福州水廠凈水工藝改造工程設計及運行

發布日期：2011-7-12 閱覽數：4948次

福州市北區水廠凈水工藝改造工程設計及運行

1、項目背景

福州市目前共有水廠6座，其中北區水廠現狀供水規模為15萬m³/d，分三組（每組5萬m³/d），分別建于1977、1985、1986年，三組采用三種凈水工藝，分別是雙層回轉隔板反應池＋斜管沉淀池＋無閥濾池工藝、機械加速澄清池＋虹吸濾池工藝、網格反應池＋斜管沉淀池＋虹吸濾池工藝。近期隨著我國對供水水質的重視，相繼出臺了《生活飲用水水質衛生規范》、《城市供水水質標準》等飲用水水質標準，而國標《生活飲用水衛生標準》也在修訂中，若繼續采用原有的凈水工藝將難以保證供水水質的安全，改造前北區水廠已采用降低生產負荷以保障出廠水質，因此改造北區水廠原有工藝已迫在眉睫。

目前北區水廠主要供水范圍為福州市北片新店方向，根據福州市管網平差結果，若北區水廠15萬m³/d完全停產，其現有供水區域全部改由西廠、新東區水廠供水，將造成福州市新店地區在高峰用水時段水壓不能滿足要求，供水安全無法保證。設計考慮北區水廠改造期間至少需保留北區水廠一組5萬m³/d生產能力，待新凈水構筑物建成運行后再拆除。

現有取水泵房、清水池、出水泵房等構筑物已滿足運行需求或已進行了改造，本次改造工程主要內容為凈水工藝改造，供水規模按現狀15萬m³/d。本次凈水工藝改造平面布置圖如圖1所示。

2、原水水質

本工程現有取水水源為閩江，取水點在洪山橋以北的城市上游水源，根據歷年原水水質月檢表，原水水質符合《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中的I～Ⅱ類標準，鐵、錳、揮發酚、礦物油偶有幾個月在Ⅱ～Ⅲ類標準之間，溶解氧、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮及氯化物等均達I～Ⅱ類標準。

水口水電站的建成對閩江上游的泥砂有顯著的截流作用，北區水廠原水濁度常年較低。根據北區水廠1995~2002生產報表統計資料作出的原水濁度頻率曲線圖可知，常年原水濁度低于5NTU的頻率達5%以上，低于10NTU的頻率為65%，低于35NTU的頻率為95%，凈水工藝應滿足原水水質不同濁度時處理要求。

3、高密度澄清池

從1991年西區水廠建成投產以來，福州市新建水廠的反應沉淀池均采用折板反應＋平流沉淀池工藝，運行效果比較穩定，但近些年隨著原水濁度的下降，形成礬花細且輕，容易在平流沉淀池的出水端重新上浮。目前福州水司已在各廠反應池前投機PAM絮凝劑并擬采取在出水端增設斜板等措施以提高沉淀池出水水質。

由于本次改造工程是在北區水廠現有廠區基礎上建設，同時還要保留現狀一期5萬m³/d一組凈水工藝正常生產運行，用地面積有限，北區水廠現狀地形高差較大，也使廠區布置的靈活性受到限制，經過方案比較，我們選用得利滿公司開發的DENSADEG高密度澄清池作為本工程的反應沉淀工藝。其主要由三部分組成：絮凝反應池、預沉/濃縮池和斜板分離池，該工藝采取自動控制濃縮污泥外部循環流量、自動控制濃縮污泥泥位、在混合池和回流污泥管路上投加PAM、澄清區設斜板等措施，技術水平和處理效果均領先于原有的澄清池技術。

高密度澄清池前端設配水井及機械攪拌混合池，混合池分二格，單格平面尺寸4.8m×4.8m，有效水深4.8m。反應池停留時間2min，轉速59rpm，功率15KW。本工程高密度澄清池分成2組，中間設污泥泵房及儀表走廊，絮凝池單組平面尺寸8.8m×7.0m，有效水深6.80m，絮凝池攪拌機功率15KW。預沉池/濃縮池單組平面尺寸15.0m×15.0m，有效水深6.80m，上升流速為14.6 m³/m².h。斜板分離區單組平面面積為140m²，表面負荷23.4m³/m².h。斜板分離池后設后混凝池，停留時間18s，通過投入少量的混凝劑以中和澄清后殘存的多余助凝劑PAM，以免堵塞濾池。

通過泥位探測器和刮泥機力矩，PLC自動控制高密度澄清池分為污泥循環階段和污泥排放階段兩階段運行。正常運行在污泥循環階段，當泥位達到設定點或刮泥機出現過力矩或排泥周期等三個條件之一達到設定點時，進入污泥排放階段，污泥排放泵開始運行。

4、均質濾料氣水反沖洗濾池

福州市目前已有三個水廠采用均質濾料氣水反沖洗濾池工藝，處理規模達100萬m³/d，積累了豐富的運行管理經驗，且與本工程同一水源點的西區水廠采用均質濾料氣水反沖洗濾池工藝處理效果良好，該濾池主要特點是選用均質顆粒濾料避免反沖洗水力分級，擴展濾料深層的截污能力，延長過濾周期，節省反沖洗費用，并且采用自動控制，保持恒定水位運行，采用三階段氣水反沖洗等，經實踐證明滿足閩江水源處理要求。

本工程均質濾料氣水反沖洗濾池分雙排布置，每排四格，共8格，中間為管廊。單格濾池有效過濾面積111.84m²，設計濾速為7.33m/h，砂面以上有限水深為1.2m。濾層厚度1.2m，有效粒徑0.95mm，K60=1.2。

采用氣水三階段反沖洗方式，整個反沖洗過程伴隨著待濾水表面掃洗，結合原水濁度常年較低情況，PLC根據原水濁度和沉淀水濁度累計計算結果來控制反沖洗的周期，一年中70％反沖洗周期可定為48小時，30％反沖洗周期可定為24小時。同時在達到反沖洗控制點前，先停止進水，繼續過濾，水位計控制液面降至砂面上0.5m時才開始進入反沖洗程序，以減少排水量。

設計時將高密度澄清池和濾池連成一體，高密度澄清池后混凝池出水通過兩側溢流堰進入濾池兩排進水渠道，合理利用渠道底部空間作為檢修通道，有效地解決了廠區占地面積有限的問題。

5、加藥系統

根據閩江原水水質及高密度澄清池處理工藝要求，混凝劑投加系統設計能夠采用固體硫酸鋁或液體聚合鋁兩種類型，即設溶解池和貯液池分別用于兩種藥劑，并設2格溶液池稀釋投加，設計投藥濃度為5%，前混凝投加量為15ppm，兩組反應池各設一個投加點，投加在機械攪拌混合池進水端，后混凝投加量為3ppm，投加在后混凝池內，兩組高密度澄清池混合一個池內。混凝劑溶解和稀釋采用體積法制備，通過PLC控制液位和電動閥實現。前混凝根據原水流量與流動電流SCD信號分別控制計量泵的頻率和沖程自動投加，后混凝根據原水流量比例投加。

6、PAM投加系統

根據福州水司水質監測站的試驗數據，針對閩江水質分不同濁度采用不同的PAM投加量，8NTU以下的投加量為0.05ppm，20NTU以下的投加為0.05～0.1ppm，100NTU以下的投加為0.08～0.15ppm。

投加PAM關鍵是粉末PAM的溶解和稀釋，目前國內外基本上都是采用溶解稀釋一體的成套設備，經多種設備比選，北區水廠選用W&T公司的DD4產品，其干粉初濕擴散系統采用采用中空“波輪式”攪拌葉輪，防止PAM干粉結塊，保證了PAM的初濕和活化；溶解熟化系統采用“中空”式真空攪拌漿，利用漿葉旋轉將溶液甩出后形成的真空，將罐中溶液重新吸入漿葉內腔，循環攪拌，形成上下左右交錯的“漩渦式”流態，最大限度地提高攪拌效果。避免因為攪拌強度不均勻造成聚合物結塊及聚合物分子鏈斷裂現象地產生。

根據監測站試驗數據和以往的經驗，考慮高分子聚合物極難擴散，在進入原水管時，溶液濃度越稀釋，混凝效果越佳。北區水廠設計投加濃度0.05%左右，儲液罐設計濃度為0.2%，設計在計量泵出口設一套終極稀釋裝置，將溶液稀釋成0.05%左右的溶液，以提高絮凝、助凝效果。

7、加氯系統

加氯系統分為濾前中間加氯和濾后消毒加氯。濾前中間加氯采用原水流量比例控制，最大加氯量為1.5ppm，采用增壓泵和水射器聯合方式投加在高密度澄清池后混凝池內。濾后加氯采用原水流量和余氯反饋復合環路控制，最大加氯量為3ppm，采用強力擴散器投加在濾池出水管入口處，強力擴散器是一種化學藥品真空投加器，集合了真空輸送、投加、快速攪拌等多種功能，直接安裝在所投加的水體中，達到快速溶解混合效果。

8、生產運行效果

2006年6月份對北區水廠凈水處理工藝進行了72小時性能測試，由于該階段屬于閩江洪水期，測試期間原水濁度在68～174NTU范圍變化，流量從5406m³/h至6916m³/h變化，高密度澄清池出水平均濁度為4.55NTU,小于設計要求的8NTU以下，濾池出水平均濁度為0.21NTU,小于設計要求的0.5NTU，經受了高濁度超負荷運行的考驗。

2006年10月份在閩江原水低濁度時北區水廠正常生產規模為8～9萬m³/d，原水濁度基本在10NTU以下，聚合氯化鋁投加量為11～12ppm，PAM投加量約為0.06ppm，中間加氯量約為1ppm，后加氯量約為1.5～2ppm，出水余氯量為0.7～0.9ppm（有效氯含量），高密度澄清池出水濁度約0.2～0.4NTU，出廠水濁度約為0.1～0.15NTU。

目前實際運行時，考慮原水濁度較低，PAM投加量為0.06左右，運行中不需要進行后混凝處理。

9、存在問題

（1）北區水廠兩組機械攪拌混合池合建在高密度澄清池前，集中在一邊，其中一組混合后的經豎管直接進入反應池，而另一組混合后需經過約13m的渠道后再經豎管進入反應池，混凝時間太長，造成遠離混合池的一組沉淀水濁度高于靠近混合池的一組，影響水質。

（2）由于閩江原水長期濁度較低，造成泥量的減少，原設計按高密度澄清池中預沉/濃縮池泥位控制排泥，由于污泥層不夠密實，而泥位計得到的是虛污泥層泥位高度，造成排泥量太多，而進水污泥又需要較長時間補充，影響了反應池的懸浮污泥層濃度及處理效果。目前擬考慮在控制程序中增加泥位計反饋排泥的滯后時間，使污泥層的實際泥位達到設計高度后再排泥。

（3）原設計濾池反沖洗前先停止進水繼續過濾，以降低砂面上水位，減少排水量，但由于反沖洗前濾砂層阻力較大，水位下降較慢，原設計僅按設定液位來啟動反沖洗程序，造成單格濾池反沖洗時間較長（主要是反沖洗前排水時間較長），其他格濾池處于超負荷運行，影響出水水質及反沖洗排序堵塞。目前擬考慮在控制程序中增加反沖洗前繼續過濾的時間控制予以解決。

（4）原設計中間加氯投加點設在高密度澄清池后混凝池中，而后混凝攪拌機材質為不銹鋼304L,理論上可耐受5mg/l的加氯水，但考慮加氯水在池內濃度分別不均勻，攪拌機仍有潛在的腐蝕可能，為了安全及設備的穩定運行，建議與氯水接觸的金屬件應采用SS316不銹鋼。