苏州市白洋湾水厂是一座始建于20世纪80年代的大型水厂。原水采用太湖金墅水源地原水,原一期工程采用机械加速澄清池+普通快滤池,二期为机械絮凝平流沉淀池+气浮池+普通快滤池的净水工艺(见图1和图2),分别建于1985年与1992年,厂区占地面积9.8hm²。经过30余年的生产运行,水厂的出水水质基本能够满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的各项指标要求。太湖原水水质多项指标虽有所改善,但仍呈现藻类繁殖、营养化等水质问题。现有机械搅拌澄清池的运行效果不理想,快滤池单水冲洗效果不佳,出水水质虽达标但距离公司的考核要求有一定差距,此外还难以有效地去除原水中的臭味、色度、有机物等污染。因此改造工程考虑利用现有净水处理工艺进行小范围技术改造,增加深度处理工艺和污泥处理,以进一步提高出厂水水质,提高运行稳定性。

　　 太湖原水2008~2012年主要水质指标如表1。

　　 原水浊度低、碱度不高、色度有时偏高和存在一定有机污染物(主要表现在COD_Mn较高),总磷和总氮时有超高,且每年均有藻类突发现象。为进一步了解原水的有机物污染特征情况,对原水有机物相对分子质量分布检验报告结果见表2。

　　 从分子质量分布检验结果可以看出,太湖原水中相对分子质量<2 000的有机物所占比例为30%,2 000~2万的有机物所占比例为62.6%。

　　 经过水质检测,在2008~2012年间出厂水浊度、色度、COD_Mn的均值下降,出水水质符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)要求。但出水水质感官性状和一般化学指标与标准值存在一定差距,在饮用水健康水平方面还有一定的提升空间。

　　 根据白洋湾水厂多年运行效果和原水水质特点,为进一步使出厂水水质全面达标并降低臭味、色度、有机物相关指标,在不改变现有净水工艺、不停产的条件下,可考虑臭氧活性炭与超滤膜两种深度处理的设计方案。2010年3月至2011年1月,进行了一系列中试,对比臭氧活性炭和超滤膜技术的不同组合工艺,考察超滤膜的运行规律、出水水质,以确定最佳的工艺组合类型和运行方式。

　　 中试装置为2支超滤膜组件独立运行的系统,处理能力6m³/h,一只膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF),另一只为聚醚砜(PES),单只膜面积60m²,膜元件为中空纤维式,运行方式为外压式。同步对照试验的是同等处理能力的臭氧接触+炭砂滤罐。

　　 根据项目需要,制定了水质日检14项、周检6项、月检3项和阶段106项全分析计划,并根据水质监测结果不断地对监测项目和频次进行修改。经过一段时期的检测得出,UF进出水pH、硬度、碱度、总铁、铝、锰、总氮等指标无明显变化,UF与水厂的常规工艺净水性能接近,并完全达到了饮用水的水质标准。因此,后期试验主要通过浊度、COD_Mn、氨氮、UV₂₅₄、TOC、细菌总数这几项指标来研究除污染性能。

　　 在浊度的去除方面,超滤膜体现出优越的截留性能。原水试验期间,在进水浊度维持在2.0~4.0NTU的情况下,超滤膜出水浊度均不大于0.1NTU的保证率为100%,其不受进水水质影响,而炭砂滤罐的出水水质也较理想,基本可以保证低于0.2NTU。

　　 工艺中澄清池对TOC的去除效果一般,仅为10.6%,经过砂滤池以后可以达到35.9%。PVDF膜与PES膜对TOC的去除率分别为17.2%和15.3%,炭砂滤罐对TOC的去除效率最高,平均去除率达到55.4%,远高于其他处理工艺,TOC的去除主要依靠炭砂滤罐的吸附作用。

　　 色度是水呈现的颜色水平。水的颜色分为真色与假色,水中存在的悬浮物所造成的颜色称为假色,除去这些悬浮物后,所呈现的颜色称为真色。太湖原水色度主要由悬浮物及藻类等生物造成,试验发现炭砂滤罐工艺与膜处理工艺去除效果均比较理想,能使原来色度为6~40度的原水处理至低于5度。故2种工艺对假色产生的色度有很好的去除效果。

　　 从中试可看出超滤膜对有机物去除效果有限,尤其是对小分子的有机物基本没有去除,而炭砂滤池有较高的去除率。膜工艺对于浊度去除具有较好的保证率,单独以超滤膜作为深度处理工艺无法解决原水中有机物污染的水质问题。要解决白洋湾水厂目前突出存在的饮用水臭味、消毒副产物、饮用水健康水平等水质问题,处理工艺应考虑以臭氧活性炭为主的净水工艺。为了保障饮用水的微生物安全,工艺流程中增加了紫外线消毒,通过紫外+氯的联合多屏障消毒方式,使出水的微生物安全性得到很大提高,因此,推荐的工艺流程采用臭氧活性炭+紫外线组合工艺。

　　 厂区可用于建设的场地较少,仅有厂区中轴线东南的绿化用地可用于新增深度处理建设。对于水厂原有机械搅拌澄清池和横轴机械搅拌絮凝平流沉淀池,本次改造统一改为折板絮凝平流沉淀池。普通快滤池改造为V型滤池以提高常规处理的出水水质,新建砂滤池将两条生产线合并建设。为满足深度处理的场地需求,新建清水池叠于沉淀池下。新建臭氧接触池和砂滤池分别布置于厂区中轴线的南北两侧。北侧作为新增污泥处理设施用地,南侧原有加氯、加矾房间保留。该布置方式使厂区的功能划分更紧凑,布局更合理,对厂区影响最小。

　　 白洋湾水厂是苏州市区的一座主力水厂,由于需水量缺口较大,改造期间无法实现全停产改造,最大允许停产规模为15万m³/d。因此在总平面布置时需要综合考虑改造建设顺序,分2期改造建设。首先拆除原一期的净水工艺,在原址建设新的一组常规净水工艺,保证水厂二期工艺的正常生产运行。一期建成后生产切换至新的一期,然后原二期停产进行改造和建设。

　　 一期实施时对图5北部虚线框内构筑物进行拆除和建设新的配水井、预臭氧池、平流沉淀池、V型滤池、污泥处理系统和相关生产管线。改造期间为保证原二期快滤池正常生产,厂区中央反冲洗水塔必须予以保留。因此通过在新建砂滤池结构上预留钢筋和变形缝,使滤池可以一期建设一组15万m³/d规模,待一期工程投产二期工艺停役后,再拆除中央水塔进行另外一半滤池建设(见图6)。新的一期净水工艺建成后,可以保证水厂15万m³/d常规处理出水,为二期改造创造条件。

　　 二期改造包括将现有机械絮凝池改造成折板絮凝池,以及拆除水塔和普通快滤池,建设臭氧接触池、活性炭池及相关生产管路系统。原机械絮凝平流沉淀池采用水平轴搅拌机,轴套密封效果不好,加上长期运行磨损件检修需要停产放空池体,给生产运行带来较大的不便。本次改造方案利用原有池体结构不做调整,拆除原机械设备,凿毛池壁,通过植筋方式增设若干混凝土隔墙、混合井和折板等,实现絮凝方式的改变(见图7)。改造后絮凝效果明显改善,沉淀池出水浊度稳定在1.0 NTU左右。

　　 臭氧接触池与活性炭池位于普通快滤池原址,一次性建成规模30万m³/d,待二期改造完成后深度处理工艺同步投产运行,实现水厂全部改造工艺竣工通水。活性炭池出水总渠上预留设置中高压紫外线消毒工艺,用于远期应对可能存在的生物泄漏风险。

　　 白洋湾水厂改造工程于2015年全部改造完成并通水。经过一年多的生产运行,出厂水水质改善明显,COD_Mn的平均去除率达到了69.6%,出水平均浊度0.13NTU,达到了预期的工程目标。

　　 随着国内水质标准的进一步提高,现有净水厂的改造工程逐渐增多。往往受到征地条件限制和供水缺口较大等原因,水厂不停产、不征地的改造工程需要引入更多的对工艺选择、池形选择、建设步骤、总平面布局等细致思考,才能实现理想的改造目标。