青島某水廠建設工程方案設計探討

文_王德生 賈偉建 濰坊市市政工程設計研究院有限公司

1 水源配置及原水水質分析

1.1 水源配置

該水廠近期建設規模10萬m3/d，水源配置計劃為本地水庫供水2.1萬m3/d，本地水源地供水1.5萬m3/d，南水北調外調水7.0萬m3/d。此外3萬m3/d 的海水淡化水源作為安全應急儲備。

遠期水廠遠期建設規模20萬m3/d，水源配置計劃為本地水庫供水2.1萬m3/d，南水北調外調水17.9萬m3/d。此外，6萬m3/d海水淡化廠礦化后海淡水可作為應急供水補充。

1.2 原水水質分析

根據原水配置方案，原水包括南水北調客水、本地地表水和本地地下水。根據調研及水質分析，原水中有機物及總氮相對較高，此外外調TDS 略高。其水質具體情況詳見表1。

表1 本地水庫及南水北調客水原水水質

2 工藝流程的選擇

2.1 處理目標

出水水質達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）的要求，并在此基礎上進一步提升，出水濁度≤0.1NTU。

2.2 針對性處理

原水水質主要去除目標為濁度、有機物、藻類、嗅味和無機鹽，針對目標，選擇適宜的處理技術，詳見表2。

表2 原水污染物針對性處理技術

2.3 總體工藝路線

凈水廠的高標準建設首先體現在凈水處理工藝路線選擇上，經調研國內的主要水廠的案例情況，超濾膜技術由于其對顆粒物、細菌、兩蟲等污染物的高效去除的優異效果，目前已在國內省內等主要城市中獲得較為廣泛的應用，超濾處理技術有著可靠運行管理經驗，已經成為凈水處理領域重要的發展趨勢。

預處理工藝作為輔助處理措施，對原水中超標較多、指標較高的物質進行預處理從而實現減量或者改變其性質，減少后續處理工藝的負荷。同時預處理工藝常常作為應急處理手段，當原水水質突變時增加水廠的抵抗能力。本工程原水水質復雜多變，預處理工藝具有簡便、快捷、效果明顯、經濟性好等優點，因此本方案選用適當的預處理工藝。

原水具有低溫低濁、藻類、有機物、嗅味等特征，而平流沉淀池工藝均可適應于這些特征指標，作用效果明顯。根據上述分析，本凈水廠常規處理工藝采用了平流沉淀池工藝。

原水的有機微污染和嗅味是本工程提標工藝必須針對解決的問題。各單元工藝（常規處理、生物活性炭、膜技術等）對有機物的去除具有明顯的互補性。根據水源水質特點和處理后水質要求，在各工藝單元組合前提下，應選取針對性強、去除效果好的深度處理工藝。深度處理用于有機物尤其是有機物和致嗅物質的去除，采用活性碳吸附效果較好。高級氧化（含O3、H2O2/O3、UV/H2O2等）與活性炭聯用技術，充分利用了高級氧化的強氧化性、活性碳的生物作用和吸附作用，去除有機物能力強，嗅味去除效果明顯。超濾膜工藝高效去除顆粒物、細菌、兩蟲。因此本工程深度處理工藝采用O3-活性炭+超濾工藝。

最終確定水廠采用強化預處理+絮凝沉淀池+臭氧接觸池+活性炭濾池+超濾+清水池+次氯酸鈉消毒的工藝處理。水廠具體工藝流程見圖1。

圖1 水廠工藝流程

3 凈水工程設計

3.1 水廠總平面布置

二期水處理設施布置在選址北側，一期水處理設施布置在選址中部，根據對現場地形的分析，整體場地高差較大，根據現場地形的情況，依據流程走向的不同，將凈水流程從廠區北部地形較高側布置，方向為從西至東，清水池全部單獨建設，附屬設施及污泥處理部分在廠區南側。

水廠進水對應原水來水方向。生產主流程構筑物折板絮凝沉淀沉淀池位于水廠北部，沉淀池東側依次為臭氧接觸池、活性炭濾池、超濾車間，清水池位于廠區南側。綜合加藥間等生產輔助設施位于廠區中部的西側，靠近投加點。污泥處理流程位于廠區的西南角。水廠整體布置按20萬m3/d 設計，水廠總占地面積約155畝。

3.2 主要構筑物工藝設計

3.2.1 折板絮凝平流沉淀池

前段預臭氧池，混合時間為5min，設計臭氧投加量為0.5mg/L，1池2格，尺寸為13.2×7.2m，水深6m，預留遠期1座。

絮凝池與沉淀池合建，共分兩格，每格每日的處理量為5萬m3/d，構筑物總尺寸122×33m，絮凝池深4.3m，沉淀池深3.9m；絮凝反應總時間20min，分三段絮凝，峰速分別為0.33m/s，0.24m/s，0.13m/s。沉淀池采用平流形式，水平流速1.3mm/s，停留時間150min。

3.2.2 臭氧接觸池

設計規模10.0萬m3/d，平面尺寸21.8m×15m，1座兩格，預留遠期1座。最大投加量3mg/L，總接觸時間為15min。并設2套尾氣破壞裝置，用于吸收尾氣。

3.2.3 活性炭濾池

設計規模10萬m3/d，設有12格，采用單排布置，平面尺寸為24.1m×29.8m，遠期增加1座。濾池單格面積38.25m2，空床濾速9.53m/h。填料層由上而下分別為：活性炭粒徑8～30目，厚度2.2m，空床停留時間14.26min；下設砂層，平均粒徑0.6mm，不均勻系數1.3，厚度0.6m；支承層D=2.0～16.0mm，厚0.45m。在管廊中計劃布置兩臺水箱補充水泵，流量250m3/h，揚程20m，功率為22kw，用 1備，可2臺全開，水箱240m3，為活性炭濾池反沖洗水源。

3.2.4 超濾車間

超濾車間規模10萬m3/d。采用浸沒式膜池，共設12格膜池，每個膜池設有6個膜堆，每個膜堆膜面積為2100m2，設計膜通量為27LMh，平面尺寸為44.4m×22.9m，遠期增加1座。超濾膜池進水閥門為DN400氣動蝶閥，清水閥采用DN400氣動控制閥，配套氣洗、反沖洗、廢液中和循環系統。

3.2.5 清水池

清水池近期建設1座，遠期增加1座。清水池平面尺寸52m×52m，有效水深4.2m，設2格，單池容積5250m3。清水池前段設置消毒區，停留時間不小于30min。清水池出水總管起端設置調流調壓閥組1套。

3.2.6 綜合加藥間

(1)礬投加系統

最大加礬量為35mg/L液體聚合氯化鋁，有效Al2O3含量為10%。投加點設在混合池中，遠期2個。在室外設礬液池一座，有效容積為26m3，可滿足遠期7天的儲存要求。礬液池為地下式，分隔成獨立的二格，單格尺寸2.3×2.3×2.5m（有效深度），每格設有進料口。在每格液鋁儲存池中設不銹鋼液下泵1臺，將液鋁提升至溶液池，加水配置成投加濃度后待用。加藥間設溶液池3只，投加量為315kg/h，配液體積37.8m3/d。

(2)次氯酸鈉投加系統

本工程設計采用次氯酸鈉進行超濾后水消毒，超濾對細菌及病毒截留效果極好可降低消毒劑投加量，總氯最大投加量為1.5mg/L，近、遠期投加點各2個。投加量為300kg/d（6m3/d）設置15m3儲罐3只，預留遠期3只，直徑2.7m，有效水深4.0m，滿足遠期7d的用量。后加氯泵為62L/h，近期2用1備，遠期增加3臺；補加氯泵為63L/h，近期2用1備，遠期增加3 臺。

(3)PAM投加系統

本工程設計采用PAM投加系統，投加量為0.5mg/L，近、遠期投加點各2個。投加量為108kg/d，PAM 制備設備制備能力為4.5kg/h，取5kg/h。0.2%～0.5%制備濃度，在線稀釋至0.02%投加，包括2套在線稀釋裝置及料倉及上料機其它附件。

（4）活性炭投加系統

設粉炭投加設備1套，水射器投加。粉炭加注量：設計常規情況下投加量為5mg/L，設計最大投加量為30mg/L，制備濃度10%，混合池進水總管上加注，近期1處，遠期1處。室外設置活性炭儲罐，最大容積為70m3，最大投加量時存放15天。

（5）H2O2投加系統

設計采用 H2O2協同臭氧氧化處理，投加量為1mg/L，近期投加點2個，遠期2個。每天投加量234kg/d，H2O2溶液濃度6%，設置15m3儲罐2只，預留遠期2只直徑2.7m滿足遠期15d的用量。

4 運行成本

4.1 年處理規模

水廠設計日處理水量為10萬m3/日，日變化系數為1.2，自來水的水量增加系數為1.05，全年運轉365日，年處理規模3193.75萬m3/年。

4.2 運營成本

水廠運行經營成本為2.15元/m3，主要包括水資源費（或原水費）、外購原材料費、外購燃料及動力費、工資及福利費、修理費、折舊費、其他費用等。經營成本具體組成見表3。

表3 運營成本組成表

5 結語

水廠在建設的過程中，設置強化預處理+平流沉淀池的常規處理工藝，可以有效去除水中的常見污染物，為后續工藝減輕負荷；采用臭氧接觸+活性炭濾池+超濾等深度處理工藝，有效解決了原水水質變差導致的飲用水危機，同時提高了水處理工藝的抗沖擊性，使得居民用水的安全性得到了保障；同時采用次氯酸鈉消毒，避免了由于液氯難以運輸保存帶來的危險。這些經驗可以為今后類似的城鎮給水廠建設項目提供參考。