水厂扩建与深度处理改造工程设计方案探讨

水厂扩建与深度处理改造工程设计方案探讨

罗允标 

中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司

摘 要：近年来，随着各地区水源地污染事件的频频发生，人们对饮用水水质的要求也在不断提高。为了满足这种高要求，关键任务就是要不断加强对水厂的扩建与升级改造，并对原有的水处理工艺进行全面优化和创新，尽可能根据当地水源污染情况，引入先进的深度处理工艺，这样才能更好地确保饮用水水质，减少水污染问题的发生。本文也会通过实际案例，在水厂扩建与深度处理改造中，“臭氧生物活性炭过滤深度处理”工艺的有效应用展开着重探讨和分析，以便为有关人士参考。

关键词：水厂；扩建；深度处理；改造设计方案；研究分析

某水厂水源来自当地于1965年所建的一个控制流域面积为285km2、总库容为6050m3的水库。由于该水库上游新建有多家工业企业，所以近年来，该水库饮用水源偶有发生突发性污染事故。经由当地水环境监测中心对该厂现状水质情况的检测发现，如表一所示，该水库水体水质为Ⅲ-Ⅳ类水，总体质量较好，唯有水体中的高锰酸盐和溴酸盐指数超标，从而使得水库水质受到轻微有机物污染。鉴于这种情况，为了保障当地市民的安全用水，该水厂决定根据水库原水受污染情况以及冬季低温低浊的特点，通过多方案对比，最终采取“臭氧生物活性炭过滤深度处理”工艺。作为自身扩建及深度处理改造中的重要手段，这样才能有效抑制污染源水中的溴酸盐和高锰酸盐，从而使其整体供水水质安全达到最佳标准。

表一（水库水质检测结果）

1. 主要净水处理构筑物设计

该水厂在扩建过程中，为减少新建构筑物数量，降低水质处理成本，便于水厂运行维护，在实际执行时，就要按照图一所示的平面布置图设计主要净水处理构筑物。同时，在设计过程中，还要合理安排施工工序，一方面要保障水厂的正常生产运行，另一方面还需在较短的时间内完成管道的连接工作以及系统的有效切换。

图一（净水构筑物平面布置方案）

1.1预臭氧接触池设计

按照相应的设计要求，污染原水在该池停留时间为5. 0 min，这就需要通过两条渠道向池内投加 0. 5-1. 5 mg/L的臭氧，通过调节水流的速度和方向，将原水均匀地分配到后续的净水处理设施中，有助于处理和净化效果。

1.2机械混合与折板絮凝及平流沉淀池设计

根据相应的设计要求，污染原水在机械混合池停留时间为30 s，而在折板絮凝池所停留的时间就要相对较长，为 25. 5 min、平流沉淀池停留时间更长，可达到2. 8h左右。为了提高净水处理效果，可将机械混合池分为四格，增加水体与处理剂的接触时间和接触面积，同时在每一格中都放置一台立式机械搅拌器，促使污染物的均匀分布；而竖向折板絮凝池则要分为三段来设计，即相对折板、平行折板和直板；平流沉淀池也要分四格设计，每格有效水深为 3. 3 m、池深为 4. 2m、水平流速要控制在 9. 5mm/s范围内[1]。

1.3气水反冲洗滤池设计

根据相应的设计要求，该池要分六格设计，每格都设置一个长柄滤头的水配气系统。同时各个滤格过滤面积为100.5m 2、设计滤速为 7. 20 m/h、强制滤速为 8. 60m/h。另外，要选择平均粒径为1.075的石英砂作为滤池滤料，且滤层厚度应尽量控制在1. 40 m范围内。此外，冲洗方式以气水反冲洗方式为主，在运行时，气冲时间为1. 5 min、气冲强度则应是 15L/(s·m 2 )；气水同时冲洗时间、强度和单独水冲时间和强度有着一定的差异，前者为 4 min、冲洗强度为 3 L/(s·m 2 )，后者为6. 5 min、水冲强度在6 L/(s·m 2 )。

1.4提升泵房与后臭氧接触池设计

首先，要在提升泵房中设置四台参数为 Q=2 099-2 510 m 3 /h，H=7-3. 9m，全变频轴流泵设备；其次，由于原水在臭氧接触池的停留时间为10min，所以其各池要分两格设计，并且臭氧投加量也要控制在 1-2mg/L范围内，同时双氧水投加点需做好预留。

1.5翻板活性炭滤池设计

按照设计要求，该池每座要分六格设计，且单排布置。池设计滤

速为 9. 25 m/h、空床接触时间控制在 13.0 min。除此之外，过滤材料可选择压块破碎活性炭。滤层铺设厚度不超过2. 0 m，且在滤层下部增设厚砂滤层，这样才能实现对微生物和有机物的截留，避免在净水处理时有微生物穿透的情况发生。此外，冲洗方式也要以气水反冲洗为主，在具体操作时，气冲时间为2 min、冲洗强度为15-16 L/(s·m

2 )；气水同时冲洗时间为3-4 min，冲洗强度为 3-4L/(s·m 2 )；单独水冲时间为1-2 min、气冲强度为15-16 L/(s·m 2 )[2]。

1.6清水池设计

按照相应的设计要求，应在该水厂新建两座有效水深为3.5m、有效调节容积为16000 m 3的清水池。同时还要将其与既有水池相结合，确保污水总调节比例高达15%以上。

1.7送水泵房设计

在这一环节中，为满足稳定供水需求，应将原有泵房设备拆除，重新安装四台特性参数为 Q=2350 m 3 /h，H=52m的水泵设备。

2. 工艺实施方案及工作机理

该水厂净水深度改造工程中，根据原水有机物微污染和冬季低温低浊的特点，引入了“ 臭氧生物活性炭过滤深度处理”工艺来保障饮用水供水水质，整个工艺操作流程如图二所示。从该图可以看出，臭氧-生物活性炭净水工艺的工作机理是通过臭氧强氧化作用与活性碳强吸附作用的有效结合来获得理想的净水处理效果。具体而言，首先，臭氧氧化工艺中还原电位数值为(Ev=2. 07V)，这种情况下，就可以有效降解污染原水中的大分子有机物，进而使其氧化成小分子有机物，部分有机物还能直接转化为CO2及H2O；其次，污染原水中难以降解的有机物，在经臭氧氧化后及活性炭吸附后，不仅可以达到最佳的降解效果，而且部分还能转化成可以利用的CO2。同时，活性炭中的孔隙结构还能作为微生物繁衍生息的场所，进而通过吸附有机物来促进微生物的代谢功能，延长活性炭的使用寿命[3]。

图二（深度处理工艺操作流程）

3.工艺实施效果

经由当地水环境质检部门对该水厂于2018年 10月二期扩建及深度处理部分开始通水试运行情况的调查发现。水厂2020年2月至今，进出水浑浊度已从原有最高值0. 257 NTU提升至当前0. 345 NTU，且相对比较稳定。各项净水指标也全部达标，特别是总产水量已接近满负荷。其中，在取水泵站投加臭氧和粉末活性炭后，高锰酸盐含量仅为1. 52 mg/L、氨氮和溴酸盐含量基本控制在0. 02 mg/L范围内、铁、锰含量控制在0. 05 mg/L范围内，完全符合当地居民安全饮用水供水需求。另外，从该水厂扩建深度处理方案可以得知，在具体执行时，不仅在提升泵房中引入了全变频功能的潜水轴流泵，而且还将调水池调蓄容器扩容到满足单台水泵 5 min 出水量进水需求，使其最大调蓄水深达到 2. 5m以上。除此之外，为了避免在供水过程中出现突发情况，进而使得提升泵房中在气水反冲洗重力作用下会出现滤池管廊外溢的情况，还在提升泵房调节水池内设置了顶高运行水位30cm的溢流堰。

结束语：

综上所述，为了最大化提高供水水质安全，满足人们日常使用需求，水厂就要通过改扩建工程，采取相应的技术手段对原有净水处理工艺加强创新和完善，尽可能使其达到深度处理的标准，并确保相关系统的独立运行和溢流安全，这样才能获得理想的净水效果，推动水厂的可持续健康发展。

参考文献

[1]李浩,贾瑞宝,刘衍波.济南鹊华水厂深度处理改造工程设计及运行分析[J].给水排水, 2022,(04)106-107.

[2]王纵.连云港市第三水厂二期及深度处理工程设计[J].净水技术, 2021,(04):46-47.

[3]张新欢.上海某水厂深度处理改造工程设计[J].净水技术, 2023,(08):39-40.