水厂改造工程设计与运行案例分析.pdf

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1、Vol.32,No.4,2013天津经济技术开发区净水厂一、二期工程分别建于 1995、1999 年，设计规模分别为 7.5 万和 10 万m3d，均采用传统的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺1，工艺流程图分别如图 1、图 2 所示。由于当时在设计施工上存在局限性，面对未来水源的不确定性、日趋严重的微污染水源特性以及更加严格的出水水质标准，现有处理工艺已不能满足要求。为达到出水标准，水厂不得不降负荷运行，实际供水能力只能达到 15 万 m3d。随着设计规模15 万 m3 d 的净水厂三期工程在 2009 年 8 月投产运行，一、二期与三期工程设计标准的差异显现出来（三期工艺流程如图 3 所示）。为提

2、高开发区净水厂整体设计标准，天津泰达自来水公司提出对水厂一、二期工程进行升级改造。1原工艺存在的主要问题1.1 水量一、二期工程设计供水能力为 17.5 万 m3d，其中一期 7.5 万 m3d、二期 10 万 m3d。目前水厂为达到出厂水浊度0.3 NTU，一、二期实际供水能力只能达到15 万 m3d。随着开发区经济的高速发展，用水量急剧增加，必须使净水厂一、二期恢复原有设计能力。1.2 水质1.2.1 原水水质水厂目前供水水源为引滦水。冬季特殊情况时，会出现以黄河水为原水的情况，随着南水北调中线工程的实施，水厂最终将可能形成滦河水、长江水、黄河水三水源的供水格局。水源水质存在不确定性，水质

3、变化较为复杂，目前使用的滦河水具有冬季低温低浊、夏季高温高藻的明显特性，水质变化如表 1 所示。现有的一、二期工艺已不具备适应多变收稿日期 2 0 1 2-12-09作者简介 孙淑琴（1963-），女，研究方向为饮用水处理。E-mail：。通讯作者 常华，电话：13902146362；E-mail：。水厂改造工程设计与运行案例分析孙淑琴，常华，李建科，于益群（天津泰达自来水公司，天津300457）摘要由于设计施工的局限性、长期超负荷运行、原水水质的日趋恶化以及城市供水水质标准的不断提升，泰达自来水公司净水厂一、二期工程的原有净水构筑物已不能满足生产的需要。针对水厂的基本特点，对原常规处理工艺的

4、预处理部分、加药、混合设备、孔室隔板反应池、斜管沉淀池、虹吸滤池等工艺环节进行了技术改造。改造后的工程运行效果良好，达到了提高水质、高效运行的目的。关键词常规处理改造设计运行中图分类号：TU991.2文献标识码：B文章编号：1009-0177（2013）04-0090-06Case Analysis of Design and Operation for Rehabilitation Project of Water TreatmentPlantSun Shuqin,Chang Hua,Li Jianke,Yu Yiqun(Tianjin Teda Water Supplying Compan

5、y,Tianjin300457,China)AbstractSince the limitation of design and construction,long term overload operation,raw water quality deterioration and the upgrading requirement on water quality,the original water purification structures of Phase I&II Project in TEDA water company can tmeet the needs of prod

6、uction.On the basis of the basic characteristics of the waterworks,the conventional treatment were rehabilitatedtechnically,including chemical dosing,mixing devices,baffled reaction chamber,inclined tube settling tank,siphon filter,etc.Afterthe rehabilitation,the aim of better performances with high

7、 efficiency operation and improving quality of output water are obtained.Keywordsconventional treatmentrehabilitationdesignoperation净水技术 2013，32（4）：90-95Water Purification Technology!设计与工程实例90-净水技术WATER PURIFICATION TECHNOLOGYVol.32,No.4,2013August 25th,2013水源的特性，抗负荷冲击的能力也较低，因此，一、二期的改造已势在必行。1.2.2 出水

8、水质水厂一、二期工程自 19951999 年建设，其出水水质满足当时的 生活饮用水卫生标准（GB 574985），其中饮用水浊度不超过 3 NTU、色表 1滦河水水质年变化规律Tab.1Annual Changes of Water Quality in Luanhe River水质指标水质期 1（低温低浊期）12 月下旬次年 3 月中旬水质期 2（常温常浊期）3 月下旬6 月上旬，10 月中旬12 月中旬水质期 3（高温高藻期）6 月中旬10 月上旬水温浑浊度NTUpH 值总碱度（mg L-1）氯化物（mg L-1）耗氧量（mg L-1）总硬度（mg L-1）叶绿素（g L-1）4.44.4

9、8.25144283.982078.872.799.792.7210.207.928.4513115424403.444.441782321.9114.415.78.58.28129273.981809.878.4424.544.0814.477.968.5111514225483.254.721642313.523.526.830.08.32109315.2014936.2118.5928.8410.6750.818.069.1610312626393.976.1413517613.659.4均值范围均值范围均值范围引滦水源调节池取水泵房配水井静态混合器孔室隔板反应池斜管沉淀池加氯加药加氯加

10、氯双阀虹吸滤池清水池吸水井配水泵房管网图 1原一期工艺流程图Fig.1Original Flow Chart of Phase I引滦水源调节池取水泵房配水井静态混合器双层回转隔板反应池加氯加药加氯加氯斜管沉淀池清水池吸水井配水泵房管网图 2原二期工艺流程图Fig.2Original Flow Chart of Phase IIV 型滤池引滦水源调节池取水泵房臭氧加药加氯加氯紫外消毒间清水池吸水井配水泵房管网图 3三期工艺流程图Fig.3Flow Chart of Phase III炭吸附脉冲反应澄清池预臭氧接触池混合配水井助滤剂V 型滤池91-Vol.32,No.4,2013度15 度，对耗

11、氧量没有要求。目前实施的国家 生活饮用水卫生标准（GB 57492006）提高了饮用水的感官指标：浊度不超过 1 NTU，并增加了耗氧量3 mg L 的指标。一、二期工程出水指标虽能达标，但已不能和三期出水标准协调，无法达到开发区的高标准要求，应进行相应的改造建设。1.3 净水构筑物原有工艺中的静态混合器的混合效果差，水头损失高；回转隔板反应池的孔室内不容易形成旋流，能量损耗集中在转弯处，直槽部分 G 值很小，造成有效反应部分较小，且在 90转弯处容易产生絮凝体的破碎，反应效果不佳；斜管沉淀池存在着配水不均匀、集水不均匀、排泥不彻底以及斜管表面絮体沉积的问题；一期工程的双阀虹吸滤池具有浊度去除

12、效果较差、反冲洗耗水量大、自控水平较低等一系列问题，已不能满足不断提升的供水水质标准。1.4 设备水厂一、二期工程已经运行 10 年左右，部分设备由于自身的质量或运行原因，已出现问题。如一期滤池的电动阀门关闭不严；滤池冲洗水泵噪音大，效率低；为滤池气动阀门提供气源的空压机使用已 10 多年，且二期进口空压机配件已不生产；加药泵量程选择偏大，造成投药量不准；配水泵不能满足供水量 17.5 万 m3d 的高时配水量；配水泵房出水管上的电动阀门和缓闭止回阀老化，关闭不严等。2改造的技术需求和重点（1）恢复一、二期设计水量至 17.5 万 m3d。（2）提高出水标准，使出厂水水质标准达到水厂三期标准，

13、即色度5 度、出水浊度0.3 NTU、耗氧量2 mg L、菌落总数80 cfu mL、总大肠菌群每 100 mL 不得检出、出厂水余氯的上限值1.2 mgL。（3）增强水厂对各种水源的适应能力。增加预臭氧活性炭处理，强化常规处理，安全消毒。（4）对原有水力混合和絮凝工艺进行改进，改善絮凝效果，提高滤池进水水质。（5）改造一期双阀虹吸滤池，提高自动化程度，减少运行管理难度，节省水资源，保证出水水质。3工程方案设计在满足提高出水水质要求的前提下，针对滦河水源原水水质低浊、高藻、有机微污染的特性，且考虑到南水北调水经长距离输送后其水质情况存在很大的不确定性，原水有机物综合指标存在上升的可能性，有遭遇

14、“两虫”威胁，结合水厂一、二期现况，总体工艺方案采用增加预处理+强化常规处理+安全消毒，并尽量利用原有的土建结构和工艺构造，降低工程造价。3.1 预处理今后水源水的有机物综合指标存在上升的可能性，水质情况存在很大的不确定性，水处理工艺需要提供足够的水质安全余量。另外，藻类的去除、抑制消毒副产物的产生等都是水处理工艺需要重视的问题，因此本改造工程在预处理工艺选择采用臭氧预氧化和粉末活性炭吸附处理，同时为降低运行成本，在原水水质允许的情况下，保留投加预氯和高锰酸钾的条件。即在混合井处投加粉末活性炭，并预留投加高锰酸钾的条件及保留原来配水井进水管投加预氯的工况,在现况一、二期配水溢流井东、西两侧各新

15、建一、二期预臭氧接触池。预臭氧接触池主要设计参数：预臭氧最大投加量为 2 mgL，有效水深为 6.0 m。实际生产运行中的臭氧投加量：低温低浊期时 0.81.0 mgL，常温常浊期时 1.01.2 mgL，高温高藻期时 1.21.5 mgL。3.2 混凝将一、二期原静态混合器废除，新建机械混合井。混合井接预臭氧接触池而建，一期一系列，二期两系列，每系列均分为 2 格，每格安装 1 台搅拌器，即为两级搅拌，改善药剂的混凝效果。每系列预留加药点三个，即预臭氧前、一级搅拌前和二级搅拌前，以增加不同的混凝工况，选择最佳的混凝条件。混凝剂现采用聚铝和三氯化铁联合投加。在夏秋季高藻期投加的助凝剂为PAM（

16、0.07 mgL），在冬季低温低浊期投加的助凝剂为活化硅酸（0.05 mgL）。生产运行经验表明，一点（预臭氧前）投加三氯化铁，二点（一级搅拌前）投加聚合铝，浊度去除效果最好，出水水质最佳。主要设计参数如表 2 所示。主要设备：一、二期共设快速搅拌机 6 台。一期单台功率 N=3 kW，二期单台功率 N=4 kW。双层孔室隔板反应池改造：（1）下层对原孔室的过孔尺寸缩小，并将每个孔室的四个角做填堵（采用机砖堆砌，水泥砂浆抹孙淑琴，常华，李建科，等.水厂改造工程设计与运行案例分析92-净水技术WATER PURIFICATION TECHNOLOGYVol.32,No.4,2013August

17、25th,2013表 2一、二期构筑物改造前后的工况变化Tab.2StructuresCondition Changes before and after Rehabilitation of Phase I and II构筑物一期二期配水溢流井预臭氧接触池机械混合井絮凝池孔室隔板絮凝池斜管沉淀池渠道（一二期沉淀池出水渠联通）砂滤池Q=6.5Q=6.5 接触时间 3minQ=6.5 搅拌时间 2minQ=6.5DN1000 管道 v=1Q=6.5 絮凝时间 29 minQ=6.5 上升流速 2.1 mmsQ=8.42 条出水渠1.2 m1.6 m v=0.4Q=8.4 滤速 8.4 mhQ=7.

18、5-Q=7.5DN1000 管道 v=1.16Q=7.5 絮凝时间 24 minQ=7.5 上升流速 2.5 mmsQ=7.52 条出水渠1.2 m1.6 m v=0.36Q=7.5 滤速 7.5 mhQ=11Q=11 接触时间 3minQ=11 搅拌时间 2minQ=11DN1200 管道 v=1.18Q=11 絮凝时间 28 minQ=11 上升流速 2.1 mmsQ=9.12 条出水渠1.5 m1.6 m v=0.35Q=9.1 滤速 8.4 mhQ=10-Q=10DN1200 管道 v=1.08Q=10 絮凝时间 32 minQ=10 上升流速 2.0 mmsQ=102 条出水渠1.5

19、 m1.6 m v=0.39Q=10 滤速 9.2 mh改造设计工况原工况改造设计工况原工况面），使原方形变为近似圆柱形，以改善水力旋流条件，减少水头损失。（2）上层在直线段增加扰流板，改变直线段的流线，增加水体中矾花絮体颗粒的碰撞。扰流板采用耐腐蚀的塑料制品，用膨胀螺栓与隔墙固定。局部增加小网格。改造后的一、二期絮凝池设计参数如表 2 所示。3.3 沉淀为保证一、二期相同的混凝沉淀效果，一期絮凝池设计流量调为 6.5 万 m3d，二期絮凝池设计流量调为 11 万 m3d。相应一期斜管沉淀池设计流量亦调为 6.5 万 m3d，其清水区上升流速由 2.5 mm s调为 2.1 mm s；二期斜管

20、沉淀池设计流量调为11 万 m3 d，其清水区上升流速由 2.0 mm s 调为2.1 mms。斜管沉淀池的改造主要针对是一期斜管沉淀池。（1）两组斜管沉淀池进水渠道连通，采用DN800 管道，设 DN800 闸阀一个；（2）更换原集水槽共 22 个，单个集水槽尺寸WHL=35042012 000 mm3；（3）更换斜管，斜管安装角度 60，采用=40mm、L=1 000 mm 乙丙共聚蜂窝斜管，面积 384 m2；（4）对池底的沉泥死区采用砖筑填充，表面用水泥砂浆抹面防水，砖砌角度大于等于 60；（5）配水渠水平设导流板，在距反应池出水渠近处导流板的间距较近，远端间距较大，起到均匀布水的作用

21、；（6）斜管整体上移，增加斜管下排泥区高度。3.4 过滤为了后续处理预留可调整空间，在澄清池出水进入滤池过滤之前，预留助滤剂投加井，投加聚合氯化铝，增强过滤效果。主要设计参数：停留时间 30 s；主要设备：搅拌机 1 台。改造一期虹吸滤池为整体滤板 V 型滤池。为使一、二期滤池设计滤速相同，将一、二期斜管沉淀池出水渠连通，使一期滤池设计流量调为 8.4 万 m3d，二期滤池设计流量调为 9.1 万 m3d。调整后设计滤速均为 8.4 mh。反冲洗设备：气冲时利用已有的鼓风机，高位水箱冲洗改造为冲洗水泵冲洗，空压机更换为两台阿特拉斯机器，互为备用，工作压力在 6.21058.2105Pa 之间。

22、主要设计参数：滤速为 8.4 m h；滤料为单层石英砂，厚度为 1.2 m；石英砂比重为 2.65 t m3，容重为 2.15 tm3，有效粒径为 d10=0.95 mm，K801.35；冲洗方式：采用气水联合冲洗，总冲洗时间12 min，每次只冲洗 1 格。间隔均匀冲洗。过滤时砂面上水深1.20 m；设计最大过滤水头约 2.3 m。冲洗程序及冲洗强度如表 3 所示。滤池采用长柄滤头小阻力配水系统，滤头直径D25 mm，滤板下配水室高度 9001 300 mm。滤池反冲洗周期由滤层水头损失、滤池出水浊度、过滤时间三项指标确定，当三项指标中有一项超标时，滤池自动进行反冲洗，反冲洗废水及初滤水排至

23、已建排水池。注：Q 单位，万 m3d；v 单位，ms。93-Vol.32,No.4,2013表 3滤池冲洗程序及冲洗强度Tab.3Filter Washing Procedure and Intensity程序冲洗强度（m3 m-2 h-1）冲洗时间min降低水位气冲+表冲气冲+水冲+表冲水冲+表冲55+755+7.5+715+7215683.5 消毒消毒采用紫外联合氯的方式，新建紫外消毒间1 间，平面尺寸为 11 m45 m，设计规模为 17.5 万m3d。一、二期滤池的出水管道合并为一根 DN1600钢管，接入到新建紫外消毒间内，安装 2 台加拿大特洁安公司提供的封闭管道式紫外反应器,每台

24、反应器灯管数量 6 根。设计参数：紫外工作波段 254 nm，透光率 90%（最小值），最低紫外剂量 40 mJcm2。4改造后工艺4.1 改造后工艺流程为确保开发区供水安全，水厂一、二期采取了同时设计、分期改造的实施方案。2011 年 2 月至 10月，先进行了水厂一期改造，水厂二期仍继续运行。2011 年 11 月至 2012 年 6 月，水厂一期改造投产后，又进行了水厂二期改造。目前，整个改造工程已全部完成，并投入正式运行。改造后的一、二期水厂工艺如图 4 所示。引滦水源调节池取水泵房（预氯）加氯斜管沉淀池清水池吸水井配水泵房管网图 4改造后一、二期工艺流程图Fig.4Flow Char

25、t of Phase I and II after RehabilitationV 型滤池配水溢流井预臭氧接触池机械混合井隔板絮凝池紫外消毒间（高锰酸钾）加氯（助滤剂）加臭氧加混凝剂、助凝剂、粉末活性炭4.2 改造前后的工况变化本次改造前后设计工况的变化如表 2 所示。5改造前后处理效果比对2012 年 6 月，一、二期改造工程完成，投入运行。至今各工艺单元运行良好，出水水质有了明显的提高。其中出厂浊度0.2 NTU，色度5 度，耗氧量2 mg L，无嗅和味，藻类计数、叶绿素、菌落总数、总大肠菌群均未曾检出。以浊度和耗氧量（CODMn）、消毒副产物三卤甲烷为例，取高温高藻期（2011 年 8

26、月和 2012 年 8 月）、低温低浊期（2010年 12 月和 2012 年 12 月）二期改造前后的数据比较，结果如图 5、图 6、图 7、图 8、图 9 所示。由图可知改造前后的水质情况改善明显，出水浊度降低明显，滤前浊度平均降低 62.5%，滤后浊度平均降低 58.8%；各阶段的 CODMn也下降明显，高温高藻期，出厂水耗氧量降低 20.8%，低温低浊期更是达到了 30.8%的降低率；预处理方式改为预臭氧后，三卤甲烷控制效果明显，平均降幅达31.6%，在合理控制臭氧投加量的前提下，溴酸盐的生成量也无明显增加，均0.009 mg L（原水溴化物指标较低，为 0.10.2 mg L 之间）

27、，满足国家标准；而且改造后的水质非常稳定，变化幅度小，提高了对水源水质变化的应对能力。6结论改造后的整组工艺出水水质好，自动化程度高，顺利度过了高温高藻期有机物含量高，藻类繁殖迅注：高温高藻期图 5二期改造前后滤前浊度的变化Fig.5Pre-filtering Turbidity Changes before and after Rehabilitationof Phase II1.210.80.60.40.20滤前浊度NTU8月2日二期改造前二期改造后8月4日8月6日8月8日8月10日8月12日8月14日8月16日8月18日8月20日孙淑琴，常华，李建科，等.水厂改造工程设计与运行案例分析9

28、4-净水技术WATER PURIFICATION TECHNOLOGYVol.32,No.4,2013August 25th,2013注：高温高藻期图 6二期改造前后滤后浊度的变化Fig.6After-filtering Turbidity Changes before and after Rehabilitationof Phase II猛的水质阶段的考验，部分出水水质优于三期工程。（1）改造后的混合絮凝部分，外观效果良好，出水浊度低。加药点的不同组合增加了混凝工况，提高了混凝效果，增强了应对水质变化的能力。（2）滤池反冲洗效果大大改善，各部分反冲洗均匀、彻底，反冲洗后滤料层表面平整，滤池过

29、滤周期延长，反冲洗水耗下降。（3）沉淀池出水浊度保持在 0.4 NTU 以下，V型滤池出水浊度稳定在 0.1 NTU 左右，斜管沉淀池的积泥现象明显好转。（4）紫外线消毒具有广谱消毒效果，消毒效率高，大幅度减少了消毒副产物的生成，降低了遗传毒性，特别是提高了对两虫和抗氯性致病细菌的消毒效果，它的消毒效果具有持续性，持续时间约为24 h，这使得加氯量降低 27.3%的情况下，依然能够保证消毒效果，对三卤甲烷的控制起到了积极的作用。从投入运行后的生产数据看，改造工程取得了令人满意的效果，确保了供水水质和供水安全。通过技术改造解决了一些长期困扰的疑难问题，取得了良好的社会效益和经济效益。参考文献1

30、赵宝霞.天津开发区净水厂改造工程方案比选J.市政技术,2010,2(28):63-65.0.350.30.250.20.150.10.050滤后浊度NTU8月2日二期改造前二期改造后8月4日8月6日8月8日8月10日8月12日8月14日8月16日8月18日8月20日54.543.532.521.5耗氧量（mg L-1）二期改造前二期改造后原水滤前水滤后水出厂水54.543.532.521.51耗氧量（mg L-1）二期改造前二期改造后原水滤前滤后出厂1.210.80.60.40.20三卤甲烷含量（mg L-1）二期改造前二期改造后原水预处理后滤前滤后出厂注：高温高藻期图 7二期改造前后耗氧量的变化Fig.7CODMnChanges before and after Rehabilitation of Phase II注：低温低浊期图 8二期改造前后耗氧量的变化Fig.8CODMnChanges before and after Rehabilitation of Phase II图 9二期改造前后三卤甲烷的变化Fig.9Trihalomethanes Changes before and after Rehabilitation inPhase II注：高温高藻期95-