福州水廠凈水工藝改造工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行

發(fā)布日期：2011-7-12 閱覽數(shù)：4706次

福州市北區(qū)水廠凈水工藝改造工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行

1、項(xiàng)目背景

福州市目前共有水廠6座，其中北區(qū)水廠現(xiàn)狀供水規(guī)模為15萬(wàn)m³/d，分三組（每組5萬(wàn)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(zhuǎn)隔板反應(yīng)池＋斜管沉淀池＋無(wú)閥濾池工藝、機(jī)械加速澄清池＋虹吸濾池工藝、網(wǎng)格反應(yīng)池＋斜管沉淀池＋虹吸濾池工藝。近期隨著我國(guó)對(duì)供水水質(zhì)的重視，相繼出臺(tái)了《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》、《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而國(guó)標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也在修訂中，若繼續(xù)采用原有的凈水工藝將難以保證供水水質(zhì)的安全，改造前北區(qū)水廠已采用降低生產(chǎn)負(fù)荷以保障出廠水質(zhì)，因此改造北區(qū)水廠原有工藝已迫在眉睫。

目前北區(qū)水廠主要供水范圍為福州市北片新店方向，根據(jù)福州市管網(wǎng)平差結(jié)果，若北區(qū)水廠15萬(wàn)m³/d完全停產(chǎn)，其現(xiàn)有供水區(qū)域全部改由西廠、新東區(qū)水廠供水，將造成福州市新店地區(qū)在高峰用水時(shí)段水壓不能滿足要求，供水安全無(wú)法保證。設(shè)計(jì)考慮北區(qū)水廠改造期間至少需保留北區(qū)水廠一組5萬(wàn)m³/d生產(chǎn)能力，待新凈水構(gòu)筑物建成運(yùn)行后再拆除。

現(xiàn)有取水泵房、清水池、出水泵房等構(gòu)筑物已滿足運(yùn)行需求或已進(jìn)行了改造，本次改造工程主要內(nèi)容為凈水工藝改造，供水規(guī)模按現(xiàn)狀15萬(wàn)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(zhì)

本工程現(xiàn)有取水水源為閩江，取水點(diǎn)在洪山橋以北的城市上游水源，根據(jù)歷年原水水質(zhì)月檢表，原水水質(zhì)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中的I～Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，鐵、錳、揮發(fā)酚、礦物油偶有幾個(gè)月在Ⅱ～Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)之間，溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮及氯化物等均達(dá)I～Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

水口水電站的建成對(duì)閩江上游的泥砂有顯著的截流作用，北區(qū)水廠原水濁度常年較低。根據(jù)北區(qū)水廠1995~2002生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)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(dá)5%以上，低于10NTU的頻率為65%，低于35NTU的頻率為95%，凈水工藝應(yīng)滿足原水水質(zhì)不同濁度時(shí)處理要求。

3、高密度澄清池

從1991年西區(qū)水廠建成投產(chǎn)以來，福州市新建水廠的反應(yīng)沉淀池均采用折板反應(yīng)＋平流沉淀池工藝，運(yùn)行效果比較穩(wěn)定，但近些年隨著原水濁度的下降，形成礬花細(xì)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(yīng)池前投機(jī)PAM絮凝劑并擬采取在出水端增設(shè)斜板等措施以提高沉淀池出水水質(zhì)。

由于本次改造工程是在北區(qū)水廠現(xiàn)有廠區(qū)基礎(chǔ)上建設(shè)，同時(shí)還要保留現(xiàn)狀一期5萬(wàn)m³/d一組凈水工藝正常生產(chǎn)運(yùn)行，用地面積有限，北區(qū)水廠現(xiàn)狀地形高差較大，也使廠區(qū)布置的靈活性受到限制，經(jīng)過方案比較，我們選用得利滿公司開發(fā)的DENSADEG高密度澄清池作為本工程的反應(yīng)沉淀工藝。其主要由三部分組成：絮凝反應(yīng)池、預(yù)沉/濃縮池和斜板分離池，該工藝采取自動(dòng)控制濃縮污泥外部循環(huán)流量、自動(dòng)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(qū)設(shè)斜板等措施，技術(shù)水平和處理效果均領(lǐng)先于原有的澄清池技術(shù)。

高密度澄清池前端設(shè)配水井及機(jī)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(yīng)池停留時(shí)間2min，轉(zhuǎn)速59rpm，功率15KW。本工程高密度澄清池分成2組，中間設(shè)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?cái)嚢铏C(jī)功率15KW。預(yù)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(qū)單組平面面積為140m²，表面負(fù)荷23.4m³/m².h。斜板分離池后設(shè)后混凝池，停留時(shí)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(cè)器和刮泥機(jī)力矩，PLC自動(dòng)控制高密度澄清池分為污泥循環(huán)階段和污泥排放階段兩階段運(yùn)行。正常運(yùn)行在污泥循環(huán)階段，當(dāng)泥位達(dá)到設(shè)定點(diǎn)或刮泥機(jī)出現(xiàn)過力矩或排泥周期等三個(gè)條件之一達(dá)到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，進(jìn)入污泥排放階段，污泥排放泵開始運(yùn)行。

4、均質(zhì)濾料氣水反沖洗濾池

福州市目前已有三個(gè)水廠采用均質(zhì)濾料氣水反沖洗濾池工藝，處理規(guī)模達(dá)100萬(wàn)m³/d，積累了豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，且與本工程同一水源點(diǎn)的西區(qū)水廠采用均質(zhì)濾料氣水反沖洗濾池工藝處理效果良好，該濾池主要特點(diǎn)是選用均質(zhì)顆粒濾料避免反沖洗水力分級(jí)，擴(kuò)展濾料深層的截污能力，延長(zhǎng)過濾周期，節(jié)省反沖洗費(fèi)用，并且采用自動(dòng)控制，保持恒定水位運(yùn)行，采用三階段氣水反沖洗等，經(jīng)實(shí)踐證明滿足閩江水源處理要求。

本工程均質(zhì)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(shè)計(jì)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(gè)反沖洗過程伴隨著待濾水表面掃洗，結(jié)合原水濁度常年較低情況，PLC根據(jù)原水濁度和沉淀水濁度累計(jì)計(jì)算結(jié)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(shí)，30％反沖洗周期可定為24小時(shí)。同時(shí)在達(dá)到反沖洗控制點(diǎn)前，先停止進(jìn)水，繼續(xù)過濾，水位計(jì)控制液面降至砂面上0.5m時(shí)才開始進(jìn)入反沖洗程序，以減少排水量。

設(shè)計(jì)時(shí)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(cè)溢流堰進(jìn)入濾池兩排進(jìn)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(qū)占地面積有限的問題。

5、加藥系統(tǒng)

根據(jù)閩江原水水質(zhì)及高密度澄清池處理工藝要求，混凝劑投加系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠采用固體硫酸鋁或液體聚合鋁兩種類型，即設(shè)溶解池和貯液池分別用于兩種藥劑，并設(shè)2格溶液池稀釋投加，設(shè)計(jì)投藥濃度為5%，前混凝投加量為15ppm，兩組反應(yīng)池各設(shè)一個(gè)投加點(diǎn)，投加在機(jī)械攪拌混合池進(jìn)水端，后混凝投加量為3ppm，投加在后混凝池內(nèi)，兩組高密度澄清池混合一個(gè)池內(nèi)。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(dòng)閥實(shí)現(xiàn)。前混凝根據(jù)原水流量與流動(dòng)電流SCD信號(hào)分別控制計(jì)量泵的頻率和沖程自動(dòng)投加，后混凝根據(jù)原水流量比例投加。

6、PAM投加系統(tǒng)

根據(jù)福州水司水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)閩江水質(zhì)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(guān)鍵是粉末PAM的溶解和稀釋，目前國(guó)內(nèi)外基本上都是采用溶解稀釋一體的成套設(shè)備，經(jīng)多種設(shè)備比選，北區(qū)水廠選用W&T公司的DD4產(chǎn)品，其干粉初濕擴(kuò)散系統(tǒng)采用采用中空“波輪式”攪拌葉輪，防止PAM干粉結(jié)塊，保證了PAM的初濕和活化；溶解熟化系統(tǒng)采用“中空”式真空攪拌漿，利用漿葉旋轉(zhuǎn)將溶液甩出后形成的真空，將罐中溶液重新吸入漿葉內(nèi)腔，循環(huán)攪拌，形成上下左右交錯(cuò)的“漩渦式”流態(tài)，最大限度地提高攪拌效果。避免因?yàn)閿嚢鑿?qiáng)度不均勻造成聚合物結(jié)塊及聚合物分子鏈斷裂現(xiàn)象地產(chǎn)生。

根據(jù)監(jiān)測(cè)站試驗(yàn)數(shù)據(jù)和以往的經(jīng)驗(yàn)，考慮高分子聚合物極難擴(kuò)散，在進(jìn)入原水管時(shí)，溶液濃度越稀釋，混凝效果越佳。北區(qū)水廠設(shè)計(jì)投加濃度0.05%左右，儲(chǔ)液罐設(shè)計(jì)濃度為0.2%，設(shè)計(jì)在計(jì)量泵出口設(shè)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(tǒng)

加氯系統(tǒng)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(lián)合方式投加在高密度澄清池后混凝池內(nèi)。濾后加氯采用原水流量和余氯反饋復(fù)合環(huán)路控制，最大加氯量為3ppm，采用強(qiáng)力擴(kuò)散器投加在濾池出水管入口處，強(qiáng)力擴(kuò)散器是一種化學(xué)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(dá)到快速溶解混合效果。

8、生產(chǎn)運(yùn)行效果

2006年6月份對(duì)北區(qū)水廠凈水處理工藝進(jìn)行了72小時(shí)性能測(cè)試，由于該階段屬于閩江洪水期，測(cè)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(shè)計(jì)要求的8NTU以下，濾池出水平均濁度為0.21NTU,小于設(shè)計(jì)要求的0.5NTU，經(jīng)受了高濁度超負(fù)荷運(yùn)行的考驗(yàn)。

2006年10月份在閩江原水低濁度時(shí)北區(qū)水廠正常生產(chǎn)規(guī)模為8～9萬(wàn)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(shí)際運(yùn)行時(shí)，考慮原水濁度較低，PAM投加量為0.06左右，運(yùn)行中不需要進(jìn)行后混凝處理。

9、存在問題

（1）北區(qū)水廠兩組機(jī)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(jīng)豎管直接進(jìn)入反應(yīng)池，而另一組混合后需經(jīng)過約13m的渠道后再經(jīng)豎管進(jìn)入反應(yīng)池，混凝時(shí)間太長(zhǎng)，造成遠(yuǎn)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(zhì)。

（2）由于閩江原水長(zhǎng)期濁度較低，造成泥量的減少，原設(shè)計(jì)按高密度澄清池中預(yù)沉/濃縮池泥位控制排泥，由于污泥層不夠密實(shí)，而泥位計(jì)得到的是虛污泥層泥位高度，造成排泥量太多，而進(jìn)水污泥又需要較長(zhǎng)時(shí)間補(bǔ)充，影響了反應(yīng)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(jì)反饋排泥的滯后時(shí)間，使污泥層的實(shí)際泥位達(dá)到設(shè)計(jì)高度后再排泥。

（3）原設(shè)計(jì)濾池反沖洗前先停止進(jìn)水繼續(xù)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(shè)計(jì)僅按設(shè)定液位來啟動(dòng)反沖洗程序，造成單格濾池反沖洗時(shí)間較長(zhǎng)（主要是反沖洗前排水時(shí)間較長(zhǎng)），其他格濾池處于超負(fù)荷運(yùn)行，影響出水水質(zhì)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(xù)過濾的時(shí)間控制予以解決。

（4）原設(shè)計(jì)中間加氯投加點(diǎn)設(shè)在高密度澄清池后混凝池中，而后混凝攪拌機(jī)材質(zhì)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(nèi)濃度分別不均勻，攪拌機(jī)仍有潛在的腐蝕可能，為了安全及設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，建議與氯水接觸的金屬件應(yīng)采用SS316不銹鋼。