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1.2 原水及产水水质
本工程水源为引滦水,设计时(2015年)收集了3年的原水和清水水质数据,其中浊度、耗氧量数据如图2、图3所示。
由图可知,原水浊度总体较低,一般为2~10 NTU。出水浊度基本能达到国标要求,可控制在1 NTU以下。而原水耗氧量较高,正常在3.5~6.5 mg/L内。产水耗氧量存在短时超标的问题,正常运行一般在2~3mg/L内波动。此外,根据现场调研,原水存在季节性藻类爆发问题,高藻期主要是在夏秋季,藻类含量在4 000~8 000万个/L之间。
1.3 存在问题
现状一期工艺主要存在以下问题:
(1)运行参数无法实现水量、水质需求。一期现状斜管沉淀池设计液位负荷为9m³/(m²·h)。而《室外给水设计标准》(GB 50013-2019)规定“斜管沉淀池清水区液面负荷可采用5.0~9.0 m³/(m²·h),低温低浊水处理液面负荷可采用3.6~7.2 m³/(m²·h)”,而本项目冬季水源为典型的北方低温低浊水,无法实现水量水质需求。
(2)规模无法达产。一期生产线设计规模10万m³/d,受工艺落后影响,实际生产最大能力仅为7万~8万m³/d,平均生产能力约为5万m³/d。
(3)设备老化严重。现状生产线已将近30年,净水相关设备老化严重,已影响到产水水量和水质。
2 改造方案
2.1 改造目标
(1)通过改造将产水规模提升至规划要求的12.5万m³/d。
(2)通过改造提高产水水质和安全保障能力。水厂在正常运行、科学管理的前提下,出厂水水质全面达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006),且产水浊度小于0.1NTU。
2.2 总体思路
(1)将网格絮凝改造为气动絮凝,将斜管沉淀池改造为污泥体外循环回流高密度沉淀池,提高混凝沉淀效果,并通过粉炭活性污泥的回流,提高有机物的去除效果。
(2)将双阀滤池改造为超滤膜池,大大提高对颗粒物的截留能力,保障产水品质。
2.3 改造方案选择
2.3.1 高密度沉淀池改造方案
为改善絮凝,提高沉淀池出水水质和水量,拟对现状一期斜管沉淀池进行改造,对拆除新建和原池体改造两个方案进行比选,见表1。
表1 沉淀池改造方案对比
方案一:拆除新建方案。拆除沉淀池,新建1座12.5万m³/d中置式高密度沉淀池,尺寸为49.6m×25.6m,分2格。单格高密度沉淀池内设1台污泥浓缩机,两侧各布置1座机械混合池和1座机械絮凝池,斜管分离区位于水池南北两侧,对称布置。
方案二:原池改造方案。将现状斜管沉淀池改造为高密度混凝沉淀池,拆除进水管上管道混合器和两格沉淀池中央进水井,新建机械混合池;在现状栅条絮凝区内布置穿孔管,用于曝气絮凝;拆除现状斜管、吸泥机及相应支架,并原位安装新的设备。现状沉淀池外新建污泥体外循环回流系统,将沉淀池污泥浓缩、气提并曝气培养后回流。沉淀池布置PAM加注系统、粉炭加注系统、曝气絮凝鼓风机、储泥池曝气鼓风机。
由表1可知,原池改造方案通过增加曝气絮凝、体外浓缩、污泥回流、PAM加注、粉炭加注及回流等措施后,从净水效果及各项指标看,与拆除、新建1座中置式高密度沉淀池相当,而方案二具有工期短,投资省的优势,故推荐采用原池改造方案。原池改造方案平面如图4所示。
改造后主要参数为:混合时间50s;设计污泥回流浓度:2%~3%,回流百分比3%;斜管区上升流速:11.25mm/s;
2.3.2 超滤膜池改造方案
对拆建和原池改造两个方案进行比选,见表2。
方案一:拆建方案,拆除砂滤池新建膜滤池。将双阀滤池完全拆除,原址新建浸没式超滤膜车间,包括浸没式膜池、管廊及膜辅助系统车间等。
方案二:原池改造方案,将现状砂滤池改造为膜滤池。保留现状双阀滤池池体结构,拆除进出管路、滤砖、滤料等内部设施,并进行池体加固,安装浸没式超滤膜及配套系统。
从表2可以发现,改造方案比拆建方案在经济性、建设时间、建设影响等方面较优,推荐采用改造方案。滤池原池改造方案平面如图5所示。
改造后主要参数为:膜池共12格,单格面积68.4m²;单格布置9个模组,总共108个模组;超滤设计平均通量23.6 L/m²·h,瞬时最大通量约25.6L/m²·h;膜池采用重力虹吸出水,恒水位等速过滤,采用气动调节碟阀,恒液位控制调节阀的开启度;超滤系统设计回收率:95%;反洗设置:反冲洗采用水泵冲洗和鼓风曝气辅助冲洗。反冲洗周期一般为1~3h,反冲洗强度:水80L/m²·h,曝气强度75L/m²·min。在原滤池反冲洗补充泵房设3台反冲洗水泵,2用1备,1台应对一侧膜池。在原辅助用房设3台罗茨鼓风机,2用1备,1台应对一侧膜池。单台冲洗水泵流量1620 m³/h,扬程15m;单台鼓风机风量2 700m³/min,风压50 kPa。
2.4 净水工艺优化措施
2.4.1 粉炭加注
为提高对小分子有机物的去除效果,拟在改造后的斜管沉淀池增加粉炭投加和回流措施。一般粉炭采用螺杆泵连续性投加,设备较复杂,磨损也相当严重。本工程拟在现状沉淀池设1套粉炭加注系统,采用水射器一次性间歇投加,加注系统简单,日常维护也比较方便。
2.4.2 降低铝盐使用量
长期饮用铝含量超标的水对人体有害。我国的《生活饮用水卫生标准》(GB/T 5749-2006)规定,铝的限值为0.2mg/L。提高混凝沉淀效果可以降低铝盐的投加量,从而减少饮用水中的铝含量。
本工程采用高浓度生物活性污泥和生物粉末活性炭回流工艺,可以起到强化混凝和提高有机物去除能力的作用,在相同混凝效果的情况下,可降低铝盐混凝剂的加注量。
2.4.3 高密度沉淀池体外浓缩优化
本工程拟将一期斜管沉淀池改造为高密度混凝沉淀池。因受原构筑物条件限制,无法再池内设污泥浓缩系统。本次在沉淀池体外新建污泥浓缩、回流系统,并新增粉炭投加及曝气培养设施,能够实现高浓度粉末活性炭污泥回流。
传统浓缩池采用重力浓缩,需新建水池且体积较大,本工程拟将调节池与浓缩池相结合,在其上部叠合储泥池,尽量做到集约化布置,以节约用地。在调节池内布置往复式底部浓缩刮泥机和污泥气提装置,利用底部刮泥机高效的浓缩效果,使排泥水含固率达到3%以上,提升至储泥池,储存、回用。浓缩、气提、曝气综合池布置见图6。
为避免可能的污染物富集造成的负面影响,污泥浓缩回流设置排放系统,定期排除污泥至厂内污泥处理系统,更新活性污泥的同时也降低富集影响。
2.4.4 浸没式超滤膜出水方式优化
一般浸没式超滤膜采用水泵抽吸方式产水,抽吸泵采用容积泵或离心泵。本工程拟将现状双阀滤池改造为浸没式膜滤池,现状滤池过滤水位与清水池最高水位差为3.2m,如采用传统泵抽吸产水方式,无法有效利用现状水头差,造成能量浪费。本工程采用无抽吸重力式产水方式。
2.5 总体净水工艺流程
本项目改造总体净水工艺流程如图7所示。
3 运行效果
本工程于2019年建成,至今已连续稳定运行2年,主要运行指标为:
产水规模:可稳定达到12.5万m³/d的设计规模,高峰期超产可达14万m³/d,且应对不同水量需求可灵活调节。项目实施改造过程中二期工艺正常生产。
产水水质:产水浊度<0.1 NTU,耗氧量<3 mg/L。
制水成本:改造后,斜管沉淀池增加了曝气和污泥回流的成本;超滤膜系统采用重力式产水,相比于原虹吸滤池无显著成本增加。实际运行后产水成本较改造前增加约0.08~0.15元/m³水。
4 结论及建议
在城市老旧水厂的升级改造中,应用高密度和超滤结合的超短型流程可以有效实现老厂的提标增量。
在池体结构允许的条件下,原池改造的方式具有投资省、工期短、对现状生产影响小的优点,适合于在老厂改造中实施
超滤的改造应尽可能利用现有水力高程,实现虹吸产水,减少建设投资和运行成本,相应运行管理的难度也会大大降低。
新版国标水质标准将嗅味物质列入强制性指标,超短型流程的应用需充分关注原水的嗅味问题。
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