一期3個，終期9個。
　�。�3）加粉末活性炭系統(tǒng)
　　粉末活性炭最大投加量20 mg/l，采用手動調(diào)配裝置，投加濃度5%，按終期規(guī)模選型。投加泵一期15萬m3/d規(guī)模時,3個投加點(diǎn)設(shè)4臺加注泵，3用1備，終期12臺泵9用3備，對應(yīng)9個加注點(diǎn)。
　�。�4）加復(fù)合高錳酸鹽系統(tǒng)
　　復(fù)合高錳酸鹽最大投加量1.5 mg/l，平均投加量1.0 mg/l。
　　一期3個投加點(diǎn)設(shè)4臺計量泵，3用1備，終期12臺計量泵9用3備，對應(yīng)9個加注點(diǎn)。
　�。�5）加酸系統(tǒng)
　　加酸采用98%的濃硫酸，根據(jù)試驗設(shè)定最大投加量70 mg/l，一期設(shè)儲酸罐1只，終期設(shè)2只。（1個儲酸罐應(yīng)滿足至少可連續(xù)使用5日的量）。
　　一期3個投加點(diǎn)設(shè)4臺計量泵，3用1備，終期12臺計量泵9用3備，對應(yīng)9個加注點(diǎn)。
　�。�6）加堿系統(tǒng)
　　加堿采用30%的naoh溶液，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設(shè)定最大投加量8 mg/l（純），一期設(shè)儲堿罐1只，終期設(shè)2只。（1個儲堿罐應(yīng)滿足至少可連續(xù)使用5日的量）。
　　一期3個投加點(diǎn)設(shè)4臺計量泵，3用1備，終期12臺計量泵9用3備，對應(yīng)9個加注點(diǎn)。
　�。�7）加氯系統(tǒng)
　　為保證管網(wǎng)中有一定余氯，最終需對出廠水加氯，最大投加量按3.0 mg/l計，平均投加量1.0 mg/l，一期選用20 kg/h真空自動加氯機(jī)2臺，1用1備。終期共設(shè)5臺加氯機(jī)，3用2備。
　　氯庫按15萬m3/d規(guī)模平均加注量儲存15日設(shè)計。
4.11污泥平衡池
　　污泥平衡池一期設(shè)置二座，圓型，并預(yù)留兩座位置，用于均勻濃縮污泥，每座污泥平衡池有效容積為400 m3。
　　污泥平衡池進(jìn)水（泥）采用泵送入池的方式，每座平衡池設(shè)置水下攪拌器二套。平衡池濃縮污泥采用二根排泥管，將濃縮污泥水重力輸至綜合泵房。
4.12 綜合泵房、脫水機(jī)房及污泥堆場
　　脫水機(jī)進(jìn)水污泥設(shè)計含固率為3％，按三期45萬m3/d處理干泥42～91.8 t/d計，脫水機(jī)總處理能力要求為1 400～3 060 m3/d。脫水機(jī)日常運(yùn)行為每天8～22小時。
　　脫水機(jī)房設(shè)置脫水機(jī)和螺旋輸送器。
　　脫水污泥輸送至污泥堆棚定期外運(yùn)處置，污泥堆棚面積為120 m3。
　　pam的投加系統(tǒng)采用陰離子型的固體粒狀pam高分子聚合物，污泥脫水機(jī)pam最大投加量為4 kg/t干泥，pam投配濃度為0.5％，在線稀釋濃度為0.1%。
5　調(diào)試與運(yùn)行
　　南郊水廠采用工藝較新，尤以中置式高密度沉淀池和序批反沖洗組合濾池調(diào)試工作為重。經(jīng)過半年多的試運(yùn)行，目前單池運(yùn)行已經(jīng)穩(wěn)定。此過程中中置式高密度沉淀池的運(yùn)行處受加藥量的影響外，其出水水質(zhì)受下部排泥的影響較大，通過試運(yùn)行階段不同工況反復(fù)調(diào)試；序批反沖洗組合濾池的調(diào)試重點(diǎn)主要在反沖洗系統(tǒng)，通過試運(yùn)行階段調(diào)試，目前逐步掌握沖洗的周期和最佳沖洗時間。
　　目前南郊水廠投產(chǎn)運(yùn)行已經(jīng)半年多了，調(diào)試工作尚在進(jìn)行中，目前出廠水水質(zhì)達(dá)到新頒布的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，出廠水濁度控制在0.1～0.2 ntu左右，具體水質(zhì)參數(shù)如下表4所示。
6　回顧與思考
　　嘉興南郊水廠一期工程建成通水已有半年了，至今運(yùn)行情況良好，出廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)，為改善嘉興市供水水質(zhì)和水量創(chuàng)造了有利條件。
　　本工程所采用的工藝中，有我院專利的中置式高密度沉淀池，還有國內(nèi)最近幾年才開始投入生產(chǎn)的翻板濾池和臭氧活性炭深度處理工藝，尤其是臭氧活性炭前置工藝，代表國內(nèi)受污染原水給水處理的先進(jìn)水平，對杭嘉湖地區(qū)及其他類似原水水源水廠的實施提供寶貴的經(jīng)驗。
回顧整個設(shè)計過程，我們有以下體會：
　�。�1）原水水質(zhì)的好壞對水廠而言至關(guān)重要。嘉興南郊水廠所取原水為內(nèi)河v類，為使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，不得不采用高效先進(jìn)的處理工藝，這對給水處理技術(shù)的提高固然有一定的推動作用，基本解決嘉興市區(qū)飲水水質(zhì)問題，但畢竟制水成本較高，管理較為復(fù)雜，從長遠(yuǎn)來看，對改善原水水質(zhì)應(yīng)提高認(rèn)知度，并持之以恒。
　�。�2）尋找不同工況最佳運(yùn)行模式，充分發(fā)揮生產(chǎn)工藝的能力。南郊水廠擴(kuò)容工程采取先進(jìn)的工藝，投加了高錳酸鹽和pam等多種藥劑，只有尋找不同工況下最佳運(yùn)行模式才能在科學(xué)經(jīng)濟(jì)的發(fā)揮各生產(chǎn)構(gòu)筑物的處理能力，并在不同工作負(fù)荷下，嘗試尋找最佳運(yùn)行模式，逐步積累經(jīng)驗，出水水質(zhì)才能穩(wěn)步提高。
　　（3）新技術(shù)對于新工藝具有較強(qiáng)的推動作用。正是因為中置式高密度沉淀池和序批反沖洗組合濾池這些新技術(shù)在嘉興石臼漾水廠的成功應(yīng)用，才使本次南郊水廠常規(guī)處理和深度處理工藝相結(jié)合的新組合工藝得以貫徹實施。

 

參考文獻(xiàn)
[1]儲金宇等.臭氧技術(shù)及應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2002.03
[2]鄭志民等.嘉興石臼漾水廠深度處理工程設(shè)計與運(yùn)行  給水排水 2005,31(10):10~13
[3]許嘉炯等.嘉興石臼漾水廠擴(kuò)容工程的設(shè)計和調(diào)試運(yùn)行 給水排水 2006,32(5):1~5