大连市交流岛净水厂一期项目工程设计方案

阎小玲，杨志峰

（1.银川中铁水务集团有限公司，宁夏银川 750004；2.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

大连市长兴岛临港工业区位于辽东半岛中西部，渤海东岸，北濒复州湾，南临普兰店湾，东侧以狭窄水道与陆地相连。长兴岛全岛面积为502 km2，由长兴岛、西中岛、凤鸣岛、交流岛和骆驼岛五个岛屿组成。

随着临港工业加工区的深入建设和发展，尤其在多家大型石油、化工企业进驻西中岛后，交流岛、西中岛等区域的用水需求大幅增加。当前存在的较为显著的供水问题如下：（1）已建的长兴岛净水厂供水区域基本限于长兴岛，而西中岛、凤鸣岛、交流岛上暂无供水设施。随着这三岛的开发进程的加快，无水可供的局面将极大地限制当地发展。（2）由于耗能、耗水企业的进驻，原规划水量存在较大缺口，现有的长兴岛净水厂建设规模难以满足供水量增大的需求。（3）采用单一水厂（即长兴岛净水厂）供水，表现出供水安全性差，输水距离过长，二级增压泵扬程将显著提高，不仅增大能耗，且易于造成管网承压过高，从而导致管道、用水器具寿命降低。

为保证未来发展的实际需要，长兴岛临港工业区在交流岛规划建造6万m3/d的净水厂，一期工程按3万m3/d建设。

1 原水水质特点及净水对策分析

1.1 水质特点

长兴岛缺乏地表径流，根据长兴岛临港工业园区的总体规划，原水取自东风水库。东风水库原水水质的主要指标如表1所示。

由表1可知浊度总体较低，常年低于6 NTU，由于东风水库所在纬度较高，冬季气温较低，原水水质总体上呈现低温低浊的特征。总氮含量较高，最高达5.3 mg/L，总磷也时有超标，最高达0.1 mg/L，富营养化风险较高；有机物含量不稳定，随季节变化波动较大，CODCr全年在4.4～21.8 mg/L范围波动。

表1 东风水库主要水质指标表Tab.1 Water Quality of Dongfeng Reservoir

总体而言，东风水库原水水质基本优于Ⅲ类水。

1.2 对策分析

（1）针对原水低温低浊的特性，应该通过采用安全、高效的组合工艺，加强混凝、沉淀、过滤效果。

（2）为有效去除有机物，降低原水可能富营养化从而导致水质出现恶化的风险，除常规处理外，还宜增加预处理及深度处理工艺。考虑到东风水库原水主要是总氮含量较高，总磷含量较低，如采用常用的曝气生物滤池[1－3]等预处理方式效果较为一般，本工程宜采用深度处理工艺。

原水经处理后，出水水质应达到现行国家标准《生活饮用水卫生规范》（GB 5749—2006）和《城市供水水质标准》（CJ/T 206—2005）的要求。

2 净水工艺比选

2.1 常规净水工艺比选

常规净水工艺的选择主要包括混合、絮凝、沉淀、过滤工艺及消毒剂的比选。在比选过程中，着重阐述上文所及原水水质的对策分析，具体如下：

（1）本工程水源为低温低浊水库水，水中胶体稳定，低温下絮凝动力弱，通过外加动力，增加胶体与药剂的碰撞机会，有助于提高混合效果。灵活的可调的机械混合对水量、水温变化的适应性强，因此本方案采用可调式机械混合工艺。

（2）本工程原水水量小，一期仅3万m3/d，若采用折板絮凝，水量较小的波动将造成絮凝效果的较大变化，从而影响后续沉淀的分离效果，而机械絮凝则可以有效克服以上缺陷，故本工程采用可调式机械絮凝工艺。

（3）本工程厂址位于山坡上，厂区范围内地形起伏较大，最大高差达24 m，难以具备常规平流沉淀池的用地条件；同时本工程总水量较小，不同季节水质变化较大，也不适宜采用常规的斜板（管）沉淀池。因此，在借鉴以往工程实例同时结合斜管沉淀池与平流沉淀池各自特点开发一种新型沉淀池，它具有斜管沉淀池出水负荷高、沉淀效率高的特点，又可做到平流沉淀池停留时间长，对水质、水量变化适应性强，且运行管理方便。

通过对比高密度沉淀池[4,5]、气浮池、斜管加强平流沉淀三种方案各自的优缺点及工程费用，如表2所示。分析得出斜管加强平流沉淀池相较于气浮池来说，造价较高，但出水水质稳定，抗冲击负荷能力强，且排出的污泥较容易处理；相较于高密度沉淀池来说造价较低、设备较少、管理难度较小且后期运行成本低。综合以上分析，本工程采用斜管加强平流沉淀池。

表2 絮凝－沉淀（澄清）方案技术比较表Tab.2 Comparison of Different Flocculating－Precipitating Processes

（4）现有过滤池形式较多，其中气水反冲洗均匀级配滤料滤池出水水质好，运行周期长，冲洗效果好且水量低，自动化程度高，本工程采用气水反冲洗V型均粒滤料滤池。

（5）由于长兴岛水厂已经采用二氧化氯作为消毒剂，为保持消毒剂的一致，本工程采用二氧化氯消毒工艺。

2.2 深度处理工艺比选

在对常规工艺出水进行深度处理时，采用的工艺一般有膜处理、活性炭吸附、臭氧+生物活性炭等。

膜处理对大的有机物分子有明显的截留作用，去除浊度效果好，但一次性投资较高、能耗大，对本工程而言，采用砂滤池已可以满足对浊度的要求，因此不建议采用膜处理。活性炭吸附主要是依靠其发达的孔隙产生的对污染物强吸附作用，同时存在少量的生物降解。单纯的活性炭过滤将很快使活性炭吸附作用饱和，一般少则几个月，多则半年就需要更换或再生，故生物降解作用不明显，净水成本也将大为提高。生物活性炭吸附技术可以增加水中溶解性有机物的去除效果，延长活性炭的再生周期，减少运行费用，同时水中氨氮可以被生物转化为硝酸盐，从而减少出水氨氮含量，减少投氯量，降低三卤甲烷的生成量。故本工程深度处理采用“臭氧+生物活性炭”的深度处理工艺。

进一步对活性炭滤池的形式进行选择，主要比选的参数是流向及滤层形式，不同流向及滤层形式的活性炭滤池优缺点如表3所示。

表3 不同形式活性炭滤池优缺点比较Tab.3 Comparison of Different Kind of Activated Carbon Filter

图1 工艺流程图Fig.1 Flow Chart of Treatment Processes

本工程原水中有机物含量不高，可将生物活性炭滤池设在砂滤池之后，降低负荷，结合现场的地形高差较大的有利条件，选择采用下向流的形式，砂滤池之后无须设提升泵房。另外根据已有工程设计后期运行的经验，石英砂、活性炭双层滤料实际处理效果较差，本工程选择单层活性炭滤料，对于穿越的脱落生物膜及碎炭的控制，除合理选择炭强度及加强冲洗外，还应通过投加消毒剂及在清水池中设置接触池去除并定期清洗，保证出厂水的合格率。

2.3 排泥水处理工艺比选

本工程排泥水主要来自于沉淀池。经计算，一期工程干泥量约为0.8 t/d。由于排泥水悬浮固体含量高，直接排放至周边河道时，易造成污染，长期淤积还可能堵塞河道。考虑通过对排泥水进行截留调节、调质平衡、污泥脱水及脱水干泥外运的处置工艺过程予以处理，以实现排泥水达标排放的处理目标。

综上所述，本工程采用的净水工艺方案如图1所示。

3 主要构筑物设计参数

3.1 常规水处理工艺构筑物

常规水处理工艺构筑物包括配水井、絮凝池、沉淀池、滤池等。本项目为节约工程用地，将机械絮凝池、斜管加强平流沉淀池、均质砂滤池、后臭氧接触池、活性炭滤池、反冲洗泵房及鼓风机房以“组合池”的形式集中建设。

3.1.1 机械混合、絮凝池及斜管加强型平流沉淀池

絮凝池与沉淀池合建，设计规模为3万m3/d，共设2座，每座处理规模为1.5万m3/d，可独立运行。絮凝沉淀池总长为5.3 m、宽为11 m、池深约4.9 m。

絮凝池进口设机械混合池，与絮凝池相对应，混合时间为50 s。内设立式搅拌器一台；机械絮凝池絮凝时间为18 min，共设三档絮凝室，第一、二、三档絮凝搅拌器叶轮边缘桨板中心点线速度分别为0.4～0.5 m/s、0.3～0.4 m/s、0.2～0.3 m/s。

沉淀池采用斜管加强型平流沉淀池。斜管沉淀池部分在前，单格尺寸8.5 m×11 m（为上向流型）、表面负荷 9.0 m3/m2·h、斜管管径为 40 mm、斜长为1.0 m、清水区的保护高度为1.2 m、底部配水区高度为1.8 m。采用三角堰集水槽，溢流负荷为154 m3/m2·d。平流沉淀池部分在后，单格尺寸22.3 m×11 m。由于冬季低温低浊原水条件下，产生的絮凝物较小较多，因此应适当增加停留时间，平流沉淀池沉淀时间为1 h、水平流速为4.74 mm/s，出水采用长指型槽集水，溢流负荷为190 m3/m2·d。

3.1.2 均质滤料气水反冲V型滤池

设计规模为3万m3/d、滤速为6.7 m/h。滤池采用单层石英砂滤料，粒径d10＝0.90 mm，不均匀系数K80＝1.4、厚度为1.2 m；下层再设置粗砂层，厚度为50 mm、粒径为2.0～4.0 mm。反冲洗方式为气水反冲，空气冲洗强度为 55 m3/m2·h，反冲时间为 2 min。由于滤料粒径较小，结合工程经验，为防止跑砂现象发生，气水同时冲洗时反冲水强度取较低值（7.5 m3/m2·h），冲洗时间为 4 min；单水冲洗时反冲水强度为 15 m3/m2·h、冲洗时间为 6 min；表面扫洗强度为6.7 m3/m2·h，布水布气系统采用长柄滤头。

3.2 深度处理工艺构筑物

深度处理工艺构筑物主要包括臭氧接触池及活性炭吸附池，本工程将二者结合布置。

臭氧接触池设计规模为3万m3/d，分两组，每组规模为1.5万m3/d，采用堰板配水，有效水深为6.3 m。臭氧最大投加量为2.0 mg/L，分别导入臭氧接触池三个接触室，第一、第二接触室接触时间为4 min，臭氧总接触时间约16 min。臭氧曝气装置采用微气泡曝气头形式，扩散器设置于接触池底部。

活性炭吸附池一期规模为3.0万m3/d、设计滤速为7.9 m/h。炭床吸附停留时间为16 min，当1格炭滤池反冲洗或者检修时，滤速调整为10.0 m/h。活性炭吸附池滤料采用挤压成型的具有相应粒径级配的不定型颗粒炭，滤床厚度为2 m，级配采用8目×30目（相当于2.38 mm×0.60 mm），不均匀系数为1.90～2.00。承托层为石英砂，颗粒粒径为2～4 mm、厚度为250 mm。池体下部设滤板滤头，保证出水均匀。反冲洗方式为单独气冲加单独水冲洗，气冲强度为 55 m3/m2·h，水冲强度为 25 m3/m2·h。

3.3 污泥处理工艺构筑物

3.3.1 排泥水调节池及回用水池

排泥水调节池及回用水池下叠于臭氧车间，土建按6.0万m3/d规模设计、设备按3.0万m3/d规模安装。沉淀池排泥水通过重力流排入排泥水调节池，排泥水调节池设1座，有效容量设为400 m3；砂滤池、活性炭滤池反冲洗废水全部纳入回用水池中，回用水池调节容量约为600 m3。

3.3.2 污泥浓缩池

本工程污泥浓缩池土建按照远期6万m3/d规模建造，投加PAM的前提下，在浓缩池泥水分离区设置斜长为2 m的斜板，并在池中设置刮泥浓缩机以加强浓缩效果。近期运行时，以较小负荷每天运行 24 h。浓缩池设计固体负荷约 53 kgTDS/m2·d，浓缩池底部浓缩底流污泥出泥含固率大于3%，上清液达标后排放。

3.3.3 脱水机房

污泥平衡池叠于脱水机房下部建造，设1座，有效容量设为80 m3、单格平衡池平面尺寸9 m×14.5 m。内设水下搅拌器，以防止污泥沉积。

4 特点分析与总结

（1）针对东风水库低温低浊的特点及工程水量较小的特征，选用可调式机械混凝工艺，采用“斜管加强型平流沉淀池+均粒滤料气水反冲V型滤池”进行常规处理。考虑到原水中有机物含量不高，净水厂现场地形高差较大，交流岛居民对饮用水口感要求较高等情况，采用“臭氧接触+下向流单层生物活性炭”工艺进行深度处理，确保出水水质达标。

（2）采用组合池方式，将机械絮凝池、斜管加强平流沉淀池、均质砂滤池、后臭氧接触池、活性炭滤池、反冲洗泵房及鼓风机房集中建造。另外排泥水调节池及回用水池叠于臭氧车间下部，污泥平衡池叠于脱水机房下部，布局紧凑，节约了大量工程用地。

［1］朱正齐,姜佩华,陈季华.曝气生物滤池(BAF)的研究进展[J].净水技术,2005,24(1):57－59,62.

［2］刘阳,王劼,白莹,等.曝气生物滤池最佳运行周期研究[J].净水技术,2009,28(4):35－37.

［3］夏绍凤.曝气生物滤池中无机氮转化规律与降解模型[J].净水技术,2012,31(4):74－79.

［4］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,2011,30(4):66－69.

［5］吕尤,李星,俞岚,等.典型的高效混凝与沉淀工艺[J].净水技术,2012,31(1):38－41.