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全流程水厂工艺设计与典型案例!

2020/12/3      点击:

当前,我国城市供水行业面临着两个方面的问题。一方面,饮用水水源污染问题仍然比较突出,存在饮用水水质不达标的风险。尽管推进了全国饮用水水源地集中整治工作并取得极大成效,但2020年3月28日发生的伊春鹿鸣矿业有限公司钼矿尾矿库4号溢流井倾斜事故造成铁力市第一水源地关闭的事件,提醒我们城市饮用水水源污染风险从未离去。而2020年初的新冠肺炎疫情,也曾一度引起人们对饮用水水质安全的担忧,疫情严重地区水厂采取了控制出水浊度和强化消毒等预防性措施。另一方面,我国进入小康社会,广大人民群众对高品质生活饮用水的需求不断增长,供水系统存在设施建设不完善、不充分与广大人民群众对优质饮用水水质新期待之间的矛盾。近年来,上海市、深圳市、雄安新区、海口市江东新区、武汉市、浙江省、江苏省等地已(拟)发布地方性生活饮用水水质标准,提出了比现行国标更为严格的生活饮用水水质标准,期望通过标准的提升,进一步推动净水工艺改进和管理水平提高,使广大人民群众因水质改善而提高获得感。针对第一个问题,应贯彻底线思维,提升供水系统应对水源水质污染风险的能力。饮用水水质安全是国家公共卫生安全体系的重要组成部分,与人民身体健康和社会稳定息息相关,提供合格水、放心水是供水系统的最基本要求。针对第二个问题,应贯彻以人民为中心的发展理念,提高供水系统建设标准,提供更优质、更健康、更好喝的饮用水,实现城市供水系统的高质量发展。在上述背景下,基于饮用水安全保障的多级屏障工艺——全流程工艺在国内水厂建设中开始得到较多应用,建成了一批全流程水厂。


1、供水系统多级屏障理念及全流程工艺概念的提出“十一五”和“十二五”期间,“国家水体污染控制与治理科技重大专项”(简称“水专项”)设立了“饮用水安全保障”主题,构建了我国“从源头到龙头多级屏障工程技术体系”和“从源头到龙头全过程管理技术体系”。这是水专项十多年研发的重大成果,而贯穿其中的“多级屏障”理念,直接引领了近十多年我国城市供水系统的建设发展方向,促进了以臭氧-活性炭、膜分离、紫外消毒等为核心的饮用水安全保障多级屏障工艺在供水厂88格水;原水水质好时保证出水优质,提供高品质水。全流程水厂设计应对原水水质进行客观、准确分析,对风险进行精准识别,必要时可进行专门试验研究,在此基础上进行工艺选择,以提高工艺针对性,不能为追求全流程而进行全流程设计。


(3)合理选择工艺单元及其形式全流程水厂采用长流程,工艺单元多,各单元具备不同功能,要结合项目特点和具体情况合理选择工艺单元及其形式,如预处理的形式,絮凝沉淀池池型,砂滤池池型,活性炭滤池池型,超滤膜形式(压力式或浸没式);是否设置砂滤,砂滤池在前还是活性炭滤池在前,是否有必要设置纳滤,纳滤处理水量的比例;活性炭滤池前是否设置提升泵房等。例如在雄安新区起步区1#水厂和珠海梅溪水厂设计中,综合考虑原水水质、厂区用地及景观要求,絮凝沉淀采用高效沉淀池池型;在济宁长江水厂设计中,针对原水水质特点,采用平流沉淀+气浮的双沉淀组合工艺,炭滤池采用上向流形式,不设砂滤池,预留高级氧化(UV/H2O2)单元和纳滤单元;在珠海梅溪水厂设计中,针对厂区地形高差较大的特点,在砂滤和炭滤之间不设提升泵房。


(4)合理确定工艺参数全流程水厂各工艺单元处理重点不同,其基本原则是前序单元为后续单元减负荷,后续单元为前序单元加保险。因此,对于全流程水厂,要更加注意强化常规处理单元的效果,其设计参数取值在一般情况下也相对保守,以便后续深度处理单元的功能发挥。这与全流程水厂注重安全的理念是一脉相承的,同时相对保守的常规处理设计参数还可以减小药剂投加量,更加绿色安全。例如雄安新区起步区1#水厂、珠海梅溪水厂高效澄清池斜管沉淀区液面负荷取值都靠近《室外给水设计标准》(GB50013-2018)的下限值,有利于保证沉淀水水质,可降低PAM投加量,保护砂滤和后续超滤膜;雄安新区起步区1#水厂、珠海梅溪水厂和海口江东新区水厂砂滤池设计滤速均低于7.5m/h,属于中间偏下的滤速。


(5)厂区平面宜采用集约化布置方式,节约用地,提高与环境的融合度全流程水厂工艺单元多,占地面积大,运行管理相对复杂,应按照集约化原则(如平面组合,竖向叠合等)进行水厂总平面布置,减小厂区占地,缩短连接管路,方便巡视管理,提高土地利用效率,结合海绵设施打造厂区优美景观环境。应重视厂区建筑,有条件时,采用去工业化设计理念,将净水构筑物建筑化,并且要求厂区工业建筑像民用建筑那样拥有建筑艺术性,创造宜人、优美、时尚、有文化的建筑空间环境,达到水厂与周边环境的高度融合。例如,在雄安新区起步区1#水厂设计中,根据规划要求对厂区地形进行重构,借鉴北京四合院布局特点,采用组合式构(建)筑物,集约化布置,并将构筑物建筑化,以达到厂区设施与周边环境的高度融合;珠海梅溪水厂厂区利用采石场废坑建设,变废为宝,充分利用山地地形,因山就势,处理设施采用组合设计、集约化布置,消隐于山谷,与环境高度融合,占地极省;海口江东新区水厂是国内首座全地下式水厂(综合楼及臭氧发生器间布置在地面上),地上面积进行复合式开发利用,极大地提高土地利用率,并提高了水厂台风期抗灾能力。


(6)优化净水构筑物水力高程布置,灵活设置多种运行模式全流程水厂工艺安全性高,设计应充分注意优化净水构筑物水力高程布置,使水厂具备采用多种运行模式的条件,以适应不同条件下的运行工况,包括:正常运行工况,全部单元运行的长流程运行模式;超越运行工况一,超越炭滤池的中流程运行模式;超越工况二,超越全部膜处理单元的中流程运行模式;超越工况三,超越部分膜处理单元的中流程运行模式;超越工况四,特殊情况下超越炭滤池和膜处理单元的常规处理短流程模式等。例如前文介绍的四座全流程水厂均设置了多种运行模式。


(7)充分应用智慧水务技术,提升运行管理水平全流程水厂作为工艺安全性高的水厂,还应该在高效、智能运营方面做出表率和示范。应配置完善的自动检测系统、自动控制系统、资产管理系统、生产信息管理系统等,以实现对水厂的全流程在线监测,对关键工艺单元的智能化管控,对生产过程的预测模拟分析,对水厂运行的整体优化和辅助决策,从而保证水厂运行安全高效、水质稳定可靠。5 总结全流程水厂系“水专项”成果的具体应用,代表了现阶段我国饮用水处理工艺先进水平。全流程水厂设计应充分利用“水专项”成果;充分分析原水水质,强化风险识别,在此基础上进行工艺选择,提高工艺针对性,不能为全流程而全流程;合理选择工艺单元及其形式、工艺设计参数;在平面布置方面应注意集约化布置,高效利用土地;在竖向水力高程布置方面应灵活设置多种运行模式;充分应用智慧水务技术,配置完善的智慧管控系统,实现水厂安全高效运行,保障安全优质供水。  


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