苏州庙港水厂深度处理工程(一期)设计

徐伟忠，殷 祺，徐庶伟，张晏晏

(1.吴江华衍水务有限公司，江苏苏州 215200；2. 上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司，上海 200092)

1 水厂概况

苏州吴江区庙港水厂位于吴江区太浦闸口以西的七都镇庙港联强村，设计总规模为60万m3/d，水厂现厂区围墙内占地面积约为122 667 m2，取水口位于东太湖。水厂常规处理系统分为两期，一期规模为35万m3/d，二期规模为25万m3/d，水厂常规工艺流程如图1所示。

图1 水厂常规处理流程Fig.1 Traditional Treatment Process of WTP

水厂排泥水系统分一、二期建成的排泥水处理系统规模与水厂生产系统配套，包括排泥水调节池、污泥平衡池、污泥浓缩池、辅助泵房、脱水机房、配电间、污泥库等。

1.1 原水及出水水质

根据吴江华衍水务公司提供的2011年—2015年上半年原水水质资料(表1)可知，浑浊度有时较高，色度有时也偏高，耗氧量略高，氨氮不高。原水总磷和总氮有超标现象，说明原水存在富营养化。在夏季7月～9月这3个月东太湖水源地极易产生藻类繁殖现象，初步分析表明，原水有时存在一定的有机污染。因此，在确定净水工艺时应重点考虑对藻类及其代谢产物的去除和控制。庙港水厂出厂水水质如表2所示。

表1 原水水质Tab.1 Raw Water Quality

表2 出厂水水质Tab.2 Water Quality of Finished Water

1.2 存在问题及设计亮点

(1)水厂原水取自东太湖，原水水质较好，但在夏季易产生藻类繁殖现象，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)要求。在原水二甲基异莰醇(2-MIB)浓度较高时期，庙港水厂出厂水2-MIB较高。

(2)本工程考虑在现有预留用地建设对应常规处理的深度处理系统，以抗击水质突变，提高出水水质。但预留建设场地非常有限，还需向北侧围墙外征地才可以建设完成60万m3/d的深度处理系统。因此，考虑深度处理分步建设。

(3)分步建设应考虑结合厂区实际生产运行情况，确定本期工程深度处理系统的建设规模和校核规模。

(4)考虑到厂区实际的运行情况，预臭氧接触池以及深度处理系统在细节设计及参数选择时，应考虑常规处理生产线的设置情况和生产运行过程中的具体需求。

2 工艺方案对现状适应性研究

根据方案比选，考虑到臭氧-生物活性炭工艺对水中有机污染物[1]、藻类、藻类代谢嗅味物质都有较好的去除效果[2-3]，且工艺实践经验丰富、大规模运用工程实例多，运行维护简单，最终采用“预臭氧-常规处理-后置式下向流”深度处理工艺作为最终方案。

2.1 厂区用地适应性研究

厂内预留建设场地非常有限。增设的深度处理系统中，60万m3/d规模配水井及预臭氧接触池的建设场地涉及现有水厂加矾间，需部分拆除改造。现阶段除了厂内生活区和机修仓库的北侧留有一定的建设场地外，无法落实新增地块的建设场地条件。

因此，根据厂区用地情况，深度处理采用分步实施计划：第一步，先期实施25万m3/d规模深度处理综合池，同步实施60万m3/d规模配水井及预臭氧接触池、臭氧制备车间及液氧站；第二步，落实征地后，再实施35万m3/d规模深度处理系统。

2.2 现状生产系统实际运行情况

现状一期25万m3/d规模水处理系统与35万m3/d规模水处理系统只在3组清水池后联通。实际水厂生产运行时，无论运行水量如何，2条生产系统全部投入运行。

因此，本期工程预臭氧单元需要考虑适应2条生产系统的通用性及配水要求，还需最大限度地发挥新增25万m3/d规模深度系统的作用。

2.3 预臭氧接触池适应性研究

60万m3/d规模预臭氧接触池及配水井考虑合并设置，前部为并列设置的15万m3/d规模4组预臭氧接触池；后部配水井通过堰板配水后分成3组，2组分别对应17.5万m3/d规模生产线，1组对应25万m3/d规模生产线。

考虑到能够完全适应按总流量控制臭氧投加量，原水流量的变化也均分于4组水池中，预臭氧接触池部分设置成4组均等，在后部对应生产系统分隔设置配水堰，通过堰长调节并设置跌落出水达到对应配水的作用。

2.4 深度处理系统适应性研究

为了最大限度地发挥本期工程25万m3/d规模深度处理综合设施的作用，深度处理一期工程按照25万m3/d规模设计，但进一步计算复核适应到35万m3/d的处理水量。具体措施如下：(1)一次性实施现状一、二期常规处理与深度处理综合池进出水连接生产管线，包括切换阀门；(2)2组共6台水泵的提升泵组可以通过启用备用泵组形成六用，以适应到35万m3/d规模的提升能力；(3)复核臭氧接触池以及深度处理综合池的设计参数是否符合设计规范；(4)水力输水水头也需考虑适应到总35万m3/d的输水能力。

水厂运行水量在35万m3/d左右时，一、二期常规处理后，水全部进入深度处理综合池处理。水厂运行水量达35万m3/d以上时，一期常规水处理系统处理后，水进入25万m3/d规模深度处理综合池处理；二期常规水处理系统处理后，水仍切换直接进入现有清水池运行。为便于运行切换调度，常规处理与深度处理系统连接的进出水管上，对应一、二期系统分别设置相应的电动阀门。

当深度处理改造二期工程35万m3/d规模系统实施后，通过阀门切换仍可保持2条生产线的独立运行。

3 改造工程总体设计

按照分步建设的计划，本工程考虑在厂区的西侧(现加矾间的南侧)拆除部分加矾间，集中设置60万m3/d规模的预臭氧接触池及配水井1座；在厂内沉淀池北侧(现翻砂堆场)集中设置60万m3/d规模的臭氧制备车间、液氧站。在厂区西北区域预留建设场地，合并设置1组25万m3/d规模的深度处理综合池，包括提升泵房、冲洗泵房及鼓风机房、后臭氧接触池、活性炭滤池及清水池。

深度处理系统生产及其他管线与水厂现有管道予以沟通，活性炭滤池冲洗废水及初滤水考虑纳入水厂现有回用池。同时，深度处理系统活性炭滤池后将新增加氯点1处。

图2 水厂深度处理工程(一期)平面布置图Fig.2 Layout of Phase I Advanced Treatment Project

4 主要构筑物设计参数

4.1 预臭氧接触池及配水井

预臭氧接触池及配水井设置1座，设计规模为60万m3/d。预臭氧接触池和配水井合并设置。预臭氧接触池分为可独立工作的4组，每组规模为15万m3/d。结合现有水处理系统及前部原水生产管线布局，后部配水井通过堰板配水后分成3组，2组分别对应17.5万m3/d规模生产线，1组对应25万m3/d规模生产线。

预臭氧接触池臭氧接触时间为3 min，有效水深为6.0 m。臭氧曝气采用特制的射流扩散器形式，臭氧最大投加率为1.0 mg/l。臭氧接触池池顶设置触媒型尾气吸收装置。

4.2 深度处理综合池

本期工程新建深度处理综合池1座，规模为25万m3/d。深度处理综合池包括提升泵房、冲洗泵房及鼓风机房、提升泵房、臭氧接触池、活性炭滤池及清水池。

(1)提升泵房、冲洗泵及鼓风机房

设提升泵房、冲洗泵及鼓风机房1座，并附设变电所，设计规模为25万m3/d。

中间提升泵房分设2组提升泵为对称布置，提升泵采用混流泵型式，每组规模为12.5万m3/d，每组设提升泵3台，2用，每台水泵流量为2 800 m3/h，扬程为8 m，配电功率为110 kW，每台泵均配置变频调速装置。复核深度处理综合池适应处理35万m3/d水量时，每组提升泵3台同时运行。滤后水由2组提升泵分别提升，经出水堰跌落后再进入2组后臭氧接触池。由来水水量控制水泵调速装置。

活性炭滤池冲洗泵房内设冲洗水泵4套，3用1备，单泵流量为1 350 m3/h，扬程为8～10 m。配电功率为55 kW，每台泵均配置变频调速装置。

泵房内设置鼓风机3套，2用1备，每台鼓风机风量为4 400 m3/h，风压为40 kPa，配电功率为90 kW。

泵房内设置电动单梁悬挂式起重机2套，起重量为3、5 t。泵房内设排水泵1套。

(2)后臭氧接触池

设置后臭氧接触池2组，每组规模为12.5万m3/d，臭氧接触时间3段均为4 min共计12 min。复核2组后臭氧接触池运行水量达35万m3/d时，臭氧接触时间3段共计8.8 min。臭氧最大投加率按1.5 mg/L考虑。每组臭氧接触池池顶设置触媒型尾气吸收装置。臭氧制备采用电源放电法制备，原理为氧气通过电晕放电区时被高速电子轰击，分解成氧原子后又被碰撞形成带3原子氧的臭氧。

(3)活性炭滤池

单座活性炭滤池规模为25万m3/d，滤池分为8格，双排布置，单格滤池过滤面积为154 m2，设计滤速为8.5 m/h，炭床吸附停留时间为14.3 min。复核活性炭滤池运行水量达35万m3/d时，滤速为11.9 m/h，炭床吸附停留时间为9 min。

反冲洗方式为单独气冲加单独水冲洗，气冲强度为55 m3/(m2· h)，水冲洗强度为25 m3/(m2· h)。冲洗周期约为5～7 d/次。

颗粒活性炭对比了柱状破碎炭和压块破碎炭，最终考虑到压块破碎活性炭吸附效果好、价格低、强度也可达到使用要求而作为最终的采购产品。

(4)清水池

水厂现设有清水库3座，有效库容为10 000 m3的2座、有效库容为20 000 m3的1座，本工程考虑在后臭氧接触池及活性炭滤池下叠合设置清水池1座，有效库容为8 000 m3，有效水深为2.90 m，与现有清水库形成串联运行。本期工程清水库调节能力增加1.4%左右。

4.3 臭氧制备车间及氧气站

臭氧制备车间土建规模为60万m3/d。本工程共设臭氧发生系统3套，单套臭氧发生能力为20 kg O3/h(臭氧浓度为10%)，满足60万m3/d规模前臭氧单元及25万m3/d规模后臭氧单元的臭氧加注要求。考虑采用液氧供应系统，液氧站的设置需满足其设置的相关规范要求。

臭氧制备车间内预留配套35万m3/d规模后臭氧活性炭建设的同时，考虑增设的臭氧发生器等设备的位置。

5 经济性分析

工程投资估算费用为18 732.95万元，其中，第一部分工程费用15 060.59万元深度处理水处理系统增加的成本为0.284元/m3。经财务评价和工程效益分析，分析水价为0.43元/m3，此时的项目投资财务内部收益率为7.30%，财务净现值为2 088.66万元(I=6%)，投资回收期为11.85 a，均达到行业标准。

6 改造后处理效果

苏州吴江区庙港水厂深度处理工程(一期)完成后，苏州市水务局《关于加快实施自来水厂深度制水工艺改造的通知》得到了积极响应。改造后嗅味物质2-MIB出水浓度可以稳定在50 ng/L以下，各项指标基本达到了水专项的考核指标要求。改造前2013年—2018年水质指标和改造后2019年1月—2019年10月水质指标数据对比如表3所示，出水水质较仅采用常规处理系统时有明显的改善和提高。

表3 改造前后出厂水水质对比Tab.3 Finished Water Quality before and after Reconstruction

7 结论

根据现有场地条件，苏州吴江区庙港水厂深度处理工程(一期)采取分阶段实施。为了适应现状生产系统和运行方式，对预臭氧接触池和深度处理综合池进行优化设计。改造后出水水质较采用常规处理系统时有明显的改善和提高，出水耗氧量和氨氮指标均有较大幅度的下降。