双水源水厂净水工艺选择及主要构筑物设计

中国给水排水
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表 1 水厂设计边界条件 Tab． 1 Boundary conditions for design of waterworks
项 目 原设计边界条件 新设计边界条件
水源
单一水源 M 水库
双水源 近期： M 水库 远期： 南水北调或 M 水 库
① 预处理单元 微污染原水常用的预处理方法有化学预氧化、 生物预处理和粉末活性炭吸附。化学预氧化分为臭 氧预氧化、高锰酸盐预氧化和预氯化等。臭氧具有 极强的氧化能力，在灭藻、除嗅、脱色及提高后续混 凝沉淀工艺对微污染有机物、藻类和胶体颗粒物等 的去除率方面效果显著。预臭氧取代前加氯，还可 减少消毒副产物，在国内外很多水厂得到广泛应用。 相关试验研究表明： 预臭氧与常规处理的联合 工艺对浊度、有机物和大肠菌群有很好的去除率，且 不存在甲醛超标问题，也未检出嗅酸盐。与预氯化 相比，消毒副产物生成的风险大大降低，同时混凝剂 的用量还可以降低 20% 左右，因此本工程选择预臭 氧作为化学预氧化措施。 粉末活性炭对水中腐殖质、异臭、色度、农药、有 机氯化物、重金属、氰化物等污染物具有较好的去除 作用，当原水出现季节性或突发性污染物质含量增 高，异臭、异味和 THM 前驱物质浓度很高时，可在絮 凝沉淀或澄清前投加。作为原水突发性污染的应急 手段，本工程在原水进厂处设置粉末活性炭投加点， 充分保证活性炭的接触吸附时间。 ② 强化混凝沉淀工艺单元 针对低温低浊原水反应效果差、不易沉淀的特 点，需提高固液分离效率。提高沉淀效率可通过加 大沉淀区表面积或提高絮粒沉降速度来实现。
定出水标准要求的前提下，遵循安全、稳定、达标，兼
顾成本、技术创新的原则。 工程规模： 50 × 104 m3 / d。
出水标准： 满足《购水协议》要求，其中浊度限
值规定为 0． 3 NTU。
水压及供水量： 市区供水压力为 0． 50 MPa，供 水量为 25 × 104 m3 / d； 郊区供水压力为 0． 42 MPa，
1982 年—2001 年 M
水库水质监测资料：
大部分 水 质 为 Ⅰ 类，按《地表 水 环 境 质 量 标
原水水质 可达到《地表水环境 准》（ GB 3838—2002 ）
质 量 标 准 》 （ GB Ⅲ类水体标准考虑
3838—2002） Ⅱ 类 标
准
新《购 水 协 议 》依 据：
出水协协议议依及据《准原生《》活购（ G水饮B 协用57议水49》卫—依8生5据）标： 《《（ 生城CT市活/ J供饮水2用06水水—质2卫0标0生5准）标》、
加粉末活性炭解决。经多轮技术谈判，浮滤工艺最 终调整成在浮滤池内增加 2 m 厚的颗粒活性炭层， 在活性炭层下部保留 30 cm 厚砂层，形成气浮 － 活 性炭吸附 － 砂滤叠合布置的方式，主要净水构筑物 布置紧密，整个水厂占地仅 5． 87 hm2 。
2 设计边界条件变更
A 水厂在项目推进过程中，外部建设条件发生 了变化。
供水量为 25 × 104 m3 / d。
水厂自用消耗水量 ＜ 3% 。
3. 2 水源水质分析与评价
3. 2. 1 M 水库水质特性
统计 M 水库多年的水质资料，对水温、浊度、藻
类、微污染有机物（ CODMn ） 及嗅味等关键指标进行 分析。
① 水温
每年 12 月—3 月平均水温约为 5 ℃ ，属于低温
第 29 卷 第 22 期 2013 年 11 月
中百度文库给水排水
CHINA WATEＲ ＆ WASTEWATEＲ
Vol． 29 No． 22 Nov． 2013
双水源水厂净水工艺选择及主要构筑物设计
杨力
( 北京市市政工程设计研究总院，北京 100082)
摘 要： A 水厂项目设计规模为 50 × 104 m3 / d，以当地水库水和南水北调来水为双水源。项 目实施过程中因原水水质和出水标准等主要设计边界条件发生变更，净水厂工艺随之进行了调整。 叙述了 A 水厂前后两次净水工艺的选择过程，并详细介绍了主要净水构筑物、设计参数及设备配 置。
1 项目背景及初始工艺选择
A 水厂自 1993 年底开始规划方 案 工 作，1998 年通过国家发展计划委员会批复同意建设，同年当 地政府决定 A 水厂采用 BOT 型式进行国际招标，至 2002 年 4 月陆续完成招投标、评标及谈判工作，确 定了外方中标人。
当时中标人选择的净水工艺是根据 M 水库为 单一水源并 满 足 当 时 招 标 文 件 中 的《购 水 协 议 》规 定的出水标准等设计边界条件确定的。中标人为节 约投资、占地和增加中标几率，并针对 M 水库冬季 低温低浊和夏季高藻特性，采用了气浮和砂滤于一 体的浮滤工艺，嗅味的去除依靠在浮滤池内临时投
期； 每年 4 月—5 月以及 10 月—11 月，平均水温为
5 ～ 15 ℃ ，属于常温期； 每年 6 月—9 月平均水温为
15 ～ 25 ℃ ，属于高温期。
② 浊度
根据现有水厂在 M 水库取水口的多年水样检
测分析，原水 95% 的时间浊度 ＜ 5 NTU，15 年浊度 平均值为 2 NTU。
③ 藻类 高藻出现在每年的 9 月—12 月，最高曾达 900 × 104 个 / L 以上。2003 年以后藻类得到了一定控 制，藻类计数结果呈下降趋势。 ④ 微污染有机物 原水 CODMn总体呈逐年上升的趋势，但仍属Ⅱ 类水体水质范围。 ⑤ 嗅味 原水在春秋季节有一定嗅味，通过长期观测致 嗅物质主要为 2 － MIB。 3. 2. 2 南水北调水质特性 丹江口水库原水水质总体良好，除总氮指标外， 基本符合《地表水环境质量标准》中Ⅱ类标准，但相 对 M 水库原水，pH 值、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷 浓度偏高。 南水北调中线工程采用输水专用渠道并采用防 止地面径流的保护措施，对输水水质有所保证，根据 相关课题研究成果： 原水富营养化指标沿程略有下 降，有机物指标沿程无明显变化。南水北调中线工 程通过 1 200 km 明渠输水，沿途与公路交叉 700 多 次，突发性水质污染和南方水体的微生物迁移是导 致进京后的原水水质存在不确定性的因素。此外长 距离明渠输水使冬季原水呈低温低浊特性。 3. 2. 3 原水水质评价 综上所述，M 水库和南水北调水源大多数水质 指标符合《地表水环境质量标准》中Ⅱ类标准，均具 备冬季低温低浊特性，M 水库原水还存在藻类导致 的嗅味问题。为保证供水安全，水厂的处理工艺应 具备一定的前瞻性以应对未来原水水质的不确定 性，A 水厂的原水水质因此按《地表水环境质量标 准》中Ⅲ类标准考虑。 3. 3 总体工艺方案选择 针对双水源的水质特点，A 水厂总体工艺方案 的选择需关注以下重点难点： 低温低浊原水的处理； 高藻期藻类的去除、嗅味的控制； 有机物的去除，重 点包括藻类分泌物、藻毒素等的去除； 消毒副产物的 控制； 工艺选型应具备一定前瞻性，重点关注南水北 调带来的微生物安全问题。 低温原水可导致混凝反应速度缓慢，反应不彻 底； 低浊原水的胶体颗粒相互碰撞几率低，反应形成
关键词： 水源; 工艺选择; 净水构筑物; 设计参数 中图分类号： TU991 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602（ 2013） 22 － 0049 － 05
Process Choice and Design of Main Structures in Double Water Source Waterworks
对于低温低浊原水，宜采用强化混凝沉淀和澄 清工艺，改善反应效果，增加絮体密实度，提高沉淀 效率； 或采用气浮工艺。对于藻类、微污染有机物以 及嗅味问题，可利用预处理和臭氧生物活性炭技术， 进行灭藻、除嗅除味并对有机物进行氧化、吸附和生 物分解去除。
因此，A 水厂净水工艺在强化常规处理的基础 上，增加预处理、深度处理及安全消毒工艺，形成总 体工艺方案： 原水→预处理→强化混凝沉淀→深度 处理→安全消毒。 3. 4 工艺单元型式选择
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杨 力: 双水源水厂净水工艺选择及主要构筑物设计
第 29 卷 第 22 期
的矾花细小松散、不密实，不易沉淀，需增加投药量； 藻类可导致原水 pH 值升高、碱度降低，影响混凝沉 淀效果，某些藻类的降解产物中含有毒性物质，还可 以引起人、动物中毒。常规处理工艺对于原水中的 天然有机质、消毒副产物前体物、藻类及其分泌物产 生的嗅味去除能力较为有限。
绩较少
四种澄清工艺对低温低浊原水均有较强的适应 性。现有水厂机械加速澄清池的出水浊度一般在 0． 5 NTU 左右，其他池型出水浊度（ 90% 保证率下） 也可小于 1 NTU。机械加速澄清池水力负荷小，占 地面积最大，微砂加重絮凝高效沉淀池水力负荷最 大，占地面积最小。
机械加速澄清池对原水水质适应性强，出水效 果较好，投资较低； 附属设备少、日常维护管理简单， 在当地有丰富的运行经验。通过对刮泥和搅拌设备 和池体机构型式的改进和优化，可以解决水下机械 部件维护量大和施工难等问题。故确定 A 水厂的 混凝沉淀单元采用机械加速澄清池。
南水北调中线工程 2003 年 12 月 30 日开工建 设，使得当地水资源规划重新做了调整，2007 年 5 月有关部门重新确定了 A 水厂的设计边界条件，具 体见表 1。
基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项（ 2011ZX07409 － 001 － 02）
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本着安全、稳定、成熟、可靠的原则，选择了在当 地具备使用业绩或进行过试验研究的机械加速澄清 池、固体接触池、高密度沉淀池和微砂加重絮凝高效 沉淀池等几种澄清工艺，并进行比选（ 见表 2） 。
表 2 四种澄清工艺比较 Tab． 2 Comparison among four treatment processes
标准
准》（ GB 5749—2006）
总项目： 89 项
总项目： 111 项
检测指标 其中： 浊度指标 0． 5 其 中： 浊 度 指 标 0． 3
NTU
NTU
3 A 水厂工艺的重新选择
3. 1 设计原则和工程标准
A 水厂是 BOT 项目，中标人要求工艺方案的重
新选择应在考虑双水源水质特点、满足购水协议规
项目
机械加速 澄清池
固体接触池
高密度 沉淀池
微砂加重 絮凝高效
沉淀池
泥渣回流 方式
内回流
内回流 外部回流 外部回流
回流倍数
（ 3 ～ 5） Q
（ 6 ～ 13） Q
（ 1% ～4%） Q
（ 3% ～6%） Q
斜管区上升
流速 / （ mm 1． 0 ·s －1 ）
1． 5
4 ～8
10 ～ 16
特点
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YANG Li
（ Beijing General Municipal Engineering Design and Ｒesearch Institute，Beijing 100082，China） Abstract： The water source of Waterworks A with capacity of 500 000 m3 / d is from local reservoir and South-to-North water diversion project． The design was changed due to the source water quality and the finished water standard，and the treatment process was adjusted． Two choices of the treatment process were described． The main water treatment structures，design parameters and equipment allocation were introduced． Key words： water source； process choice； water treatment structure； design parameter