G水厂一期工程(以下简称G水厂)于2012年4月20日开工建设,2014年5月29日前完成了清水池、配水泵房及相关管线的建设和调试,实现了夜间蓄水、日间配水的调蓄供水功能。根据计划安排,G水厂进厂水管线于2014年12月敷设完成,在此之前无进厂水管线及水源。结合水厂工艺情况及施工进度安排,制定了“G水厂通水前工艺联动调试方案”(以下简称联动调试方案),提出大循环、小循环调试构思,实现了一次反向进水满足水厂前端工艺持续循环处理的调试目标,使水厂在通水前有充足的时间进行工艺调试磨合、问题设备维修、生产经验积累、突发事件演练等工作。2014年12月9日,G水厂试运行通水,进厂水逐步替换联动调试循环用水,并最终实现通水目标。

　　 G水厂位于北京市南四环花乡桥附近,建设用地约17hm²,设计规模50万m³/d,原水完全来自南水北调水源。水厂采用了国内较为先进、全面的净水处理工艺(见图1):预加氯、粉末活性炭—预臭氧—机械加速澄清池—主臭氧—炭砂滤池—紫外消毒等,机械加速澄清池放空水、炭砂滤池进水溢流水、初滤水、反冲洗水以及排泥池上清液、浓缩池上清液经管线回流至集水池再次处理,集水池、机械加速澄清池的排泥水会经排泥管线进入污泥车间进行污泥浓缩脱水处理,后期水厂还会在炭砂滤池后端加设膜处理工艺,进一步保证出厂水水质安全。

　　 作为一个担负着处理南水北调水源的新建水厂,G水厂建成初期遇到的困难与挑战主要有以下几点:

　　 (1)厂外进水管线施工未完成且南水北调水源未通水,水厂无进厂水源参与调试。

　　 (2)新建水厂设备设施、自控系统需要带载调试磨合及性能优化。

　　 (3)南水北调管线较长,来水水质存在不确定因素,工艺需要磨合调整,并积累不同工况下的运行经验。

　　 (4)进水管线安装调试完毕且来水进厂后,水厂需要第一时间将合格的出厂水输送至配水管网,水厂几无调试的时间。

　　 (5)截止至调试前,全厂职工平均年龄不足23岁,平均工龄不足4年。为保证顺利通水,需在调试过程中结合现场情况对运行、技术、检修人员进行全面培训。

　　 (6)需在调试期间进行应急演练,确保通水后水厂人员具备基本的突发情况处理能力。

　　 在进厂水管线未敷设调试完成前,利用配水泵房调蓄管线,一次性反向向前端工艺提供工艺处理水源,使其实现循环处理的能力,工艺联动调试期间,检验设备设施设计安装使用是否符合要求、对设备进行单体和系统调试、检验工艺能否满足净水需要、对池体及相关管线进行冲洗、积累工艺运行经验、对运行人员进行工艺设备培训等,为正式通水后的运行做好充足准备。

　　 为保证南水进京后G水厂能够迅速、平稳地接纳南水水源,尽可能减少南水北调水源进京后的资源浪费,结合水厂工艺布局,水厂制定了全面的联动调试方案。方案中包括了反向蓄水阶段、小循环阶段、大循环阶段、南水北调水源进厂后平稳过度阶段的具体操作及注意事项。

　　 因没有进厂水水源,G水厂采取了反向蓄水为后续调试提供用水,如图2所示,关闭总出水阀门,开启配水泵,并经过调蓄进水管线将泵房出水输送至清水池的来水侧。同时开启反冲洗水泵,用配水泵房出水对炭砂滤池进行反冲洗,反冲洗出水经管线回至集水池。集水池液位达到运行高度后开启提升泵,将水输送至预臭氧机械混合井、机械加速澄清池、主臭氧、炭砂滤池等工艺单元中,当炭砂滤池进水渠溢流,集水池水位达到联动调试水位时,关闭反冲洗水泵及配水泵,反向蓄水结束。

　　 反向蓄水的好处有以下几点:

　　 (1)解决了无进厂水水源的问题。联动调试期间,循环处理用水7万~8万m³,在无进厂水水源的情况下,若不通过反向蓄水,则需要人工向各个工艺段注水,注水水源仅限于自用水水源(DN200/DN300管线),初次蓄水将会消耗大量时间,不利于调试的顺利进行。

　　 (2)减少水资源浪费。水厂将最后一次滤料清洗产生的反冲洗水作为水厂联动调试的循环水源,实现水的再利用。

　　 (3)增加工艺运行初始浊度。若仅通过自用水蓄水,工艺运行初始浊度相对较低(自用水浊度一般低于0.2NTU),不利于机械加速澄清池实现泥渣回流^[1],通过反冲洗,既可以使得炭砂滤料充分清洗,还可借助此部分反冲洗水尽可能模拟来水水质,使机械加速澄清池能够在短时间内形成回流泥渣层,同时可减少人工向机械加速澄清池注入泥浆的工作量。

　　 由于调试初期机械加速澄清池运行不稳定,泥渣回流相对薄弱,易因水量、水质、工艺调整变化等冲击第一反应室、第二反应室活性泥渣层,造成机械加速澄清池澄清区出现翻池、跑矾花等现象,使得机械加速澄清池出水浊度升高,若此部分高浊度出水进入炭砂滤池过滤,会加大炭砂滤池负荷,长时间过滤可能会导致炭砂滤池出现滤料堵塞、滤料内形成泥球、滤程缩短等情况发生。

　　 为避免高浊水对炭砂滤池滤料造成损害,水厂联动调试中,若机械加速澄清池出水浊度过高(超过3NTU),则机械加速澄清池出水经过炭砂滤池进水渠溢流回集水池,并由提升泵再次将水输送至机械加速澄清池进行处理,直至检测到机械加速澄清池出水持续稳定在3NTU以下,将工艺转入大循环阶段。此阶段称为小循环(见图3)。

　　 如图4所示为大循环阶段,当机械加速澄清池出水浊度持续稳定在3NTU以下,开启炭砂滤池进水阀,使水进入炭砂滤池进行正向过滤,为能保证工艺达到循环处理效果,根据水厂管线布置情况,水厂在炭砂滤池出水管与膜池放空管(预埋)间加设临时管线,炭砂滤池出水通过此管线回流至集水池。膜放空管高程低于炭砂滤池出水管,确保反冲洗水不会反向进入炭砂滤池出水渠,污染炭砂滤池出水。同时在临时管线上加设临时阀门,工艺联调结束只需打开相应清水池进水阀门并关闭临时阀门即可向清水池供水。

　　 临时管线的敷设是此次大循环实现的关键点。若不敷设此管线,水厂在调试中的所有炭砂滤池出水在不影响清水池正常进行调蓄工作的情况下,将会面临无处排放的问题。且因无法完成循环处理,集水池水位到最低水位时(约半小时)需暂停所有调试工艺重新进行反向蓄水。此过程将大量耗费人力和水资源,且会导致机械加速澄清池、炭砂滤池无法连续运行,对工艺冲击较大。敷设临时管线后,只要控制炭池出水在合理范围、相关管线能够满足炭池出水水量需要,即可实现24小时循环运行及正式通水时的平稳过渡需要。

　　 经过近2个月的大循环调试,水厂各工艺段运行已经相对稳定,设施也已调试完毕,具备了接纳进厂水的能力,但因为南水北调水水质存在不确定因素,为保证首都供水安全,如图5所示,水厂将4#清水池(最北侧清水池)设为缓冲池,用来接纳收集正式进水后炭砂滤池出水及水质取样工作。

　　 2014年12月初,进厂水厂区外管线施工验收完毕,南水北调水进厂,水厂人员按照方案对厂区部分阀门进行调整后,结束大循环处理,所有炭砂滤池出水经紫外处理后进入缓冲池,南水北调水逐渐替换循环水,直至替换完毕。在水质部门对出水进行水质检测且合格后,关闭缓冲池进水阀并开启其余清水池进水阀,炭砂滤池出水流入1~3#清水池,达到运行水位后开启配水泵配水,G水厂试运行通水。

　　 工艺联动调试中涉及上百个阀门,一个阀门的误操作就可能导致很严重的生产事故,为确保阀门状态正确,联动调试方案列有目前厂内所有手动阀门状态,且每一步操作前均列有需变更阀门名称、现有状态、状态变化情况操作人和确认人签字表格,格式如表1,确保每个设备的变更都有据可依。

　　 初次进水或每次较大工艺调整时,需要格外注意管道及池体排气问题,若排气不畅,会导致发生气封现象,影响水的正常流动,严重时还会因压力过大导致管线、池体变形崩塌。各个管线高点、密闭池体均应设有排气阀(点),初次运行时应确认所有排气阀开启,密闭池体可开启检修人孔辅助排气。若发现上涨速度过慢等问题应及时汇报并停止进水,查明原因并修复后才可继续进水。

　　 机械加速澄清池受水流变动、水质变化的影响较大,在调试期间结合水质情况调整混凝剂投加、排泥、搅拌机转速等,在调试中积累运行经验。运行中应定期排泥,不可在大小循环中减少或停止排泥。大量淤泥在池底沉积会导致排泥管线堵塞、泥渣消化发酵产生异味气泡等情况,若到调试中后期,机械加速澄清池进水浊度较低,应考虑人工在第一或第二反应室投加泥浆,辅助泥渣层的形成,保证第一、第二反应室沉降比在合理区间范围内。

　　 炭砂滤池的调试主要分为工艺调试、自动化调试及水质检测三个方面。

　　 工艺调试包括对进出水情况调整、滤程长短调整、反冲洗方式调整、反冲洗时间调整、反冲洗气(水)量调整等。反冲洗后应对滤料进行检查,确认无大面积混层情况发生。自动化调试中应注意各个阀门的状态是否正确,反冲洗流程是否正确。调试初期炭砂滤池反冲洗时应有专人监管反冲洗状态,避免因自动化不稳定导致生产事故。水质检测主要是对炭砂滤池进水、出水,反冲洗排水的水质进行检测,以确定炭砂滤池效果能否满足生产需要,反冲洗时能否将滤料冲洗干净等。

　　 G水厂于2014年9月26日起进行通水前工艺联动调试,调试期间各工艺段运行相对较好,机械加速澄清池出水浊度控制在0.4~0.7NTU,炭砂滤池出水浊度控制在0.1~0.15NTU,一个滤程内滤池出水阀开度小于20°。调试两个月中,提出改进措施十余项,未发生重大紧急抢修事故,为正式供水积累了大量的经验。

　　 2014年12月南水北调水进厂后,逐渐替换了大循环处理水,各工艺段过渡平稳,设备运行正常,缓冲池出水检测一次合格,于2014年12月9日试运行通水,12月27日正式南水北调水源通水。

　　 工艺联动调试方案的提出解决了新建水厂调试用水难的问题。通过合理布局及管线优化,实现了废水回用,一水多用的想法,使水厂在进厂水管线敷设完毕前两个月即可进行联动调试,减少了原水进厂后的工艺调整时间,做到了原水处理一次合格,为水厂通水节省了大量的时间和水资源。