宋麗，范培震

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430014）

1 項(xiàng)目概況

某縣共有兩處自來(lái)水廠，其中，A 水廠取水水源為地方地表水，該廠現(xiàn)狀處理水量為50 000 m3/d，平均日總供水量為40 000 m3/d，負(fù)責(zé)城東片區(qū)供水；B 水廠取水水源為縣內(nèi)湖泊，供水規(guī)模為10 000 m3/d，負(fù)責(zé)縣中心、老城區(qū)及附屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)和工業(yè)供水。

2 水廠水源的水質(zhì)分析

近年來(lái)，縣內(nèi)湖泊原水水質(zhì)日趨惡化，原水BOD5最高已達(dá)7.2 mg/L，相比于前幾年，藻類數(shù)量有顯著的提升，達(dá)到107～109個(gè)/L 數(shù)量級(jí)，以夏季7 月、8 月的水域生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象最為明顯，爆發(fā)大規(guī)模的藍(lán)藻水華，由于水質(zhì)的惡化，加劇了B 水廠的水處理壓力，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的水處理效果偏差，無(wú)法達(dá)到現(xiàn)行出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且日常的水處理中普遍有沉淀池泥水難以有效分離的情況。因此，需要立足于現(xiàn)狀，針對(duì)既有的預(yù)處理單元采取改造升級(jí)措施，提高預(yù)處理水平。

3 水源水質(zhì)問(wèn)題的預(yù)處理單元改造措施

3.1 取水口的改造

有效減輕藻類的影響是預(yù)處理單元改造中的重要目標(biāo)。從水質(zhì)分析結(jié)果來(lái)看，原水中含有豐富的藻類，若未經(jīng)處理而直接流入水廠，將嚴(yán)重?fù)p壞構(gòu)筑物池壁，不利于原水的處理。近年來(lái)，該縣內(nèi)湖泊中藻類在夏季高溫時(shí)段生長(zhǎng)旺盛，受風(fēng)力的推動(dòng)作用，取水口周邊有明顯的藻類聚集現(xiàn)象，易影響水處理效果，且制水成本有所增加，影響到水廠的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)原水水質(zhì)問(wèn)題，將取水位置適當(dāng)向湖內(nèi)延伸，具體需在取水泵房的集水池前端修筑擋水壩，長(zhǎng)度約100 m（以拋毛石砌筑的方法施工成型）。以免集水池前的水直接匯入吸水間，同時(shí)配套延伸至湖內(nèi)的管線。因此，將吸水頭向湖區(qū)延伸0.5 km，配套2 根DN800 mm 原水輸水鋼管，以滿足1.1×105m3/d 的取水量要求。鋪設(shè)時(shí)，考慮到管道的穩(wěn)定性要求，采用鋼筋混凝土樁基支撐的方法，確保管道穩(wěn)定、正常地運(yùn)行。

3.2 預(yù)處理間的設(shè)計(jì)

常規(guī)給水處理方法的應(yīng)用效果欠佳，在去除氮、氨等有機(jī)污染物時(shí)并不能取得良好的效果，且經(jīng)過(guò)處理后仍有一定的臭味。相比之下，高錳酸鉀-粉末活性炭協(xié)同處理方案更具可行性，依托于氧化和吸附的方式，可取得良好的除臭效果，使水中的有機(jī)物得到有效的處理[1]。因此，此處聯(lián)合應(yīng)用錳酸鉀和粉末活性炭?jī)煞N材料，按照特定的比例取用，以滿足預(yù)處理要求。根據(jù)水源的現(xiàn)有狀況，提出如下設(shè)計(jì)方案：

1）以1 t 原水為例，向其中摻入20～40g 的粉末活性炭，投加量90～180 kg/h。

2）取用的是粒度為250 mm、顆粒均勻度≥95%的粉末活性炭，按照前述提及的用量要求投加，發(fā)揮其在原水預(yù)處理方面的作用，具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 粉末活性炭工藝流程圖

實(shí)際操作中的技術(shù)要點(diǎn)如下：

1）配備兩個(gè)攪拌池，用于調(diào)配粉末活性炭，兩者交替運(yùn)行，盡可能提高調(diào)配效率。按體積比計(jì)算，單次粉末活性炭與水的比例按1∶9 控制。調(diào)配時(shí)，先開(kāi)啟進(jìn)水閥門，按比例增加適量的水，達(dá)到特定的液位要求后隨即關(guān)閉閥門，啟用固液懸浮攪拌器，用該裝置做充分的攪拌處理。待1#攪拌池的材料將投加完時(shí)，2#池已經(jīng)調(diào)好，此時(shí)開(kāi)啟2#池的出料蝶閥并關(guān)閉1#池的出料蝶閥（呈一開(kāi)一閉的狀態(tài)），順暢做好切換工作，按照前述思路連續(xù)投加。

2）投加即將結(jié)束時(shí)，將自來(lái)水球閥打開(kāi)，關(guān)閉兩攪拌池的出料蝶閥，電動(dòng)隔膜泵持續(xù)運(yùn)行10 min，此后關(guān)閉自來(lái)水球閥和電動(dòng)隔膜泵，經(jīng)過(guò)前述操作后，管路中的剩余活性炭被清理干凈，以便下一次投料及配制工作的順利進(jìn)行。

3）向絮凝池的輸送管內(nèi)送入適量的粉末活性炭水劑，此項(xiàng)工作由電動(dòng)隔膜泵完成。在配置時(shí)，采取的是“一用一備”的方式，以保證電動(dòng)隔膜泵的正常運(yùn)行，通過(guò)該類裝置的應(yīng)用，可高效輸送含有懸浮顆粒的液體，同時(shí)在變頻器的協(xié)助作用下，電動(dòng)隔膜泵的流量將得到精細(xì)化的控制。

4）適配LD-40/Y 電磁流量計(jì)，此裝置的測(cè)量精度可達(dá)到1～2 級(jí)，在日常運(yùn)行中，能夠及時(shí)測(cè)量含顆粒狀的液體，結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高。

3.3 深度處理設(shè)計(jì)

3.3.1 臭氧制備間的設(shè)計(jì)

重點(diǎn)組成包含氧氣發(fā)生器間、臭氧制備間、值班室及配電間、自控儀表間4 大區(qū)域，共同構(gòu)成協(xié)同性較好的臭氧制備間?，F(xiàn)場(chǎng)配備3 臺(tái)臭氧制備器，單臺(tái)設(shè)備正常工況下的產(chǎn)量可達(dá)到7.4 kg/h。

3.3.2 活性炭濾池間的設(shè)計(jì)

按照100 000 m3/d 的規(guī)模建設(shè)1 座活性炭濾池，平面尺寸為46.6 m×42.0 m，高度9.0 m。在傳統(tǒng)方式下，主要設(shè)置為V形濾池，但隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，翻板濾池的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)，且應(yīng)用頻率逐步提高，依托于反沖洗的方式，減少濾料的流失量，可以有效規(guī)避以往V 形濾池在反沖洗時(shí)大量排水的問(wèn)題，濾料流失得到有效的控制。翻板濾池的應(yīng)用頻率正逐步提高，得益于減少濾料流失量的優(yōu)勢(shì)而深受青睞。

但也需注意到，翻板濾池在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些有待解決的問(wèn)題，主要包括：（1）進(jìn)水實(shí)施的是短邊單側(cè)配水的方式，導(dǎo)致進(jìn)水缺乏足夠的均勻性；（2）單池面積受限，不宜超過(guò)90 m2，否則會(huì)加大沖洗排水難度；（3）相比常規(guī)的V 形濾池，初期設(shè)備投資較高，資金緊張的項(xiàng)目會(huì)面臨較大的資金壓力。

綜合考慮應(yīng)用效果、投資等多個(gè)方面，經(jīng)系統(tǒng)性分析后，最終選用的是Ⅴ形濾池，分兩組兩排布置，每排6 格，單格平面尺寸為8.5 m×8.2 m，高度均按6.35 m 予以控制。

3.3.3 反沖洗水池及泵房的設(shè)計(jì)

新建反沖洗水池、反沖洗泵房各1 座，平面尺寸分別為12.0 m×4.0 m、12.0 m×6.9 m，高度分別為4.85 m、6.6 m，其目的在于給反沖洗提供水量。

3.3.4 排水池的設(shè)計(jì)

排水池用于收集濾池的反沖洗廢水，共建設(shè)2 座，平面尺寸25.0 m×15.0 m，有效水深4.0 m。其排水池上清液全部回用至處理系統(tǒng)前端。每座排水池設(shè)3 臺(tái)潛水泵，流量50 m3/h，功率3.0 kW。

3.4 超濾膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

超濾膜系統(tǒng)具有多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在如下方面：產(chǎn)水水質(zhì)良好；對(duì)微生物的截留能力較強(qiáng)，有利于提高水質(zhì)；藥劑消耗量較少，運(yùn)行期間的成本投入較低，有突出的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)；進(jìn)水水質(zhì)耐沖擊負(fù)荷。經(jīng)過(guò)超濾膜系統(tǒng)處理后，病毒和細(xì)菌的去除率需達(dá)到99.99%～99.999 9%，否則不滿足出水水質(zhì)要求；此外，感官指標(biāo)也需得到有效的改善。

超濾膜系統(tǒng)只產(chǎn)生廢水，例如，CEB 清洗廢水、超濾反沖廢水，通常每60 min 需安排一次反洗操作，在此期間產(chǎn)生的廢水以SS 為主。正常情況下，完成一次單套膜反洗需耗費(fèi)16.0m3的水。

按特定的周期定期完成膜的全方位清洗操作，原因在于隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，膜上黏附細(xì)菌、藻類、水垢等，在做有效的清洗后，膜通量可恢復(fù)至正常狀態(tài)。全面清洗的關(guān)鍵要點(diǎn)在于：反洗環(huán)節(jié)按特定的比例摻入適量的HCl、NaOH、NaClO，將其混合后組成均勻性較好的清洗液，而后再做10 min 的浸泡處理，在此基礎(chǔ)上，做一次反洗操作。相比于常規(guī)的CIP 化學(xué)清洗方法，此方法在清理膜上附著的雜物時(shí)效果更為突出，并且還可有效減少藥劑的消耗量。從廢水排放路徑的角度來(lái)看，超濾化學(xué)反洗的廢水將被有效導(dǎo)入市政污水系統(tǒng)，以免因排放不合理而導(dǎo)致污染問(wèn)題，具體采取以下措施：

1）按照33.0 m×9.6 m 的平面尺寸、4.5 m 的高度建設(shè)反沖洗水池，有效水深4.0 m，給供水提供充足的緩沖時(shí)間。

2）現(xiàn)場(chǎng)共配套6 臺(tái)超濾供水泵，通過(guò)此類裝置的聯(lián)合應(yīng)用，給超濾系統(tǒng)提供充足的壓力；依托于變頻恒定流量控制的方法，可提高超濾提升泵的運(yùn)行精度，產(chǎn)生出水流量的信號(hào)反饋，該部分信號(hào)將傳輸至提升泵變頻器，在信號(hào)的指導(dǎo)作用下，對(duì)泵的轉(zhuǎn)速做靈活的調(diào)整，確保進(jìn)水流量的穩(wěn)定性。

3）原水中含有異物，可能會(huì)進(jìn)入超濾膜系統(tǒng)中，導(dǎo)致膜的完整性受到影響。為規(guī)避該問(wèn)題，可配套自清洗過(guò)濾器，過(guò)濾精度200 μm，依托于該裝置的“屏障作用”，可濾掉會(huì)對(duì)膜造成損害的雜質(zhì)。此外，自動(dòng)清洗過(guò)濾器的自動(dòng)化運(yùn)行水平較高，可以根據(jù)壓差情況適時(shí)對(duì)過(guò)濾元件做清洗操作，也可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定特定的間隔時(shí)間，富有周期性地清洗過(guò)濾元件。在整個(gè)清洗過(guò)程中排出的水較少，因此，其他設(shè)備不會(huì)由于清洗而受到影響。

4）超濾膜組是超濾膜系統(tǒng)的重要組成部分，可有效去除細(xì)菌、藻類、大分子有機(jī)物等。此外，配套壓力傳感器可借助此裝置及時(shí)檢測(cè)進(jìn)水壓力，若實(shí)測(cè)結(jié)果顯示進(jìn)水壓力偏高，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)做出響應(yīng)，隨即暫停運(yùn)行，以免因壓力異常偏高而損壞超濾膜系統(tǒng)。

5）經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的超濾后，膜的表面構(gòu)成污染層，該部分需得到有效的清理。為此，根據(jù)實(shí)際情況或需求合理設(shè)定周期，依次完成自動(dòng)反洗操作，以便有效清理大塊物質(zhì)、懸浮物等，在此方式下，膜的水通量恢復(fù)至正常狀態(tài)。反洗期間，反洗泵有重要作用，能夠抽取超濾水池內(nèi)的水，經(jīng)由出水口反向泵入中空纖維膜，以達(dá)到深度清洗膜的效果。

6）按特定的周期清理膜，避免細(xì)菌、藻類等黏附在膜上，進(jìn)而使膜通量恢復(fù)至正常狀態(tài)。在膜的清理過(guò)程中，主要采用的是化學(xué)加強(qiáng)反洗裝置，其基本應(yīng)用思路在于：按比例取適量的HCl、NaOH、NaClO 充分混合，將得到的清洗液浸泡10 min，在此前提下安排一次反洗。前述所提的化學(xué)加強(qiáng)反洗方法在清理膜上附著的雜物、提高膜的清潔程度方面有重要的作用，可以充分發(fā)揮膜的自身性能優(yōu)勢(shì)，且藥劑的用量有所減少。在硬件配置方面，主要考慮如下幾點(diǎn)：為三類清洗材料（HCl、NaOH、NaClO）分別適配1 個(gè)計(jì)量箱，容量為1 000 L；計(jì)量泵、卸料箱、卸料泵各3 臺(tái)；5 m3藥劑儲(chǔ)槽3 個(gè)；酸霧吸收器1 臺(tái)。各裝置協(xié)同運(yùn)行，有效完成膜的清洗作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中的重要資源，水的品質(zhì)是社會(huì)各界高度關(guān)注的話題，常規(guī)處理工藝下出水的品質(zhì)難以達(dá)到現(xiàn)行要求，為此需要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上加以突破。針對(duì)微污染水源，需要加強(qiáng)對(duì)其的預(yù)處理，具體可以采取臭氧-生物活性炭、超濾深度處理等方法，通過(guò)多重措施的共同應(yīng)用，去除原水中藻類氨氮等一系列的微量污染物，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步安排后續(xù)的處理工作，有效提高出水品質(zhì)，提供優(yōu)質(zhì)的供水服務(wù)。