針對60萬m3/d老廠深度處理改造用地偏居廠區(qū)一側，平行于原有四期常規(guī)處理流程的建設條件，在改造中除了要重點考慮各期常規(guī)處理出水獨立性和清水池進水均衡控制的問題，大規(guī)模中間提升泵房前池的調蓄需求，前后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？

1 項目背景

M水廠原水水質基本能達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）的Ⅱ類標準，出廠水也均達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》（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(fā)（2014）55號文)》要求，“變‘深度’處理為‘常規(guī)’處理，提高安全供水能力，努力實現(xiàn)從供‘合格水’向供‘優(yōu)質水’的轉變”。由此，根據(jù)項目前期論證及批復要求，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(xiàn)有四期常規(guī)處理流程均為南北向布置。由西至東，一期～四期工程規(guī)模分別為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(guī)模為60萬m3/d，布置于常規(guī)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。

2 改造工程系統(tǒng)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泄漏的問題，一般采用的解決辦法有在炭池后再設置其他過濾截留構筑物，如膜處理、砂濾池，或炭層下方再設有砂層。

由于本項目的炭池后沒有增設其他構筑物的可用場地，而由現(xiàn)有沉淀池引水進入深度處理后再回到現(xiàn)有砂濾池，改造難度大，生產影響時間長，難以實現(xiàn)。因此，將臭氧活性炭工藝設于常規(guī)處理之后，采用在炭層下方設置砂層來解決微生物泄漏的問題。

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

2.2 深度處理與現(xiàn)有工藝的銜接

2.2.1 改造遵循的原則和目標

除了深度處理單元本身的方案適用性外，與老廠常規(guī)處理工藝系統(tǒng)的銜接應遵循以下目標和原則。

（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(xiàn)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內實現(xiàn)管道的連接和運行的切換。

（2）改造后，常規(guī)處理各期仍可獨立運行，超越深度處理工藝。常規(guī)處理各期出水統(tǒng)一接入深度處理系統(tǒng)，也可實現(xiàn)各期獨立運行。在常規(guī)處理水質達標的條件下，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(tǒng)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，確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(guī)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(tǒng)的銜接

2.2.2.1 調節(jié)容量及設計水位

調節(jié)水池要與流程相銜接，前面要與常規(guī)處理出水銜接，后要與工藝提升泵房銜接。因此調節(jié)水池需要確定的一是調節(jié)容量及水位變幅，二是最高水位。

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

水位變幅不宜過大，變幅也就意味著潛在的水頭損失。設計調節(jié)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以內，為維持高水位運行，減少水頭浪費，提供了可能。

（2）調節(jié)水池最高水位。一期~四期共4期常規(guī)處理，串聯(lián)進入調節(jié)水池。全部水量需經深度處理時，調節(jié)水池以滿足最遠端的一期常規(guī)正常出水來核算調節(jié)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(xiàn)有各流程運行獨立性和深度處理出水均衡返回

（1）現(xiàn)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(jié)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干擾，保證自身工藝流程運行的穩(wěn)定性?，F(xiàn)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(jié)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。

（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。本工程適當優(yōu)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復雜，以其水損最大為0.88 m。但各期相差數(shù)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，能確保深度處理出水均衡返回，清水池容積可以得到充分利用。

2.2.3 安全溢流

深度處理前設置了中間調節(jié)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(jié)水池，可能導致濾池管廊發(fā)生外溢。本工程規(guī)模為60萬m3/d，濾池面積大，溢水量很大，將對濾池及廠區(qū)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(guī)處理出水能直接溢流進入原對應清水池，堰后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(jù)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標高，該標高可以防止深度處理出水返流至常規(guī)處理出水側。

(2)提升泵房故障停運時。故障停運時，堰前水位涌高過堰后進入清水池，也即抬高了濾池出水水位，可能產生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內濾層水頭損失不超過1 m，能保持濾池正常運行。

因此，常規(guī)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(guī)處理出水側。

方案二：在調蓄水池設溢流井。

按60萬m3/d規(guī)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。此堰頂標高較低，必然低于清水池最高水位，溢流出水無法進入清水池，只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，在調蓄池內不易設置。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(xiàn)有高水位溢流通道，滿足排河要求，無需另設溢流管，節(jié)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后，接入調節(jié)水池，當提升泵房故障時井內水位抬高超過第二道堰溢流堰時，可進入原對位清水池。

3 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(xiàn)了改造工程預先設定的目標。

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

（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確定，在正常情況下常規(guī)處理水量全部提升至深度處理系統(tǒng),而在深度處理系統(tǒng)提升泵房在發(fā)生故障時,常規(guī)處理出水能自動切換至原來對應清水池,確保整個系統(tǒng)運行安全。提升泵按調蓄水池水位運行。中間提升與前常規(guī)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(xiàn)兩大系統(tǒng)的有機銜接，一旦提升水泵發(fā)生故障，常規(guī)處理水也能安全溢流至原來清水池，確保整個系統(tǒng)的運行安全。

（3）各期常規(guī)處理流程互不影響，生產管理方便。因各期常規(guī)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只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(jié)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(jié)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(jié)約深度處理提升能耗。

4 結語

目前，很多水廠為確保出水濁度做到0.3 NTU以下，提升了沉淀出水標準，砂濾過濾水頭也有較多富余。本工程利用了富余的過濾水頭，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，適用于出水基本達標的深度處理改造工程?，F(xiàn)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標準的改造工程，實現(xiàn)由合格水到優(yōu)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(tǒng)設計和安全溢流模式。

如常規(guī)處理出水不能達標，也可采用獨立分組溢流模式，有利于獨立運行和溢流排放，只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(jù)常規(guī)處理出水水質和深度處理建設條件甄別分析，選用適當?shù)南到y(tǒng)設計和安全溢流模式。

微信對原文有刪減。原文標題“老廠深度處理改造的系統(tǒng)銜接和安全溢流模式探析”；作者：吳國榮、鄔亦俊、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(yè)設計工程有限公司?？窃凇督o水排水》2018年第9期。

  來源:給水排水  作者:吳國榮等 

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