提升改造城镇水厂的技术措施及实例

滕怀东　张吉贵

【摘要】针对城镇水厂面对日益严重的水源污染、水质标准的提高、能耗大、产量低而净水工艺普遍落后的状况，总结水厂改造的技术措施，从而达到改善水质、提高产量的目的，可供同行业参考。

【关键词】预处理；深度处理；提升改造；水质；产量

中图分类号：TU991.6 文献标志码：B 文我国的城镇水厂多建于上世纪80～90年代，常规水处理工艺，能耗大，产量低。在水源普遍受到污染、 水质标准提高的情况下，水厂的工艺处理水平难以适应新的要求。尤其是面对水源突发污染时，显得束手无策，这就更促使水厂加紧投入资金进行提升改造。

1、城镇水厂存在的问题

1.1 水源污染问题普遍存在

2016年，全国地表水1940个国考断面中，Ⅰ类47个，占2.4%；Ⅱ类728个，占37.5%；Ⅲ类541个，占27.9%；Ⅳ类325个，占16.8%；Ⅴ类133个，占6.9%；劣Ⅴ类166个，占8.6%。

长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的1617个国考断面中，Ⅰ类34个，占2.1%；Ⅱ类676个，占41.8%；Ⅲ类441个，占27.3%；Ⅳ类217个，占13.4%；Ⅴ类102个，占6.3%；劣Ⅴ类147个，占9.1%。主要污染指标为化学需氧量、总磷和五日生化需氧量，断面超标率分别为17.6%、15.1%和14.2%。

1.2 净水工艺落后

我国2007年7月1日开始实行新的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），随着水质标准的提高，水质不合格时有发生。这也凸显出城镇水厂预处理及深度处理工艺不完善，常规净水工艺的絮凝、沉淀、过滤技术已无法满足现行水质标准要求。

1.3城镇用水需求量增加

随着城镇人口的不断增加以及各种产业的工业园区相继落户于城镇，对于水的需求量日益增长，加之一些地区已经实行了地下水限采，使城镇用水更加紧张。水厂的生产能力严重不足，已经成为亟待解决的一个问题。

2、提升改造的技术措施

2.1 完善预处理技术

2.1.1 预氯化处理与高锰酸盐复合剂预处理互补

预氯化处理一般使用氯气、次氯酸钠、二氧化氯作为氧化剂，同时它们又是消毒剂。当水源水中含有大量有机物时，氯与有机物生成三氯甲烷等消毒副产物，常规净水工艺对其去除率很低。特别当水源受到突发污染时，若采用预氯化处理，会使消毒副产物增加，造成水质恶化。

高锰酸盐复合剂是一种较强的氧化剂，成本低，使用方便。在保证出厂水余氯的条件下，高锰酸盐复合剂预处理能有效降低出厂水中三氯甲烷的含量。尤其在遇到突发水污染时效果更佳，可替代预氯化处理，在水厂提升改造中被优先采用。投加高锰酸盐复合剂后水的色度会明显升高，需严格控制其投加量在5mg/L以下，保障色度指标合格。

2.1.2 生物预处理

与预氯化处理、高锰酸盐复合剂预处理、粉末活性炭吸附预处理相比较，生物预处理是一种经济有效、简单易行且能够去除有机物、总磷、氨氮、铁、锰，并且可以延长后续过滤和活性炭吸附等工艺的使用周期和容量，降低净水成本。生物预处理体现出了尽量不用化学药剂的净水理念，必将成为净水工艺改革的主流方向，宜设在传统净水工艺之前，如合肥市第四水厂、海宁第二水厂、深圳梅林水厂都采用了生物预处理且运行效果稳定、良好。

2.1.3 粉末活性炭吸附预处理

粉末活性炭吸附预处理，可以有效去除水中的致嗅物质和有机污染物，实施方便，应用灵活，可以根据水质变化随时调整投加量。但是该方法处理费用较高，同时导致沉淀池排泥量增加，滤池的过滤周期缩短，因此作为日常净水预处理受到限制，经常用在水质变化较大或者应对突发水污染时采用，应将粉末活性炭投加量控制在10mg/L。

2.1.4 臭氧氧化预处理

臭氧作为预处理氧化剂氧化有机物，主要用于去除色度、臭和味以及水中的铁、锰，降解水中的高分子有机物，还被用于改善絮凝和沉淀。臭氧氧化预处理工艺占地少，且工艺效果不受季节、气温等因素影响，效果稳定。臭氧氧化预处理工艺投资大，运行管理费用高，水厂可根据經济条件是否选用。

2.1.5 超声氧化预处理

超声氧化主要利用声波的空化作用起到杀藻、矿化部分有机物、去除DBPFP（消毒副产物前驱物）等，且易于管理、寿命长、无相关副产物的生成，被称为环境友好型技术。超声氧化对于化学需氧量（COD）、五日生化需氧量、UV254（衡量水中有机物指标的一项重要控制参数）、溶解有机碳（DOC）等水指标具有一定去除作用。作为一种新兴的自来水预处理技术，超声氧化不产生相关副产物，应用前景极为广阔。

2.2 运用深度处理技术

2.2.1 多技术联用

目前，水厂的多技术联用技术多为臭氧生物活性炭。臭氧生物活性炭技术采用臭氧氧化和生物活性炭滤池联用的方法，将臭氧氧化、臭氧消毒、活性炭吸附和生物氧化四种技术联用。其主要作用是在常规净水处理后进一步去除水中有机污染物、氯消毒副产物的前驱物以及氨氮，降低出水中的BDOC 和AOC指标。此技术可大幅提高水质，但投入成本较高，运行成本较之其它技术增加0.2～0.3元/m3，供水企业可根据自身经济状况，酌情选用。如淮安经济开发区水厂、上海松江二水厂、无锡市充山水厂均采用臭氧生物活性炭技术，出水质量高、运行安全稳定。

2.2.2 超滤工艺

随着超滤技术的发展和超滤膜价格的大幅降低，有望取代常规的絮凝、沉淀、砂滤的常规净水工艺。超滤技术作为深度处理技术逐渐在新建或改扩建的水厂得以应用，如北京市第九水厂、天津杨柳青水厂、天津港西水厂、东营南郊水厂、无锡中桥水厂均使用超滤技术。使用超滤技术能有效去除水中的各种污染物质以及降低浊度并，且水厂占地面积小，在土地紧张的水厂提升改造和应急中具有一定的优势。

2.3 改造常规净水工艺

2.3.1 混凝与絮凝改造

混凝工艺要求加药后迅速均匀的完成，但大部分水厂仍采用机械搅拌，混凝效果不理想。改造主要方法就是要根据水厂具体情况来选用静态管式混合器、利用水泵混合和加装机械搅拌混合器。

在净水工艺流程中，絮凝反应是核心，它的完善程度直接影响沉淀、砂滤的效果。如何制造“小漩渦”，创造适宜的水力条件，达到最佳絮凝效果，是提升改造絮凝工艺的重点。微涡流絮凝技术具有效率高、絮凝时间短、出水质量高、节省药剂用量、提高出水量、施工方便等特点。适用于常规的隔板、穿孔旋流、折板、网格等形式的絮凝池。

微涡流絮凝技术能够促进微涡流凝聚，立体接触絮凝，生成高密度的絮凝体，总反应时间仅为5min，提高产水量50%以上，节省10%的药剂。 如天津安达水厂在原先穿孔旋流式絮凝池基础上增加微涡流絮凝技术，由设计处理水量6×104 m3/d提高至 8×104 m3/d。

2.3.2 沉淀改造

水厂所使用的沉淀池有水力循环澄清池、机械搅拌澄清池、平流式沉淀池、斜管沉淀池以及气浮池等。沉淀工艺起着分离悬浮絮凝物的作用，其处理效果的好坏直接影响滤池的过滤周期长短问题。

对于相对陈旧的水力循环澄清池和机械搅拌澄清池，可以采取安装蜂窝斜管措施，防止絮凝物被带出出水口；对于平流式沉淀池，可以将末端沉淀区改造成斜管沉淀区；对于斜管沉淀池，可以在斜管沉淀池前稳流区域加装拦截体或者改造成较为先进的水平管沉淀池。以上改造均能提升出水水质，提高产水量。如葫芦岛市水厂将斜管式沉淀池改造为水平管沉淀池，处理水量由5×104 m3/d提高至 6.5×104 m3/d。

对于使用高藻类水源的水厂，可以将原有沉淀池改造为气浮池，改善对藻类的去除效果。如在平流沉淀池内增加气浮沉淀填料装置，赋予沉淀池沉淀和气浮两种功能，实现先沉淀后气浮，可大幅提高产水量。一些经济条件允许的水厂，可将原有沉淀池重建为气浮池，气浮工艺取代常规沉淀工艺已成为趋势。如天津芥园水厂拆除原有的斜管沉淀池和平流式沉淀池，新建气浮池。在处理高藻类水时，不仅提高了产水量，而且臭和味指标得到有效保障。

2.3.3 过滤改造

目前，水厂常用的滤池为快滤池、双阀滤池、无阀滤池、虹吸滤池以及移动罩滤池，在运行中普遍存在过滤周期短、反冲洗效果不佳、耗水量大、滤料流失严重等问题。可以从以下几个方面对滤池进行改造。① 更新滤板，采用可调节滤头和整体浇筑滤板或直滤式滤板替代传统的滤板或滤砖。② 采用新工艺滤池，如V型滤池以及D型滤池。③ 将单一的反冲洗方式改为气水反冲洗方式。单独水反冲洗要求强度大，时间长，耗水量大，而且不彻底。不论从反冲洗效果还是节能降耗方面出发，都有改造的必要且此技术相当成熟。如天津市天润天水厂将虹吸滤池的单一水反冲洗改造为气水反冲洗后，反冲洗时间和水量节省50%，强度增大，冲洗效果理想，过滤周期明显延长。

3、实例

天津市某城镇水厂，处理能力为2×104 m3/d，水源为滦河水，采用常规处理工艺。主要工艺采用预氯化处理，机械搅拌澄清池（集絮凝、沉淀为一体），滤池为虹吸滤池。

该水厂已运行23年，存在诸多问题：

① 滦河水源藻类密度高，以夏季最为突出，臭和味时有超标现象，出厂水有异味。

② 机械搅拌澄清池絮凝、沉淀效果差，大量絮凝物进入出水口，后续滤池的过滤周期缩短。排泥不畅，穿孔排泥管易堵塞，造成回流，影响沉淀分离。

③ 虹吸滤池过滤效果差，过滤周期短，反冲洗时间长，影响产水量。

④ 夏季耗氧量、总磷、氨氮偏高，已接近限值，时有超标现象。

⑤ 该水厂工艺全面落后，主要构筑物满负荷运行时间长，存在安全隐患。出厂水品质不高、能耗大、产量低。

对于该水厂存在的问题，制定以下提升改造措施：

① 对于水源藻类密度大、出厂水有异味问题，增加粉末活性炭预处理和高锰酸盐复合剂预处理联用技术，保留原先的预氯化处理，为节省成本，根据藻类密度高低自由切换预处理工艺。

② 对于老式一体化机械搅拌澄清池，加装蜂窝斜管，净水量得到提高。穿孔排泥管改为扩散管嘴排泥装置，改善排泥效果以及堵塞问题。

③ 对于老式虹吸滤池，将滤砖更换为直滤式滤板，将单一水反冲洗改造为较成熟的气水反冲洗。

④ 对于夏季耗氧量、总磷、氨氮偏高问题，采取在进入净水构筑物前增加生物预处理工艺，同时加强水质监测，防止季节性的水源恶化。

⑤ 对于此问题，在改造原有工艺、保障供水的基础上，利用该水厂预留地，建设二期工程。根据该水厂水源水藻类密度高等特点，二期工程主要构筑物拟采用机械絮凝池、气浮池、V型滤池。

4、结束语

我国城镇水厂面对水源污染、净水工艺落后、城镇需水量增加问题，应从完善预处理技术、运用深度处理技术以及改造常规净水工艺三个方面出发，从而达到改善水质、节能降耗、提高产量的目的。并且总结了常规水处理工艺的水厂提升改造思路，实例证明行之有效。各水厂应深入了解所使用水源的水质、分析水厂具体情况、根据自身经济状况进行提升改造。

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