衡阳市城南水厂提标改造工程工艺设计介绍

谢智华 罗松柏 吴玉华

中机国际工程设计研究院有限责任公司，长沙 410007

摘要：针对衡阳市城南水厂水源的特征污染物为有机物、汞等重金属，而现有的絮凝+沉淀+过滤+消毒水处理工艺对源水中的污染物去除效果有限，且老化漏水严重，本项目通过“预臭氧+絮凝+沉淀+过滤+主臭氧+活性炭吸附+氯消毒”水处理工艺对城南水厂就地进行提标改造，改造后出厂水水质优于《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006。

关键词：总平面布置 建设时序 反向滤池 提标改造 活性碳滤池 重金属

0前言

本项目水源为湘江，衡阳位于湘江的中游。随着经济社会的发展和城镇化的推进，一方面集中供水的规模越来越大，群众对供水的要求也越来越高^[1]。另一方面排污量逐年增加而没有得到根本有效治理，通过对水源地主要污染物及其变化趋势分析，水源的特征污染物为有机物、汞等重金属。近年来随着衡阳市对重金属防治项目和饮用水源开展了专项整治工作，污染物出现超标的情况逐年减少，但源水中存在汞污染。且源水水质随季节无明显变化趋势，源水呈现出微污染态势，存在一定的环境风险。同时新的《生活饮用水卫生标准》 水质指标由原来的35项大幅增加到106项也对供水企业的饮用水处理工艺技术提出了新要求^[2]。采取一切可能的措施提高水厂出厂水水质，这不仅关系到衡阳市供水安全，同时可以提高了当地居民的生活质量，具备良好的社会效益与环境效益”。

1水厂现状

（1）厂区概况

衡阳市城南水厂从1956年起建于1958年建成，投产后几经扩建，于1979年最终达到Q=8.0×10⁴m³/d，水厂现状采用常规处理工艺，基本工艺流程如图1所示。改造前生产设施由1座取水泵房、1座网格絮凝平流沉淀池、1座快滤池、1座清水池及1座送水泵房组成，辅助设施有1座排水池、1座滤池冲洗设备间、1座加药间。

图1 城南水厂现状工艺流程图

（2）原水水质分析

城南水厂从湘江衡阳段上游取水，取水点湘江南路，通过对水源地主要污染物及其变化趋势分析，水厂水源的特征污染物为汞污染。源水水质随季节无明显变化趋势，源水呈现出微污染态势，且汞含量较高，存在一定的环境风险。

（3）现状出厂水水质分析

城南水厂现有的水处理工艺对源水中的污染物去除效果有限。根据出水水质检测报告，出水所监测的33项水质监测指标中，尽管均符合《生活饮用水卫生标准》GB5479-2006中的标准值，但浊度、砷和氟化物的占标率高，最高分别达90.2%、92.4%和98%。且还有70余项指标没有监测。部分设施处理效果不佳，如沉淀池末端出现矾花上浮。同时水厂的排泥水和反冲洗水未经处理直接排放，不满足环境保护要求。

2设计规模及工艺选择

2.1 设计规模

城南水厂提标改造工程设计规模与原规模一致：8.0×10⁴m³/d。

2.2 工艺选择

传统的常规净水工艺是采用投加混凝剂的方法，使其与水中的杂质发生反应以去除杂质，其工艺流程为：混凝→沉淀→过滤→消毒。该工艺成为目前饮用水净化工艺的主体，在我国净水厂工艺中，采用此工艺的水厂占82.14%。传统的常规净水工艺，能有效去除水中的悬浮物、胶体和细菌，但无法去除微污染源水中的有机物。

为提高出水水质，针对本项目的水质特点，本工程在现有常规处理工艺的基础上增加预处理和深度处理工艺。为满足环保要求，本工程增加排泥水处理工艺。针对水厂用地紧张的矛盾，拟拆除取水泵房和送水泵房之外的所有建筑物，合理布局新建构筑物。改造后常规处理系统与预处理系统、深度处理系统及排泥水处理系统可实现平稳衔接，改造工程完工后，水厂将形成臭氧化预处理+絮凝沉淀+过滤+臭氧活性炭吸附的净水工艺，消毒剂为液氯，并设置高锰酸钾、石灰、粉末活性炭等应急处理措施。出厂水水质达到《生活饮用水卫生标准》 GB5749-2006。污泥采用机械浓缩脱水处理工艺。工艺流程如图2所示。

图2 城南水厂提标改造后工艺流程图

3工艺设计参数

3.1 臭氧站

功能：为预处理池和臭氧接触池提供臭氧，含液氧站、臭氧制备间两个功能区。

设计规模：规模20.5×10⁴m³/d（主要供应一期提质改造工程8.0×10⁴m³/d规模和二期提质改造工程12.5×10⁴m³/d规模。）

数量：1座。

总平面尺寸L×B=13.5×8.4m。

设计参数：预臭氧最大投加量1.0mg/L，后臭氧最大投加量2.0mg/L。设臭氧发生器3套，2用1备。

3.2 预臭氧、絮凝沉淀池及清水池

预臭氧、絮凝沉淀池及清水池是集配水、预臭氧化、折板絮凝沉淀、清水储存功能于一体，设计出水浊度＜5NTU。

规模：Q=8×10⁴m³/d（自用水系数5%）。

数量：1座，分两组。

单组土建尺寸：L×B=96.2m×13.0m。

设计参数：

1）配水井

设配水井1格，每格尺寸：长×宽=2.4×2.0m，有效水深4.4m。

2）预臭氧池

设预臭氧接触池2道，每道尺寸：长×宽=13.0×2.0m，有效水深为5.5m，臭氧接触时间4.9min。臭氧投加采用水射器投加。设催化式臭氧尾气破坏器2套。

3）折板絮凝池

絮凝池采用折板絮凝池，分两组。

单组尺寸： L×B×H＝15.7×13.00×2.80m

絮凝时间： 16.07min

相对折板：波峰流速 V=0.29m/s，波谷流速V=0.15m/s

平行折板流速：V=0.20m/s

平行直板流速：V=0.14m/s

水头损失： ∑h=0.30m

速度梯度G值： 53.20s^－1

∑GT值： 5.58×10⁴

4）沉淀池

沉淀池采用平流沉淀池，分为2组，设计规模8.0×10⁴m³/d，自用水量取5%。

平流沉淀池与折板絮凝池合建。与絮凝池配套，主要设计参数如下：

设计水量：8.0×10⁴m³/d，分2组

平面尺寸：L×B＝78.0×13.0m

有效水深：3.00m

停留时间：1.55h

水平流速：14mm/s

Re 数：10006

佛罗德数：Fr= 1.54×10^-5

配水：采用扩散式花格墙配水，进口流速为0.1m/s

集水：采用穿孔集水槽集水，集水负荷率为230 m³／m•d，每组沉淀池设9条集水槽

5）清水池

设计规模Q=8.0×10⁴m³/d，分2组。单组平面尺寸：L×B＝93.9×13.0m，有效水深H＝4.0m。总有效容积V=4800m³，占总设计规模的12.2%。每格设有进水管、溢流管、出水管，两组清水池的出水管共用一个阀门井。

3.3 反向滤池及排水池

1）反向滤池

功能：过滤，进一步去除水中悬浮杂质颗粒，降低浊度。设计出水浊度＜0.5NTU。

2）滤池过滤区及反冲洗泵房的设计参数如下：

规模：Q=8×10⁴m³/d，设计流量3500m³/h（自用水系数5%）。

数量：1座，分6格。

单座土建尺寸：L×B=96.2m×13.0m。

滤池滤速及规格：

设计滤速取10m/h，滤池分为6格，强制滤速12m/h。单格过滤面积为58.8m²，单格尺寸为9.8m×6.0m×4.9m。

表3.3-1 气水反冲洗设计参数：

2）排水池

功能：排水池为接纳厂区的废水，并通过水泵回流到厂区预臭氧池前端的配水井内。

设计规模为Q=8.0×10⁴m³/d，一座，分两格，满足单格反向滤池或翻板炭滤池一格的反洗来水量及污泥浓缩机上清液同时来水的要求。

排水池单格设计平面尺寸L×B=9.8m×5.0m，有效水深H=3.5m。

3.4 中间提升泵站、主臭氧池及炭滤池

本构筑物由中间提升泵房、主臭氧接触池、活性炭吸附池组成。

设计规模：Q=8×10⁴m³/d（自用水系数5%）。

功能：对滤后水进行深度处理，进一步提高水厂出水水质。

数量：1座。

结构形式：半地下式钢筋混凝土结构，双排布置。

设计参数：

（1）中间提升泵房

有效容积100m³，平面尺寸：L×B=8.4×6m。

（2）臭氧接触池

臭氧接触池分2组，每组分三段，总接触时间为10.9min，设计水深6.3m。平面尺寸：L×B=22.6×8.4m。设SS178多孔陶瓷曝气器126个。在臭氧接触池出水端设余臭氧监测仪1台，在臭氧尾气破坏装置出口设臭氧气体浓度监测仪2台。

设催化式臭氧尾气破坏器2套，单套处理能力253Nm³/h，出口浓度＜0.1ppm。

（3）活性炭吸附池

活性炭吸附池设计进水浊度＜0.5NTU，设计出水浊度小于0.3 NTU。平面尺寸：L×B=31.6×18.5m。

活性炭吸附池分6格，两排并列布置。单格过滤面积59m²。设计空床滤速V₁＝10.0m/h，强制滤速V₂＝12m/h，空床接触时间10.8min。滤层采用颗粒活性炭+石英砂组成双层滤料。柱状活性炭滤料：Φ1.5±0.2mm，长2～3mm。活性炭层厚1800 mm，石英砂层厚度300mm，承托层200mm。滤层上设计水深1.00m。当碘吸附值＜600mg/g，亚甲蓝值＜85mg/g时更换活性炭。

3.5 加药间

平面尺寸：L×B=28.0×10.0m。

设氯库、加氯间、漏氯吸收间、加矾间以及活性炭投加室。消毒剂采用液氯，前加氯最大投加量1.0mg/L，投加点为原水进厂管道上；后加氯最大投加量2.0mg/L，投加点为系统二清水池前。采用加氯机投加。

在满足常规处理要求的前提下，按照应急能力体系建设要求，针对水源湘江可能发生环境风险的类型，加药间设置了以下2种应急药品投加设施：粉末活性炭、硫酸铁投加系统。

3.6排泥池及污泥脱水机房

功能：絮凝沉淀池污泥集泥、污泥脱水、应急投加石灰。由污泥脱水机房和排泥池组成。

数量：1座。

（1）排泥池

排泥池有效容积291.6m³，采用两台潜污泵提升至污泥脱水机房叠螺浓缩机。

（2）污泥脱水间

污泥脱水间用于污泥脱水和应急石灰投加系统。

日处理干污泥量3930kg，设计进泥含固率≥5%，工作时间16h/d，泥饼含固率≥50%。

污泥脱水间分两层，平面尺寸25×10m，高度10m，一层布置加药系统并设置污泥转运区；二层布置叠螺浓缩机及高压弹性板框压滤机。

4工艺设计特点

衡阳市城南水厂提标改造工程在设计阶段，综合考虑了水厂的现状及水厂提标改造期间不间断供水的要求，重点解决了以下关键技术问题：

（1）平面布置及施工时序的安排

衡阳市城南水厂总面积为13460.40m²，是水厂标准建设用地的1/3。

首先，在城南水厂提标改造项目中，为保证出水水质的稳定达标且节约占地面积，采用平流沉淀池与清水池叠合建设的工艺，节约了约1/4~1/3的用地面积。

其次，为保证项目施工过程能临时供水，需在狭窄的原有综合废水池占地区域建设全套的过滤工艺设施，包括滤池、反冲洗泵房、鼓风机房及排水池等，普通的快滤池及V型滤池占地过大，因此本项目引入了纳污量大，滤速高的反向滤池作为本项目的过滤工艺，解决了本项目占地紧张，又解决临时供水过程中进水杂质较多的问题。

为了高效率的完成本项目，最终确定的施工时序为：

1）拆除现状综合废水池。

2）在综合废水池位置完成反向滤池、排水池、反冲洗泵房、鼓风机房的建设工作，保证在原水水质较好的季节实施临时供水。

3）反向滤池完成后可通过反向滤池及原有清水池实现临时供水，2016年开始拆除现状絮凝沉淀池及快滤池。加药间及加氯间需要在此阶段拆除，并新建临时加药及加氯间。

4）新建絮凝沉淀池及清水池及臭氧站。

5）当絮凝沉淀池及清水池建设完成后，拆除现状清水池。

6）新建中间提升泵房、主臭氧池、炭滤池、加药间、排泥池及污泥脱水机房。

（3）工艺流程、高程的设计

根据对原水水质的分析及现有水处理系统的处理出水水质情况的分析，提出“模块化分布建设”的规划思路。

1）与现状的结合

在总平面功能分区方面考虑了宏观的功能分区与提标改造分期实施的功能分区规划，提标质改造8.0×10⁴m³/d顺水处理方向自北向南布置，使提标改造工程能够整齐划一，同时考虑了建筑风格上与现状及周边的协调性。

2）高程规划合理，与现状衔接紧密。

根据厂区地形地势情况，结合现状的厂区高程系统，本次厂区高程系统因地就势布置厂区。本次充分利用源水系统的剩余水头，提标改造完成后，无须改造源水泵站仍能实现项目的重力供水。

污泥处理区设置在厂区的南侧低洼地带，减少管道的开挖量，缩短了排泥水管道长度与减小排泥管径。

（4）应急措施

本可研考虑衡阳水质的实际情况，在加药间增设石灰、粉末活性炭、高锰酸钾等应急药剂，并配套投加装置。当发生突发水质情况时，可以在第一时间采取措施以满足GB5749的水质要求。

5结语

衡阳城南水厂提标改造工程解决了原址提标改造用地面积小、施工不间断供水、合理的流程及高程设计及微污染水源的应急措施等问题，可以作为其他类似水厂提标改造工程的参考。

参考文献

[1] 赵皇赞 .衡阳：靠深化饮水安全改革提升百姓幸福指数[N].中国水利报,2014-4-22(006).

[2]刘伟华，王洪奎，常规处理工艺净水厂提质改造设计方案研究[J]，漯河职业技术学院学报,2014(017)：42-43.