秦山核电30万机组净水厂滤池存在问题及改进措施

陈汪洋

（中核核电运行管理有限公司运行一处，浙江 嘉兴314300）

0 引言

秦山核电公司净水厂建于1988年。是一座设计日产水量2.5万吨的中小型水厂（1996年核电三期建设时扩容至日产水量为3.75万吨），秦山核电公司净水厂主要是以提供本公司生产上化学、工业用水为目的，因厂址较偏和施工的需求设计中包括生活用水。根据核电厂生产和生活水质要求，规定源水质中含氯度≤180 mg/l，COD≤10 mg/l，在1982年底建厂选址时曾对长山河水质进行了全面分析，确认水质达到了设计要求。但随着地方工业的发展使长山河水质发生了变化（主要是Cl-和COD含量的变化）。对给水的净化处理带来了困难。

净水厂水量的设计分配：生活日用水0.44万吨、化学日用水0.36万吨、工业日用水1.7万吨。水厂净水工艺采用的是取水泵站取水通过9千米的管线送入装有斜管区的机械加速澄清池，加入硫酸铝混凝剂（后因为低温低浊度期制水效果不理想，改用聚合氯化铝作为混凝剂），工业用水直接进入清水池，生活、化学水进入滤池，滤池设计日处理水量达2.5×104m3。

秦山核电公司原净水厂生活饮用水采用的是“混凝—沉淀—过滤—消毒”常规处理工艺。将“混凝—沉淀”合二为一，采用的是机械加速澄清池。滤池采用的是由普通快滤池改进而来的双阀滤池。消毒剂采用电解食盐水产生的次氯酸钠溶液。

社会在进步，科技在发展，生活水水质的要求也在不断提高，国家GB 5749—2006《生活水饮用水卫生标准》也不断更新标准。我们的经济水平也在不断上升，而我们的水环境却在不断恶化。特别是处于水源末端，饮用水源只能取到三类、四类水。秦山核电净水厂原有滤池在实际运行中，更是不断的出现问题，严重影响该厂生活用水的正常供应。

1 原有净工艺存出现的问题

（1）滤池每次投入运行不久，就会出现双阀滤池的石英砂滤料层变黑现象。

（2）滤池在正常反洗时，中央容易出现剧烈翻腾，而滤池周边几乎无任何膨胀迹象。

（3）滤池运行周期逐渐缩短，反洗频率明显增加。

（4）反冲洗水用水量不断增加，影响原有供水能力。不但增加水资源浪费，还增加了运行人员的操作频度，增加了人因失误的风险。

（5）滤池的出水量在逐渐减少的同时，水质也逐渐变差（亚硝酸盐超标），存在影响员工健康的安全隐患。

（6）滤料层翻新更换处理操作增加，不但增加经济成本，还长期占用备用通道，影响系统安全运行。

（7）滤池检修，滤料淘出后发现，滤料层被一层黑色生物膜覆盖。承托层与砂层混乱，承托层被厚厚的铁锈覆盖。

2 故障原因分析

通过对滤池每次检修工作时的调查，以及图纸资料的比对。发现造成上述所有问题的原因是：

（1）滤池底部的配水支管分布极不均匀，配水母管的开孔比过大，导致滤池反洗时，开孔大的冲洗水流量过大，造成翻腾，承托层冲乱，滤料出现流失现象。

（2）开孔小的支管冲洗水流量小，无法起到擦洗过滤石英砂的效果。滤池周边还出现大量清洗死角，每次滤池反洗不干净，造成有机物泥层不断在滤料表面积聚发酵，黑色生物膜也为此逐渐覆盖。

（3）原来配水管件材质，加上长时间反冲洗水力分配不均，金属应力作用，以及微生物的腐蚀，从而出现管件锈蚀现象。

（4）滤池因配水问题，承托层冲乱，过滤沙进入出水系统，加上管件锈蚀，出水浊度逐渐上升，亚硝酸盐超标。

3 改进措施

为了彻底有效解决滤池的各种问题，保证供水量，保证出水水质，决定对滤池从配水工艺的根源上彻底改造。

经过多方考察论证，对玉环净化厂等其他外厂单位提供的改造图纸和参考方案进行认真研究，结合水厂的现状进行认真分析、论证，决定把原有滤池的穿孔管改为滤头板组合装置，即大阻力配水改造成小阻力配水系统。

改造后的小阻力配水系统的配水室每格容积达到7 m3。每格滤池有大小相等的9块滤板，滤板长宽均为1.13 m，厚0.1 m。每块滤板有64只滤头（开孔比为1.4%），分8横8纵均匀排列，高度一致。滤头的滤缝间隙为0.25～0.30 mm（远远小于滤粒的直径而不会漏砂和堵塞）。滤料采用粒径为0.4～0.8 mm的单层匀质石英砂滤料，滤层厚为0.9 m，直接铺在滤板滤头上。小阻力配水系统利用滤头板底面至池底较大的底部空间配水，具有分散水阻和降低流速水头的作用，因而减弱了流速水头对配水均匀性的影响。

反冲洗时，滤头出水方向一致向上，剪切力大，砂粒之间摩擦碰撞几率大大增加，使冲洗更干净、彻底。

3.1 原滤池结构

原滤池结构为大阻力配水系统的普通快滤池，采用“丰”字形穿孔管配水系统，在上层铺设不同级配的鹅卵石承托层，在承托层上铺设石英砂滤料。如图1所示。

图1 滤池穿孔管大阻力配水系统

滤池共分两组共8格，供生活用水4格，供化学用水4格。单格面积3.4 m×3.4 m，体积43 m3。承托层采用550 mm高度的5级卵石，石英砂层厚度700 mm（粒径：0.5～1.0 mm）。层级配如表1所示。

表1 单格滤池卵石层级配

滤池过滤周期为24 h，采用单水反冲洗工艺的方式，设计反冲洗强度为15 L/（s·m-2）。设置两台反冲洗水泵，型号：300S-19A，流量：700 m3/h，扬程：15m，转速：1450 r/min。反冲洗水由反冲洗水泵从清水库吸水井内抽取，向母管反进水，松动和摩擦滤料进行反冲洗。

3.2 改造后滤池结构

改造后滤池结构为小阻力配水系统的普通快滤池，为滤头、滤板组合装置。如图2所示。

图2 滤池的剖面示意图

3.3 技术改造过程

把大阻力配水系统改造成小阻力配水系统，主要有下面三个施工步骤：

（1）首先要去除原滤池中滤料和砾石承托层，拆除大阻力配水系统的穿孔钢管和支管，将滤池彻底清理干净。

（2）在滤池内构筑滤梁，找平行后安装高精度预制混凝土滤板，板与板之间用专用胶泥密封。

（3）滤池内各条滤板缝上用正方形不锈钢压板固定，滤板与池壁之间用形不锈钢压板固定，装上滤头后直接铺干净的匀质石英砂滤料。

4 滤池改造后的成果

滤池改造后，减少了滤料的流失，提高滤池工作质量。采用YQSC型塑料短柄滤头，使反冲洗布水均匀、强度平均，避免因局部反洗强度而使滤料漂移流失，提高了滤池的工作效率和工作质量节约反洗用水，提高工作效率。反冲洗充分，不出现死区，没有淤泥，一次反洗彻底，延长了两次反洗间隔期，提高了滤池的工作效率，节约了自用水量。

4.1 改造前后的反冲洗效果对比

改造后对滤池进行观察，记录了运行有关参数。改造前和改造后参数相比较（见表2），可以看出改造后滤池反冲洗效果比以前好，优于原设计过滤能力，运行情况稳定。经实测，反冲洗时滤层膨胀率为30%。滤砂之间摩擦碰撞的概率增大，能有效冲洗掉滤粒表面上的污泥。反冲洗效果比改造前有很大提高。

表2 滤池改造前后比较（单格滤池）

4.2 滤池改造前后的水质变化

滤池改造后，滤池的出水水质大有提高，为化水车间提供了高质量的水源，同时改善了生活水出水水质。滤池的出水浊度由原来的1～2 mg·L-1降至1 mg·L-1以下，最低达0.06 NTU，出水COD也有大幅降低，如图示3所示。

图3 改造前后滤池出水浊度变化和改造前后滤池出水COD变化

4.3 改造前后的经济效益

滤池改造后，反冲洗干净彻底，过滤效果提高，过滤周期延长，冲洗次数减少，反冲洗水量降低。改造前全年冲洗水量20×104m3，改造后降到10×104m3，全年节水量10×104m3，节约50%。改造前采用大阻力配水系统，过滤周期短，所需水量大，电耗也大，反冲洗泵全年用电1.5×104KW·h，改造后经测算全年用电0.8×104KW·h，全年可节电0.7×104KW·h。如果按每m3水成本0.7元，每KW·h电费0.4元计算，全年可节省7.3万元。投资改造的费用3年就可以收回。

5 结语

秦山核电公司净水厂滤池改造至今已近7年时间，滤板滤头组合装置的配水系统完好，反冲洗时能够干净、彻底。过滤效果比以前大有提高，滤池的出水水质明显改善，而且经济效益明显。事实证明滤池改造后出水量完全保证，反洗周期变长，运行人员操作量减少，滤池缺陷减少，不但减少人因等安全隐患，还为我厂节省不少费用。因为生活水和化学水有效保证，使得整个水处理系统安全有效运行，也保障了整个核电机组的安全稳定运行。根据以上的数据，改造后的问题解决程度，核安全必要性以及经济效益回报率，证明净水厂滤池改造是完全有必要的。