珠海市乾务水厂一期规模为12万m³/d, 以乾务水库为水源, 于2007年正式投产运行。一期净水系统采用折板絮凝-平流沉淀-V型滤池-液氯消毒的常规处理工艺。

　　 建成初期, 库区水质良好, 原水水质指标基本达到地表水环境质量Ⅱ类标准。从已有出厂水水质资料和现场了解的情况分析可知, 此工艺流程总体处理效果较好。然而自2011年1月起, 水源藻类开始频发, 含藻量呈逐年递增趋势, 尤其是季节性含藻量升高, 给净水工艺的正常运行造成影响。同时, 原水在雨季时浊度稍大, 最高达到25 NTU左右, 而在非雨时期的浊度很低, 一般在1～4 NTU, 属于典型的低浊度高藻原水。原处理工艺对藻类的去除率较低, 对低浊度水的絮凝、沉淀效果也较差。

　　 随着工业的快速发展、城市规模的迅速扩大, 自来水需求量增长迅速, 供需矛盾十分突出, 必须对现有水厂进行扩建。根据总用水量预测及供需平衡分析, 确定二期扩建规模为16万m³/d。同时针对一期出水不能满足现行《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2006) 的情况 (主要包括浊度、藻类) , 对一期工程生产线进行改造:采用絮凝气浮替换原来的折板絮凝池-平流沉淀池, 与扩建工程采用相同的工艺流程。考虑到原水水质将来可能进一步恶化及出水水质要求的提高, 在厂区末端预留远期深度处理工艺, 使出厂水水质始终达到或高于各个阶段的饮用水卫生标准的要求。

　　 按照《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) , 乾务水库水质总体上稳定达到Ⅱ类水标准。表1是2016～2017年间原水水质的相关监测数据。

　　 根据总用水量预测及供需平衡分析, 乾务水厂近期规模为28万m³/d, 一期已建规模为12万m³/d, 本次扩建规模为16万m³/d。

　　 扩建工程出水执行《城市供水水质标准》 (CJ/T 206-2005) 和《生活饮用水卫生标准》, 其中滤后水浊度指标不高于0.3 NTU。

　　 随着社会的发展、生活水平的提高、人们对水中有害物质认识的进一步深化, 饮用水卫生标准将可能进一步提高。因此, 净水工艺的选择既应立足当前, 又应具有前瞻性。同时, 针对现状乾务水库的原水特点及生产特点, 现阶段水厂净水工艺考虑的重点应是进一步降低出水浊度、优化卫生学指标和除藻。扩建工程采用强化常规处理工艺, 同时考虑原水水质将来可能的波动以及出水水质要求的提高, 预留远期深度处理工艺, 使出厂水水质始终达到或高于各个阶段的饮用水卫生标准的要求。

　　 结合乾务水厂现存问题, 吸取现状水厂的经验教训, 扩建部分采用絮凝气浮工艺代替原有的折板絮凝-平流沉淀工艺。气浮工艺采用导入微气泡粘附于絮粒上, 从而大幅度降低絮粒的整体密度, 使絮体上浮, 以此来实现固、液快速分离。在处理低浊高藻的原水时, 气浮与沉淀和澄清相比具有以下特点:

　　 (1) 对絮粒的大小及密度的要求比沉淀、澄清低, 一般情况下能节省混凝剂投加量及减少絮凝时间。

　　 (2) 气泡的粘附使絮粒与水的密度差增大, 可以缩短水与泥渣的分离时间, 使单位池面的产水量提高, 气浮池的容积与占地可以减少。

　　 (3) 无数微气泡几乎能网捕所有不同粒度的絮体杂质, 因此可以避免沉淀、澄清常见的“跑矾花”现象, 使出水水质有较大幅度的提高。

　　 考虑到现使用的V型滤池运行状态非常良好, 且已经积累了较为丰富的设计、施工以及运行维护经验, 在扩建工程中决定保留此工艺。同时, 为了避免增加不必要的工程投资与运行成本, 保留现有的反冲洗泵房。

　　 絮凝气浮池-V型滤池的处理工艺对原水水量、浊度、水温、藻类等变化适应性更好, 对于低浊度的含藻水也能维持较好的处理效果, 出厂水质达标率更高。

　　 针对今后水源水质可能出现微污染和饮用水水质标准进一步提高的情况, 本次设计在水厂总平面布置时预留了深度处理工艺。许多国内外水处理实践表明, 臭氧活性炭技术对微污染水源水的处理是成熟且有效的, 可以和常规处理工艺较好地结合, 满足水质提高的要求^[1]。结合原水水质特点和供水水质目标确定深度处理部分采用臭氧生物活性炭工艺。

　　 乾务水厂现状已经按远期规模建成了1套废水回收及污泥处理系统, 该套系统的工艺流程如图1所示。

　　 该套系统对沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水分别进行调节后, 全部提升至污泥浓缩池进行浓缩, 上清液回流至原水配水井回收利用, 浓缩污泥则进入脱水机房进行脱水外运。

　　 扩建工程气浮池浮渣含水率较高, 但含固率仍然高于滤池反冲洗废水, 且滤池反冲洗废水量很大。若将二者全部提升至浓缩池进行浓缩, 气浮池排泥水将被滤池反冲洗废水极度稀释, 不利于其后的污泥脱水效果, 反而致使污泥处理工程的总投资增大。因此乾务水厂扩建工程选择将气浮池排泥水直接排入排泥池, 再经由浮渣浓缩池浓缩处理, 而滤池的反冲洗废水仍按现流程进行回收处理。

　　 通过分析比选并结合乾务水厂现状处理工艺, 确定乾务水厂扩建工程的工艺流程如图2所示。

　　 取水井底洞口直径2 m, 从洞口安装DN1 900钢管, 往水库中心延伸37.5 m, 至取水口标高为10 m, 保证水库水位较低时取水口距水面不小于2 m。

　　 采用管道+阀门的配水方式, 扩建工程中, 在现状DN2 000原水管上增设了1个四通 (DN2 000×1 800×1 600) , 原水总管后端分别采用1根DN1 800管接二期新建絮凝气浮池 (16万m³/d) , 1根DN1 600管接一期新建絮凝气浮池 (12万m³/d) , 并保留了现状DN2 000管接入现状网格间和配水井。一期工程可根据原水水质情况, 在V型滤池之前选择性使用折板絮凝-平流沉淀池工艺或絮凝气浮工艺。

　　 工程共设置2座絮凝气浮池, 二期设计规模16万m³/d (分为4格) , 一期设计规模12万m³/d (分为3格) , 每格均可独立运行。考虑水厂自用水系数1.05, 回流比为10%, 单格设计流量为1 925 m³/h。单格混凝区混合时间2.5 min;絮凝区停留时间9 min;气浮池的有效水深3.25 m, 上升流速19.25 m/h;分离区液面负荷26.5 m³/ (m²· h) ;溶气罐压力0.6 MPa;回流比10%。取部分气浮池出水经容器罐加压后形成溶气水, 进入气浮池内减压释放, 溶入水中的空气以微小气泡形式析出, 并与原水中藻类相粘附, 气泡携带所粘附的藻类上升至水面形成浮渣, 利用刮渣机将浮渣刮出, 从而达到固液分离, 去除原水中藻类的目的。

　　 V型滤池设计流量Q=16×10⁴ m³/d×1.05=7 000 m³/h。设计滤速v=7 m/h, 强制滤速v=7.8 m/h, 总过滤面积F=895.05 m², 池数n=10, 单池过滤平面面积89.505 m²。

　　 滤池采用气水反冲洗加扫洗的反冲洗方式, 气冲强度15 L/ (s·m²) , 冲洗历时2 min;气水同时冲洗时气冲强度15 L/ (s·m²) , 水冲强度3.0 L/ (s·m²) , 冲洗历时4 min;水单独冲洗强度6.0 L/ (s·m²) , 冲洗历时6 min;表面扫洗, 扫洗强度1.7 L/ (s·m²) 。为更好地控制表面扫洗水量, 设置了专门的扫洗水进水气动调节闸板。正常过滤时, 2个闸门均打开;表面扫洗时, 只开中间闸门, 可以更好地控制扫洗强度, 节约水量。

　　 新建清水池总调节容积占水厂近期设计规模9%, 设1座, 分为独立共壁的两格。有效容积为14 400 m³, 设计尺寸为L×B=61.7 m×49.13 m, 有效水深5.2 m。池内设有导流墙, 以保证有效消毒时间。同时, 设有放空管和溢流管, 均排入厂区雨水系统。

　　 现状送水泵房土建已按40万m³/d规模一次建成, 采用半地下式结构, 平面尺寸为58.7 m×10.5 m。本次扩建按16万m³/d新增水泵及相应电气设备, 增设2台大泵, 单台流量3 300～4 700 m³/h。

　　 加药间由加矾间和加氯间合建而成, 絮凝剂采用固体碱式氯化铝 (PAC) , 设计最大投加量为60 mg/L, 平均投加量30 mg/L, 药剂投加含量10%, 投加在絮凝气浮池絮凝区。阴离子聚丙烯酰胺 (PAM) 作为助凝剂, 最大投加量为0.15 mg/L。药剂的溶解和稀释利用一期现有设施, 2座溶解池, 单池容积6 m³, 平面尺寸为2 m×2 m, 有效水深1.5 m;2座溶液池, 单池容积16 m³, 平面尺寸为2.8 m×2.8 m, 有效水深2 m。

　　 考虑水源水为含藻水, 为保证出厂水余氯能达到相关要求, 液氯投加分滤前、滤后及送水泵房吸水井3点投配。前加氯投氯量2.5～3 mg/L, 投氯点在絮凝气浮池前;后加氯投氯量1.5～2.5 mg/L, 投氯点在滤池出水堰;吸水井补氯投氯量1 mg/L, 投氯点在送水泵房吸水井, 控制出厂余氯为0.5 mg/L。

　　 新建加药间投加药剂种类包括除臭剂灰泥、粉末活性炭、石灰。

　　 (1) 加除臭剂灰泥, 最大投加量30 mg/L, 投加含量5%, 仅在水源水质超标时应急性投加。投药点设在取水口顶管接收井内。

　　 (2) 加粉末活性炭, 最大投加量30 mg/L, 投加含量5%, 仅在水源水质超标时应急性投加。投药点设在取水口顶管接收井内。

　　 (3) 加石灰, 石灰投加分为2种, 一是投加在排泥水池, 用于调节气浮池的浮渣;二是在混凝后预留石灰投加条件, 今后视出水水质情况决定是否增加投加设备。均采用湿式投加, 配置成套自动投加系统, 设计投加量15 mg/L, 投加浓度5%。

　　 臭氧接触池设计规模40万m³/d, 设1座, 分为3组, 单组规模14.7万m³/d。臭氧接触时间6.5 min, 该臭氧接触池还需配套臭氧制备车间1座。

　　 设计流量为Q=44×10⁴ m³/d×1.05=19 250 m³/h, 采用V型滤池形式。设计滤速15.4 m/h, 强制滤速16.9 m/h。

　　 回收水池为钢筋混凝土结构, 分两格, 单格平面尺寸为20 m×10 m, 有效水深为3 m, 总深为4.7 m, 有效容积1 200 m³。增设1台提升泵, 单台流量130 m³/h, 扬程12 m。为使水质均匀, 同时防止池内污泥沉积, 每格回收池内设2台潜水搅拌器, 电机功率2 kW。

　　 设计规模40万m³/d, 共分2组, 单组平面尺寸20 m×5.125 m, 有效水深为2 m, 池深5.3 m, 总有效容积400 m³。新增1台潜污泵, 单台流量170 m³/h, 扬程10 m, 功率7.5 kW。由于浮渣含水率高, 为提高后续浓缩效果, 设计在排泥池进水槽内投加石灰, 石灰投加量为15 mg/L, 并增设1台搅拌机650, 功率5.5 kW。为防止浮渣腥臭味扩散, 破坏优美的厂区环境, 考虑对排泥池整体加盖, 并就近在污泥脱水车间设置1套离子除臭装置Q=3 000 m³/h, N=3.2 kW。

　　 新建浮渣浓缩池1 座, 直径35 m, 固体通量0.67 kgDS/ (m²·h) , 设计出泥含固率1%～2%。为提高浓缩池的浓缩效果, 考虑在浓缩池中投加聚合物PAM, 投加量为2 kg/tDS。

　　 现状污泥脱水机房的土建及设备均已按远期规模40万m³/d建成, 扩建工程不需进行调整, 只需根据水量增长的情况调整脱水机的运行时间。

　　 在离心机出口的螺旋输送机起端投加生石灰, 纯度不小于80%, 投加量为0.5 kgCaO/kgDS。

　　 乾务水厂二期扩建及一期改造工程已建成通水, 其中深度处理系统尚未进行土建施工及设备安装。目前, 各工艺单元运行良好, 出厂水水质稳定。有效地解决了原有工艺对低浊含藻水处理效果不理想的问题。

　　 对扩建后水厂近12个月 (2017年3月～2018年2月) 的进出水水质数据进行连续监测和分析。由图3结果看出, 其原水浊度随着季节的变化有一定的波动, 但整体上浊度还是较低。近12个月期间, V型滤池出水的浊度稳定在 0.3 NTU以下, 平均出水浊度约0.22 NTU, 达到《生活饮用水卫生标准》及原设计要求。

　　 同时对进出厂水中含藻量的监测数据进行分析, 图4结果表明, 在夏季由于水温上升, 原水中的藻类数量急剧增加, 达到10⁷～10⁹个/L, 远高于《含藻水给水处理设计规范》 (CJJ 32—2011) 中对于含藻水的定义。经扩建工程处理后, 出水含藻量大幅度下降, 稳定在10⁶个/L以下, 平均去除率达到97.26%, 实现对低浊含藻水的有效去除。

　　 珠海市乾务水厂二期扩建+一期改造工程, 建设规模16万m³/d。扩建工程估算工程费用为10 601.11万元, 建设工程其他费用为1 410.82万元, 基本预备费为1 201.19万元, 工程静态投资为13 213.13万元, 单位水量投资825.82元/m³。

　　 乾务水厂二期扩建及一期改造工程建成后, 水厂总规模达到28万m³/d, 采用了絮凝气浮池-V型滤池-液氯消毒的主体处理工艺。改扩建后的乾务水厂达到原设计要求, 运行稳定, 处理效果良好, 出水水质满足《生活饮用水卫生标准》的要求, 其中出水浊度可小于0.3 NTU, 基本保持在 0.1～0.2 NTU, 且出水含藻量能控制在10⁶个/L以内, 有效解决了原有工艺对于低浊高藻水去除效果欠佳的问题, 使供水水质得到了提高, 取得了显著的经济、社会和环境效益。