針對(duì)60萬(wàn)m3/d老廠深度處理改造用地偏居廠區(qū)一側(cè)，平行于原有四期常規(guī)處理流程的建設(shè)條件，在改造中除了要重點(diǎn)考慮各期常規(guī)處理出水獨(dú)立性和清水池進(jìn)水均衡控制的問(wèn)題，大規(guī)模中間提升泵房前池的調(diào)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(jiàn)的問(wèn)題該如何解決？

1 項(xiàng)目背景

M水廠原水水質(zhì)基本能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，出廠水也均達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）的要求。

2014年，江蘇省《省政府辦公廳關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)城市供水安全保障工作的通知(蘇政辦發(fā)（2014）55號(hào)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(shí)現(xiàn)從供‘合格水’向供‘優(yōu)質(zhì)水’的轉(zhuǎn)變”。由此，根據(jù)項(xiàng)目前期論證及批復(fù)要求，重點(diǎn)為提高對(duì)微量有機(jī)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(wàn)m3/d、10萬(wàn)m3/d、20萬(wàn)m3/d和20萬(wàn)m3/d。

本期深度處理改造規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，布置于常規(guī)處理流程?hào)|側(cè)，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(jiàn)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(wèn)題

臭氧活性炭深度處理工藝的出水經(jīng)常會(huì)存在微生物泄漏的問(wèn)題，一般采用的解決辦法有在炭池后再設(shè)置其他過(guò)濾截留構(gòu)筑物，如膜處理、砂濾池，或炭層下方再設(shè)有砂層。

由于本項(xiàng)目的炭池后沒(méi)有增設(shè)其他構(gòu)筑物的可用場(chǎng)地，而由現(xiàn)有沉淀池引水進(jìn)入深度處理后再回到現(xiàn)有砂濾池，改造難度大，生產(chǎn)影響時(shí)間長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)。因此，將臭氧活性炭工藝設(shè)于常規(guī)處理之后，采用在炭層下方設(shè)置砂層來(lái)解決微生物泄漏的問(wèn)題。

整個(gè)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(biāo)

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(yīng)遵循以下目標(biāo)和原則。

（1）改造期間，水廠應(yīng)盡可能維持最大供水能力。工程設(shè)計(jì)應(yīng)可實(shí)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道的連接和運(yùn)行的切換。

（2）改造后，常規(guī)處理各期仍可獨(dú)立運(yùn)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(shí)現(xiàn)各期獨(dú)立運(yùn)行。在常規(guī)處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)的條件下，可超越深度處理，直接進(jìn)入各期的清水池。

（3）各期流程應(yīng)保持進(jìn)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(yuǎn)的一期工程水力高程需要時(shí)，工程設(shè)計(jì)應(yīng)采取相應(yīng)措施，確保各期進(jìn)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(diào)蓄量利用充分。

（4）中間提升泵房前必須設(shè)置安全溢流措施。深度處理如暫不運(yùn)行，或部分水量運(yùn)行時(shí)，各期常規(guī)處理能通過(guò)各自設(shè)置的溢流堰安全溢流至清水池。如清水池滿池，可通過(guò)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(diào)節(jié)容量及設(shè)計(jì)水位

調(diào)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(diào)節(jié)水池需要確定的一是調(diào)節(jié)容量及水位變幅，二是最高水位。

（1）調(diào)節(jié)水池的調(diào)蓄量水位及水位變幅。調(diào)節(jié)水池有效調(diào)蓄量的設(shè)計(jì)參照《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS193—2005）的要求，適應(yīng)提升水量規(guī)模，不小于5 min的最大設(shè)計(jì)水量。

水位變幅不宜過(guò)大，變幅也就意味著潛在的水頭損失。設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)水位最大變幅為3 m。設(shè)計(jì)中，水泵全部配置變頻，水位變幅實(shí)際可以控制在20 cm以內(nèi)，為維持高水位運(yùn)行，減少水頭浪費(fèi)，提供了可能。

（2）調(diào)節(jié)水池最高水位。一期~四期共4期常規(guī)處理，串聯(lián)進(jìn)入調(diào)節(jié)水池。全部水量需經(jīng)深度處理時(shí)，調(diào)節(jié)水池以滿足最遠(yuǎn)端的一期常規(guī)正常出水來(lái)核算調(diào)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(yùn)行獨(dú)立性和深度處理出水均衡返回

（1）現(xiàn)有各流程運(yùn)行獨(dú)立性。一期～四期出水接入深度處理的總管接管點(diǎn)處最高水壓受到調(diào)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(yùn)行需要排除接管點(diǎn)水壓變化的干擾，保證自身工藝流程運(yùn)行的穩(wěn)定性。現(xiàn)狀一期和二期設(shè)有濾池出水堰和反沖洗泵房進(jìn)水所需水位控制井，但三期和四期僅設(shè)有濾池出水堰，而無(wú)反沖洗水位控制井。因此，當(dāng)深度處理調(diào)節(jié)水池水位變化時(shí)，不會(huì)影響一期和二期的正常運(yùn)行，而三期和四期沖洗水位無(wú)法保證。本次工程為三期和四期設(shè)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(yùn)行進(jìn)入深度處理的水位控制高程及相應(yīng)工程措施，見(jiàn)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(fèi)水頭。本工程適當(dāng)優(yōu)化放大至各清水池的管徑（見(jiàn)圖3），設(shè)計(jì)計(jì)算各期清水池進(jìn)水水頭見(jiàn)表1。其中三期清水池接入管道最為復(fù)雜，以其水損最大為0.88 m。但各期相差數(shù)值較小，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，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(shè)置了中間調(diào)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(jìn)入中間提升泵房的調(diào)節(jié)水池，可能導(dǎo)致濾池管廊發(fā)生外溢。本工程規(guī)模為60萬(wàn)m3/d，濾池面積大，溢水量很大，將對(duì)濾池及廠區(qū)造成巨大影響。本工程考慮兩個(gè)安全溢流方案。

方案一：各期分組式獨(dú)立設(shè)溢流井。

在各濾池出水管按出水量和水力高程設(shè)溢流井，溢流能力對(duì)應(yīng)濾池出水能力，使得常規(guī)處理出水能直接溢流進(jìn)入原對(duì)應(yīng)清水池，堰后也直接與深度處理出水直接連通。

此時(shí)，需要考慮2個(gè)方面：

（1）提升泵房正常運(yùn)行時(shí)。根據(jù)各期安全溢流井處的深度處理出水管連接點(diǎn)水壓的不同，設(shè)置各溢流井的溢流堰標(biāo)高，該標(biāo)高可以防止深度處理出水返流至常規(guī)處理出水側(cè)。

(2)提升泵房故障停運(yùn)時(shí)。故障停運(yùn)時(shí)，堰前水位涌高過(guò)堰后進(jìn)入清水池，也即抬高了濾池出水水位，可能產(chǎn)生2個(gè)問(wèn)題，一是各期濾池出水井是否會(huì)冒水，二是各期濾池的工作水頭是否足夠。

對(duì)各期沖洗水位控制井和濾池出水井高程進(jìn)行水力核算分析，結(jié)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(yùn)行安全。

(2)經(jīng)核算，一期和二期過(guò)濾水頭較小，為1.28 m左右。而實(shí)際M水廠濾池在一個(gè)過(guò)濾周期內(nèi)濾層水頭損失不超過(guò)1 m，能保持濾池正常運(yùn)行。

因此，常規(guī)處理可以在提升泵房故障時(shí)跨越安全溢流堰，超越深度處理進(jìn)入原對(duì)應(yīng)清水池。正常運(yùn)行時(shí)深度處理出水也不會(huì)反向流至常規(guī)處理出水側(cè)。

方案二：在調(diào)蓄水池設(shè)溢流井。

按60萬(wàn)m3/d規(guī)模，在調(diào)蓄水池設(shè)置溢流井，以保證提升泵房故障時(shí)集中溢流。此堰頂標(biāo)高較低，必然低于清水池最高水位，溢流出水無(wú)法進(jìn)入清水池，只能專門排放進(jìn)入河道，但又恐河水倒灌；同時(shí)該堰也比較長(zhǎng)，占用空間大，在調(diào)蓄池內(nèi)不易設(shè)置。另外，此溢流水量大排放管徑大，埋設(shè)也很困難，溢流時(shí)水資源浪費(fèi)較多，對(duì)排放處影響大。

綜合比較，方案一溢流排放進(jìn)入原清水池，不浪費(fèi)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(wú)需另設(shè)溢流管，節(jié)約投資。設(shè)計(jì)采用了方案一，即各期分組式獨(dú)立溢流井的方案。

2.2.4 沖洗水位控制堰與溢流堰組合設(shè)置

考慮三期和四期需要設(shè)置沖洗水位控制措施——水位控制堰，以及各期需設(shè)溢流井，三期、四期需設(shè)有雙堰的水位控制溢流井，合兩項(xiàng)功能為一體，濾池出水溢過(guò)第一道堰反沖水位控制堰后，接入調(diào)節(jié)水池，當(dāng)提升泵房故障時(shí)井內(nèi)水位抬高超過(guò)第二道堰溢流堰時(shí)，可進(jìn)入原對(duì)位清水池。

3 運(yùn)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(zhì)進(jìn)一步改善外，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了改造工程預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)。

（1）改造過(guò)程和生產(chǎn)切換影響小。設(shè)計(jì)方案做到了改造期間對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的影響最小，各路管道改造和切換均可分組實(shí)施，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道連接和運(yùn)行切換，實(shí)際影響時(shí)間在低峰供水的1個(gè)月內(nèi)。

（2）分組式獨(dú)立溢流模式保障運(yùn)行安全，調(diào)度靈活。提升泵房出水量由調(diào)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(shí),常規(guī)處理出水能自動(dòng)切換至原來(lái)對(duì)應(yīng)清水池,確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全。提升泵按調(diào)蓄水池水位運(yùn)行。中間提升與前常規(guī)處理的水量銜接由調(diào)蓄水池水位決定變頻控制水泵提升水量，實(shí)現(xiàn)兩大系統(tǒng)的有機(jī)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(lái)清水池，確保整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

（3）各期常規(guī)處理流程互不影響，生產(chǎn)管理方便。因各期常規(guī)處理可以獨(dú)立運(yùn)行，互不影響，任一組如不進(jìn)入深度處理時(shí)，其砂濾出水可直接溢流進(jìn)入清水池，而砂濾池運(yùn)行周期基本不變。

（4）中間調(diào)蓄無(wú)需求，大幅減小調(diào)蓄水池容積。因無(wú)需考慮中間提升泵房進(jìn)出水量波動(dòng)對(duì)調(diào)蓄水池容積的需求，中間提升泵房調(diào)蓄容積只需要考慮最大運(yùn)行水量時(shí)的水泵啟停需求即可，從而可以大幅減少調(diào)蓄容積。

（5）利用原有清水池溢流設(shè)施，分散設(shè)置溢流井、節(jié)省投資和事故時(shí)的浪費(fèi)水量。分組溢流井模式，無(wú)需專設(shè)大口徑溢流管道并減少調(diào)蓄需求，節(jié)約投資；而且由于水量不浪費(fèi)，無(wú)外溢之憂，無(wú)水量銜接之慮，中間提升泵房可保持高水位運(yùn)行，節(jié)約深度處理提升能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

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(biāo)準(zhǔn)，砂濾過(guò)濾水頭也有較多富余。本工程利用了富余的過(guò)濾水頭，這在很多水廠中也是可行的。

獨(dú)立分組安全溢流進(jìn)入清水池模式，適用于出水基本達(dá)標(biāo)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(shí)施進(jìn)一步提升生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的改造工程，實(shí)現(xiàn)由合格水到優(yōu)質(zhì)水的轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)和安全溢流模式。

如常規(guī)處理出水不能達(dá)標(biāo)，也可采用獨(dú)立分組溢流模式，有利于獨(dú)立運(yùn)行和溢流排放，只是出水需專管接出至排放管線。

實(shí)際深度處理改造工程應(yīng)根據(jù)常規(guī)處理出水水質(zhì)和深度處理建設(shè)條件甄別分析，選用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)和安全溢流模式。

微信對(duì)原文有刪減。原文標(biāo)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(guó)榮、鄔亦俊、楊友強(qiáng)；作者單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司、上海水業(yè)設(shè)計(jì)工程有限公司?？窃凇督o水排水》2018年第9期。

  來(lái)源:給水排水  作者:吳國(guó)榮等 

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