王輝文， 宋尊劍

（大慶油田設計院有限公司， 黑龍江 大慶 163712）

1 工程概況

某市西城區(qū)已建供水系統(tǒng)無法滿足新版GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》的水質要求， 需要對原有供水管網及水廠進行升級改造， 實現(xiàn)分質供水， 并增加深度處理工藝。

某已建水廠原有處理工藝為網格絮凝-斜板沉淀-氣水反沖洗過濾， 處理規(guī)模為38 × 104m3／d。按照規(guī)劃， 新建深度處理工藝規(guī)模為10×104m3／d，預留4×104m3／d。 在常規(guī)工藝的38× 104m3／d 出水中， 11×104m3／d 在本廠經深度處理后供給民用水管網； 9.35×104m3／d 作為原水分別輸送至另2座水廠經深度處理后供給民用水管網； 其余部分作為工業(yè)用水直接輸入工業(yè)水管網。

2 原水特點及工藝選擇

2.1 原水特點

已建水廠原水引自某平原型水庫， 濁度為20 ～120 NTU， 耗氧量最高值可達8.5 mg／L。 常規(guī)工藝處理后出水指標中不合格項為耗氧量， 最高值為6.3 mg／L， 平均值為3.9 mg／L。 可以看出， 常規(guī)處理工藝的主要問題是對有機物的去除率低， 難以滿足GB 5749—2006 的要求。

2.2 工藝選擇

臭氧-生物活性炭工藝是集臭氧化學氧化、 生物吸附氧化、 活性炭物理化學吸附技術為一體的復合工藝［1］。 首先利用臭氧的強氧化作用， 初步氧化分解水中的簡單有機物和其他還原性物質，使之變成CO2和H2O； 同時， 臭氧氧化能使水中難以生物降解的有機物斷鏈、 開環(huán)， 氧化成短鏈的小分子物質或使分子的某些基團改變， 從而使原來不能被生物降解的有機物轉化為可生物降解的有機物。 受臭氧制備設備效率的影響， 向臭氧接觸池內除投加臭氧外還有大量的氧氣， 伴隨著臭氧的投加， 起到了充氧的作用， 為附著于活性炭上的好氧型微生物提供生長的營養(yǎng)源， 創(chuàng)造好氧微生物的生長環(huán)境［2］。

活性炭作為一種多孔物質， 具有良好的吸附性能。 通過活性炭的吸附作用， 將水中微生物富集于活性炭表面， 形成穩(wěn)定的生物膜。 活性炭濾池置于臭氧接觸池后， 生物膜利用水中充足的溶解氧， 將水中經臭氧氧化易于生物降解的有機物進一步吸附分解， 達到去除的目的［3］。

超濾技術主要利用超濾膜的篩分機理去除水中的懸浮態(tài)物質及大分子有機物。 該技術具有出水濁度低， 水質穩(wěn)定， 能有效去除水中隱孢子蟲、 賈第蟲、 細菌、 病毒等各類微生物的優(yōu)勢［4］。

針對原水特點及出水水質要求， 采用了增加原水預處理工藝（新建高錳酸鉀及粉末活性炭投加設施）、 深度處理工藝的技術路線。 利用改造后的處理工藝， 保證出廠水的耗氧量在3.0 mg／L 以下。工藝流程詳見圖1。

圖1 水廠工藝流程Fig. 1 Process flow of water plant

3 主要構筑物設計

（1） 提升泵池。 為將已建砂濾池濾后水提升至新建臭氧接觸池， 新建地下式提升泵池1 座。 提升泵池土建設計規(guī)模為14×104m3／d， 鋼混結構， 平面尺寸為25.0 m×23.0 m， 有效水深為5.0 m。 內設清水潛水泵4 臺， 3 用1 備， 單泵參數Q ＝1 600 m3／h， H ＝14 m， N ＝80 kW。

（2） 臭氧制備間。 考慮該地區(qū)石化行業(yè)發(fā)達，有長期穩(wěn)定的液氧源供應， 采用液氧源臭氧制備工藝。 臭氧制備間外設液氧站1 座， 液氧站設2 座30 m3液氧儲罐， 保證10 d 的液氧儲備量。

新建臭氧制備間為磚混結構， 平面尺寸為21.0 m×18.0 m， 設臭氧發(fā)生器3 臺， 2 用1 備， 單臺臭氧發(fā)生能力為6.56 kg［O3］／h（質量分數為10%），臭氧質量分數范圍為6%～14%。

（3） 臭氧接觸池。 鋼混結構， 設有2 格， 每格平面尺寸為24.3 m×5.0 m， 有效水深為6.0 m。 臭氧最大投加量為3 mg／L， 總接觸時間為15 min。每格臭氧接觸池設有3 個曝氣接觸室， 曝氣量占總曝氣量的比例分別為50%、 25%、 25%。 池內擴散裝置采用微孔曝氣盤。 在臭氧接觸池頂部安裝2 套熱觸媒尾氣破壞設備， 將尾氣中的殘余臭氧破壞后排放到大氣中。 為保證臭氧接觸池內外的壓力平衡， 每格接觸池設1 個雙向透氣安全閥。

（4） 生物活性炭濾池。 生物活性炭濾池利用顆粒活性炭比表面積大的特性， 為細菌等微生物提供載體， 吸附、 生化降解作用并重， 達到去除水中有機污染物的目的。 生物活性炭濾池截留的懸浮物質有限， 反洗的目的以去除老化的生物膜為主。 活性炭濾料密度低， 較易發(fā)生跑料問題。 翻板濾池通過啟閉翻板閥來控制濾池的反沖洗排水過程， 反沖洗濾料膨脹時翻板閥保持關閉狀態(tài)， 濾池不排水， 反沖洗進水停止濾料回落后， 翻板閥開啟開始排水，排水結束翻板閥關閉， 結束反洗過程。 最大程度地減緩了反洗時的濾料流失， 比較適合活性炭等輕質濾料， 因此本工程的活性炭濾池選用翻板濾池。 此外， 翻板濾池還具有池體構造簡單、 反洗效果好、濾料選擇靈活等特點［5］。

活性炭濾池為磚混結構， 平面尺寸為60.0 m×42.0 m。 內設8 格翻板濾池， 雙排布置。 空床濾速為6.5 m／h， 單池尺寸為11.0 m×8.0 m。 濾池采用雙層濾料結構， 上層炭床厚度為2.5 m， 活性炭種類為柱狀煤質炭， 直徑為1.5 mm， 長度為2.5 mm， 碘值為950 mg／g， 亞甲藍值為180 mg／L。 下層石英砂厚度為0.3 m， 石英砂濾料粒徑為0.9 ～1.2 mm。

反沖洗采用“氣洗＋氣-水聯(lián)合反洗＋水洗”的三段模式。 氣洗階段強度采用15 L／（m2·s）， 時間為3 min； 氣-水聯(lián)合反洗階段氣洗強度采用15 L／（m2·s）， 水洗強度采用3 L／（m2·s）， 時間為5 min；水洗階段強度采用15 L／（m2·s）， 時間為1 min ＋2 min， 先進行1 min 水洗， 之后排掉池內廢水， 再進行2 min 水洗。 為靈活配置反洗強度， 設有5 臺反洗離心泵， 其中大泵3 臺， 2 用1 備， 單臺Q=1 900 m3／h， H=10 m， N=90 kW； 小泵2 臺， 1 用1 備， 單臺Q=950 m3／h， H=10 m， N=45 kW。 設置反沖風機2 臺， 1 用1 備， 為高速離心風機， 單機Q=89 m3／min， P=49 kPa， N=160 kW。

（5） 超濾車間。 一期規(guī)模為10×104m3／d， 二期預留4×104m3／d。 生產廠房一次建成， 磚混結構。 平面尺寸為48.0 m×30.0 m， 分地下和地上兩層。 地上層高8.5 m， 放置膜堆， 地下層高5.0 m，布設管線。 為二期膜堆預留空間， 公用部分如超濾膜清洗設施等按14×104m3／d 考慮。

超濾膜為中空纖維膜， 標稱膜組件膜面積為51.1 m2， 膜絲材料為PVDF， 過濾型式為外壓式。設計膜通量為51 L／（m2·h）。 一期設有20 個膜堆，二期預留8 個膜堆。 每個膜堆設114 個膜組件， 4列布置， 產水能力為0.5×104m3／d。 系統(tǒng)分為2 個相同的系列， 每個系列可獨立運行。

超濾系統(tǒng)可在線實現(xiàn)物理清洗、 維護性化學清洗（CEB）、 恢復性化學清洗（CIP）。 物理清洗設計周期為38 min， 采用氣水反沖洗模式； 維護性化學清洗（CEB）設計周期為7 d， 清洗藥劑為次氯酸鈉、檸檬酸、 鹽酸和氫氧化鈉； 恢復性化學清洗（CIP）設計周期為90 d， 清洗藥劑為次氯酸鈉、 檸檬酸、鹽酸和氫氧化鈉。 物理清洗廢水排入廢水排放水池， 統(tǒng)一處置， 化學清洗廢水排入中和水池， 加入藥劑使其pH 值達標后排入廢水排放水池。

4 工程設計特點

（1） 采用分質供水方式， 對供水管網進行改造， 分為工業(yè)水管網及民用水管網。 工業(yè)用水仍采用原有的常規(guī)處理工藝， 處理后進入工業(yè)用清水池， 經工業(yè)外輸水泵輸入工業(yè)管網； 對民用水部分在常規(guī)工藝的砂濾池后增加深度處理工藝， 達到GB 5749—2006 要求后， 經民用水外輸系統(tǒng)送至民用水管網。 有效降低了水處理規(guī)模， 節(jié)約投資。

（2） 針對原水水質有機物含量較高的特點， 在常規(guī)處理前端增設預處理工藝。 設置高錳酸鉀及粉末活性炭投加系統(tǒng)， 初步去除部分有機物質， 同時起到了強化混凝的效果［6］。

（3） 為進一步去除有機物， 確保水質達標， 考慮到黑龍江地處高寒地區(qū)， 半年水溫較低的特點，在常規(guī)處理后端增設臭氧-生物活性炭-超濾的深度處理工藝。 工藝鏈較長， 臭氧-生物活性炭重點去除有機物質， 超濾工藝防止生物泄漏， 并進一步去除有機物及懸浮物。

（4） 在參數選取上， 重點考慮了原水水溫、 水質的特點， 活性炭濾池的濾速較低； 對于超濾工藝， 項目部組織進行了3 個月的現(xiàn)場中試試驗， 取得了適應原水特點的設計參數， 特別是膜通量、 過濾周期等對水溫敏感的設計參數， 對工藝設計起到了指導作用。

5 主要經濟技術指標

該水廠新建預處理及深度處理設施為黑龍江某市西城區(qū)供水系統(tǒng)改造的一部分。 供水系統(tǒng)改造總投資為11.07 億元， 工程費用為9.20 億元。 其中，該水廠新建預處理及深度處理設施工程費用為2.85億元， 運行成本為0.69 元／t。

6 運行效果分析

工程于2014 年5 月投產運行， 出水水質穩(wěn)定達到GB 5749—2006 要求。 2015 年9 月中下旬，原水藍藻爆發(fā)7 d 左右。 以9 月19 日為例， 水廠原水水質： 色度為25 度， 濁度為33 NTU， 耗氧量為8.48 mg／L， 藻密度為1.22 × 107個／L。 經過深度處理后的出水水質： 色度小于5 度， 濁度為0.24 NTU， 耗氧量為2.4 mg／L， 藻密度未檢出。 16 個月的運行數據表明， 采用預處理-常規(guī)處理-臭氧-生物活性炭-超濾工藝可以有效去除有機物， 該工藝適應黑龍江省等高寒地區(qū)的有機微污染、 高含藻原水水質。

7 結語

（1） 對于工業(yè)用水比重較大、 水質要求較低的城市， 采用分質供水， 將居民用水與工業(yè)用水分別處理、 分網供水的模式， 有利于降低深度處理的規(guī)模， 節(jié)省投資。

（2） 采用預處理-常規(guī)處理-臭氧-生物活性炭-超濾的處理工藝， 適合高緯度地區(qū)低溫有機微污染的原水水質， 可有效去除水中有機污染物， 降低出水濁度， 避免微生物泄漏。 出水水質滿足GB 5749—2006 的要求。

（3） 為適應高緯度地區(qū)水質特點， 可適當降低設計參數， 如活性炭濾池濾速、 超濾膜通量等，有條件時最好進行現(xiàn)場試驗， 以確定合適的設計參數。

（4） 高緯度地區(qū)冬季低溫、 低濁， 夏季水中藻密度較大。 水廠在運行管理中， 應根據原水水質變化情況， 適時調整運行參數、 藥劑投加種類及投加量， 保證出水水質滿足要求。