D市位于东北地区,冬季寒冷。C水厂是该市主力市政给水厂,规划总规模35万m³/d,已有工程规模12.5万m³/d,本次新建工程规模15万m³/d,预留远期规模7.5万m³/d。

　　 水厂原水取自当地1 座新建平原水库。根据2012年水质监测数据,原水浊度较低,年平均浊度小于5NTU,最高30NTU;有机物含量较高,且随温度升高而上升,以COD_Mn表征的有机物平均浓度从冬季的6mg/L左右逐步上升至夏季的9 mg/L左右;水温变化幅度大,冬季低温期一般为2~6℃,持续4~5个月;其他指标如色度、pH、溴酸盐、铁和锰等数值较低,且稳定。参照当地其他同性质水库水质历史变化过程,初步判断随着水库引水量增加,运行时间的延长,库底淤泥高浓度有机物质逐渐释放后,原水可能存在浊度升高和有机物浓度降低的趋势,以及夏季藻类暴发的风险。

　　 水厂原有工程采用常规处理—臭氧活性炭净水工艺,出水水质基本满足 《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006),但有机物含量偏高,一般4mg/L左右(原水COD_Mn超6mg/L,出水COD_Mn按5mg/L考核),浊度一般为0.7NTU左右,相对国内先进水厂出水浊度小于0.3NTU的标准尚存在一定的差距。

　　 本次新建工程根据原水水质及原有工程处理效果,以进一步降低浊度,提高供水生物安全性,去除有机物,改善饮水口感,增强应对原水水质变化和产水水质要求提高的能力为目标,采用常规处理—臭氧活性炭—超滤膜过滤的净水工艺,同时设置二氧化氯、高锰酸盐、粉末活性炭投加预处理设施(见图1)。在原水水质基本达到地表水III类水标准情况下,运行常规处理—臭氧活性炭—超滤膜过滤的净水工艺,确保产水水质稳定达到 《生活饮用水卫生标准》,浊度≤0.1NTU;在有机物、藻类等物质含量升高时,通过投加预处理药剂进行强化处理,确保产水水质达标。

　　 工程单体规模按总体规划统筹考虑,主体净水建(构)筑物规模15万m³/d;附属建(构)筑物土建规模按总规模考虑,设备安装规模15万m³/d。

　　 水库内距坝顶边约50m设1座箱式取水头部,采用顶面进水,底端接出2根引水钢管,穿越水库大坝后接入水库外进水井。

　　 进水井下部为井体,上部为设备间。井内设4台格栅除污机,井顶设水平螺旋输送机排渣。

　　 取水泵房采用半地下式结构,设4台卧式离心泵,3用1备,全变频调速,水泵采用自灌进水启动。泵房出水管设2根DN1 000球墨铸铁管,管上设流量计。

　　 沉淀池车间内设4座池体,每座包括机械混合池、机械絮凝池及斜管沉淀池三个功能区。混合池水力停留时间30s,池内设1台快速搅拌机。机械絮凝池共设3排串联水平搅拌器,叶轮浆板中心点线速度沿水流方向依次采用0.5 m/s、0.35 m/s、0.2m/s,单排之间采用配水花墙分隔,总絮凝时间19min左右。斜管沉淀池采用配水花墙进水,指型槽集水,斜管区上升流速2mm/s。沉淀池底部设刮泥机,底部末端设集泥坑,坑内积泥通过排泥管定时排放,排泥管上设1只角式排泥阀和1只手动阀门。

　　 滤池车间分为主车间和辅助用房,主车间内布置砂滤池和活性炭滤池,主车间西侧辅助用房布置反冲洗泵房、混凝剂投加间、仓库、配电间等。

　　 砂滤池和活性炭滤池呈双排布置,西侧一排为砂滤池,东侧一排为活性炭滤池,共用管廊。两种滤池均采用气水反冲洗普通快滤池池型,各分为9格,单格过滤面积88.9m²。砂滤池设计滤速8.6m/h,采用均质石英砂滤料,d10=0.9 mm,不均匀系数1.4,厚度1.2m;活性炭滤池设计滤速8.6m/h,滤层由上而下为:活性炭层厚度2.0 m,接触时间14min,粒径为8~30目;石英砂层厚度0.5m,d10=0.7 mm,不均匀系数1.4。中间管廊内布置清水渠、反冲洗水管及反冲洗气管,并设有起吊设施。

　　 砂滤池出水接入臭氧活性炭系统提升泵房吸水井,同时设置超越管接入膜处理车间或清水池,实现超越臭氧活性炭或膜处理系统的运行工况。活性炭滤池出水进入后续膜处理车间,同时设置超越管接入清水池,实现超越膜处理系统的运行工况。两座滤池出水均设初滤水排放管。

　　 反冲洗泵房为半地下式结构,满足两座滤池反冲洗要求,泵房内设4台反冲洗水泵,2台鼓风机。

　　 混凝剂投加间内设聚氯化铝和PAM投加设施。聚氯化铝采用固体药剂,最大投加量30mg/L,平均投加量20mg/L,投加点设在混合池内,加药间内设溶解池和溶液池,固体聚氯化铝在溶解池内配成Al₂O₃含量为10%的原液备用,投加时再在溶液池内稀释成含量为2%的投加液通过计量泵投加。PAM最大投加量0.2mg/L,平均投加量0.1mg/L,投加点位于絮凝池前,固体药剂调制成含量为0.1%的原液后采用螺杆泵投加,泵后设在线稀释装置。

　　 提升泵房及后臭氧接触池1座分独立2格,设于沉淀池车间和滤池车间之间,室外露天布置。

　　 提升泵房下部为吸水池,上部为出水渠,采用潜水混流泵提升。吸水池总有效容积1 000m³,泵房内设6台潜水混流泵,4 用2 备,变频调速,单泵出水设溢流堰。

　　 臭氧接触池水力停留时间15min,平均臭氧投加量1.5mg/L,最大3mg/L,采用微孔曝气头分三阶段曝气,最后跌落出水接至活性炭滤池。

　　 水厂采用压力式超滤膜系统,超滤膜处理车间土建规模按产水量35万m³/d一次建成,设备分期安装,本次工程设备安装规模为15万m³/d。超滤膜系统分为10个子系统,分别为进水加压系统、自清洗过滤系统、超滤膜装置主系统、物理清洗系统、空气系统、化学清洗系统、化学清洗中和系统、膜完整性检测系统、电气系统、自控仪表系统,其中电气和自控仪表系统分散在其他各子系统中。超滤膜处理车间采用1座建筑按功能分区,集中布置的方式,中间为主车间,布置超滤膜装置主系统和自清洗过滤系统的设备;主车间北侧为进水间,布置进水加压系统和水反洗的设备;主车间西侧为清洗间,布置气洗、化学清洗系统的设备和化学清洗中和系统;主车间东侧为动力操作间,布置空气系统、电气系统、自控仪表系统的设备,并设值班、控制室。

　　 进水加压系统由进水缓冲调节池、进水泵、阀门、仪表、电气系统等组成。

　　 调节池总有效容积1 100m³,泵房内设8台泵位,本次工程共设4台卧式双吸离心泵,3台大泵,2用1备,单泵流量3 700 m³/h,扬程35 m,1台小泵流量1 850m³/h,扬程35m,平时备用,水泵全变频调速。

　　 进水泵根据运行膜堆数量变频控制,改变膜系列总进水流量,保持每个膜堆的瞬时流量基本不变。

　　 超滤装置进水总管上设置自清洗过滤器,本次工程共设8 台,每列膜堆对应4 台,单台处理水量1 450m³/h,过滤精度150μm。自清洗过滤器的清洗可根据压差或时间设定自动进行,实现不停运清洗,自动切换,清洗高效彻底。

　　 车间内共设36个膜堆安装位置,分两列对称布置,本次工程安装16个膜堆,每列8个,预留20个空位满足远期扩建要求,系统设计回收率大于96%。超滤膜系统膜堆为地面式布置,主进水及出水管道采用地下管沟布置,其他辅助管道采用地上式架空布置。

　　 每个膜堆包括2 个膜支架和膜单元、1 个阀门支架和阀门单元、1 套仪表等。每个膜堆设192支超滤膜组件,膜平均孔径0.02μm,设计平均通量50L/(m²·h),最大运行通量67L/(m²·h),运行跨膜压差小于15m。每个膜堆控制阀门包括1个调节阀和12个开关阀门,其中调节阀为进水调节蝶阀,开关阀分别为进水阀、产水阀、气洗阀、放空阀、反洗进水阀和排水阀等。每个膜堆仪表包括进水产水压力变送器、产水流量计、产水浊度仪。

　　 物理清洗系统由清洗水池、清洗泵、鼓风机、阀门、仪表、电气等设备组成。超滤膜系统一般每30~60min要进行1次物理清洗,保持合理的运行跨膜压差。

　　 每支膜的反洗水流量为2.8m³/h,气洗流量为8.5m³/h,历时30s;每支膜顺冲水量为2.0m³/h,历时30s。清洗水池有效容积600m³;进水泵房内设清洗水泵3 台,2 用1 备,变频调速;罗茨风机3台,2用1备。

　　 空气系统由储气罐、螺杆式空压机、过滤器、冷干机、阀门、仪表、电气等设备组成。系统为气动阀门提供动力,同时为完整性检测提供气源。

　　 化学清洗系统由化学药剂贮存及加药装置、清洗液循环装置、配套的管路、阀门、电气、仪表、控制等系统组成。清洗系统分为维护性化学清洗(CEB)和恢复性化学清洗(CIP)。两种清洗方式均可采用次氯酸钠、盐酸、氢氧化钠、柠檬酸4种药剂,次氯酸钠+氢氧化钠主要去除有机物或微生物污染,柠檬酸+盐酸主要去除无机盐污染,但两种方式清洗频率、启动时机、药液浓度、药液温度和清洗耗时不同。

　　 CEB是一种低强度清洗方式,按人为设定的过滤周期,由PLC自动启动并完成,清洗频率较高,一般1周1次。清洗液采用常温膜后水配置,药剂浓度:次氯酸钠200mg/L,氢氧化钠调节次氯酸钠溶液的pH,200mg/L;柠檬酸1 000mg/L,盐酸调节清洗水箱柠檬酸溶液的pH,36.5mg/L。两种药液交替使用,每种药液通过清洗系统循环约15min。

　　 CIP是一种高强度清洗方式,按人为设定的过滤周期或跨膜压差达到设定的报警值时,由PLC自动启动并完成,频率较低,一般3~6个月1次。清洗液采用膜后水加热至15 ℃(根据进水温度)配置,药剂浓度:次氯酸钠1 000mg/L,氢氧化钠500mg/L;柠檬酸2 000 mg/L,盐酸365 mg/L。两种药液交替使用,每种药液通过清洗系统循环、浸泡约6h。

　　 化学清洗结束后,废液排入中和池,用亚硫酸氢钠还原次氯酸钠,用盐酸和氢氧化钠中和。中和采用在线加药方式,用中和水泵做内循环。中和系统包括中和池、循环潜污泵、pH计等设备仪表。

　　 膜完整性的确定是根据气流的速率,即特定条件下空气通过膜的情况。完整的超滤膜是不透气的纤维丝,因此在一定时间内保持一定的气体压力,完整的膜的压力衰减比例基本相同,一旦有破损的膜丝存在,则气体立刻直接渗透到出水端,导致气流速度升高,压力衰减比例明显上升。

　　 膜完整性检测每天1次,按压力衰减检测进行,如通过则运行,如不通过则人工确认再做一次压力衰减检测,如不能通过,则人工进行气泡检测,通过肉眼检查膜组件和产水母管之间透明连接管的气泡来判断。

　　 清水池共2座,总有效容积28 600m³,单座清水池内分接触区和清水区,接触区水力停留时间30min,清水区设导流墙防止短流。

　　 送水泵房采用半地下结构,K时系数取1.4,安装4台卧式离心泵,3用1备。

　　 臭氧发生器间设2台发生器,单台12kg/h,采用软备用。2台发生器满足臭氧最大投加量3mg/L需求,单台最大产量满足平均投加量2mg/L需求。臭氧气源采用液氧。

　　 综合加药间投加药剂包括高锰酸盐、粉末活性炭及二氧化氯,同时预留临时增加应急投药措施的房间。

　　 (1)高锰酸盐。高锰酸盐作为预处理药剂,投加点位于取水泵房进水管,最大投加量2.0mg/L,平均投加量1.0mg/L,投加含量2%。加药间内设2格溶解池,每天调制2次药剂,采用隔膜计量泵投加。

　　 (2)粉末活性炭。粉末活性炭应急为预处理药剂,投加点位于取水泵房出水管,最大投加量30mg/L,采用湿式投加,调制乳液含量为5% ~8%。加药间内设1套一体化投加设备,采用凸轮泵投加。

　　 (3)二氧化氯。二氧化氯作为预处理和消毒药剂。二氧化氯预氧化投加点位于取水泵房进水管,最大投加量为2.0mg/L(有效氯);消毒投加点分为清水池前加氯和后补氯,最大投加量均为1.0mg/L(有效氯)。二氧化氯发生原料采用亚氯酸钠和盐酸溶液,加药间内设原料药液储罐和4台发生器,单台产量10kg/h(有效氯),3用1备。

　　 水厂生产废水包括沉淀池排泥水、砂滤池反冲洗废水、炭滤池反冲洗废水、超滤膜系统冲洗废水(含膜和自清洗过滤器冲洗废水)和超滤膜系统化学清洗废水。从节约水资源、降低能耗出发,根据不同废水的水质情况,采取对应的处理措施。

　　 排泥水处理系统按每天16h工作设计,最大可24h连续运行,设计干泥量为5.94t/d,最大干泥量为8.48t/d。排泥池1座分2格,总容积1 000m³,设4台潜水排污泵,2用2 备,可全开;圆形辐流式重力浓缩池最大固体通量0.66kg/(m²·h),液面负荷0.15m³/(m²·h),共4座,单座直径16m,设中心传动浓缩机1 台;平衡池1 座分2 格,总容积为800m³,单格池内设潜水搅拌机1台。

　　 脱水车间由进料泵房、脱水机房、污泥堆棚、操作控制及供配电间等组成。进料泵为2台凸轮泵,1用1备,泵前设电动污泥切割机;离心脱水机2台,1用1备,单台流量10~15m³/h,脱水后的污泥含固率不低于25%;PAM调配投加装置1套,加药量3kg/t DS。

　　 (1)净水厂位于东北寒冷地区,水库原水冬季低温低浊,有机物含量较高,存在夏季藻类暴发风险,整体表现为微污染特征。工程采用常规处理—臭氧活性炭—超滤膜净水工艺,同时设置高锰酸盐、二氧化氯和粉末活性炭预处理措施,工艺流程完善,产水水质优,应对水质变化能力强,供水安全性高。

　　 (2)水厂整体布局结合已有工程和远期工程统筹考虑,功能分区明确,方便集中管理。净水主流程顺畅简短,处理构筑物优化合建减小保温房面积,整体占地面积小、能耗低。

　　 (3)工艺流程设置超越臭氧活性炭和超滤膜的设施,可根据水质变化灵活调整运行,降低运行成本,节约水资源。

　　 (4)压力式超滤膜采用较低通量设计,适应冬季低水温运行条件,膜污染速度慢,化学洗周期长,运行费用低。