徐偉忠，殷 祺，徐庶偉，張晏晏

(1.吳江華衍水務(wù)有限公司，江蘇蘇州 215200；2. 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院〈集團(tuán)〉有限公司，上海 200092)

1 水廠概況

蘇州吳江區(qū)廟港水廠位于吳江區(qū)太浦閘口以西的七都鎮(zhèn)廟港聯(lián)強(qiáng)村，設(shè)計(jì)總規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，水廠現(xiàn)廠區(qū)圍墻內(nèi)占地面積約為122 667 m2，取水口位于東太湖。水廠常規(guī)處理系統(tǒng)分為兩期，一期規(guī)模為35萬(wàn)m3/d，二期規(guī)模為25萬(wàn)m3/d，水廠常規(guī)工藝流程如圖1所示。

圖1 水廠常規(guī)處理流程Fig.1 Traditional Treatment Process of WTP

水廠排泥水系統(tǒng)分一、二期建成的排泥水處理系統(tǒng)規(guī)模與水廠生產(chǎn)系統(tǒng)配套，包括排泥水調(diào)節(jié)池、污泥平衡池、污泥濃縮池、輔助泵房、脫水機(jī)房、配電間、污泥庫(kù)等。

1.1 原水及出水水質(zhì)

根據(jù)吳江華衍水務(wù)公司提供的2011年—2015年上半年原水水質(zhì)資料(表1)可知，渾濁度有時(shí)較高，色度有時(shí)也偏高，耗氧量略高，氨氮不高。原水總磷和總氮有超標(biāo)現(xiàn)象，說(shuō)明原水存在富營(yíng)養(yǎng)化。在夏季7月～9月這3個(gè)月東太湖水源地極易產(chǎn)生藻類繁殖現(xiàn)象，初步分析表明，原水有時(shí)存在一定的有機(jī)污染。因此，在確定凈水工藝時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮對(duì)藻類及其代謝產(chǎn)物的去除和控制。廟港水廠出廠水水質(zhì)如表2所示。

表1 原水水質(zhì)Tab.1 Raw Water Quality

表2 出廠水水質(zhì)Tab.2 Water Quality of Finished Water

1.2 存在問(wèn)題及設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

(1)水廠原水取自東太湖，原水水質(zhì)較好，但在夏季易產(chǎn)生藻類繁殖現(xiàn)象，出水水質(zhì)滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)要求。在原水二甲基異莰醇(2-MIB)濃度較高時(shí)期，廟港水廠出廠水2-MIB較高。

(2)本工程考慮在現(xiàn)有預(yù)留用地建設(shè)對(duì)應(yīng)常規(guī)處理的深度處理系統(tǒng)，以抗擊水質(zhì)突變，提高出水水質(zhì)。但預(yù)留建設(shè)場(chǎng)地非常有限，還需向北側(cè)圍墻外征地才可以建設(shè)完成60萬(wàn)m3/d的深度處理系統(tǒng)。因此，考慮深度處理分步建設(shè)。

(3)分步建設(shè)應(yīng)考慮結(jié)合廠區(qū)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，確定本期工程深度處理系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模和校核規(guī)模。

(4)考慮到廠區(qū)實(shí)際的運(yùn)行情況，預(yù)臭氧接觸池以及深度處理系統(tǒng)在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇時(shí)，應(yīng)考慮常規(guī)處理生產(chǎn)線的設(shè)置情況和生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的具體需求。

2 工藝方案對(duì)現(xiàn)狀適應(yīng)性研究

根據(jù)方案比選，考慮到臭氧-生物活性炭工藝對(duì)水中有機(jī)污染物[1]、藻類、藻類代謝嗅味物質(zhì)都有較好的去除效果[2-3]，且工藝實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、大規(guī)模運(yùn)用工程實(shí)例多，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，最終采用“預(yù)臭氧-常規(guī)處理-后置式下向流”深度處理工藝作為最終方案。

2.1 廠區(qū)用地適應(yīng)性研究

廠內(nèi)預(yù)留建設(shè)場(chǎng)地非常有限。增設(shè)的深度處理系統(tǒng)中，60萬(wàn)m3/d規(guī)模配水井及預(yù)臭氧接觸池的建設(shè)場(chǎng)地涉及現(xiàn)有水廠加礬間，需部分拆除改造?，F(xiàn)階段除了廠內(nèi)生活區(qū)和機(jī)修倉(cāng)庫(kù)的北側(cè)留有一定的建設(shè)場(chǎng)地外，無(wú)法落實(shí)新增地塊的建設(shè)場(chǎng)地條件。

因此，根據(jù)廠區(qū)用地情況，深度處理采用分步實(shí)施計(jì)劃：第一步，先期實(shí)施25萬(wàn)m3/d規(guī)模深度處理綜合池，同步實(shí)施60萬(wàn)m3/d規(guī)模配水井及預(yù)臭氧接觸池、臭氧制備車間及液氧站；第二步，落實(shí)征地后，再實(shí)施35萬(wàn)m3/d規(guī)模深度處理系統(tǒng)。

2.2 現(xiàn)狀生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況

現(xiàn)狀一期25萬(wàn)m3/d規(guī)模水處理系統(tǒng)與35萬(wàn)m3/d規(guī)模水處理系統(tǒng)只在3組清水池后聯(lián)通。實(shí)際水廠生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，無(wú)論運(yùn)行水量如何，2條生產(chǎn)系統(tǒng)全部投入運(yùn)行。

因此，本期工程預(yù)臭氧單元需要考慮適應(yīng)2條生產(chǎn)系統(tǒng)的通用性及配水要求，還需最大限度地發(fā)揮新增25萬(wàn)m3/d規(guī)模深度系統(tǒng)的作用。

2.3 預(yù)臭氧接觸池適應(yīng)性研究

60萬(wàn)m3/d規(guī)模預(yù)臭氧接觸池及配水井考慮合并設(shè)置，前部為并列設(shè)置的15萬(wàn)m3/d規(guī)模4組預(yù)臭氧接觸池；后部配水井通過(guò)堰板配水后分成3組，2組分別對(duì)應(yīng)17.5萬(wàn)m3/d規(guī)模生產(chǎn)線，1組對(duì)應(yīng)25萬(wàn)m3/d規(guī)模生產(chǎn)線。

考慮到能夠完全適應(yīng)按總流量控制臭氧投加量，原水流量的變化也均分于4組水池中，預(yù)臭氧接觸池部分設(shè)置成4組均等，在后部對(duì)應(yīng)生產(chǎn)系統(tǒng)分隔設(shè)置配水堰，通過(guò)堰長(zhǎng)調(diào)節(jié)并設(shè)置跌落出水達(dá)到對(duì)應(yīng)配水的作用。

2.4 深度處理系統(tǒng)適應(yīng)性研究

為了最大限度地發(fā)揮本期工程25萬(wàn)m3/d規(guī)模深度處理綜合設(shè)施的作用，深度處理一期工程按照25萬(wàn)m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)，但進(jìn)一步計(jì)算復(fù)核適應(yīng)到35萬(wàn)m3/d的處理水量。具體措施如下：(1)一次性實(shí)施現(xiàn)狀一、二期常規(guī)處理與深度處理綜合池進(jìn)出水連接生產(chǎn)管線，包括切換閥門；(2)2組共6臺(tái)水泵的提升泵組可以通過(guò)啟用備用泵組形成六用，以適應(yīng)到35萬(wàn)m3/d規(guī)模的提升能力；(3)復(fù)核臭氧接觸池以及深度處理綜合池的設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范；(4)水力輸水水頭也需考慮適應(yīng)到總35萬(wàn)m3/d的輸水能力。

水廠運(yùn)行水量在35萬(wàn)m3/d左右時(shí)，一、二期常規(guī)處理后，水全部進(jìn)入深度處理綜合池處理。水廠運(yùn)行水量達(dá)35萬(wàn)m3/d以上時(shí)，一期常規(guī)水處理系統(tǒng)處理后，水進(jìn)入25萬(wàn)m3/d規(guī)模深度處理綜合池處理；二期常規(guī)水處理系統(tǒng)處理后，水仍切換直接進(jìn)入現(xiàn)有清水池運(yùn)行。為便于運(yùn)行切換調(diào)度，常規(guī)處理與深度處理系統(tǒng)連接的進(jìn)出水管上，對(duì)應(yīng)一、二期系統(tǒng)分別設(shè)置相應(yīng)的電動(dòng)閥門。

當(dāng)深度處理改造二期工程35萬(wàn)m3/d規(guī)模系統(tǒng)實(shí)施后，通過(guò)閥門切換仍可保持2條生產(chǎn)線的獨(dú)立運(yùn)行。

3 改造工程總體設(shè)計(jì)

按照分步建設(shè)的計(jì)劃，本工程考慮在廠區(qū)的西側(cè)(現(xiàn)加礬間的南側(cè))拆除部分加礬間，集中設(shè)置60萬(wàn)m3/d規(guī)模的預(yù)臭氧接觸池及配水井1座；在廠內(nèi)沉淀池北側(cè)(現(xiàn)翻砂堆場(chǎng))集中設(shè)置60萬(wàn)m3/d規(guī)模的臭氧制備車間、液氧站。在廠區(qū)西北區(qū)域預(yù)留建設(shè)場(chǎng)地，合并設(shè)置1組25萬(wàn)m3/d規(guī)模的深度處理綜合池，包括提升泵房、沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房、后臭氧接觸池、活性炭濾池及清水池。

深度處理系統(tǒng)生產(chǎn)及其他管線與水廠現(xiàn)有管道予以溝通，活性炭濾池沖洗廢水及初濾水考慮納入水廠現(xiàn)有回用池。同時(shí)，深度處理系統(tǒng)活性炭濾池后將新增加氯點(diǎn)1處。

圖2 水廠深度處理工程(一期)平面布置圖Fig.2 Layout of Phase I Advanced Treatment Project

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 預(yù)臭氧接觸池及配水井

預(yù)臭氧接觸池及配水井設(shè)置1座，設(shè)計(jì)規(guī)模為60萬(wàn)m3/d。預(yù)臭氧接觸池和配水井合并設(shè)置。預(yù)臭氧接觸池分為可獨(dú)立工作的4組，每組規(guī)模為15萬(wàn)m3/d。結(jié)合現(xiàn)有水處理系統(tǒng)及前部原水生產(chǎn)管線布局，后部配水井通過(guò)堰板配水后分成3組，2組分別對(duì)應(yīng)17.5萬(wàn)m3/d規(guī)模生產(chǎn)線，1組對(duì)應(yīng)25萬(wàn)m3/d規(guī)模生產(chǎn)線。

預(yù)臭氧接觸池臭氧接觸時(shí)間為3 min，有效水深為6.0 m。臭氧曝氣采用特制的射流擴(kuò)散器形式，臭氧最大投加率為1.0 mg/l。臭氧接觸池池頂設(shè)置觸媒型尾氣吸收裝置。

4.2 深度處理綜合池

本期工程新建深度處理綜合池1座，規(guī)模為25萬(wàn)m3/d。深度處理綜合池包括提升泵房、沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房、提升泵房、臭氧接觸池、活性炭濾池及清水池。

(1)提升泵房、沖洗泵及鼓風(fēng)機(jī)房

設(shè)提升泵房、沖洗泵及鼓風(fēng)機(jī)房1座，并附設(shè)變電所，設(shè)計(jì)規(guī)模為25萬(wàn)m3/d。

中間提升泵房分設(shè)2組提升泵為對(duì)稱布置，提升泵采用混流泵型式，每組規(guī)模為12.5萬(wàn)m3/d，每組設(shè)提升泵3臺(tái)，2用，每臺(tái)水泵流量為2 800 m3/h，揚(yáng)程為8 m，配電功率為110 kW，每臺(tái)泵均配置變頻調(diào)速裝置。復(fù)核深度處理綜合池適應(yīng)處理35萬(wàn)m3/d水量時(shí)，每組提升泵3臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。濾后水由2組提升泵分別提升，經(jīng)出水堰跌落后再進(jìn)入2組后臭氧接觸池。由來(lái)水水量控制水泵調(diào)速裝置。

活性炭濾池沖洗泵房?jī)?nèi)設(shè)沖洗水泵4套，3用1備，單泵流量為1 350 m3/h，揚(yáng)程為8～10 m。配電功率為55 kW，每臺(tái)泵均配置變頻調(diào)速裝置。

泵房?jī)?nèi)設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)3套，2用1備，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為4 400 m3/h，風(fēng)壓為40 kPa，配電功率為90 kW。

泵房?jī)?nèi)設(shè)置電動(dòng)單梁懸掛式起重機(jī)2套，起重量為3、5 t。泵房?jī)?nèi)設(shè)排水泵1套。

(2)后臭氧接觸池

設(shè)置后臭氧接觸池2組，每組規(guī)模為12.5萬(wàn)m3/d，臭氧接觸時(shí)間3段均為4 min共計(jì)12 min。復(fù)核2組后臭氧接觸池運(yùn)行水量達(dá)35萬(wàn)m3/d時(shí)，臭氧接觸時(shí)間3段共計(jì)8.8 min。臭氧最大投加率按1.5 mg/L考慮。每組臭氧接觸池池頂設(shè)置觸媒型尾氣吸收裝置。臭氧制備采用電源放電法制備，原理為氧氣通過(guò)電暈放電區(qū)時(shí)被高速電子轟擊，分解成氧原子后又被碰撞形成帶3原子氧的臭氧。

(3)活性炭濾池

單座活性炭濾池規(guī)模為25萬(wàn)m3/d，濾池分為8格，雙排布置，單格濾池過(guò)濾面積為154 m2，設(shè)計(jì)濾速為8.5 m/h，炭床吸附停留時(shí)間為14.3 min。復(fù)核活性炭濾池運(yùn)行水量達(dá)35萬(wàn)m3/d時(shí)，濾速為11.9 m/h，炭床吸附停留時(shí)間為9 min。

反沖洗方式為單獨(dú)氣沖加單獨(dú)水沖洗，氣沖強(qiáng)度為55 m3/(m2· h)，水沖洗強(qiáng)度為25 m3/(m2· h)。沖洗周期約為5～7 d/次。

顆?；钚蕴繉?duì)比了柱狀破碎炭和壓塊破碎炭，最終考慮到壓塊破碎活性炭吸附效果好、價(jià)格低、強(qiáng)度也可達(dá)到使用要求而作為最終的采購(gòu)產(chǎn)品。

(4)清水池

水廠現(xiàn)設(shè)有清水庫(kù)3座，有效庫(kù)容為10 000 m3的2座、有效庫(kù)容為20 000 m3的1座，本工程考慮在后臭氧接觸池及活性炭濾池下疊合設(shè)置清水池1座，有效庫(kù)容為8 000 m3，有效水深為2.90 m，與現(xiàn)有清水庫(kù)形成串聯(lián)運(yùn)行。本期工程清水庫(kù)調(diào)節(jié)能力增加1.4%左右。

4.3 臭氧制備車間及氧氣站

臭氧制備車間土建規(guī)模為60萬(wàn)m3/d。本工程共設(shè)臭氧發(fā)生系統(tǒng)3套，單套臭氧發(fā)生能力為20 kg O3/h(臭氧濃度為10%)，滿足60萬(wàn)m3/d規(guī)模前臭氧單元及25萬(wàn)m3/d規(guī)模后臭氧單元的臭氧加注要求?？紤]采用液氧供應(yīng)系統(tǒng)，液氧站的設(shè)置需滿足其設(shè)置的相關(guān)規(guī)范要求。

臭氧制備車間內(nèi)預(yù)留配套35萬(wàn)m3/d規(guī)模后臭氧活性炭建設(shè)的同時(shí)，考慮增設(shè)的臭氧發(fā)生器等設(shè)備的位置。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

工程投資估算費(fèi)用為18 732.95萬(wàn)元，其中，第一部分工程費(fèi)用15 060.59萬(wàn)元深度處理水處理系統(tǒng)增加的成本為0.284元/m3。經(jīng)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)和工程效益分析，分析水價(jià)為0.43元/m3，此時(shí)的項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為7.30%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為2 088.66萬(wàn)元(I=6%)，投資回收期為11.85 a，均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6 改造后處理效果

蘇州吳江區(qū)廟港水廠深度處理工程(一期)完成后，蘇州市水務(wù)局《關(guān)于加快實(shí)施自來(lái)水廠深度制水工藝改造的通知》得到了積極響應(yīng)。改造后嗅味物質(zhì)2-MIB出水濃度可以穩(wěn)定在50 ng/L以下，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到了水專項(xiàng)的考核指標(biāo)要求。改造前2013年—2018年水質(zhì)指標(biāo)和改造后2019年1月—2019年10月水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示，出水水質(zhì)較僅采用常規(guī)處理系統(tǒng)時(shí)有明顯的改善和提高。

表3 改造前后出廠水水質(zhì)對(duì)比Tab.3 Finished Water Quality before and after Reconstruction

7 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地條件，蘇州吳江區(qū)廟港水廠深度處理工程(一期)采取分階段實(shí)施。為了適應(yīng)現(xiàn)狀生產(chǎn)系統(tǒng)和運(yùn)行方式，對(duì)預(yù)臭氧接觸池和深度處理綜合池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。改造后出水水質(zhì)較采用常規(guī)處理系統(tǒng)時(shí)有明顯的改善和提高，出水耗氧量和氨氮指標(biāo)均有較大幅度的下降。