给水厂集约化设计对策

2014-03-16王如华洪景涛吴宝荣

净水技术 2014年1期

张硕，王如华，王晏，赵晖，洪景涛，吴宝荣

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

为了保障居民的身体健康，水厂工艺流程已从单纯的常规处理拓展出预处理、深度处理、膜处理和排泥水处理，构筑物的种类和数量不断增加，土地占用、工程投资和运行成本也不断攀升。水厂设计和建设需达到水质达标和提升、节能减排及运行安全与可靠的多重目标［1］。另一方面，受城市布局和发展的局限，许多新建和扩建的水厂位于城镇城区，甚至是中心地带。随着城镇化不断加快，在耕地红线控制的条件下，我国大中城市的城区用地趋于紧张，厂区征地或预留用地的面积往往受限。因此，在满足水质提标、节能减排和安全可靠的前提下进行集约化设计已成为众多改扩建工程亟须解决的难题之一。

基于近年多项重大工程的实践和设计经验，本研究系统提出了水厂集约化处理技术，为诸多给水厂改扩建工程提供支撑。

1 水厂的用地评价和运行评价

在工程中，需对用地现状、预留用地和运行现状等进行评估，分析用地合理性，核算可新增面积，确定拆建和改造目标。用地评估的主要内容包括:对预留用地面积进行统计，核实是否满足新建工程用地;计算现有各单体构筑物的占地面积及比率，对总体布置和单体进行评价。运行现状评估的主要内容包括:对出厂水水质、水量以及单体的处理效果等进行调研，并与设计参数进行核对，评价运行状况和去除效率，尤其关注超负荷、富裕和经常故障等情况;对竖向设计进行综合评价;分析运行现状的薄弱环节。

2 免建中间提升的臭氧活性炭工艺

2．1 一次提升的净水全流程

采取臭氧活性炭工艺时，一般将其置于砂滤之后，并需设中间提升。中间提升的扬程不高，流量较大，水泵效率较难高效，并需解决水量平衡和安全运行的问题。经过经济技术比较后，可考虑水力高程上不设中间提升，采取一次提升的方法，将深度处理之前的预处理、常规处理构筑物整体提高，将加矾间、泥泵间、车库、仓库、废水调节池、机修间、氯接触池等构筑物布置在沉淀池、砂滤池下方。松江小昆山水厂一期工程(20万m3/d)中，取消中间提升后减少水头损失2．5 m，折合年节电48万kW·h，节省土地10亩(1亩≈666．666 m2)，占总用地约10%。

2．2 上向流活性炭+砂滤的组合工艺

采用上向流活性炭，水头损失可控制在50 cm之内，仅为下向流活性炭工艺的1/4。为了保障生物安全性，将砂滤置于上向流活性炭之后，从而工艺流程中可不设中间提升。嘉兴市贯泾港水厂二期工程(15万m3/d)应用该组合工艺，前置的臭氧活性炭去除有机物，后置的砂滤可保障生物安全。

3 新工艺及应用

3．1 集成污泥浓缩功能的沉淀工艺

在斜管加强(斜板)或平流沉淀池的池底，可采用持续推进式水下浓缩排泥设备替代传统的虹吸式吸泥机，一方面取消为安装虹吸式吸泥机而设置的大型横梁，减少了无效过水面积。另一方面底部刮泥机在池底往返运动，堆厚污泥层，增大了污泥固体含量，泥斗内设置水下浓缩排泥设备，使积泥集中于排泥管入口，排泥浓度可提高到2%～3%，满足污泥离心脱水机或板框压滤机进泥要求，无需另设调节池、浓缩池。上海市南市水厂改造二期工程(20万m3/d)应用了集成污泥浓缩功能的斜管加强沉淀工艺，松江小昆山水厂一期工程(20万m3/d)采用了集成污泥浓缩功能的平流沉淀工艺。

3．2 高效沉淀技术

高效沉淀池具有分离效率高、占地少和集多功能于一体的特点，较平流沉淀池可节省用地40%～50%。并且，底部污泥浓度可达2%～3%，满足污泥离心脱水机或板框压滤机进泥要求，从而省去排泥水调节池和污泥浓缩池。近十年，国外的Densadeg和Actiglo等高效澄清池已引进和应用在上海市大型项目［2-3］。近几年来，中置式高速沉淀池推广于平湖古横桥水厂三期工程(5万m3/d)、绍兴应急水厂(20万 m3/d)、上海青浦第三水厂(10万m3/d)、连云港三水厂二期工程(10万m3/d)、山东胜利油田民丰水厂(6万m3/d)、乌鲁木齐红雁池水厂(10万m3/d)等一批工程。

3．3 组合沉淀与臭氧上向流活性炭集成技术

该技术将平流沉淀、斜管加强沉淀和上向流活性炭集成于一体，布置紧凑，可充分发挥集中沉淀、高效沉淀和活性炭吸附的协同功能，特别适用于平流沉淀池改造工程。上海市松江二水厂工艺改造工程(20万m3/d)，在无新增用地可征的条件下，将原有平流沉淀池改造后增设深度处理的功能拓展，无需新建炭吸附池，总投资减少30%，并发挥了后续原有砂滤的生物安全保障作用，出厂水浊度0．25 NTU，色度小于 5，CODMn小于 1．7 mg/L，铁和锰均小于0．05 mg/L。

3．4 炭吸附砂过滤一体化集成技术

该技术将活性炭吸附和石英砂过滤这两种独立的工艺集成于一个单独的新池型池体，并通过优化滤料级配、滤层厚度、反冲洗方式和强度等，协同完成除浊和去除有机物的功能的同时，保障生物安全性，既明显节省用地和减少工程投资，又避免了中间水力提升。杭州清泰水厂饮用净水改造工程(30万m3/d)应用该池型和集成技术，与常规独立建设砂滤池相比，用地节省50%，投资减少30%，并取得了良好的出厂水水质，在原址上实现了升级提标的目的。

3．5 高效沉淀和超滤膜组合工艺

膜分离技术是一种精细过滤技术，其主要的特征是能对水中不溶解的细小颗粒物和微生物作较彻底截留，从而可显著提高出水浊度和卫生安全性。此外，在一定的条件下，可替代传统沉淀或砂滤工艺，在提升出厂水水质和保障生物安全的同时，设施建设所需的用地也有较大节省。乌鲁木齐市红雁池水厂改扩建项目(10万m3/d)、上海市青浦第三水厂一期工程(10万m3/d)等一批工程以高效沉淀技术保障沉后水浊度低于0．8 NTU，应用浸没式超滤膜，免建了砂滤池。

4 单体集约化设计及应用

构筑物单体之间和单体可采用叠合式、组团式、合建式等进行集约布置。例如，综合污泥处理设施集水量调节、浓缩、加药调质、浓缩等多种功能。叠合式是构筑物单体以上层和下层的方式集成。除了传统的沉淀池下叠清水池，还包括沉淀池下叠加药间等附属设施、砂滤池(或活性炭吸附池)下叠清水池或排泥水设施或消毒接触池、脱水机房下叠污泥平衡池、浓缩池下叠排泥水池和回用水池。组团式是将功能相近的设备布置于同一个构筑物内部，主要包括综合加药间(集成预氧化、混凝、絮凝、调质、消毒、应急等的存储、制备、溶药、加注系统等)、冲洗泵房(集合生物预氧化、砂滤池、活性炭滤池等冲洗水泵和中间提升泵)、鼓风机房(集成生物预氧化、砂滤池、活性炭滤池等气冲和曝气鼓风机)、脱水机房(集合收集、调蓄、提升、脱水、储存、加药等)、变配电间(将各个单体的配电装置布置于一处)等。合建式针对相邻工艺的单体，除了传统的絮凝沉淀池，还包括配水井和预臭氧接触池、后臭氧和中间提升泵房与活性炭滤池、浓缩池和脱水机房。杭州南星水厂饮用净水技术改造及扩建二期工程(40万m3/d)包括取水、净水和排泥水工程，净水工艺为预臭氧+混凝平流沉淀+砂滤+后臭氧炭吸附+氯氨消毒接触+清水池，以总体布局优化和密集型叠合集成布置方式，实现原址升级改造，占地仅96亩，用地比同类水厂节省30%，其部分构筑物平剖面图如图1、图2所示。