江东水厂是宁波市第一座以地表水为水源的自来水厂,至今已有60年的历史。根据《宁波市供水专项规划》,水厂供水能力将由原先的35万m³/d压缩至20万m³/d。由于水厂位于中心城区,被大型居住区环绕,为减少土建施工对周边环境的影响,工程设计时,立足以改造为主,突破以往改造项目先拆后建的思路,尽量保留现状净水构筑物的池体结构,通过局部拆除和种植钢筋,满足新工艺的要求。设计采用将现状二期2座5万m³/d虹吸滤池改造为1座20万m³/d浸没式超滤膜池,将一期沉淀池改造为排泥水处理组合车间,同时新建部分附属设施,从而实现了老水厂升级改造,供水水质全面提升的目标。

　　 江东水厂始建于1956年,初期供水规模7 000m³/d,经过1987年、1992年、1997年三次扩建,改造前供水能力达35万m³/d,平面布置见图1。整个水厂采用折板絮凝平流沉淀池+虹吸滤池的制水工艺,厂区由北向南为一期、二期各10万m³/d制水流程和三期15万m³/d制水流程,每期流程均由2座平流沉淀池和2座虹吸滤池组成。改造前水厂共有4座5万m³/d平流沉淀池,2座7.5万m³/d平流沉淀池,4座5万m³/d虹吸滤池,2座7.5万m³/d虹吸滤池。水厂运行的清水池有5座,其中一期1座矩形清水池容积5 000m³;三期2座矩形清水池,每座容积3 500m³;2座60年代建成的圆形清水池,单座容积2 000m³;一期清水池和1座早期清水池还兼作二级泵房吸水井使用。水厂各期均设排水池用于收集滤池冲洗废水并回用,设排泥池收集沉淀池排泥水,接入专用废水排放管。

　　 近年来,随着宁波市白溪水库引水工程的建成通水,江东水厂水源由原先的就地河网取水,调整为白溪水库水,原水水质有大幅度提升。由于50万m³/d毛家坪水厂、50万m³/d东钱湖水厂以及DN2 000城市供水环网的相继建成,并投入运行,中心城区的供水压力得到了很大程度地缓解,原先由江东水厂供水的部分区域,现在通过城市供水环网转输后改由新建水厂供水,因此江东水厂供水规模由原先的35万m³/d压缩至20万m³/d,就可满足区域最高日需水量的要求。

　　 本工程建成后,江东水厂将达到浙江省现代化水厂的要求,出水水质全面达到浙江省自来水优质标准。

　　 本工程建成后,水厂平面布置见图2。为不影响水厂正常供水,整个改造工程分四阶段实施。

　　 第一阶段,外围改造:2013年2~6月,主要完成水厂加矾系统改造、新建次氯酸钠加注系统以替代传统液氯消毒、增加石灰和粉末活性炭加注系统;采用在厂区现状河道末端局部筑坝设闸门的方式,形成雨水收集池,将一期用于就地河道取水的一级泵房改造为全厂雨水泵房,同时新建压力雨水排放管,排至厂区外的排涝河道。

　　 第二阶段,净水工艺改造:2014年11月~2016年1月,将二期现状10万m³/d虹吸过滤工艺改造为20万m³/d浸没式超滤工艺;新建膜池辅助车间、中和水池、水厂低配间;将现状二期排水池改造为回用水池;新建生产管线,改造已有生产管线,解决现状5座清水池运行时存在的局部流速过低的问题,满足水厂改造期间利用三期现状工艺正常供水以及改造完成后水厂生产管线的切换。

　　 第三阶段,全厂系统改造:2016年5月拟至2017年6月,包括拆除一期虹吸滤池,就地新建全厂高配系统和中控系统,重新敷设全厂雨水、污水、自用水管线,更换二级泵房水泵,道路改造、新建全厂景观、绿化等工作。

　　 第四阶段,污泥处理工艺改造:2017年9月拟至2018年6月,包括将水厂污水池改造为排泥水调节池,将一期南侧1座平流沉淀池改造为浓缩、平衡池,拆除一期北侧平流沉淀池池壁,利用部分沉淀池底板,新建脱水机房和污泥堆棚。

　　 江东水厂以白溪水库长距离引水为水源,改造前采用折板絮凝平流沉淀池+虹吸滤池的制水工艺,2011年1月~2013年3月进厂和出厂水浊度、耗氧量及氨氮见图3~图5。由于原水属I类地表水源,水质优良,采用目前的净水工艺,出水水质能达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求,但浊度等指标还有很大的提升空间。本工程对净水工艺的选择主要考虑对浊度的去除,同时又要与水厂现状水力流程相衔接。

　　 对于除浊要求,水厂目前的过滤工艺受虹吸滤池构造的限制,截污和冲洗效果不佳。如采用均质滤料滤池,控制较低滤速,并配合助滤剂投加,虽然出水浊度也能达到0.1NTU左右,但与超滤膜的精确过滤相比,无论在浊度去除,还是保障出水生物安全性等方面,超滤工艺显然更胜一筹。江东水厂原水为低浊、低有机物、低氨氮的优质水库水,采用混凝沉淀+超滤膜处理工艺可显著提升对水中浊度、细菌、两虫等的去除率。

　　 对于水力流程衔接,水厂现状虹吸滤池进水水位与清水池最高水位差仅为1.5m左右,目前二级泵房采用正进水方式运行,对清水池的运行水位有较高要求。如采用均质滤料滤池替代目前的虹吸滤池,由于滤池构造完全不同,水头损失相差较大,这势必会降低现状清水池水位,影响二级泵房运行。而采用超滤工艺,特别是浸没式超滤膜,可利用现状虹吸滤池池体进行局部改造,安装膜组件,利用水泵抽吸形成负压产水,可保持现状清水池水位不变。

　　 为验证混凝沉淀+浸没式超滤工艺处理宁波水库水的效果和可靠性,宁波自来水公司与上海市政工程设计研究总院联合膜厂家于2013年12月16日~2014年4月15日进行了为期4个月的现场中试。试验装置见图6,主要包括膜产水系统、反洗系统、气冲系统、维护性清洗系统、恢复性化学清洗系统、PLC自控系统和在线、就地仪表等。

　　 中试规模5.25 m³/h,进水采用江东水厂平流沉淀池出水,浊度小于3NTU,COD_Mn≤3mg/L,水温10℃左右。整个试验分五个阶段进行:

　　 第一阶段(20131216~20140227),处理水为沉淀池出水,膜通量35L/(m²·h),膜系统运行的跨膜压差在13.5kPa以下。第一阶段结束后,进行恢复性化学清洗,跨膜压差恢复至试验初始值7.0kPa,对应通量35L/(m²·h)。

　　 第二阶段(20140228~20140312),处理水为沉淀池出水,膜通量40 L/(m²·h),初始跨膜压差8.6kPa,阶段末期膜系统运行跨膜压差稳定在13.5kPa以下。

　　 第三阶段(20140313~20140328),处理水为沉淀池出水,膜通量45 L/(m²·h),初始跨膜压差13.2kPa,阶段末期膜系统运行跨膜压差稳定在17kPa以下。

　　 第四阶段(20140329~20140410),处理水为絮凝池出水,膜通量36 L/(m²·h),初始跨膜压差11.7kPa,阶段末期膜系统运行跨膜压差稳定在15.0kPa以下。

　　 第五阶段(20140411~20140415),处理水为絮凝池出水,膜通量45 L/(m²·h),初始跨膜压差14.3kPa,阶段末期膜系统运行跨膜压差稳定在18.0kPa以下。

　　 各阶段不同通量条件下跨膜压差随时间变化情况见图7;试验期间水温随时间变化情况见图8;中试装置进、出水浊度变化见图9。

　　 通过历时4个月的中试研究,可得出如下结论:

　　 (1)对于宁波水库水,采用混凝沉淀+浸没式超滤工艺可使出水浊度稳定在0.06NTU左右,且处理效果稳定、可靠。

　　 (2)试验过程中,在通量35~45L/(m²·h)条件下,超滤膜系统跨膜压差均稳定在20kPa以下。

　　 (3)浸没式超滤膜对宁波水库水的适应性较强,在试验末期采用混凝出水直接过膜,在高通量条件下出水浊度和跨膜压差无明显变化。

　　 本工程改造完成后,全厂工艺流程见图10。

　　 二期2座虹吸滤池,每座12格,双排布置,单格平面尺寸4.75 m×5.995 m。首先拆除虹吸滤池进水、出水渠;再将各格滤池连通部分封堵,拆除现状滤头、滤板,加厚池壁;然后拆除滤池排水渠,最后通过种植钢筋的方式再造膜池进水渠和进水端池壁。

　　 改造后2座浸没式超滤膜池共24格,单格平面尺寸4.45m×5.645m,每格膜池膜组件有效安装范围为4.2m×5.4m。在两座膜池南、北两侧布置抽吸泵、出水管路和冲洗等管路。改造前后实景见图11~13。

　　 每格膜池设1台单级单吸离心泵作为抽吸泵,流量460~600m³/h,扬程9~6m,变频,共24台。

　　 每排膜池设1套常吊真空装置,最大抽气量5.4m³/min,共4套。

　　 每座膜池设1套空压机,风量0.8Nm³/min,风压0.8 MPa,用于膜丝完整性检测。

　　 两座膜池西侧各布置1台凸轮泵用于循环清洗和排空。凸轮泵流量375m³/h,扬程10m,变频,正转为循环清洗,反转为将酸碱废水排至中和水池。

　　 在二级泵房安装3台单级单吸离心泵,2用1备,变频,作为膜池冲洗泵,流量700~930m³/h,扬程13.5~10.5m。

　　 膜池清洗采用每日定时气水冲洗+定期维护性化学清洗+在线恢复性化学清洗的方式。

　　 新建1座膜池辅助车间,由鼓风机房和药剂加注间组成。

　　 鼓风机房设4台罗茨鼓风机,2用2备,变频,用于膜池气冲,风量1 925 m³/h,风压5.5m。

　　 药剂加注间设6座玻璃钢储罐,单座直径1.8m,高3.3m,用于储存膜池化学清洗的各类药剂。其中氢氧化钠和次氯酸钠为液体储存,分别设1座储罐;柠檬酸和脱氯剂使用前需溶解,分别设2座配套搅拌机的储罐。

　　 各类药剂均采用隔膜计量泵加注。维护性清洗:次氯酸钠加注设3台计量泵,2用1备,变频,流量4m³/h,扬程300kPa,使用冲洗水反洗加入。恢复性清洗:氢氧化钠加注设1台计量泵,变频,流量400L/h,扬程300kPa;次氯酸钠加注设2台计量泵,变频,流量3m³/h,扬程300kPa;柠檬酸加注设1台计量泵,变频,流量4m³/h,扬程300kPa;脱氯剂加注设1台计量泵,变频,流量1.4 m³/h,扬程300kPa;恢复性清洗,采用先碱洗,再清水漂洗,然后酸洗,最后清水漂洗的方式。

　　 新建1座中和水池,池深3m,容积480m³,用于收集膜池恢复性清洗排放的废水,进行脱氯并酸碱中和后提升进入现状污水池,再与沉淀池排泥水混合后进入水厂排泥水处理系统。设2台潜水排污泵,变频,流量100m³/h,扬程7.5m,当用于排水时为1用1备,当用于酸碱中和循环时为2台常用。

　　 将原二期用于收集虹吸滤池冲洗水并回用的回收池改造为用于收集膜池冲废洗水和维护性清洗废水的回用水池。现状水池有效容积约800m³,对水池内壁进行防腐处理,拆除现状泵房内的水泵,安装3台立式污水泵,2用1备,变频,流量350m³/h,扬程12m。

　　 现状污水池容积约5 00m³,用于收集本工程排泥水。设2台立式污水泵,1用1备,变频,流量350m³/h,扬程13m。为避免排泥水沉淀,设4台水下推流式搅拌机。

　　 将一期2座平流沉淀池改造为污泥处理组合车间。其中南侧沉淀池拆除原折板絮凝区等,通过植筋改造,中间设隔墙等措施,将沉淀池分隔为浓缩池和平衡池;拆除北侧沉淀池,仅保留水池底板,布置配电间、脱水机房、污泥堆棚。

　　 将南侧沉淀池改造为浓缩池-平衡池,并分独立运行的2格。其中单格浓缩池尺寸69.15 m×5.70m,容积约900m³,布置底部刮泥机1台,在浓缩池末端布置排泥水进水渠,设DN400进水管,布置用于加PAM的管道混合器、电磁流量仪和阀门,出水端设溢流堰、溢流管、上清液排放管;在浓缩池与平衡池的衔接区域设泥斗,布置气提装置。单格平衡池尺寸19 m×5.70 m,容积约228 m³,布置2台水下推流式搅拌机。

　　 污泥堆棚平面尺寸13.9 m×12.14 m,布置1套倾斜螺旋输送机。

　　 脱水机房平面尺寸15.82m×12.14m,设2台进泥螺杆泵,配套污泥切割机,流量20 m³/h,扬程300kPa,变频;设2台离心脱水机,流量15m³/h,变频;设1套PAM制备装置,能力4kg干粉/h;设2台螺杆泵,流量2m³/h,扬程400kPa,变频,用于向离心机加注PAM;另设2台螺杆泵,流量70L/h,扬程300kPa,用于向浓缩池进水管加注PAM;设2套空压机,配套储气罐,单机能力3 m³/min,压力1 MPa,作为气提装置气源。

　　 江东水厂超滤膜净水工艺经过半年多达产运行,出水水质稳定,滤后水浊度稳定在0.06~0.08NTU,出厂水浊度在0.1NTU左右,氯耗与改造前相比下降20%~30%。

　　 江东水厂改造工程在设计阶段,综合考虑了水厂现状及周边环境要求,将二期10万m³/d虹吸滤池改造为20万m³/d浸没式超滤膜池,在提高供水水质的同时,实现了原池主体结构基本保留,池面积不变,产水量翻倍,释放了宝贵的土地资源,为水厂未来发展预留了空间;将现状一期平流沉淀池改造为污泥处理组合车间,充分利用了水厂现状构筑物,节约了建设成本。本工程通过分阶段实施,保证了水厂改造期间正常供水,这种通过尽量利用水厂现有设施进行就地改造,同时新建部分附属设施的改造思路,对今后老水厂升级改造,规模扩容具有广泛的借鉴意义。