秦山核電30萬機組凈水廠濾池存在問題及改進措施

陳汪洋

（中核核電運行管理有限公司運行一處，浙江 嘉興314300）

0 引言

秦山核電公司凈水廠建于1988年。是一座設計日產水量2.5萬噸的中小型水廠（1996年核電三期建設時擴容至日產水量為3.75萬噸），秦山核電公司凈水廠主要是以提供本公司生產上化學、工業用水為目的，因廠址較偏和施工的需求設計中包括生活用水。根據核電廠生產和生活水質要求，規定源水質中含氯度≤180 mg/l，COD≤10 mg/l，在1982年底建廠選址時曾對長山河水質進行了全面分析，確認水質達到了設計要求。但隨著地方工業的發展使長山河水質發生了變化（主要是Cl-和COD含量的變化）。對給水的凈化處理帶來了困難。

凈水廠水量的設計分配：生活日用水0.44萬噸、化學日用水0.36萬噸、工業日用水1.7萬噸。水廠凈水工藝采用的是取水泵站取水通過9千米的管線送入裝有斜管區的機械加速澄清池，加入硫酸鋁混凝劑（后因為低溫低濁度期制水效果不理想，改用聚合氯化鋁作為混凝劑），工業用水直接進入清水池，生活、化學水進入濾池，濾池設計日處理水量達2.5×104m3。

秦山核電公司原凈水廠生活飲用水采用的是“混凝—沉淀—過濾—消毒”常規處理工藝。將“混凝—沉淀”合二為一，采用的是機械加速澄清池。濾池采用的是由普通快濾池改進而來的雙閥濾池。消毒劑采用電解食鹽水產生的次氯酸鈉溶液。

社會在進步，科技在發展，生活水水質的要求也在不斷提高，國家GB 5749—2006《生活水飲用水衛生標準》也不斷更新標準。我們的經濟水平也在不斷上升，而我們的水環境卻在不斷惡化。特別是處于水源末端，飲用水源只能取到三類、四類水。秦山核電凈水廠原有濾池在實際運行中，更是不斷的出現問題，嚴重影響該廠生活用水的正常供應。

1 原有凈工藝存出現的問題

（1）濾池每次投入運行不久，就會出現雙閥濾池的石英砂濾料層變黑現象。

（2）濾池在正常反洗時，中央容易出現劇烈翻騰，而濾池周邊幾乎無任何膨脹跡象。

（3）濾池運行周期逐漸縮短，反洗頻率明顯增加。

（4）反沖洗水用水量不斷增加，影響原有供水能力。不但增加水資源浪費，還增加了運行人員的操作頻度，增加了人因失誤的風險。

（5）濾池的出水量在逐漸減少的同時，水質也逐漸變差（亞硝酸鹽超標），存在影響員工健康的安全隱患。

（6）濾料層翻新更換處理操作增加，不但增加經濟成本，還長期占用備用通道，影響系統安全運行。

（7）濾池檢修，濾料淘出后發現，濾料層被一層黑色生物膜覆蓋。承托層與砂層混亂，承托層被厚厚的鐵銹覆蓋。

2 故障原因分析

通過對濾池每次檢修工作時的調查，以及圖紙資料的比對。發現造成上述所有問題的原因是：

（1）濾池底部的配水支管分布極不均勻，配水母管的開孔比過大，導致濾池反洗時，開孔大的沖洗水流量過大，造成翻騰，承托層沖亂，濾料出現流失現象。

（2）開孔小的支管沖洗水流量小，無法起到擦洗過濾石英砂的效果。濾池周邊還出現大量清洗死角，每次濾池反洗不干凈，造成有機物泥層不斷在濾料表面積聚發酵，黑色生物膜也為此逐漸覆蓋。

（3）原來配水管件材質，加上長時間反沖洗水力分配不均，金屬應力作用，以及微生物的腐蝕，從而出現管件銹蝕現象。

（4）濾池因配水問題，承托層沖亂，過濾沙進入出水系統，加上管件銹蝕，出水濁度逐漸上升，亞硝酸鹽超標。

3 改進措施

為了徹底有效解決濾池的各種問題，保證供水量，保證出水水質，決定對濾池從配水工藝的根源上徹底改造。

經過多方考察論證，對玉環凈化廠等其他外廠單位提供的改造圖紙和參考方案進行認真研究，結合水廠的現狀進行認真分析、論證，決定把原有濾池的穿孔管改為濾頭板組合裝置，即大阻力配水改造成小阻力配水系統。

改造后的小阻力配水系統的配水室每格容積達到7 m3。每格濾池有大小相等的9塊濾板，濾板長寬均為1.13 m，厚0.1 m。每塊濾板有64只濾頭（開孔比為1.4%），分8橫8縱均勻排列，高度一致。濾頭的濾縫間隙為0.25～0.30 mm（遠遠小于濾粒的直徑而不會漏砂和堵塞）。濾料采用粒徑為0.4～0.8 mm的單層勻質石英砂濾料，濾層厚為0.9 m，直接鋪在濾板濾頭上。小阻力配水系統利用濾頭板底面至池底較大的底部空間配水，具有分散水阻和降低流速水頭的作用，因而減弱了流速水頭對配水均勻性的影響。

反沖洗時，濾頭出水方向一致向上，剪切力大，砂粒之間摩擦碰撞幾率大大增加，使沖洗更干凈、徹底。

3.1 原濾池結構

原濾池結構為大阻力配水系統的普通快濾池，采用“豐”字形穿孔管配水系統，在上層鋪設不同級配的鵝卵石承托層，在承托層上鋪設石英砂濾料。如圖1所示。

圖1 濾池穿孔管大阻力配水系統

濾池共分兩組共8格，供生活用水4格，供化學用水4格。單格面積3.4 m×3.4 m，體積43 m3。承托層采用550 mm高度的5級卵石，石英砂層厚度700 mm（粒徑：0.5～1.0 mm）。層級配如表1所示。

表1 單格濾池卵石層級配

濾池過濾周期為24 h，采用單水反沖洗工藝的方式，設計反沖洗強度為15 L/（s·m-2）。設置兩臺反沖洗水泵，型號：300S-19A，流量：700 m3/h，揚程：15m，轉速：1450 r/min。反沖洗水由反沖洗水泵從清水庫吸水井內抽取，向母管反進水，松動和摩擦濾料進行反沖洗。

3.2 改造后濾池結構

改造后濾池結構為小阻力配水系統的普通快濾池，為濾頭、濾板組合裝置。如圖2所示。

圖2 濾池的剖面示意圖

3.3 技術改造過程

把大阻力配水系統改造成小阻力配水系統，主要有下面三個施工步驟：

（1）首先要去除原濾池中濾料和礫石承托層，拆除大阻力配水系統的穿孔鋼管和支管，將濾池徹底清理干凈。

（2）在濾池內構筑濾梁，找平行后安裝高精度預制混凝土濾板，板與板之間用專用膠泥密封。

（3）濾池內各條濾板縫上用正方形不銹鋼壓板固定，濾板與池壁之間用形不銹鋼壓板固定，裝上濾頭后直接鋪干凈的勻質石英砂濾料。

4 濾池改造后的成果

濾池改造后，減少了濾料的流失，提高濾池工作質量。采用YQSC型塑料短柄濾頭，使反沖洗布水均勻、強度平均，避免因局部反洗強度而使濾料漂移流失，提高了濾池的工作效率和工作質量節約反洗用水，提高工作效率。反沖洗充分，不出現死區，沒有淤泥，一次反洗徹底，延長了兩次反洗間隔期，提高了濾池的工作效率，節約了自用水量。

4.1 改造前后的反沖洗效果對比

改造后對濾池進行觀察，記錄了運行有關參數。改造前和改造后參數相比較（見表2），可以看出改造后濾池反沖洗效果比以前好，優于原設計過濾能力，運行情況穩定。經實測，反沖洗時濾層膨脹率為30%。濾砂之間摩擦碰撞的概率增大，能有效沖洗掉濾粒表面上的污泥。反沖洗效果比改造前有很大提高。

表2 濾池改造前后比較（單格濾池）

4.2 濾池改造前后的水質變化

濾池改造后，濾池的出水水質大有提高，為化水車間提供了高質量的水源，同時改善了生活水出水水質。濾池的出水濁度由原來的1～2 mg·L-1降至1 mg·L-1以下，最低達0.06 NTU，出水COD也有大幅降低，如圖示3所示。

圖3 改造前后濾池出水濁度變化和改造前后濾池出水COD變化

4.3 改造前后的經濟效益

濾池改造后，反沖洗干凈徹底，過濾效果提高，過濾周期延長，沖洗次數減少，反沖洗水量降低。改造前全年沖洗水量20×104m3，改造后降到10×104m3，全年節水量10×104m3，節約50%。改造前采用大阻力配水系統，過濾周期短，所需水量大，電耗也大，反沖洗泵全年用電1.5×104KW·h，改造后經測算全年用電0.8×104KW·h，全年可節電0.7×104KW·h。如果按每m3水成本0.7元，每KW·h電費0.4元計算，全年可節省7.3萬元。投資改造的費用3年就可以收回。

5 結語

秦山核電公司凈水廠濾池改造至今已近7年時間，濾板濾頭組合裝置的配水系統完好，反沖洗時能夠干凈、徹底。過濾效果比以前大有提高，濾池的出水水質明顯改善，而且經濟效益明顯。事實證明濾池改造后出水量完全保證，反洗周期變長，運行人員操作量減少，濾池缺陷減少，不但減少人因等安全隱患，還為我廠節省不少費用。因為生活水和化學水有效保證，使得整個水處理系統安全有效運行，也保障了整個核電機組的安全穩定運行。根據以上的數據，改造后的問題解決程度，核安全必要性以及經濟效益回報率，證明凈水廠濾池改造是完全有必要的。