提升改造城鎮水廠的技術措施及實例

滕懷東　張吉貴

【摘要】針對城鎮水廠面對日益嚴重的水源污染、水質標準的提高、能耗大、產量低而凈水工藝普遍落后的狀況，總結水廠改造的技術措施，從而達到改善水質、提高產量的目的，可供同行業參考。

【關鍵詞】預處理；深度處理；提升改造；水質；產量

中圖分類號：TU991.6 文獻標志碼：B 文我國的城鎮水廠多建于上世紀80～90年代，常規水處理工藝，能耗大，產量低。在水源普遍受到污染、 水質標準提高的情況下，水廠的工藝處理水平難以適應新的要求。尤其是面對水源突發污染時，顯得束手無策，這就更促使水廠加緊投入資金進行提升改造。

1、城鎮水廠存在的問題

1.1 水源污染問題普遍存在

2016年，全國地表水1940個國考斷面中，Ⅰ類47個，占2.4%；Ⅱ類728個，占37.5%；Ⅲ類541個，占27.9%；Ⅳ類325個，占16.8%；Ⅴ類133個，占6.9%；劣Ⅴ類166個，占8.6%。

長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河的1617個國考斷面中，Ⅰ類34個，占2.1%；Ⅱ類676個，占41.8%；Ⅲ類441個，占27.3%；Ⅳ類217個，占13.4%；Ⅴ類102個，占6.3%；劣Ⅴ類147個，占9.1%。主要污染指標為化學需氧量、總磷和五日生化需氧量，斷面超標率分別為17.6%、15.1%和14.2%。

1.2 凈水工藝落后

我國2007年7月1日開始實行新的《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），隨著水質標準的提高，水質不合格時有發生。這也凸顯出城鎮水廠預處理及深度處理工藝不完善，常規凈水工藝的絮凝、沉淀、過濾技術已無法滿足現行水質標準要求。

1.3城鎮用水需求量增加

隨著城鎮人口的不斷增加以及各種產業的工業園區相繼落戶于城鎮，對于水的需求量日益增長，加之一些地區已經實行了地下水限采，使城鎮用水更加緊張。水廠的生產能力嚴重不足，已經成為亟待解決的一個問題。

2、提升改造的技術措施

2.1 完善預處理技術

2.1.1 預氯化處理與高錳酸鹽復合劑預處理互補

預氯化處理一般使用氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯作為氧化劑，同時它們又是消毒劑。當水源水中含有大量有機物時，氯與有機物生成三氯甲烷等消毒副產物，常規凈水工藝對其去除率很低。特別當水源受到突發污染時，若采用預氯化處理，會使消毒副產物增加，造成水質惡化。

高錳酸鹽復合劑是一種較強的氧化劑，成本低，使用方便。在保證出廠水余氯的條件下，高錳酸鹽復合劑預處理能有效降低出廠水中三氯甲烷的含量。尤其在遇到突發水污染時效果更佳，可替代預氯化處理，在水廠提升改造中被優先采用。投加高錳酸鹽復合劑后水的色度會明顯升高，需嚴格控制其投加量在5mg/L以下，保障色度指標合格。

2.1.2 生物預處理

與預氯化處理、高錳酸鹽復合劑預處理、粉末活性炭吸附預處理相比較，生物預處理是一種經濟有效、簡單易行且能夠去除有機物、總磷、氨氮、鐵、錳，并且可以延長后續過濾和活性炭吸附等工藝的使用周期和容量，降低凈水成本。生物預處理體現出了盡量不用化學藥劑的凈水理念，必將成為凈水工藝改革的主流方向，宜設在傳統凈水工藝之前，如合肥市第四水廠、海寧第二水廠、深圳梅林水廠都采用了生物預處理且運行效果穩定、良好。

2.1.3 粉末活性炭吸附預處理

粉末活性炭吸附預處理，可以有效去除水中的致嗅物質和有機污染物，實施方便，應用靈活，可以根據水質變化隨時調整投加量。但是該方法處理費用較高，同時導致沉淀池排泥量增加，濾池的過濾周期縮短，因此作為日常凈水預處理受到限制，經常用在水質變化較大或者應對突發水污染時采用，應將粉末活性炭投加量控制在10mg/L。

2.1.4 臭氧氧化預處理

臭氧作為預處理氧化劑氧化有機物，主要用于去除色度、臭和味以及水中的鐵、錳，降解水中的高分子有機物，還被用于改善絮凝和沉淀。臭氧氧化預處理工藝占地少，且工藝效果不受季節、氣溫等因素影響，效果穩定。臭氧氧化預處理工藝投資大，運行管理費用高，水廠可根據經濟條件是否選用。

2.1.5 超聲氧化預處理

超聲氧化主要利用聲波的空化作用起到殺藻、礦化部分有機物、去除DBPFP（消毒副產物前驅物）等，且易于管理、壽命長、無相關副產物的生成，被稱為環境友好型技術。超聲氧化對于化學需氧量（COD）、五日生化需氧量、UV254（衡量水中有機物指標的一項重要控制參數）、溶解有機碳（DOC）等水指標具有一定去除作用。作為一種新興的自來水預處理技術，超聲氧化不產生相關副產物，應用前景極為廣闊。

2.2 運用深度處理技術

2.2.1 多技術聯用

目前，水廠的多技術聯用技術多為臭氧生物活性炭。臭氧生物活性炭技術采用臭氧氧化和生物活性炭濾池聯用的方法，將臭氧氧化、臭氧消毒、活性炭吸附和生物氧化四種技術聯用。其主要作用是在常規凈水處理后進一步去除水中有機污染物、氯消毒副產物的前驅物以及氨氮，降低出水中的BDOC 和AOC指標。此技術可大幅提高水質，但投入成本較高，運行成本較之其它技術增加0.2～0.3元/m3，供水企業可根據自身經濟狀況，酌情選用。如淮安經濟開發區水廠、上海松江二水廠、無錫市充山水廠均采用臭氧生物活性炭技術，出水質量高、運行安全穩定。

2.2.2 超濾工藝

隨著超濾技術的發展和超濾膜價格的大幅降低，有望取代常規的絮凝、沉淀、砂濾的常規凈水工藝。超濾技術作為深度處理技術逐漸在新建或改擴建的水廠得以應用，如北京市第九水廠、天津楊柳青水廠、天津港西水廠、東營南郊水廠、無錫中橋水廠均使用超濾技術。使用超濾技術能有效去除水中的各種污染物質以及降低濁度并，且水廠占地面積小，在土地緊張的水廠提升改造和應急中具有一定的優勢。

2.3 改造常規凈水工藝

2.3.1 混凝與絮凝改造

混凝工藝要求加藥后迅速均勻的完成，但大部分水廠仍采用機械攪拌，混凝效果不理想。改造主要方法就是要根據水廠具體情況來選用靜態管式混合器、利用水泵混合和加裝機械攪拌混合器。

在凈水工藝流程中，絮凝反應是核心，它的完善程度直接影響沉淀、砂濾的效果。如何制造“小漩渦”，創造適宜的水力條件，達到最佳絮凝效果，是提升改造絮凝工藝的重點。微渦流絮凝技術具有效率高、絮凝時間短、出水質量高、節省藥劑用量、提高出水量、施工方便等特點。適用于常規的隔板、穿孔旋流、折板、網格等形式的絮凝池。

微渦流絮凝技術能夠促進微渦流凝聚，立體接觸絮凝，生成高密度的絮凝體，總反應時間僅為5min，提高產水量50%以上，節省10%的藥劑。 如天津安達水廠在原先穿孔旋流式絮凝池基礎上增加微渦流絮凝技術，由設計處理水量6×104 m3/d提高至 8×104 m3/d。

2.3.2 沉淀改造

水廠所使用的沉淀池有水力循環澄清池、機械攪拌澄清池、平流式沉淀池、斜管沉淀池以及氣浮池等。沉淀工藝起著分離懸浮絮凝物的作用，其處理效果的好壞直接影響濾池的過濾周期長短問題。

對于相對陳舊的水力循環澄清池和機械攪拌澄清池，可以采取安裝蜂窩斜管措施，防止絮凝物被帶出出水口；對于平流式沉淀池，可以將末端沉淀區改造成斜管沉淀區；對于斜管沉淀池，可以在斜管沉淀池前穩流區域加裝攔截體或者改造成較為先進的水平管沉淀池。以上改造均能提升出水水質，提高產水量。如葫蘆島市水廠將斜管式沉淀池改造為水平管沉淀池，處理水量由5×104 m3/d提高至 6.5×104 m3/d。

對于使用高藻類水源的水廠，可以將原有沉淀池改造為氣浮池，改善對藻類的去除效果。如在平流沉淀池內增加氣浮沉淀填料裝置，賦予沉淀池沉淀和氣浮兩種功能，實現先沉淀后氣浮，可大幅提高產水量。一些經濟條件允許的水廠，可將原有沉淀池重建為氣浮池，氣浮工藝取代常規沉淀工藝已成為趨勢。如天津芥園水廠拆除原有的斜管沉淀池和平流式沉淀池，新建氣浮池。在處理高藻類水時，不僅提高了產水量，而且臭和味指標得到有效保障。

2.3.3 過濾改造

目前，水廠常用的濾池為快濾池、雙閥濾池、無閥濾池、虹吸濾池以及移動罩濾池，在運行中普遍存在過濾周期短、反沖洗效果不佳、耗水量大、濾料流失嚴重等問題。可以從以下幾個方面對濾池進行改造。① 更新濾板，采用可調節濾頭和整體澆筑濾板或直濾式濾板替代傳統的濾板或濾磚。② 采用新工藝濾池，如V型濾池以及D型濾池。③ 將單一的反沖洗方式改為氣水反沖洗方式。單獨水反沖洗要求強度大，時間長，耗水量大，而且不徹底。不論從反沖洗效果還是節能降耗方面出發，都有改造的必要且此技術相當成熟。如天津市天潤天水廠將虹吸濾池的單一水反沖洗改造為氣水反沖洗后，反沖洗時間和水量節省50%，強度增大，沖洗效果理想，過濾周期明顯延長。

3、實例

天津市某城鎮水廠，處理能力為2×104 m3/d，水源為灤河水，采用常規處理工藝。主要工藝采用預氯化處理，機械攪拌澄清池（集絮凝、沉淀為一體），濾池為虹吸濾池。

該水廠已運行23年，存在諸多問題：

① 灤河水源藻類密度高，以夏季最為突出，臭和味時有超標現象，出廠水有異味。

② 機械攪拌澄清池絮凝、沉淀效果差，大量絮凝物進入出水口，后續濾池的過濾周期縮短。排泥不暢，穿孔排泥管易堵塞，造成回流，影響沉淀分離。

③ 虹吸濾池過濾效果差，過濾周期短，反沖洗時間長，影響產水量。

④ 夏季耗氧量、總磷、氨氮偏高，已接近限值，時有超標現象。

⑤ 該水廠工藝全面落后，主要構筑物滿負荷運行時間長，存在安全隱患。出廠水品質不高、能耗大、產量低。

對于該水廠存在的問題，制定以下提升改造措施：

① 對于水源藻類密度大、出廠水有異味問題，增加粉末活性炭預處理和高錳酸鹽復合劑預處理聯用技術，保留原先的預氯化處理，為節省成本，根據藻類密度高低自由切換預處理工藝。

② 對于老式一體化機械攪拌澄清池，加裝蜂窩斜管，凈水量得到提高。穿孔排泥管改為擴散管嘴排泥裝置，改善排泥效果以及堵塞問題。

③ 對于老式虹吸濾池，將濾磚更換為直濾式濾板，將單一水反沖洗改造為較成熟的氣水反沖洗。

④ 對于夏季耗氧量、總磷、氨氮偏高問題，采取在進入凈水構筑物前增加生物預處理工藝，同時加強水質監測，防止季節性的水源惡化。

⑤ 對于此問題，在改造原有工藝、保障供水的基礎上，利用該水廠預留地，建設二期工程。根據該水廠水源水藻類密度高等特點，二期工程主要構筑物擬采用機械絮凝池、氣浮池、V型濾池。

4、結束語

我國城鎮水廠面對水源污染、凈水工藝落后、城鎮需水量增加問題，應從完善預處理技術、運用深度處理技術以及改造常規凈水工藝三個方面出發，從而達到改善水質、節能降耗、提高產量的目的。并且總結了常規水處理工藝的水廠提升改造思路，實例證明行之有效。各水廠應深入了解所使用水源的水質、分析水廠具體情況、根據自身經濟狀況進行提升改造。

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