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給水排水 |水廠深度處理不停水改造案例分析

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給水排水 |水廠深度處理不停水改造案例分析

發布日期:2018-12-01 作者: 點擊:

針對60萬m³/d老廠深度處理改造用地偏居廠區一側,平行于原有四期常規處理流程的建設條件,在改造中除了要重點考慮各期常規處理出水獨立性和清水池進水均衡控制的問題,大規模中間提升泵房前池的調蓄需求,前後流量的銜接和安全溢流等深度處理改造中常見的問題該如何解決?

項目背景

M水廠原水水質基本能達到《地表水環境質量标準》(GB 3838-2002)的Ⅱ類标準,出廠水也均達到《生活飲用水衛生标準》(GB 5749-2006)的要求。

 

2014年,江蘇省《省政府辦公廳關于切實加強城市供水安全保障工作的通知(蘇政辦發(2014)55号文)》要求,“變‘深度’處理為‘常規’處理,提高安全供水能力,努力實現從供‘合格水’向供‘優質水’的轉變”。由此,根據項目前期論證及批複要求,重點為提高對微量有機物的去除,M水廠改造采用臭氧活性炭工藝。

 

M水廠現有四期常規處理流程均為南北向布置。由西至東,一期~四期工程規模分别為10萬m³/d、10萬m³/d、20萬m³/d和20萬m³/d。

 

本期深度處理改造規模為60萬m³/d,布置于常規處理流程東側,貼近四期工程,距離一期工程約300 m,可用地面積14 400 ㎡,約21.60畝(1畝≈667 ㎡),具體布置見圖1。

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改造工程系統銜接和安全溢流


2.1 深度處理工藝的選擇與問題

臭氧活性炭深度處理工藝的出水經常會存在微生物洩漏的問題,一般采用的解決辦法有在炭池後再設置其他過濾截留構築物,如膜處理、砂濾池,或炭層下方再設有砂層。

 

由于本項目的炭池後沒有增設其他構築物的可用場地,而由現有沉澱池引水進入深度處理後再回到現有砂濾池,改造難度大,生産影響時間長,難以實現。因此,将臭氧活性炭工藝設于常規處理之後,采用在炭層下方設置砂層來解決微生物洩漏的問題。

 

整個深度處理工藝流程為現有砂濾出水-中間提升泵房-臭氧接觸池-炭濾-現有清水池。

 

2.2 深度處理與現有工藝的銜接

2.2.1 改造遵循的原則和目标

除了深度處理單元本身的方案适用性外,與老廠常規處理工藝系統的銜接應遵循以下目标和原則。

 

(1)改造期間,水廠應盡可能維持最大供水能力。工程設計應可實現各期流程改造的分組停水,最大限度保證供水,并盡可能在最短時間内實現管道的連接和運行的切換。

 

(2)改造後,常規處理各期仍可獨立運行,超越深度處理工藝。常規處理各期出水統一接入深度處理系統,也可實現各期獨立運行。在常規處理水質達标的條件下,可超越深度處理,直接進入各期的清水池。

 

(3)各期流程應保持進出水均衡。由于各期至深度處理系統的距離相差較大,在滿足最遠的一期工程水力高程需要時,工程設計應采取相應措施,确保各期進入深度處理以及深度處理出水回到各期清水池輸送水量的均衡,使清水池調蓄量利用充分。

 

(4)中間提升泵房前必須設置安全溢流措施。深度處理如暫不運行,或部分水量運行時,各期常規處理能通過各自設置的溢流堰安全溢流至清水池。如清水池滿池,可通過其原有的溢流管安全排出。

 

2.2.2 新老系統的銜接

2.2.2.1 調節容量及設計水位

調節水池要與流程相銜接,前面要與常規處理出水銜接,後要與工藝提升泵房銜接。因此調節水池需要确定的一是調節容量及水位變幅,二是最高水位。

 

(1)調節水池的調蓄量水位及水位變幅。調節水池有效調蓄量的設計參照《城鎮供水長距離輸水管(渠)道工程技術規程》(CECS193—2005)的要求,适應提升水量規模,不小于5 min的最大設計水量。

 

水位變幅不宜過大,變幅也就意味着潛在的水頭損失。設計調節水位最大變幅為3 m。設計中,水泵全部配置變頻,水位變幅實際可以控制在20 cm以内,為維持高水位運行,減少水頭浪費,提供了可能。

 

(2)調節水池最高水位。一期~四期共4期常規處理,串聯進入調節水池。全部水量需經深度處理時,調節水池以滿足最遠端的一期常規正常出水來核算調節池的最高水位。該最高水位可以保證各期出水順利接入深度處理流程。

 

2.2.2.2 現有各流程運行獨立性和深度處理出水均衡返回

(1)現有各流程運行獨立性。一期~四期出水接入深度處理的總管接管點處最高水壓受到調節水池水位和輸送流量的變化影響。各期濾池和沖洗泵房的運行需要排除接管點水壓變化的幹擾,保證自身工藝流程運行的穩定性。現狀一期和二期設有濾池出水堰和反沖洗泵房進水所需水位控制井,但三期和四期僅設有濾池出水堰,而無反沖洗水位控制井。因此,當深度處理調節水池水位變化時,不會影響一期和二期的正常運行,而三期和四期沖洗水位無法保證。本次工程為三期和四期設置專門的沖洗水位控制措施——水位控制堰,保證沖洗水位。各期正常運行進入深度處理的水位控制高程及相應工程措施,見工藝流程圖2。

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(2)深度處理出水均衡返回。由于各期清水池距離相差較大,深度處理出水至各清水池的水頭損失差需要控制,以保證清水池容積的充分利用和不浪費水頭。本工程适當優化放大至各清水池的管徑(見圖3),設計計算各期清水池進水水頭見表1。其中三期清水池接入管道最為複雜,以其水損最大為0.88 m。但各期相差數值較小,滿負荷運行時,最大水損差值僅為0.15 m,基本可以不考慮其影響,能确保深度處理出水均衡返回,清水池容積可以得到充分利用。

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2.2.3 安全溢流

深度處理前設置了中間調節水池和提升泵房,在提升泵房斷電情況下,濾池出水仍然重力自流進入中間提升泵房的調節水池,可能導緻濾池管廊發生外溢。本工程規模為60萬m³/d,濾池面積大,溢水量很大,将對濾池及廠區造成巨大影響。本工程考慮兩個安全溢流方案。

 

方案一:各期分組式獨立設溢流井。


在各濾池出水管按出水量和水力高程設溢流井,溢流能力對應濾池出水能力,使得常規處理出水能直接溢流進入原對應清水池,堰後也直接與深度處理出水直接連通。

 

此時,需要考慮2個方面:

(1)提升泵房正常運行時。根據各期安全溢流井處的深度處理出水管連接點水壓的不同,設置各溢流井的溢流堰标高,該标高可以防止深度處理出水返流至常規處理出水側。

 

(2) 提升泵房故障停運時。故障停運時,堰前水位湧高過堰後進入清水池,也即擡高了濾池出水水位,可能産生2個問題,一是各期濾池出水井是否會冒水,二是各期濾池的工作水頭是否足夠。

 

對各期沖洗水位控制井和濾池出水井高程進行水力核算分析,結論是:

(1) 各期已有的沖洗水位控制井和濾池出水井仍然能保持不小于0.4 m的跌落水頭,運行安全。

 

(2) 經核算,一期和二期過濾水頭較小,為1.28 m左右。而實際M水廠濾池在一個過濾周期内濾層水頭損失不超過1 m,能保持濾池正常運行。

 

因此,常規處理可以在提升泵房故障時跨越安全溢流堰,超越深度處理進入原對應清水池。正常運行時深度處理出水也不會反向流至常規處理出水側。

 

方案二:在調蓄水池設溢流井。


按60萬m³/d規模,在調蓄水池設置溢流井,以保證提升泵房故障時集中溢流。此堰頂标高較低,必然低于清水池最高水位,溢流出水無法進入清水池,隻能專門排放進入河道,但又恐河水倒灌;同時該堰也比較長,占用空間大,在調蓄池内不易設置。另外,此溢流水量大排放管徑大,埋設也很困難,溢流時水資源浪費較多,對排放處影響大。

 

綜合比較,方案一溢流排放進入原清水池,不浪費水資源,也可利用清水池現有高水位溢流通道,滿足排河要求,無需另設溢流管,節約投資。設計采用了方案一,即各期分組式獨立溢流井的方案。

 

2.2.4 沖洗水位控制堰與溢流堰組合設置

考慮三期和四期需要設置沖洗水位控制措施——水位控制堰,以及各期需設溢流井,三期、四期需設有雙堰的水位控制溢流井,合兩項功能為一體,濾池出水溢過第一道堰反沖水位控制堰後,接入調節水池,當提升泵房故障時井内水位擡高超過第二道堰溢流堰時,可進入原對位清水池。

運行效果及意義


2016年12月,深度處理改造工程建成,除出水水質進一步改善外,同時實現了改造工程預先設定的目标。

 

(1)改造過程和生産切換影響小。設計方案做到了改造期間對生産運行的影響最小,各路管道改造和切換均可分組實施,短時間内實現管道連接和運行切換,實際影響時間在低峰供水的1個月内。

 

(2)分組式獨立溢流模式保障運行安全,調度靈活。提升泵房出水量由調蓄水池水位确定,在正常情況下常規處理水量全部提升至深度處理系統,而在深度處理系統提升泵房在發生故障時,常規處理出水能自動切換至原來對應清水池,确保整個系統運行安全。提升泵按調蓄水池水位運行。中間提升與前常規處理的水量銜接由調蓄水池水位決定變頻控制水泵提升水量,實現兩大系統的有機銜接,一旦提升水泵發生故障,常規處理水也能安全溢流至原來清水池,确保整個系統的運行安全。

 

(3)各期常規處理流程互不影響,生産管理方便。因各期常規處理可以獨立運行,互不影響,任一組如不進入深度處理時,其砂濾出水可直接溢流進入清水池,而砂濾池運行周期基本不變。

 

(4)中間調蓄無需求,大幅減小調蓄水池容積。因無需考慮中間提升泵房進出水量波動對調蓄水池容積的需求,中間提升泵房調蓄容積隻需要考慮最大運行水量時的水泵啟停需求即可,從而可以大幅減少調蓄容積。

 

(5)利用原有清水池溢流設施,分散設置溢流井、節省投資和事故時的浪費水量。分組溢流井模式,無需專設大口徑溢流管道并減少調蓄需求,節約投資;而且由于水量不浪費,無外溢之憂,無水量銜接之慮,中間提升泵房可保持高水位運行,節約深度處理提升能耗。

 結語

目前,很多水廠為确保出水濁度做到0.3 NTU以下,提升了沉澱出水标準,砂濾過濾水頭也有較多富餘。本工程利用了富餘的過濾水頭,這在很多水廠中也是可行的。

 

獨立分組安全溢流進入清水池模式,适用于出水基本達标的深度處理改造工程。現在除江蘇外,上海、山東等地都在實施進一步提升生活飲用水水質标準的改造工程,實現由合格水到優質水的轉變。類似條件下,深度處理改造工程均可參照本工程系統設計和安全溢流模式。

 

如常規處理出水不能達标,也可采用獨立分組溢流模式,有利于獨立運行和溢流排放,隻是出水需專管接出至排放管線。

 

實際深度處理改造工程應根據常規處理出水水質和深度處理建設條件甄别分析,選用适當的系統設計和安全溢流模式。


對原文有删減。原文标題老廠深度處理改造的系統銜接和安全溢流模式探析”;作者:吳國榮、邬亦俊、楊友強;作者單位:上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司、上海水業設計工程有限公司。刊登在《給水排水》2018年第9期。

本文網址:http://www.snjwd.com/news/379.html

關鍵詞:不停水改造,水處理除氟設備

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