本文摘要：摘要:將高密度沉淀和超濾工藝結(jié)合的超短流程工藝運用在老舊水廠現(xiàn)狀構(gòu)筑物的升級改造中,可以實現(xiàn)水質(zhì)水量的雙重提升。河北某地表水凈水廠一期改造工程中,針對微污染水源,將傳統(tǒng)網(wǎng)格絮凝斜管沉淀池改造為氣動絮凝體外污泥回流高度沉淀池,將傳統(tǒng)雙閥濾池改造為重力產(chǎn)水超
摘要:將高密度沉淀和超濾工藝結(jié)合的超短流程工藝運用在老舊水廠現(xiàn)狀構(gòu)筑物的升級改造中,可以實現(xiàn)水質(zhì)水量的雙重提升。河北某地表水凈水廠一期改造工程中,針對微污染水源,將傳統(tǒng)網(wǎng)格絮凝斜管沉淀池改造為氣動絮凝體外污泥回流高度沉淀池,將傳統(tǒng)雙閥濾池改造為重力產(chǎn)水超濾膜池,并采取增設(shè)粉炭,降低鋁鹽投加量,高密度沉淀池體外濃縮,超濾膜虹吸出水等優(yōu)化措施。水廠改造后穩(wěn)定運行2年,產(chǎn)水規(guī)模穩(wěn)定提升25%以上,出水濁度降至0.1NTU 以下,運行成本增加約0.08~0.15元/m3 水。
關(guān)鍵詞:高密度沉淀池;超濾膜;超短流程;改擴(kuò)建
引言“常規(guī)處理+臭氧活性炭+超濾”的全流程工藝在給水處理中逐漸受到關(guān)注和應(yīng)用[1],其中臭氧活性炭為第二代凈水工藝,可視為化學(xué)安全性方面的深度處理;超濾為第三代凈水工藝,可視為生物安全性方面的深度處理[2],兩者結(jié)合起來形成的“城市飲用水全面深度凈化工藝”可以有效提高產(chǎn)水水質(zhì)[3]。老舊水廠往往存在供水保障要求高、用地受限、投資控制等問題,難以采用全流程工藝。如何因地制宜,選擇合適的凈水流程,是老廠實現(xiàn)升級改造的關(guān)鍵。本文以河北某地表凈水廠一期改造項目為例,介紹了采用高密度沉淀池和超濾結(jié)合的超短型流程,在傳統(tǒng)斜管沉淀池和雙閥濾池內(nèi)改造,在無新增用地和不影響其他生產(chǎn)線的條件下,實現(xiàn)老水廠的提標(biāo)增量。
1 改造前概況
1.1 工藝概況
該水廠一期工程建成于1989年,設(shè)計規(guī)模為10萬 m3/d。凈水工藝采用管道混合-網(wǎng)格絮凝池-斜管沉淀池-雙閥濾池,沉淀池排泥水進(jìn)入污泥系統(tǒng),污泥處理采用斜板重力濃縮-帶式壓濾機(jī),濾池的沖洗廢水進(jìn)入回收池進(jìn)行回收利用。
1.2 原水及產(chǎn)水水質(zhì)本工程水源為引灤水,設(shè)計時(2015年)收集了3年的原水和清水水質(zhì)數(shù)據(jù),其中濁度、耗氧量數(shù)據(jù)。原水濁度總體 較 低,一 般 為 2~10NTU。出水濁度基本能達(dá)到國標(biāo)要求,可控制在1NTU以下。而原水耗氧量較高,正常在3.5~6.5mg/L內(nèi)。產(chǎn)水耗氧量存在短時超標(biāo)的問題,正常運行一般在2~3mg/L內(nèi)波動。此外,根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研,原水存在季節(jié)性藻類爆發(fā)問題,高藻期主要是在夏秋季,藻類含量在4000~8000萬個/L之間。
1.3 存在問題現(xiàn)狀一期工藝主要存在以下問題:(1)運行參數(shù)無法實現(xiàn)水量、水質(zhì)需求。一期現(xiàn)狀斜管沉淀池設(shè)計液位負(fù)荷為9m3/(m2·h)。而《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50013-2019)規(guī)定“斜管沉淀池清水區(qū)液面負(fù)荷可采用5.0~9.0m3/(m2·h),低溫低濁水處理液面負(fù)荷可采用3.6~7.2m3/(m2·h)”,而本項目冬季水源為典型的北方低溫低濁水,無法實現(xiàn)水量水質(zhì)需求。(2)規(guī)模無法達(dá)產(chǎn)。一期生產(chǎn)線設(shè)計規(guī)模10萬m3/d,受工藝落后影響,實際生產(chǎn)最大能力僅為7萬~8萬 m3/d,平均生產(chǎn)能力約為5萬 m3/d。(3)設(shè)備老化嚴(yán)重。現(xiàn)狀生產(chǎn)線已將近30年,凈水相關(guān)設(shè)備老化嚴(yán)重,已影響到產(chǎn)水水量和水質(zhì)。
2 改造方案
2.1 改造目標(biāo)
(1)通過改造將產(chǎn)水規(guī)模提升至規(guī)劃要求的12.5萬 m3/d。(2)通過改造提高產(chǎn)水水質(zhì)和安全保障能力。水廠在正常運行、科學(xué)管理的前提下,出廠水水質(zhì)全面達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006),且產(chǎn)水濁度小于0.1NTU。2.2 總體思路(1)將網(wǎng)格絮凝改造為氣動絮凝,將斜管沉淀池改造為污泥體外循環(huán)回流高密度沉淀池,提高混凝沉淀效果,并通過粉炭活性污泥的回流,提高有機(jī)物的去除效果[4]。(2)將雙閥濾池改造為超濾膜池,大大提高對顆粒物的截留能力,保障產(chǎn)水品質(zhì)[5]。
2.3 改造方案選擇
2.3.1 高密度沉淀池改造方案為改善絮凝,提高沉淀池出水水質(zhì)和水量,擬對現(xiàn)狀一期斜管沉淀池進(jìn)行改造,對拆除新建和原池體改造兩個方案進(jìn)行比選。
方案一:拆除新建方案。拆除沉淀池,新建1座12.5萬 m3/d中置式高密度沉淀池,尺寸為49.6m×25.6m,分2格。單格高密度沉淀池內(nèi)設(shè)1臺污泥濃縮機(jī),兩側(cè)各布置1座機(jī)械混合池和1座機(jī)械絮凝池,斜管分離區(qū)位于水池南北兩側(cè),對稱布置。方案二:原池改造方案。將現(xiàn)狀斜管沉淀池改造為高密度混凝沉淀池,拆除進(jìn)水管上管道混合器和兩格沉淀池中央進(jìn)水井,新建機(jī)械混合池;在現(xiàn)狀柵條絮凝區(qū)內(nèi)布置穿孔管,用于曝氣絮凝;拆除現(xiàn)狀斜管、吸泥機(jī)及相應(yīng)支架,并原位安裝新的設(shè)備�，F(xiàn)狀沉淀池外新建污泥體外循環(huán)回流系統(tǒng),將沉淀池污泥濃縮、氣提并曝氣培養(yǎng)后回流。沉淀池布置PAM 加注系統(tǒng)、粉炭加注系統(tǒng)、曝氣絮凝鼓風(fēng)機(jī)、儲泥池曝氣鼓風(fēng)機(jī)。
原池改造方案通過增加曝氣絮凝、體外濃縮、污泥回流、PAM 加注、粉炭加注及回流等措施后,從凈水效果及各項指標(biāo)看,與拆除、新建1座中置式高密度沉淀池相當(dāng),而方案二具有工期短,投資省的優(yōu)勢,故推薦采用原池改造方案。改造后主要參數(shù)為:混合時間50s;設(shè)計污泥回流濃度:2%~3%,回流百分比3%;斜管區(qū)上升流速:11.25mm/s;2.3.2 超濾膜池改造方案對拆建和原池改造兩個方案進(jìn)行比選。方案一:拆建方案,拆除砂濾池新建膜濾池。將雙閥濾池完全拆除,原址新建浸沒式超濾膜車間,包括浸沒式膜池、管廊及膜輔助系統(tǒng)車間等。方案二:原池改造方案,將現(xiàn)狀砂濾池改造為膜濾池。保留現(xiàn)狀雙閥濾池池體結(jié)構(gòu),拆除進(jìn)出管路、濾磚、濾料等內(nèi)部設(shè)施,并進(jìn)行池體加固,安裝浸沒式超濾膜及配套系統(tǒng)。
改造方案比拆建方案在經(jīng)濟(jì)性、建設(shè)時間、建設(shè)影響等方面較優(yōu),推薦采用改造方案。濾池原池改造方案平面如圖5所示。改造后主要參數(shù)為:膜池共12格,單格面積68.4m2;單格布置9個模組,總共108個模組;超濾設(shè)計平均通量23.6L/m2·h,瞬時最大通量約25.6L/m2·h;膜池采用重力虹吸出水,恒水位等速過濾,采用氣動調(diào)節(jié)碟閥,恒液位控制調(diào)節(jié)閥的開啟度;超濾系統(tǒng)設(shè)計回收率:95%;反洗設(shè)置:反沖洗采用水泵沖洗和鼓風(fēng)曝氣輔助沖洗。反沖洗周期一般為1~3h,反沖洗強(qiáng)度:水80L/m2·h,曝氣強(qiáng)度75L/m2·min。在原濾池反沖洗補(bǔ)充泵房設(shè)3臺反沖洗水泵,2用1備,1臺應(yīng)對一側(cè)膜池。在原輔助用房設(shè)3臺羅茨鼓風(fēng)機(jī),2用1備,1臺應(yīng)對一側(cè)膜池。單臺沖洗水泵流量1620m3/h,揚(yáng)程15m;單臺鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量2700m3/min,風(fēng)壓50kPa。
2.4 凈水工藝優(yōu)化措施
2.4.1 粉炭加注
為提高對小分子有機(jī)物的去除效果,擬在改造后的斜管沉淀池增加粉炭投加和回流措施。一般粉炭采用螺桿泵連續(xù)性投加,設(shè)備較復(fù)雜,磨損也相當(dāng)嚴(yán)重。本工程擬在現(xiàn)狀沉淀池設(shè)1套粉炭加注系統(tǒng),采用水射器一次性間歇投加,加注系統(tǒng)簡單,日常維護(hù)也比較方便。
2.4.2 降低鋁鹽使用量長期飲用鋁含量超標(biāo)的水對人體有害。我國的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T5749-2006)規(guī)定,鋁的限值為0.2mg/L。提高混凝沉淀效果可以降低鋁鹽的投加量,從而減少飲用水中的鋁含量。本工程采用高濃度生物活性污泥和生物粉末活性炭回流工藝,可以起到強(qiáng)化混凝和提高有機(jī)物去除能力的作用[2],在相同混凝效果的情況下,可降低鋁鹽混凝劑的加注量。
2.4.3 高密度沉淀池體外濃縮優(yōu)化本工程擬將一期斜管沉淀池改造為高密度混凝沉淀池。因受原構(gòu)筑物條件限制,無法再池內(nèi)設(shè)污泥濃縮系統(tǒng)。本次在沉淀池體外新建污泥濃縮、回流系統(tǒng),并新增粉炭投加及曝氣培養(yǎng)設(shè)施,能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度粉末活性炭污泥回流。傳統(tǒng)濃縮池采用重力濃縮,需新建水池且體積較大,本工程擬將調(diào)節(jié)池與濃縮池相結(jié)合,在其上部疊合儲泥池,盡量做到集約化布置,以節(jié)約用地。在調(diào)節(jié)池內(nèi)布置往復(fù)式底部濃縮刮泥機(jī)和污泥氣提裝置,利用底部刮泥機(jī)高效的濃縮效果,使排泥水含固率達(dá)到3%以上,提升至儲泥池,儲存、回用。濃縮、氣提、曝氣綜合池布置見圖6。
為避免可能的污染物富集造成的負(fù)面影響,污泥濃縮回流設(shè)置排放系統(tǒng),定期排除污泥至廠內(nèi)污泥處理系統(tǒng),更新活性污泥的同時也降低富集影響。
2.4.4 浸沒式超濾膜出水方式優(yōu)化一般浸沒式超濾膜采用水泵抽吸方式產(chǎn)水,抽吸泵采用容積泵或離心泵。本工程擬將現(xiàn)狀雙閥濾池改造為浸沒式膜濾池,現(xiàn)狀濾池過濾水位與清水池最高水位差為3.2m,如采用傳統(tǒng)泵抽吸產(chǎn)水方式,無法有效利用現(xiàn)狀水頭差,造成能量浪費。本工程采用無抽吸重力式產(chǎn)水方式。
2.5 總體凈水工藝流程本項目改造總體凈水工藝流程。
3 運行效果
本工程于2019年建成,至今已連續(xù)穩(wěn)定運行2年,主要運行指標(biāo)為:(1)產(chǎn)水規(guī)模:可穩(wěn)定達(dá)到12.5萬 m3/d的設(shè)計規(guī)模,高峰期超產(chǎn)可達(dá)14萬 m3/d,且應(yīng)對不同水量需求可靈活調(diào)節(jié)。項目實施改造過程中二期工藝正常生產(chǎn)。(2)產(chǎn)水水質(zhì):產(chǎn)水濁度<0.1NTU,耗氧量<3mg/L。(3)制水成本:改造后,斜管沉淀池增加了曝氣和污泥回流的成本;超濾膜系統(tǒng)采用重力式產(chǎn)水,相比于原虹吸濾池?zé)o顯著成本增加。實際運行后產(chǎn)水成本較改造前增加約0.08~0.15元/m3 水。
4 結(jié)論及建議
(1)在城市老舊水廠的升級改造中,應(yīng)用高密度和超濾結(jié)合的超短型流程可以有效實現(xiàn)老廠的提標(biāo)增量。
(2)在池體結(jié)構(gòu)允許的條件下,原池改造的方式具有投資省、工期短、對現(xiàn)狀生產(chǎn)影響小的優(yōu)點,適合于在老廠改造中實施。
(3)超濾的改造應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有水力高程,實現(xiàn)虹吸產(chǎn)水,減少建設(shè)投資和運行成本,相應(yīng)運行管理的難度也會大大降低。
(4)新版國標(biāo)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將嗅味物質(zhì)列入強(qiáng)制性指標(biāo),超短型流程的應(yīng)用需充分關(guān)注原水的嗅味問題。
參考文獻(xiàn)
[1] 張東波.關(guān)于全流程工藝凈水廠高程布置的優(yōu)化設(shè)計[J].節(jié)能,2018,430(7):95-97.
[2] 梁恒,李圭白.飲用水凈化工藝的代際認(rèn)知與融合[J].給水排水,2021,47(1):1-3.[3] 李圭白.“李圭白院士談飲用水深度處理與超濾歷史觀”[EB/OL].
[4] 邢思初,許龍,張東波,等.粉末活性炭回流高密度沉淀池生物強(qiáng)化作用研究[J].給水排水,2014,40(8):14-18.
[5] 肖敏杰.寧波市江東水廠改造工程設(shè)計[J].給水排水,2016,42(12):24-29.
作者：邢 思 初
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