王莎

（安徽省城建設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽合肥 230051）

1 工程背景

廣東省某自來水廠建于1980年，現(xiàn)制水能力為6×104m3/d，受上游城市活動的影響，現(xiàn)有取水點取水水源存在水質(zhì)風(fēng)險，枯水期部分指標(biāo)偏高，加上水廠制水設(shè)施陳舊、簡陋，水廠出廠水水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)存在一定隱患。另一方面，現(xiàn)有水廠制水能力難以滿足日益增加的城市用水需求。為保障城鎮(zhèn)居民飲用水安全、社會經(jīng)濟發(fā)展用水安全，應(yīng)對突發(fā)公共事件，需將取水點移至河流上游，并新建一座10×104m3/d規(guī)模的自來水廠。

2 水源水質(zhì)情況

該水廠水源屬于河流型水源，受枯水期、豐水期影響，水源水質(zhì)存在一定波動。新取水點位于河流上游，近年來水源水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表1，其余未列出的指標(biāo)均低于相應(yīng)的檢出限。

表1 原水水質(zhì)

由表1可知，新取水點遠離城市開發(fā)范圍，受城市活動影響較小，除了總氮指標(biāo)為地表Ⅲ類水外，其他水質(zhì)指標(biāo)基本可達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，其中SS濃度低，原水大多數(shù)情況處于低濁狀態(tài)；有機物濃度低，偶有超標(biāo)的情況。

3 工藝選擇

對比《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）的水質(zhì)要求，自來水廠應(yīng)主要針對菌落總數(shù)、總大腸菌群、渾濁度這幾項指標(biāo)，選擇適合的凈水工藝，同時考慮突發(fā)水質(zhì)污染的應(yīng)急措施，如低濁除藻、有機微污染、異臭等。

3.1 渾濁度

去除渾濁度是自來水廠構(gòu)筑物的主要功能，其處理方法是沉淀（包括澄清）和過濾工藝。經(jīng)常規(guī)處理工藝混凝、沉淀、過濾可去除絕大部分雜質(zhì)，水質(zhì)變清。而濁度低時，常規(guī)混凝效果較差，通常需要強化常規(guī)處理工藝，或者通過在工藝革新的基礎(chǔ)上，進行工藝組合搭配[1]。一般來說，強化常規(guī)處理主要從強化混凝、強化沉淀、強化過濾3個方面展開。

（1）強化混凝技術(shù)主要通過投加有機、無機絮凝劑，有效改變混凝條件，提高有機物去除效果、降低出水濁度。

（2）強化沉淀通過采用泥渣回流、磁混凝技術(shù)提高沉淀效率。

（3）強化過濾主要是采用多層濾料代替單層濾料或使用新型濾池、發(fā)揮濾料生物作用等手段去除常規(guī)過濾工藝中難以去除的溶解性污染物[2]。

另一方面，氣浮非常適合低溫低濁水的處理，氣浮與沉淀組合可強化沉淀過濾效果；同時，氣浮還可以有效去除水中的藻類、有機物、賈第蟲和隱孢子蟲卵囊，但占地面積較大，設(shè)備復(fù)雜，造價高[1]。

3.2 消毒

目前常用的消毒工藝有：氯消毒、氯胺消毒、次氯酸鈉消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒及紫外線消毒等。各消毒工藝特點如下。

（1）氯消毒經(jīng)濟有效，使用方便，持續(xù)消毒時間長，應(yīng)用歷史最久也最為廣泛；但安全性較低，且會產(chǎn)生有害消毒副產(chǎn)物。

（2）氯胺消毒較之氯消毒可減少三鹵甲烷的生成量，減輕氯酚味；但消毒效果不如氯，且氨氣是有毒、易燃氣體，存在安全隱患。

（3）次氯酸同氯消毒一樣，會產(chǎn)生鹵代副產(chǎn)物，消毒效果不如Cl2強，不宜儲運。

（4）二氧化氯消毒是世界衛(wèi)生組織推薦的AI級廣譜、安全和高效的消毒劑，不與氨反應(yīng)，也不形成有機鹵代物，但二氧化氯與空氣接觸易爆炸，不易運輸，所以二氧化氯一般采用化學(xué)法現(xiàn)場制備。

（5）臭氧殺菌效果好、用量少，作用快，能同時控制水中鐵、錳、色、味、嗅。臭氧分子不穩(wěn)定，易自行分解，不能維持管網(wǎng)持續(xù)的消毒效率，水中溴離子濃度較高時，容易產(chǎn)生溴酸鹽等消毒副產(chǎn)物。通常用于深度處理。

（6）紫外消毒具有高效廣譜性質(zhì)，不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，占地面積小，但無持續(xù)消毒效果，不能單獨使用。

3.3 應(yīng)急處理工藝

夏季除藻、有機微污染、異臭異味應(yīng)急處理，主要通過預(yù)處理應(yīng)對。預(yù)處理包括物理化學(xué)預(yù)處理、生物預(yù)處理，其中物理化學(xué)預(yù)處理主要包括預(yù)曝氣、預(yù)投加粉末活性炭、預(yù)氧化[3]。生物氧化預(yù)處理工藝在我國東南沿海地表水污染較嚴(yán)重、水源可生化性好、冬季氣溫較高的地區(qū)經(jīng)常采用，同時該工藝占地面積大，基建投資高[4]，本工程水源BOD5的濃度低，BOD5/CODCr不足0.1，可生化性差，不宜采用生物預(yù)處理。預(yù)曝氣方式則需設(shè)置單獨的曝氣設(shè)施，且有效水力停留時間宜在15~40min[3]，占地面積較大，經(jīng)濟性不高。相比之下，高錳酸鉀/粉末活性炭聯(lián)合投加預(yù)處理方式無須額外增加構(gòu)筑物，投加方式更靈活，適合作為應(yīng)急處理措施。

3.4 排泥水處理工藝

自來水廠沉淀池的排泥水含固率一般僅為0.2%~1.0%，需經(jīng)濃縮后縮小污泥體積，再將濃縮后的污泥送往后續(xù)工藝進行污泥脫水。通常要求濃縮污泥的含固率達到2%~3%，以滿足污泥機械高效率脫水的需要。

污泥脫水的方法，一般有自然干化、機械脫水等。利用污泥干化場使污泥自然干化，是污泥脫水中最經(jīng)濟的一種方法，但它只適用于村鎮(zhèn)小型污水處理廠的污泥脫水，維護管理工作量大，且產(chǎn)生大范圍惡臭，蚊蠅滋生，衛(wèi)生環(huán)境較差。污泥機械脫水與自然干化相比，脫水效果好，效率高，占地少，惡臭環(huán)境影響小，但運行維護費用較高。

自來水廠污泥脫水方式大多采用不受自然條件影響、脫水效率高、占地少、運行管理方便、自動化程度高的機械脫水方法。

3.5 設(shè)計工藝流程

綜上所述，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，本工程采用“高錳酸鉀/粉末活性炭預(yù)處理+強化混凝+氣浮/沉淀+過濾+二氧化氯消毒”流程。如圖1所示。

圖1 工藝流程

對于排泥水處理，考慮濾池反沖洗水濃度較低，可經(jīng)過簡單沉淀后直接回用，本工程濾池反沖水經(jīng)過簡單沉淀后直接回用，底泥和沉淀池排泥水進入排泥水沉淀池進行初步的泥水分離，上清液回用，沉泥進行脫水至含水率80%以下后外運處置。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計

4.1 氣浮/反應(yīng)沉淀池

氣浮/反應(yīng)沉淀池分為三大功能區(qū)：絮凝反應(yīng)段，去除水中由不溶性物質(zhì)形成的膠體及懸浮顆粒；氣浮段，通過在水中通入大量氣泡，使其粘附于水中雜質(zhì)絮粒上，通過浮力達到固液分離的目的；沉淀段，進一步分離雜質(zhì)。其中，水質(zhì)較好時，氣浮設(shè)備停運，氣浮段作為沉淀段使用；當(dāng)原水出現(xiàn)低濁及除藻問題時，氣浮段運行。

新建氣浮/反應(yīng)沉淀池2座，每座設(shè)計規(guī)模為5×104m3/d，自用水率6%，共分兩組。其中機械混合池有效水深2.0m，停留時間20s，速度梯度為700s-1。絮凝段采用折板絮凝池，有效水深3.60m，每組絮凝池分成4條廊道，總絮凝時間17.8min，絮凝池分成8段，使絮凝速度梯度從80s-1連續(xù)降低至15s-1。絮凝池排泥采用泥斗靜壓排泥，每兩個折板（直板）設(shè)1個排泥斗，每兩個排泥斗設(shè)置一根排泥管與配套排泥閥，以免出現(xiàn)排泥不均的現(xiàn)象。

絮凝后為氣浮池，氣浮接觸室水流上升流速為19mm/s，分離室表面負荷為5.8m3/（m2·h），有效水深3.40m。沉淀池與氣浮池之間設(shè)置一道配水花墻，為改善水力條件，每組池內(nèi)設(shè)1道導(dǎo)流墻；沉淀時間1.54h（加上氣浮段則沉淀時間為2h），水平流速14.0mm/s；沉淀池出水采用集水指形槽集水。單根集水槽槽長15m，共設(shè)8根，集水指形槽堰負荷為219m3/（m·d）。

4.2 V型濾池

V型濾池主要功能為把上一步驟中已經(jīng)沉淀出來的雜質(zhì)，和一些顆粒比較小的雜質(zhì)從水中過濾出來，使水得到進一步的凈化，以保證后續(xù)處理系統(tǒng)正常運行。

新建V型濾池1座，分2組，每組5格濾池，設(shè)計濾速7m/h。濾池采用氣水聯(lián)合反沖，先單氣沖，歷時2~4min，氣沖強度15L/（s·m2）；而后氣水反沖歷時4~5min，氣沖強度15L/（s·m2），水沖強度4L/（s·m2）；最后單純水沖漂洗，歷時4~5min，水沖強度8L/（s·m2），上述三個階段的表面掃洗強度均為2.0L/（s·m2）。

4.3 清水池

清水池用于貯存水廠中凈化后的清水，調(diào)節(jié)水廠制水量與供水量之間產(chǎn)差額，并能滿足加氯接觸時間，對水體的大腸桿菌等病菌進行殺滅以達到滅菌的效果。

新建清水池1座分2格，單格有效容積為8370m3，每格可單獨運行與清洗，約占水廠生產(chǎn)規(guī)模的17%。每座清水池內(nèi)均設(shè)導(dǎo)流墻、溢流管、通氣管、人孔及吊裝孔。

4.4 加藥間

整個自來水廠制備、投加藥劑均統(tǒng)一集中在加藥間完成，包括預(yù)處理階段高錳酸鉀溶液的制備和投加、粉末活性炭的投加、混凝藥劑堿式氯化鋁（PAC）溶液的制備和投加、二氧化氯制備與投加。

高錳酸鉀和粉末活性炭用于應(yīng)急處理措施，均采用濕式投加，設(shè)計投加濃度分別為0.5~2mg/L、10~25mg/L，具體需根據(jù)水質(zhì)實際情況現(xiàn)場試驗確定。高錳酸鉀投藥點為原水進水管，粉末活性炭則投加在折板絮凝池前。

PAC加藥采用成品固態(tài)PAC配置PAC溶液，經(jīng)稀釋到10%后采用計量泵投加至機械混合池中，設(shè)計平均投加濃度為8mg/L，最大濃度為20mg/L。

二氧化氯采用氯酸鈉及鹽酸現(xiàn)場制備在線投加的方式，分為前加氯、后加氯、補加氯。其中前加氯加藥點為原水進水管段，作為除藻預(yù)處理時，設(shè)計平均投加濃度1.5mg/L，作為除臭用途時，設(shè)計投加濃度為0.5~1.5mg/L；后加氯作為清水池消毒加氯，投加在濾池出水總管上，設(shè)計投加濃度為0.1~0.5mg/L；補氯主要投加于二級泵房吸水井處，投加濃度由出水余氯檢測值在線反饋控制，以保證自來水廠出水余氯不低于0.02mg/L。

4.5 反沖洗回用水池

反沖洗回用水池主要用于沉淀反沖洗水，回用上清液。每格容積為一格濾池一次反沖洗水量，兩格交替使用，每格使用周期為3h，其中進水時間10min，排水時間20min，沉淀時間2.5h。底部污泥排入排泥水調(diào)節(jié)池，上清液排回用至原水管道。

4.6 污泥濃縮池

污泥濃縮池通過重力濃縮降低污泥含水率，減小體積，使后續(xù)工藝更易于進行。新建污泥濃縮池2座，承接排泥水調(diào)節(jié)池出泥水，含水率99.4%，液面負荷0.25m3/（m2·h）。濃縮污泥進入污泥平衡池，上清液排入廠區(qū)污水系統(tǒng)。

5 主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

自來水廠建設(shè)規(guī)模為10×104m3/d，工程總投資為16595.69萬元，其中工程建安費15445.98萬元。測算單位制水成本為1.23元/m3，制水成本詳見表2。

表2 制水成本組成 單位：元/m3

6 結(jié)語

①該工程實施后可緩解當(dāng)?shù)赜盟o張的現(xiàn)狀，提高城市用水安全。②自來水廠采用“高錳酸鉀/活性炭預(yù)處理+折板絮凝池+氣浮/平流沉淀+V型濾池+二氧化氯消毒”工藝進行水質(zhì)處理，可有效應(yīng)對各類水質(zhì)突發(fā)應(yīng)急情況。③目前氣浮/沉淀結(jié)合的設(shè)計案例較少，本工程設(shè)計方案可供同類型給水處理提供參考。