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嘉兴南郊水厂微污染河网水集成净水处理工艺选择与设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-05-24  浏览次数:254
核心提示:嘉兴南郊水厂微污染河网水集成净水 处理工艺选择与设计 许嘉炯,雷 挺,沈裘昌,钟燕敏,芮 旻 (上海市政工程设计研究总院,上海 200092) 摘 要:嘉兴市南郊水厂一期工程设计规模15万m3/d,针对劣v类原水考虑预处理、加强常规处理、深度处理和紧急处理四种措施,具体工艺采用预臭氧+生物预处理+中置式高密度沉淀池+后臭氧+上向流活性炭吸附池+下向流序批反冲洗砂滤池,全套水处理工艺流程和单项构筑物在行业内具有一定的示范性。从调试运行情况看,出水水质达标,出厂水浊度控制在0.
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嘉兴南郊水厂微污染河网水集成净水
处理工艺选择与设计
 
许嘉炯,雷  挺,沈裘昌,钟燕敏,芮  旻
(上海市政工程设计研究总院,上海 200092)
 
摘     要:嘉兴市南郊水厂一期工程设计规模15万m3/d,针对劣v类原水考虑预处理、加强常规处理、深度处理和紧急处理四种措施,具体工艺采用预臭氧+生物预处理+中置式高密度沉淀池+后臭氧+上向流活性炭吸附池+下向流序批反冲洗砂滤池,全套水处理工艺流程和单项构筑物在行业内具有一定的示范性。从调试运行情况看,出水水质达标,出厂水浊度控制在0.1~0.2 ntu左右。
关键词:加强常规处理;深度处理;中置式高密度沉淀池;序批反冲洗滤池
 
1 背景简介
  嘉兴市为浙江省省辖市,位于全国经济最发达的长江三角洲南翼,地处浙北杭嘉湖平原东部,紧邻全国最大的经济中心——上海市,北接苏州市,西连杭州、湖州两市,东南濒临钱塘江与杭州湾。
  嘉兴市虽然位于我国经济发达地区,但水资源并不丰富,人均占有水资源量为625 m3,不到浙江省人均的1/3。目前嘉兴市地表水虽然污染较严重,但考虑到目前长距离引水涉及跨区域协调难度大及投资大等因素暂无法实施,而地下水的取用又因易引起地下水位下降和地面沉降受限制,故目前仍只能以地表河网水作为水厂水源。嘉兴市此前常年运行的2座水厂-城区的南门水厂和城西的石臼漾水厂,均取用地表河网水,故新建南郊水厂亦就地取用微污染河网水,通过优化处理工艺来满足新颁布的饮用水水质标准要求。
  嘉兴南郊水厂设计总规模为45万m3/d,一期15万m3/d已于2007年7月通水投产。
2 原水水质特点分析
  根据2001年和2002年《嘉兴市环境状况公报》中公布的数据和评价,嘉兴8条主要河流,均受到不同程度的污染,其中以石臼漾水厂水源新塍塘污染最轻,为iii~iv类水体,而南门水厂水源长水塘的水质则为劣于v类水体。
  南郊水厂水源为长水塘和南郊河双水源切换(离南郊水厂均1 km左右)。2000年~2003年嘉兴环保监测站对长水塘蚂蝗塘桥断面监测的结果如下表1所示。
  2003年12月,2004年3月和4月,嘉兴给排水有限公司对南郊河水源作了常规分析,主要检测指标如下表2所示。
  从表中可以看到,南郊水厂两个河网水水源水质所受有机物污染均比较严重,尤其是铁、锰、色度和有机污染等指标,最高值已在ⅴ类水源标准内,如采取常规处理,南郊水厂出厂水水质指标达不到饮用水水质标准的要求。
3 工艺选择分析
  通过多年以来对嘉兴地表河网水源水质的长期试验和检测,我院基本找到了一套针对嘉兴地表水水源水质,大幅改善嘉兴南郊水厂出水水质的净水工艺和相应的技术参数。从总的净水工艺分析,采取了4道净水措施(见表3)。
  在进行具体工艺选择时考虑到预处理的目的主要是针对氨氮的生物降解去处和对后续常规处理的改善作用,故作为第一道处理工艺;紧急处理措施主要是应对水质突发性有机污染,通过投加粉末活性炭和高锰酸钾(或复合高锰酸盐)进行控制,故需设于常规处理之前;加强常规处理和臭氧-活性炭深度处理工艺作为处理工艺核心一般先后布置,但臭氧-活性炭深度处理工艺往往由于生物活性炭表面生物膜老化脱落并穿透炭层,引起出水浊度的提高以及对生物稳定性的质疑。
  基于中置式高密度沉淀池在嘉兴石臼漾水厂的稳定运行,我院认为在采用中置式高密度沉淀池将南郊水厂沉后水浊度控制在1 ntu左右是有把握的。在此条件下,可将臭氧-活性炭深度处理直接置。
4 设计工艺介绍
4.1  总平面布置
  水厂分为三期建设,一期生产区及生活区设在水厂南侧,二期三期依次向北排列,污泥脱水区设在最北侧,这样即保证生活区与厂区南侧主通道顺利衔接,又使污泥脱水区与主生产区及生活区保持一定距离;厂区主要处理构筑物之间设置天桥,便于巡视管理,体现了人性化设计的特点。
  净水厂一期工程征地115.5亩;同时需控制二、三期工程用地82.8亩。一期工程平面布置详见下图2。4.2  取水泵站
  土建按45万m3/d规模一次建成,第一期安装15万m3/d。吸水井、取水泵房采用合建形式。配电间位于取水泵房东北侧,与取水泵房合建。
  取水渠道进水口设置不锈钢丝网拦截河道内大型漂浮物,网眼尺寸50×50 mm。
  泵房内共设6台水泵基础,双排布置。15万m3/d规模时先装4台水泵,3用1备。水泵进水管安装检修用手动蝶阀,出水管安装微阻缓闭止回阀和检修用手动蝶阀。
4.3  生物接触氧化池
  按一期规模15万m3/d进行设计。设计采用轻质滤料,停留时间约45 min。鼓风机房设在生物接触氧化池下部,内曝气鼓风机共3台,2用1备,其中1台变频调速;炭吸附池、砂滤池的反冲洗风机共2台均为变频调速,平时1用1备,砂滤池、炭吸附池同冲时2台同时开。
4.4  中置式高密度沉淀池
  规模15万m3/d。采用机械混合、机械絮凝、斜管沉淀和污泥浓缩合建形式,共分二组,每组规模7.5万m3/d。
  机械混合室设在池体中央,机械混合时间30~60 s,回流污泥和矾液及预氧化药剂等加注后与原水一起进入混合室进行机械混合。
  混合后采用机械提升搅拌絮凝方式,使原水与数倍的回流水混合,然后进入沉淀分离区。分离区上部设斜管,分别置于絮凝区两侧,上升流速约4.2 mm/s,斜管上部布置集水槽,沉后水经集水槽汇集后通过连接管道接入臭氧接触池。
  分离区下部设污泥浓缩区,采用刮泥机进行污泥浓缩、刮泥,池中央设小型泥斗,用dn300排泥管接出,排泥管与螺杆泵连接,螺杆泵配变频电机,设计回流污泥量考虑5%~15%,多余污泥接入污泥处理系统。沉淀池放空时可排入污泥回收池,用污泥泵排空。
4.5  臭氧接触池
  臭氧接触池规模为15万m3/d,不设中间提升泵房。
  采用全封闭结构,接触时间15 min。分为独立二组。每组接触池前均设dn1400的手动蝶阀。接触池分3次曝气头曝气接触,三阶段反应,最后经跌落出水至活性炭滤池。曝气头采用管式微孔曝气,臭氧向上,水流向下,充分接触。
  接触池内逸出的臭氧经负压收集、热催化剂破坏分解成氧气后排入大气。
4.6  臭氧发生器间
  臭氧发生器间与臭氧接触池合建,按15万m3/d建设,臭氧设计最大加注量4 mg/l,其中前臭氧0.5~1 mg/l,后臭氧3~3.5 mg/l,采用15 kg/h臭氧发生器,共2台,不设备用。当一台发生故障或检修时通过加大另一台负荷达到臭氧供气量。
  在厂区西侧设贮氧/制氧专区,近期安置液氧罐,远期再建制氧车间。
4.7  滤池
  本工程将活性炭吸附池和砂滤池合建在一起,双排布置,一排为上向流活性炭吸附池,另一排为砂滤池,设计规模均为15万m3/d,各分为9格,共用中间管廊。
  (1)活性炭吸附池。
  臭氧接触池出水进入活性炭吸附池,采用上向流运行方式,即下部进水,经过活性炭吸附层吸附后,上部利用指形槽出水。活性炭吸附池单格面积60.4 m2,上升流速12 m/h。吸附层为活性炭层,厚度2.5 m,炭层停留时间15 min。
  活性炭吸附池采用气冲,最大强度约60 m3/(h·m2),冲洗历时约3 min。
  活性炭吸附池仅加设气冲增大气水与炭粒之间摩擦即可。考虑气冲后出水浊度升高,设置初期水排放管。
  (2)砂滤池
  活性炭滤池出水后直接进入砂滤池,在进水前视需要最大投加5 mg/l聚合氧化铝铁作为助滤剂,采用机械混合。砂滤池采用序批气水反冲滤池,单格面积为96 m2,滤速为7.6 m/h。滤层由上而下为:石英砂d=0.75 mm,厚度1.0 m;支承层d=3.0~16.0 mm,厚度0.45 m。
  砂滤池冲洗采用气水反冲洗,水冲为水箱冲洗,由设在管廊里的水泵抽取砂滤池出水注入水箱。水箱设在管廊上部。气冲设备设在滤池鼓风机房内。
4.8  清水池
  清水池调节容量为15%。清水池一期设1座,容量22 500 m3。
4.9  吸水井与二级泵房
  本设计吸水井与二级泵房一期土建规模45万m3/d,一期设备按15万m3/d布置,k时=1.25。采用吸水井与二级泵房分建,泵房一侧为变配电间。
  吸水井2座,半地下式钢砼结构,顶板承压,两座吸水井之间通过阀门连通。
  泵房为半地下式,泵房内共设7台泵基,均为卧式离心泵,一期安装3台,2用1备,其中1台安装变频调速装置,变频泵采用6 kv高压电机,非变频泵采用10 kv高压电机。
4.10  加药加氯间
  加药间土建规模为45万m3/d,一期设备安装15万m3/d。加药间内包括加矾、加pam、加粉末活性炭、加高锰酸盐、加酸加碱系统。
  (1)加药系统
  采用混凝剂为液体碱式氯化铝铁,商品液有效氧化铝浓度10%,最大加注量4.0 mg/l,平均2.0 mg/l,投加点一期3个,终期9个。砂滤前设投加点作为助凝剂最大加注量5 mg/l,平均3 mg/l,投加点一期3个,终期9个。
  (2)加pam系统
  pam最大投加量0.2 mg/l,平均投加量0.1 mg/l,采用进口一体化专用pam溶药装置,配制溶液浓度0.1%,在线稀释至0.02%。投加点一期3个,终期9个。
  (3)加粉末活性炭系统
  粉末活性炭最大投加量20 mg/l,采用手动调配装置,投加浓度5%,按终期规模选型。投加泵一期15万m3/d规模时,3个投加点设4台加注泵,3用1备,终期12台泵9用3备,对应9个加注点。
  (4)加复合高锰酸盐系统
  复合高锰酸盐最大投加量1.5 mg/l,平均投加量1.0 mg/l。
  一期3个投加点设4台计量泵,3用1备,终期12台计量泵9用3备,对应9个加注点。
  (5)加酸系统
  加酸采用98%的浓硫酸,根据试验设定最大投加量70 mg/l,一期设储酸罐1只,终期设2只。(1个储酸罐应满足至少可连续使用5日的量)。
  一期3个投加点设4台计量泵,3用1备,终期12台计量泵9用3备,对应9个加注点。
  (6)加碱系统
  加碱采用30%的naoh溶液,根据试验数据设定最大投加量8 mg/l(纯),一期设储碱罐1只,终期设2只。(1个储碱罐应满足至少可连续使用5日的量)。
  一期3个投加点设4台计量泵,3用1备,终期12台计量泵9用3备,对应9个加注点。
  (7)加氯系统
  为保证管网中有一定余氯,最终需对出厂水加氯,最大投加量按3.0 mg/l计,平均投加量1.0 mg/l,一期选用20 kg/h真空自动加氯机2台,1用1备。终期共设5台加氯机,3用2备。
  氯库按15万m3/d规模平均加注量储存15日设计。
4.11污泥平衡池
  污泥平衡池一期设置二座,圆型,并预留两座位置,用于均匀浓缩污泥,每座污泥平衡池有效容积为400 m3。
  污泥平衡池进水(泥)采用泵送入池的方式,每座平衡池设置水下搅拌器二套。平衡池浓缩污泥采用二根排泥管,将浓缩污泥水重力输至综合泵房。
4.12 综合泵房、脱水机房及污泥堆场
  脱水机进水污泥设计含固率为3%,按三期45万m3/d处理干泥42~91.8 t/d计,脱水机总处理能力要求为1 400~3 060 m3/d。脱水机日常运行为每天8~22小时。
  脱水机房设置脱水机和螺旋输送器。
  脱水污泥输送至污泥堆棚定期外运处置,污泥堆棚面积为120 m3。
  pam的投加系统采用阴离子型的固体粒状pam高分子聚合物,污泥脱水机pam最大投加量为4 kg/t干泥,pam投配浓度为0.5%,在线稀释浓度为0.1%。
5 调试与运行
  南郊水厂采用工艺较新,尤以中置式高密度沉淀池和序批反冲洗组合滤池调试工作为重。经过半年多的试运行,目前单池运行已经稳定。此过程中中置式高密度沉淀池的运行处受加药量的影响外,其出水水质受下部排泥的影响较大,通过试运行阶段不同工况反复调试;序批反冲洗组合滤池的调试重点主要在反冲洗系统,通过试运行阶段调试,目前逐步掌握冲洗的周期和最佳冲洗时间。
  目前南郊水厂投产运行已经半年多了,调试工作尚在进行中,目前出厂水水质达到新颁布的饮用水水质标准要求,出厂水浊度控制在0.1~0.2 ntu左右,具体水质参数如下表4所示。
6 回顾与思考
  嘉兴南郊水厂一期工程建成通水已有半年了,至今运行情况良好,出厂水质达标,为改善嘉兴市供水水质和水量创造了有利条件。
  本工程所采用的工艺中,有我院专利的中置式高密度沉淀池,还有国内最近几年才开始投入生产的翻板滤池和臭氧活性炭深度处理工艺,尤其是臭氧活性炭前置工艺,代表国内受污染原水给水处理的先进水平,对杭嘉湖地区及其他类似原水水源水厂的实施提供宝贵的经验。
回顾整个设计过程,我们有以下体会:
  (1)原水水质的好坏对水厂而言至关重要。嘉兴南郊水厂所取原水为内河v类,为使出水水质达标,不得不采用高效先进的处理工艺,这对给水处理技术的提高固然有一定的推动作用,基本解决嘉兴市区饮水水质问题,但毕竟制水成本较高,管理较为复杂,从长远来看,对改善原水水质应提高认知度,并持之以恒。
  (2)寻找不同工况最佳运行模式,充分发挥生产工艺的能力。南郊水厂扩容工程采取先进的工艺,投加了高锰酸盐和pam等多种药剂,只有寻找不同工况下最佳运行模式才能在科学经济的发挥各生产构筑物的处理能力,并在不同工作负荷下,尝试寻找最佳运行模式,逐步积累经验,出水水质才能稳步提高。
  (3)新技术对于新工艺具有较强的推动作用。正是因为中置式高密度沉淀池和序批反冲洗组合滤池这些新技术在嘉兴石臼漾水厂的成功应用,才使本次南郊水厂常规处理和深度处理工艺相结合的新组合工艺得以贯彻实施。
 
参考文献
[1]储金宇等.臭氧技术及应用 化学工业出版社 2002.03
[2]郑志民等.嘉兴石臼漾水厂深度处理工程设计与运行  给水排水 2005,31(10):10~13
[3]许嘉炯等.嘉兴石臼漾水厂扩容工程的设计和调试运行 给水排水 2006,32(5):1~5
 
 
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