福州水厂净水工艺改造工程设计及运行

福州市北区水厂净水工艺改造工程设计及运行

1、项目背景

福州市目前共有水厂6座，其中北区水厂现状供水规模为15万m3/d，分三组(每组5万m3/d)，分别建于1977、1985、1986年，三组采用三种净水工艺，分别是双层回转隔板反应池+斜管沉淀池+无阀滤池工艺、机械加速澄清池+虹吸滤池工艺、网格反应池+斜管沉淀池+虹吸滤池工艺。近期随着我国对供水水质的重视，相继出台了《生活饮用水水质卫生规范》、《城市供水水质标准》等饮用水水质标准，而国标《生活饮用水卫生标准》也在修订中，若继续采用原有的净水工艺将难以保证供水水质的安全，改造前北区水厂已采用降低生产负荷以保障出厂水质，因此改造北区水厂原有工艺已迫在眉睫。

目前北区水厂主要供水范围为福州市北片新店方向，根据福州市管网平差结果，若北区水厂15万m3/d完全停产，其现有供水区域全部改由西厂、新东区水厂供水，将造成福州市新店地区在高峰用水时段水压不能满足要求，供水安全无法保证。设计考虑北区水厂改造期间至少需保留北区水厂一组5万m3/d生产能力，待新净水构筑物建成运行后再拆除。

现有取水泵房、清水池、出水泵房等构筑物已满足运行需求或已进行了改造，本次改造工程主要内容为净水工艺改造，供水规模按现状15万m3/d。本次净水工艺改造平面布置图如图1所示。

2、原水水质

本工程现有取水水源为闽江，取水点在洪山桥以北的城市上游水源，根据历年原水水质月检表，原水水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的I～Ⅱ类标准，铁、锰、挥发酚、矿物油偶有几个月在Ⅱ～Ⅲ类标准之间，溶解氧、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮及氯化物等均达I～Ⅱ类标准。

水口水电站的建成对闽江上游的泥砂有显著的截流作用，北区水厂原水浊度常年较低。根据北区水厂1995~2002生产报表统计资料作出的原水浊度频率曲线图可知，常年原水浊度低于5NTU的频率达5%以上，低于10NTU的频率为65%，低于35NTU的频率为95%，净水工艺应满足原水水质不同浊度时处理要求。

3、高密度澄清池

从1991年西区水厂建成投产以来，福州市新建水厂的反应沉淀池均采用折板反应+平流沉淀池工艺，运行效果比较稳定，但近些年随着原水浊度的下降，形成矾花细且轻，容易在平流沉淀池的出水端重新上浮。目前福州水司已在各厂反应池前投机PAM絮凝剂并拟采取在出水端增设斜板等措施以提高沉淀池出水水质。

由于本次改造工程是在北区水厂现有厂区基础上建设，同时还要保留现状一期5万m3/d一组净水工艺正常生产运行，用地面积有限，北区水厂现状地形高差较大，也使厂区布置的灵活性受到限制，经过方案比较，我们选用得利满公司开发的DENSADEG高密度澄清池作为本工程的反应沉淀工艺。其主要由三部分组成：絮凝反应池、预沉/浓缩池和斜板分离池，该工艺采取自动控制浓缩污泥外部循环流量、自动控制浓缩污泥泥位、在混合池和回流污泥管路上投加PAM、澄清区设斜板等措施，技术水平和处理效果均领先于原有的澄清池技术。

高密度澄清池前端设配水井及机械搅拌混合池，混合池分二格，单格平面尺寸4.8m×4.8m，有效水深4.8m。反应池停留时间2min，转速59rpm，功率15KW。本工程高密度澄清池分成2组，中间设污泥泵房及仪表走廊，絮凝池单组平面尺寸8.8m×7.0m，有效水深6.80m，絮凝池搅拌机功率15KW。预沉池/浓缩池单组平面尺寸15.0m×15.0m，有效水深6.80m，上升流速为14.6 m3/m2.h。斜板分离区单组平面面积为140m2，表面负荷23.4m3/m2.h。斜板分离池后设后混凝池，停留时间18s，通过投入少量的混凝剂以中和澄清后残存的多余助凝剂PAM，以免堵塞滤池。

通过泥位探测器和刮泥机力矩，PLC自动控制高密度澄清池分为污泥循环阶段和污泥排放阶段两阶段运行。正常运行在污泥循环阶段，当泥位达到设定点或刮泥机出现过力矩或排泥周期等三个条件之一达到设定点时，进入污泥排放阶段，污泥排放泵开始运行。

4、均质滤料气水反冲洗滤池

福州市目前已有三个水厂采用均质滤料气水反冲洗滤池工艺，处理规模达100万m3/d，积累了丰富的运行管理经验，且与本工程同一水源点的西区水厂采用均质滤料气水反冲洗滤池工艺处理效果良好，该滤池主要特点是选用均质颗粒滤料避免反冲洗水力分级，扩展滤料深层的截污能力，延长过滤周期，节省反冲洗费用，并且采用自动控制，保持恒定水位运行，采用三阶段气水反冲洗等，经实践证明满足闽江水源处理要求。

本工程均质滤料气水反冲洗滤池分双排布置，每排四格，共8格，中间为管廊。单格滤池有效过滤面积111.84m2，设计滤速为7.33m/h，砂面以上有限水深为1.2m。滤层厚度1.2m，有效粒径0.95mm，K60=1.2。

采用气水三阶段反冲洗方式，整个反冲洗过程伴随着待滤水表面扫洗，结合原水浊度常年较低情况，PLC根据原水浊度和沉淀水浊度累计计算结果来控制反冲洗的周期，一年中70%反冲洗周期可定为48小时，30%反冲洗周期可定为24小时。同时在达到反冲洗控制点前，先停止进水，继续过滤，水位计控制液面降至砂面上0.5m时才开始进入反冲洗程序，以减少排水量。

设计时将高密度澄清池和滤池连成一体，高密度澄清池后混凝池出水通过两侧溢流堰进入滤池两排进水渠道，合理利用渠道底部空间作为检修通道，有效地解决了厂区占地面积有限的问题。

5、加药系统

根据闽江原水水质及高密度澄清池处理工艺要求，混凝剂投加系统设计能够采用固体硫酸铝或液体聚合铝两种类型，即设溶解池和贮液池分别用于两种药剂，并设2格溶液池稀释投加，设计投药浓度为5%，前混凝投加量为15ppm，两组反应池各设一个投加点，投加在机械搅拌混合池进水端，后混凝投加量为3ppm，投加在后混凝池内，两组高密度澄清池混合一个池内。混凝剂溶解和稀释采用体积法制备，通过PLC控制液位和电动阀实现。前混凝根据原水流量与流动电流SCD信号分别控制计量泵的频率和冲程自动投加，后混凝根据原水流量比例投加。

6、PAM投加系统

根据福州水司水质监测站的试验数据，针对闽江水质分不同浊度采用不同的PAM投加量，8NTU以下的投加量为0.05ppm，20NTU以下的投加为0.05～0.1ppm，100NTU以下的投加为0.08～0.15ppm。

投加PAM关键是粉末PAM的溶解和稀释，目前国内外基本上都是采用溶解稀释一体的成套设备，经多种设备比选，北区水厂选用W&T公司的DD4产品，其干粉初湿扩散系统采用采用中空“波轮式”搅拌叶轮，防止PAM干粉结块，保证了PAM的初湿和活化;溶解熟化系统采用“中空”式真空搅拌浆，利用浆叶旋转将溶液甩出后形成的真空，将罐中溶液重新吸入浆叶内腔，循环搅拌，形成上下左右交错的“漩涡式”流态，最大限度地提高搅拌效果。避免因为搅拌强度不均匀造成聚合物结块及聚合物分子链断裂现象地产生。

根据监测站试验数据和以往的经验，考虑高分子聚合物极难扩散，在进入原水管时，溶液浓度越稀释，混凝效果越佳。北区水厂设计投加浓度0.05%左右，储液罐设计浓度为0.2%，设计在计量泵出口设一套终极稀释装置，将溶液稀释成0.05%左右的溶液，以提高絮凝、助凝效果。

7、加氯系统

加氯系统分为滤前中间加氯和滤后消毒加氯。滤前中间加氯采用原水流量比例控制，最大加氯量为1.5ppm，采用增压泵和水射器联合方式投加在高密度澄清池后混凝池内。滤后加氯采用原水流量和余氯反馈复合环路控制，最大加氯量为3ppm，采用强力扩散器投加在滤池出水管入口处，强力扩散器是一种化学药品真空投加器，集合了真空输送、投加、快速搅拌等多种功能，直接安装在所投加的水体中，达到快速溶解混合效果。

8、生产运行效果

2006年6月份对北区水厂净水处理工艺进行了72小时性能测试，由于该阶段属于闽江洪水期，测试期间原水浊度在68～174NTU范围变化，流量从5406m3/h至6916m3/h变化，高密度澄清池出水平均浊度为4.55NTU,小于设计要求的8NTU以下，滤池出水平均浊度为0.21NTU,小于设计要求的0.5NTU，经受了高浊度超负荷运行的考验。

2006年10月份在闽江原水低浊度时北区水厂正常生产规模为8～9万m3/d，原水浊度基本在10NTU以下，聚合氯化铝投加量为11～12ppm，PAM投加量约为0.06ppm，中间加氯量约为1ppm，后加氯量约为1.5～2ppm，出水余氯量为0.7～0.9ppm(有效氯含量)，高密度澄清池出水浊度约0.2～0.4NTU，出厂水浊度约为0.1～0.15NTU。

目前实际运行时，考虑原水浊度较低，PAM投加量为0.06左右，运行中不需要进行后混凝处理。

9、存在问题

(1)北区水厂两组机械搅拌混合池合建在高密度澄清池前，集中在一边，其中一组混合后的经竖管直接进入反应池，而另一组混合后需经过约13m的渠道后再经竖管进入反应池，混凝时间太长，造成远离混合池的一组沉淀水浊度高于靠近混合池的一组，影响水质。

(2)由于闽江原水长期浊度较低，造成泥量的减少，原设计按高密度澄清池中预沉/浓缩池泥位控制排泥，由于污泥层不够密实，而泥位计得到的是虚污泥层泥位高度，造成排泥量太多，而进水污泥又需要较长时间补充，影响了反应池的悬浮污泥层浓度及处理效果。目前拟考虑在控制程序中增加泥位计反馈排泥的滞后时间，使污泥层的实际泥位达到设计高度后再排泥。

(3)原设计滤池反冲洗前先停止进水继续过滤，以降低砂面上水位，减少排水量，但由于反冲洗前滤砂层阻力较大，水位下降较慢，原设计仅按设定液位来启动反冲洗程序，造成单格滤池反冲洗时间较长(主要是反冲洗前排水时间较长)，其他格滤池处于超负荷运行，影响出水水质及反冲洗排序堵塞。目前拟考虑在控制程序中增加反冲洗前继续过滤的时间控制予以解决。

(4)原设计中间加氯投加点设在高密度澄清池后混凝池中，而后混凝搅拌机材质为不锈钢304L,理论上可耐受5mg/l的加氯水，但考虑加氯水在池内浓度分别不均匀，搅拌机仍有潜在的腐蚀可能，为了安全及设备的稳定运行，建议与氯水接触的金属件应采用SS316不锈钢。