平原县城区净水厂提升改造应用研究

平原县城区净水厂提升改造应用研究

王庆梅

平原县水利局 山东平原 253100

摘要：由于城区水厂存在供水能力偏小、压力不足等现状问题，对净水厂在供水规模、水处理工艺、结构形式、消毒方式等进行提升改造。通过对提升改造后净水厂的运行应用研究，分析得出，新水厂出厂水质、产水率提升，药品投加量、运行成本和能耗降低，信息化自动化程度提升。

关键词：净水厂 提升改造 应用研究

平原县位于德州市中部，总面积1047km²，辖13个乡镇街区，人口47万人，其中农村人口37万人，是全省农村饮水安全首批示范县，德州市首批农村生活用水节水试点县，2019年在全省农村饮水安全现场会上县级典型发言县。

平原县现有城区水厂、恩城水厂和张官店水厂3座，水厂全部以相家河水库的地表水为水源，总供水能力6.2万m³/d，正常运行时三水厂实行分区域供水，同时三处水厂通过环状管网五处阀门连接，一旦一个水厂因故不能运行，开启环状管网的连接阀门，由其他两个水厂应急供水。

城区水厂位于平原县城区东南部，始建于2007年，是第一代模块化水厂，具有占地面积小，设备投资少，集约化程度高，但水厂最大供水能力仅达1.7万m³/d。建厂初期，供水范围为平原县城区及周边少数村庄仅9万人。随着县域经济的快速发展，城市规模的迅速扩大、居民生活水平的提高和城乡供水一体化的形成，供水范围扩大、供水人口增加、人均用水量增加，原有水厂即将无法满足城乡居民生活用水和部分企事业单位的需水要求，经分析论证，2016年对该水厂进行提升改造，2017年底投入正常运行。改造提升后的城区水厂供水能力达4.7万m³/d，供水人口28万人，供水能力和供水人口占全县的76%和60%，具有常规处理加深度处理能力，是全省首批规范化水厂。

1、城区水厂提升改造概述

随着社会的发展、经济的进步，人们的用水需求不断增加，且对水质要求越来越高，既要保障供水安全，又要提高供水效率，因此需从提升与改造方面入手，着重解决净水厂的运行问题，以此满足群众在日常生活中对净水资源的需求。由于生活废水和面污染源等原因，水源的质量趋于下降，因此自来水的质量通过提升净水技术得到保证。城区水厂是从地表水为水源水库取水，通过净化和消毒等措施，满足城乡居民需求的供水系统基础，是当前城市及各乡镇自来水服务的公共设施，具有通过提供清洁水和维护公共卫生来预防传染病的功能，根据水源状况和所需水质安全标准进行划分，通常必须改善水质到安全状态，以此保证净水厂的运行质量。

提升改造的目的在于对现有净水厂进行深度优化，在简单的沉淀和过滤过程中，可以去除不必要的或具有固体性质的有害物质，但不能去除水溶性有害物质。因此，通过生化手段或化学处理使溶解的物质凝结并除去，然后使用容易与有机物质以及氯和臭氧等化学物质发生反应的物质进行灭菌处理，从而使水流通。功能当然受到物理限制，并且在不太可能的情况下，如果异物或有害物质混合超过可加工范围，许多水处理厂在取水时和净水设备的每个阶段都不断监测水中所含的化学物质和微生物，如果发生超出安全标准的问题，将对净水设备的功能进行监测，但仍如果不能以停止水的供应，水污染的损伤也起着为了防止扩散作用作为安全装置，根据过滤池的处理方法分为缓慢过滤和快速过滤，最终达到预期应用效果。

2. 城区原水厂存在问题

2.1供水能力不足。城区水厂供水能力最大为1.7万m³/d，

建厂初期2007年投入运行时，水厂日最大供水量0.6万m³。随着城乡居民生活水平的提高，用水量增加且供水范围扩大，2015年最大日供水量达1.6万m³，供水量增加1.7倍，达供水能力的94%，即将面临无法满足城乡居民用水需求的现实，供需矛盾突出，供不达需形势严峻。

2.2供水人口增加。建厂初期，供水范围仅限于城区居民9万人，供水面积为县城近15km²。随着全县农村饮水安全改水的普及和城乡供水一体化的实施，到2015年，城区水厂供水范围扩大为县城10万人和县域中东部8个乡镇18万人共28万城乡居民，供水人口增加近2倍，占全县人口的60%，供水面积达500km²，占县域面积的近五成。

2.3供水压力不足。水厂运行初期，城区主要是平房及多层建筑，且用水量较少。随着城市的发展，城区供水范围迅速扩大，小高层、高层建筑越来越多，特别是新增的18万农村居民居住分散、供水管线长，原有低压制的供水系统，无法满足供水压力的需求，压力不足问题凸显。

2.4供水处理不足。净水厂每天产生的排泥水所占比例为 2%~10%，其中大部分排泥水变成了生产废水，但在建设运行过程中并没有理想的排泥水处理系统，如果不能妥善处理会对周围的环境造成一定的污染。同时，前期建设所采用的设备和实际处理并不相符，工艺设备的实际运行工况和额定工况有很大的差异，如没有认真分析设备的实际使用情况，在脱水设备正式运行时，无法充分发挥其功效，可能出现水资源浪费、排泥水处理效果不理想的情况

^[1]。

3、净水厂提升改造的要点分析

净水厂在运行过程中需遵循一定的工艺流程，严格对相应的流程细节予以完善，确保不出现运行质量问题。

3.1排泥水处理。净水厂要在充分了解现有处理工艺的基础上选择处理工艺，综合考虑净水厂的排泥水回用情况，选择最合理的排泥水处理工艺方案，明确处理程度、脱水工艺、处理成本等多种因素，确保最后的方案能够符合标准要求。在此基础上，需要要分别收集滤池反冲洗排水和絮凝沉淀池中的排泥水，分析后如果滤池反冲洗排水能够达到直接回用的标准，就可以直接进行回用，但如果无法达到预期要求则需要进行净化处理，然后合理地进行流量调控，在此过程中需要避免出现反冲洗水对排泥水的稀释情况，要对滤池反冲洗排水和沉淀池排泥水分别进行浓缩，提高整体净化效果。

3.2滤池反冲洗。通过破坏进水虹吸以及形成排水虹吸，使反冲水头和反冲洗强度逐渐降低，且随着虹吸滤池过滤时间的不断延长，滤池里的水位下降到反冲洗排水槽，在清水渠水位下降过程中，不断给虹吸滤池清水渠补充相应的反冲水量，当过滤水头达到一定数值或滤后水浊度超过规定数值时，清水渠水位和排水槽顶会形成一定的水位差，虹吸滤池会直接进入反冲洗阶段。同时，可以利用该水位差使其他格滤池的出水能够从底部配水室进入待冲滤格中，如果其他格滤池出现产水量不足的情况，为了能够确保虹吸滤池水冲强度符合标准，必须采取改善措施来避免这一情况，使清水渠水位一直处于恒定状态，从而实现从下到上的反冲。

3.3反应沉淀池。在折板絮凝池配水花墙前设置一道竖直缝隙式配水墙，竖直缝隙式配水墙的作用在于均匀配水，并在完成进配水过程中使其经过花墙后的反应沉淀池，严格控制引水面段孔眼尺寸、出水面孔眼尺寸，在此过程中可以增设ABS排泥管孔洞，把沉淀池段出水槽通过锯齿堰排水槽改造成一个淹没圆孔出水集水槽，使沉淀池末端出水更加均匀。在絮凝池配水花墙前设置一道竖直缝隙式配水墙，完成进配水过程中使其经过花墙后的反应沉淀池，此过程需要严格控制出水面孔眼尺寸、进出水孔眼高，在其侧壁处开凿孔洞并实现合理设置，避免沉淀池表面的浮渣直接进入后端。

3.4网格反应池。网格反应池会直接影响出水的水质和水量，在提升与改造过程中需要对网格反应池的池体进行设计，把反应池过渡段直接拓展为絮凝反应段，对原反应区竖井池壁开孔位置进行适当的调整改变，减少泡沫的出现。设计人员要充分结合其结构特点，把内部所有的隔栅直接更换成碳钢锌材质的隔栅，把过水缝隙从70mm×70mm改造成更为合理的90mm×90mm，在此基础上科学溶解和稀释PAM粉末，以此不断提高整体的运行效率。净水厂通过增加深度处理系统及对现状构筑物的改造，满足出水水质标准，解决了沉淀池排泥效果差问题，降低滤池反冲洗耗水量。

3.5系统及运行。为了确保净水厂的安全性，完成改造之后需要进行全方面检查，掌握生产线的运行情况以及人员工作状况，包括安防系统有脉冲电子围栏和网络化监控系统这两块内容，实现净水厂整体的安防管理，有效提升净水厂的日常管理效果。同时，需要以净水厂日常工作为基础，在设计过程监控系统时，考虑运用新技术和新设备进行辅助，尽可能地使用智能监控和物联网设备等新技术，有效提高巡视的效果和效率，实现机械化监控运行模式^[2]。

4、高标准提升改造后的城区水厂

4.1方案比选，深入做好前期工作。为做好方案比选，县水利局采取走出去，请进来的方式，做好自身提高功课。一是组织业务人员分别到北京水利科学研究院、天津华淼给排水设计研究院、山东省水科院、郑州江宇水务工程有限公司等进行了全面的咨询和全方位的考察。二是邀请北京市市政设计总院知名专家崔招女教授来平原授课，讲授各种水厂工艺的优缺点。三是组织省内知名专家和专业人员进行多次多层面的调研、评审就制水工艺的选择、供水能力的提升等探讨、研究。

4.2供水能力增加。供水能力是指系统在一组特定条件下，具有一定供水保证率的最大供水量，与来水条件、工程条件、需水特性和运用调度方式有关，通过提高净水厂的运行效率可有效保障用水安全，满足现阶段群众的用水需求。在水平年及供水范围已定的情况之下，不同来水频率就有不同的供水量,必然有一个是最大的供水量，相应保证率不一定是设计保证率，若在水资源调节计算随外界因素而变化,这个水量是变更设计条件后的，不属于设计条件的范畴。因此，在实际提升改造中通过计算和多方案比选优化，在原水厂南边，新建日供水能力3万m³/d的水厂一座。新建水厂与原水厂通过管道连接，扩建后水厂设计供水能力达到4.7万m³/d。

4.3水处理工艺提升。过高的氨氮不能被常规工艺去除,会使消毒剂投加量大幅增加,不仅增加制水成本,而且会生成大量消毒副产物使水质毒理学风险大大升高。原水厂为一体化模块水厂，改造后的水厂水处理工艺为预处理+强化常规处理+深度处理+消毒处理工艺。

在絮凝、沉淀、过滤常规处理工艺上增加了臭氧、活性炭深度处理，以应对原水中存在轻微污染、特别是高温高藻时轻微污染的状况，提高了水厂应对复杂水质的处理能力。而在水质较好时也可以超越，以常规工艺运行。通过对水源水质进行分析,确定急需控制的指标为氨氮,原水氨氮为0.02~4.25 mg/L,根据原水水质不同,强化混凝、投加PAC等强化手段,将COD_Mn去除率提高到50%左右。

4.4沉淀池形式的选择网格沉淀池。网格沉淀池与平流沉淀池相比，网格沉淀池它具有占地面积小（一般为25米长），配水均匀，可分段供水，沉淀效果好，工程造价低，维护费用低，该型沉淀池较为先进。平流沉淀池的优点是水在池内停留时间长，沉淀效果好。而平流沉淀池的缺点是占地面积大（一般为75米长），需额外增加配水井并需加两道以上的橡胶沉降缝，工程造价高，工程运行后的维护费用过大。为节省占地和今后的运行成本，选择网格沉淀池。

4.5反应池结构形式选用折板反应。在反应池的选择形式上，根据水质、水量、沉淀池形式、水厂高程布置以及维修要求等因素确定。折板反应池是目前国内采用较多工艺，它具有反应时间短、反应效果好等优点，结合城区水厂水量变化较小的实际，确定选用折板反应，它的特点是不需任何机械，运行管理方便，运行成本较低，处理效果较好^[3]。

4.6混凝和消毒方式改变。水厂投加的混凝剂采用聚合硫酸铝铁，在混合池的第一级投加。消毒方式由二氧化氯消毒改为次氯酸钠消毒。次氯酸钠采用两点直接投加，前投加设在进水管处，与臭氧不同时使用，后投加在滤池出水管处。既减少了副产物的产生又增加了消毒的持续性。

4.7自动和手动双重控制。水厂设中控室，通过中控室管理整个生产过程，在加氯加药间、砂滤站、臭氧发生器间、送水泵房分别设置四个现场控制单元，用于实现各功能单元的数据采集和设备控制。每个现场控制单元都可以通过两条不同的通道与中控室进行通讯，即使网络中的一处光纤受到损伤，也不影响到其与中控室的通讯。

水厂所有电动设备均采用就地、现场控制单元、中控室三级控制。现场控制单元和中控室均设有自动和手动两种方式，其中手动控制由值班人员在中控室电脑上进行控制，自动控制由PLC系统根据现场采集的数据自动进行调节；就地控制设有就地和遥控两种方式^[4]。

4.8建筑风格改观。本次提升改造设计在原厂区红线内进行，进出水水质、厂区的可利用用地面积、现状构筑物的运行参数成为确定水厂改造规模的关键因素，通过核算现状构筑物运行参数、新增构筑物占地面积及厂区可用地面积，保持构筑物主体土建结构，保证水厂其它构筑物正常运行，最终水厂采用徵派园林式建筑风格，青瓦白墙，天然古朴美观。厂区种植银杏、海棠、冬青等10多种观景花草苗木，春赏樱花夏观木槿，高低错落，草绿花红，四季常青，整洁有序，厂区内更像园林式花园。

5、运行应用

通过2018至2019年两年的供水正常运行，提升改造后净水厂优势凸显。

5.1出厂水浊度降低。经检测，出厂水浊度控制在0.1-0.2NTU，浊度降低、口感也有了很大改善，且各项指标均优于国家标准。

5.2絮凝剂投加量减少。原水厂工艺与提升改造后水厂工艺相比，原水厂工艺絮凝、沉淀、过滤的时间短，是传统工艺的五分之一，但二者加入絮凝剂的量相差较大，传统常规工艺每立方米水需加絮凝剂0.012Kg左右，原水厂工艺每立方米水需加絮凝剂0.022Kg左右，每立方米水节约絮凝剂0.010Kg左右。

5.3产水率增高。经测算：模块化水厂自用水量较大，水厂的产水率为90%，具有深度处理工艺的新城区水厂产水率为96%，产水率提升6%。

5.4降低运行成本和能耗。水厂结构形式选用折板反应池。它不需任何机械，运行成本较低，运行管理方便，处理效果较好。按日供水2.5万m³计算，新水厂每天需减少絮凝剂250kg，每立方米的水电耗由原来的0.21kwh降低至0.18kwh，年降低费用30多万元。

5.5水质深度处理。通过臭氧的强氧化作用来消除水中有机物类污染物质、去除水中的杂色及异味、降低COD、BOD指标，并通过活性炭来吸附重金属、有机物分子及离子级的杂质，以达到水质更进一步的净化，水质更进一步的纯正^[5]。

5.6自动化信息化程度大幅提高。提升后水厂通过中控室，实现实时在线监测，生产车间自动加药、自动开启等自动化系统，减少了大量的值班人。维修人员定期维护在线仪表、各种设备，化验人员每天定时检测各环节指标，中控室值班人员每两小时巡检一次产供水设备。车间内外安装32处摄像头，达到无缝隙覆盖。

6结语

城区水厂改造提升工程采用预处理+强化常规处理+深度处理+消毒处理工艺，出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）的水质标准，浊度≤0.5NTU，保证率为 95%，自动化程度高，提升了全县28万城乡居民的饮水水质，为以地表水为水源的城乡供水水处理工艺的应用研究和推广提供了借鉴、指导。

参考文献：

[1] 黄孟斌, 杨峰, 王长平,等. 净水厂全流程控制三氯乙醛副产物技术应用研究[J]. 中国给水排水, 2020, 36(2):4.

[2] 王磊. 黄瓜山净水厂升级改造实例[J]. 科技创新导报, 2019, 16(5):2.

[3] 马骏, 段方旭, 袁野,等. 凌庄水厂升级改造一期工程设计运行介绍[J]. 供水技术, 2021, 15(2):5.

[4] 陈欢球. 净水厂工艺改造设计与运行效果分析[J]. 供水技术, 2019, 77(06):48-52.

[5] 张馨, 李博. 净水厂排泥水处理工艺改造设计[J]. 福建质量管理, 2019, (011):263.

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