超短流程工艺如何“拯救”老旧水厂

在旧水厂现状结构的升级改造中，采用高密度沉淀与超滤工艺相结合的超短工艺工艺，可实现水质和水量的双重提高。在河北某地表水净化厂一期改造工程中，传统网格絮凝斜管沉淀池改造为气动絮凝体外污泥回流高沉淀池，传统双阀滤池改造为重力水超滤膜池，采取增加粉炭、减少铝盐投入、高密度沉淀池体外浓缩、超滤膜虹吸出水等优化措施。水厂改造后稳定运行2年，产水规模稳步提高25%以上，出水浊度降至0.1 NTU以下运营成本增加约0.08~0.15元/m3水。

常规处理 臭氧活性炭 超滤的全过程逐渐受到供水处理的关注和应用，其中臭氧活性炭为第二代水净化工艺，可视为化学安全的深度处理；超滤为第三代水净化工艺，可视为生物安全的深度处理，结合城市饮用水综合深度净化工艺可有效提高水质。旧水厂往往存在供水保障要求高、土地利用有限、投资控制等问题，难以采用全过程工艺。如何根据当地情况采取措施，选择合适的水净化过程，是老厂升级的关键。

以河北某地表净水厂一期改造工程为例，介绍了高密度沉淀池与超滤相结合的超短工艺，在传统斜管沉淀池和双阀滤池中进行改造，实现了老水厂在没有新用地、不影响其他生产线的情况下的升级增量。

1 改造前概况

1.1 工艺概况

水厂一期工程建于1989年，设计规模为10万m3/d。净水工艺采用管道混合-网格絮凝池-斜管沉淀池-双阀滤池，沉淀池排泥水进入污泥系统，污泥处理采用斜板重力浓缩-带式压滤机，滤池的冲洗废水进入回收池进行回收利用，见图1。

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。出水浊度基本符合国家标准要求，可控制在1 NTU下面。原水耗氧量高，正常为3.5~6.5 mg/L内部。产水耗氧量短期超标，正常运行一般为2~3mg/L内部波动。此外，根据现场调查，原水存在季节性藻类爆发问题。高藻期主要在夏秋两季，藻类含量为4000~8 000万个/L之间。

1.3 存在问题

现状一期工艺主要存在以下问题：

(1)运行参数无法满足水量和水质需求。一期斜管沉淀池设计液位负荷为9m3/（m2·h）。室外供水设计标准（GB 50013-2019规定斜管沉淀池清水区液面负荷可采用50013-2019.0~9.0 m3/（m2·h），低温低浊水处理液面负荷3.6~7.2 m3/（m2·h）本项目冬季水源是北方典型的低温低浊水，无法满足水质需求。

(2)规模达不到生产。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)设备严重老化。目前生产线已近30年，净水相关设备严重老化，影响了产水量和水质。

2 改造方案

2.1 改造目标

(1)通过改造将产水规模提高到规划要求的12.5万m3/d。

(2)通过改造提高产水水质和安全保障能力。在正常运行和科学管理的前提下，水厂的水质完全符合生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006)，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)将双阀滤池改造成超滤膜池，大大提高颗粒截留能力，保证产水质量。

2.3 改造方案选择

2.3.1 高密度沉淀池改造方案

为了改善絮凝，提高沉淀池的出水水质和水量，计划对现状一期斜管沉淀池进行改造，比较拆除新建和原池体改造方案，见表1。

表1 沉淀池改造方案对比

方案一:拆除新方案。拆除沉淀池，新建1座12座.5万m3/d中高密度沉淀池尺寸49.6m×25.6m，分为两个网格。单格高密度沉淀池设有一台污泥浓缩机，两侧设有一个机械混合池和一个机械絮凝池。斜管分离区位于池南北两侧，对称布置。

方案2：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，拆除进水管上的管道混合器和两个沉淀池中央进水井，新建机械混合池；在现状格栅絮凝区域布置穿孔管，用于曝气絮凝；拆除现状斜管、吸泥机及相应支架，原位安装新设备。现状沉淀池外新建污泥体外循环回流系统，培养沉淀池污泥浓缩、气体提升、曝气后回流。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。

从表1可以看出，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、回流等措施后，从净水效果和各项指标来看，相当于拆除新建的中置高密度沉淀池。方案2具有工期短、投资省的优点，建议采用原池改造方案。原池改造方案平面如图4所示。

改造后的主要参数为50个混合时间s；污泥回流浓度设计为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

比较拆除和原池改造方案，见表2。

方案1：拆除施工方案，拆除砂滤池，建立新的膜滤池。完全拆除双阀滤池，在原址浸没式超滤膜车间，包括浸没式膜池、管廊、膜辅助系统车间。

方案二:原池改造方案，将现状砂滤池改造成膜滤池。保留双阀滤池体结构，拆除进出管道、滤砖、滤料等内部设施，加固池体，安装浸没式超滤膜及配套系统。

从表2可以看出，改造方案在经济性、施工时间、施工影响等方面优于拆迁方案，建议采用改造方案。滤池原池改造方案平面如图5所示。

改造后的主要参数为:膜池共12格，单格面积68.4m2.单格布置9个模块，共108个模块；超滤设计平均通量23.6 L/m2·h，瞬时通量约为25.6L/m2·h；膜池采用重力虹吸出水、恒水位等速过滤、气动调节盘阀、恒水位控制调节阀开启；超滤系统设计回收率:95%；反洗设置:反洗采用水泵冲洗和鼓风曝气辅助冲洗。反洗周期一般为1~3h，反冲洗强度：80水L/m2·h，曝气强度75L/m2·min。原滤池反冲洗补充泵房设置3台反冲洗水泵，2用1备，1台应对一侧膜池。原辅助房设置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。

2.44

2.4.1 粉炭加注

为了提高小分子有机化合物的去除效果，计划在改造后的斜管沉淀池中增加粉炭的添加和回流措施。一般来说，粉炭采用螺杆泵连续添加，设备复杂，磨损严重。本项目计划在现状沉淀池中设置一套粉炭加注系统，采用水射器一次性间歇加注系统，简单，日常维护方便。

2.4.2 减少铝盐的使用

长期饮用铝含量过高的水对人体有害。我国饮用水卫生标准（GB/T 5749-2006)规定铝的限值为0.2mg/L。提高混凝沉淀效果可降低铝盐的加入量，从而降低饮用水中的铝含量。

本工程采用高浓度生物活性污泥和生物粉活性炭回流工艺，可加强混凝，提高有机物去除能力。在相同的混凝效果下，可以减少铝盐混凝剂的注射量。

2.4.3 高密度沉淀池体外浓缩优化

本项目计划将一期斜管沉淀池改造为高密度混凝沉淀池。由于原结构条件的限制，池内无法设置污泥浓缩系统。沉淀池外新建污泥浓缩回流系统，增加粉碳加入和曝气培养设施，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，需要新建水池，体积大。本工程计划将调节池与浓缩池结合起来，将储泥池堆放在上部，尽可能集约化，节约用地。调节池内往复式底部浓缩式刮泥机和污泥气提装置布置，利用底部刮泥机的浓缩效果，将排泥水的含固率提高到3%以上，提高到储泥池，储存回用。浓缩、气提、曝气综合池布置见图6。

为避免污染物富集可能产生的负面影响，设置污泥浓缩回流排放系统，定期将污泥排放到工厂污泥处理系统，更新活性污泥，减少富集影响。

2.4.4 浸没式超滤膜出水优化

一般来说，浸没式超滤膜采用水泵抽吸，泵采用体积泵或离心泵。本项目计划将双阀过滤器改造为浸没式膜过滤器。过滤水位与清水池的水位差为3.2m，如果采用传统的泵吸水方式，就不能有效利用现状水头差，造成能量浪费。本工程采用无吸重力输水方式。

2.5 整体净水工艺流程

本项目整体净水工艺流程如图7所示。

3 运行效果

本工程建于2019年，至今已连续两年稳定运行，主要运行指标为：

产水规模：12.5万m3/d设计规模，高峰期超产可达14万m3/d，可灵活调节不同的水需求。二期工艺在项目实施改造过程中正常生产。

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生产水，与原虹吸滤池相比没有显著增加。实际运行后的产水成本较改造前增加约0.08~0.15元/m3水。

4 结论及建议

在城市旧水厂的升级改造中，采用高密度、超滤相结合的超短工艺，可以有效实现老水厂的升级增量。

在池体结构允许的情况下，原池改造具有投资省、工期短、对现状生产影响小的优点，适用于旧厂改造

超滤改造应尽可能利用现有水力高程实现虹吸产水，降低施工投资和运营成本，大大降低相应运营管理的难度。

新版国标水质标准将嗅觉物质纳入强制性指标，超短工艺的应用应充分关注原水的嗅觉问题。

   
来源：给水排水

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