南京某自備水廠運行工藝分析及改造對策

錢建召

隨著我國社會經濟的不斷發展,水質型缺水的矛盾日益嚴重。供水水質直接關系到廣大居民的身體健康,也直接影響到工農業生產。為了適應新規定,符合新要求,供水企業應立足于現有工藝條件和設施,通過加強工藝與水質管理,優化工藝條件等,利用盡可能經濟的手段來確保供水水質[1]。部分水廠還必須對原運行工藝進行改造,以提高供水水質和供水管理水平。本文以南京某自備水廠為例,在對其原運行工藝分析的基礎上,提出了對該運行工藝的改造對策。

1 自備水廠概況

水廠主要擔負著該企業生產生活用水以及該地區部分居民生活用水任務。其建設年代較久,經過近八十年的發展,現已成為日供水量規模為15 000 m3/d的小型水廠。該水廠水源為長江南京段,水源水質變化幅度較大,全年濁度為20 NTU～1 000 NTU,水溫0℃～32℃,pH值6.5～7.5。每年的4月～11月為豐水季節,江水流量大,濁度高,水溫較高;12月到次年的3月為枯水季節,江水流量小,濁度低,水溫較低,有機物含量增加。

原水由一級泵房提升后,經加藥進入脈沖澄清池,絮凝澄清后進入虹吸濾池進行變水位的等速過濾,過濾出水進入清水池,經消毒后進入吸水井,通過二級泵房加壓并配合水塔供給用戶。

2 運行工藝分析及改造對策

2.1 加礬工藝

目前,該水廠采用的混凝劑是聚合氯化鋁(PAC)。PAC對各種原水的適應性較強,適用p H值范圍寬,絮體形成較快,且顆粒大而重,凈化后水的堿度降低較小,藥耗成本較低,在處理低溫低濁度水時,凈化效果好。由于人為因素的存在,不能根據原水水質與水量的變化及時準確控制其投加量,存在時間滯后現象,造成混凝劑投加量過高或過低,直接影響脈沖澄清池出水水質,給后續過濾工序帶來影響,影響出水水質。此外,利用水射器投加需要消耗大量的壓力水。

考慮該水廠日處理水量僅15 000 m3/d,江水濁度的日變化不是很大,經投資、效益等綜合分析比較,可采用計量泵進行加注PAC,既解決了不能準確控制投加量的問題,同時,用計量泵進行加注不需要消耗壓力水,大大降低水廠工藝耗水量,降低了水廠電耗。另外,建議該水廠在今后的改造中可結合自動控制加注混凝劑技術的發展程度及今后的實際情況考慮采用自動控制加注混凝劑方式,進一步提高脈沖澄清池出水濁度的安全可靠性。

2.2 混合工藝

加藥混合工藝對后續的絮凝沉淀工藝起關鍵性作用。由于地表水原水的成分十分復雜,因此對混凝效能的影響因素也很多,但最重要的因素是快速混合的方式和作用,即速度梯度G值。國內外許多水處理研究者總結了有關混凝劑水解反應速率及形成金屬氫氧絡合物或聚合物所需要的時間,該反應時間極其短促。

2.3 澄清工藝

該水廠澄清工藝現采用脈沖澄清池,脈沖發生器為鐘罩式。充放比為3∶1或4∶1。脈沖澄清池屬于泥渣懸浮型澄清池,懸浮泥渣層是泥渣懸浮型澄清池凈水效果好壞的關鍵。該水廠澄清池自使用以來,布水均勻性較好,澄清效果穩定,操作方便,維護量也不多,但在使用過程中也發現一些問題,如因江邊抽吸來的原水中含有大于0.1 mm的泥砂,并帶有小塑料袋、樹葉、破布、藻類等雜物,使池中積有大量的泥砂,配水管孔眼堵塞,影響布水均勻,導致脈沖發生器失靈,局部泥渣膨脹,使澄清水水質惡化,必須停池沖洗,由于池底構件比較復雜,清除積泥很困難。另外,脈沖池對水量、水質、水溫及加藥量等較為敏感,不易掌握,懸浮層的過量泥渣必須及時排除以保持懸浮層的合適濃度,否則會發生膨脹現象,而排泥量過多,懸浮泥渣層的濃度會低于2 500 mg/L,影響膠體顆粒之間的相互吸附、接觸凝聚及膠體顆粒在懸浮泥渣層中泥渣表面上的吸附、接觸凝聚,直接影響澄清效果,導致出水水質惡化。因此,在日常的運行管理中,應研究確定排泥排渣操作標準,嚴格按標準操作,最好能做到定量控制,有利于現場操作。同時,應設置連續濁度測定儀對脈沖池出水濁度進行連續測定,并將測定結果傳輸到中央控制室,實現實時監控,確保出水水質,以便后續過濾正常進行。另外,該水廠在今后改造中應考慮再建一組脈沖澄清池,以備一組停池檢修時可以啟用另外一組,確保出水水質,同時,也可以滿足將來日供水量逐漸增大的局面。

2.4 過濾工藝

該水廠采用的是虹吸濾池等速過濾工藝。濾池為一組,八格。濾料為單層石英砂濾料,反沖洗方式為高強度水反沖洗。目前,濾池主要存在濾床的沖洗再生機制不健全。沖洗不按出水濁度或水頭損失值進行反沖洗而按時間進行定時反沖洗,反沖洗強度不及時調整,冬季、夏季一個樣,造成反沖洗強度不穩定,或高或低,濾料漏失、承托層走動、砂面凹陷或沖不干凈,導致濾料長時間含泥量高、產生泥球、過濾周期縮短、水頭損失增大快或產生負水頭、氣阻等各種不良后果,從而造成反沖洗系統布水不均勻或反沖洗水頭損失很大。對此,在濾池反沖洗方面可作一定的改進,改變過去隨意設置“定時反沖洗”的制度,設置濾池出水濁度儀和水頭損失儀,對濾池出水濁度和水頭損失值進行連續測定,并將測定結果傳輸到水廠中控室,實現對濾池出水濁度和水頭損失進行實時監控,并結合水廠實際運行管理,經反復試驗后,確定按濾池出水濁度、水頭損失的反沖洗制度。在濾料方面,傳統的石英砂濾料是一種天然的較光滑的顆粒,易得,價廉,但其比表面積及孔隙率很小,截污能力低。輕質陶粒濾料雖價格較貴,但因濾料比表面積大、孔隙率高、視密度小、截污能力強,且其表面易于生長生物膜,對處理有機物有利,逐漸被重視采用。

2.5 消毒工藝

消毒工序是水廠水處理中一項重要內容,也是確保出廠水細菌學指標達標的重要措施。由于二氧化氯是在使用現場邊制取邊使用,不存在貯存問題,安全系數高,且殺菌效果遠遠強于液氯殺菌,正越來越受到人們的重視。該水廠現已采用二氧化氯消毒,但是尚未實現消毒自動控制。目前該廠已具備集中監控能力,為此,對于消毒工藝的技術改造,建議:1)采用靜態管式混合器技術,以增強完全、快速、均勻混合效果;2)采用余氯連續測定儀,自動監測水中余氯;3)實現集中監控,采用自動控制設備,以確保消毒效果。

2.6 加壓工藝

加壓工藝是將消毒處理后的合格生活飲用水經二級泵房加壓后通過管網配送給用戶,以滿足不同用戶對水壓的要求。該水廠二級泵房現有三臺水泵機組,電機功率均為75 k W,揚程為40 m,供水壓力要求為0.34 MPa～0.37 MPa。由于用戶用水不均勻,常常導致水壓波動較大,通常按最大的供水量供水。為了提高安全供水的可靠性,實現節能降耗的目的,有必要對該水廠二級泵房水泵機組進行變頻節能改造,以達到恒壓供水、節能降耗的目的。2000年年底該水廠對二級泵房水泵機組進行了恒壓變頻改造。這兩臺水泵機組通過PLC控制,自動循環運行。

通過變頻恒壓改造,供水電耗明顯下降,水壓的恒定使原來供需矛盾不協調的局面得到了緩解,供需水量趨于平衡,解決了原來部分居民只有夜間才能用水的局面,同時減少了爆管現象的發生,大面積停水事故率明顯降低,節約了大量的管網維修費用,減少了管網的漏損。通過變頻恒壓改造后,二級泵房的運行還存在以下幾個技術問題需要探討解決:

1)該水廠二級泵房為自吸式泵房,吸水管上安裝有底閥及緩閉止回閥,水泵機組需克服很大的阻力才能將底閥及緩閉止回閥打開,做很大的無用功,機組頻率達到42 Hz時才能出水,使變頻機組可變范圍過小。2)PLC控制循環變頻調速過程中常常伴隨著水泵的啟、停,從而易導致水泵及管路中水流速度發生梯變而引起壓力梯變,產生停泵水錘。為防止水錘,除采取必要的防水錘措施外,一般的操作規程規定:在停泵前需將該泵電動閥門關閉再停泵,開泵時先啟泵再打開電動閥門。3)由于用戶用水量變化很大,而兩臺變頻機組為同一型號規格,設備組合不盡合理,變頻機組剛投入運轉時,機組切換頻繁,對水廠管理及機組帶來一定的影響,需進一步總結分析用水量的變化情況,確定水泵機組的合理組合及變頻設備的工作方式,確保水泵在高效區內運行。

另外,還應將3號水泵機組改造為軟啟、軟停,并進行了水廠集中監控的初步改造,為將來水廠的自動化改造創造條件。

3 結語

隨著地表水體有機污染的加重,飲用水水質標準和供水水質管理要求的提高,越來越多的水廠面臨凈水工藝改造的問題。本文通過對南京某企業自備水廠目前運行工藝中加礬、混合、澄清、過濾、消毒和加壓等工序運行現狀及存在問題的分析,分別提出了各工序的改造對策,為小型自備水廠改造提供借鑒。

[1]劉國宜,易衛紅.供水企業實施《城市供水水質標準》的對策[J].中國給水排水,2007,23(4):19-22.

[2]GB 5749-2006,生活飲用水衛生標準[S].