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自來水廠原水的調(diào)蓄與水質(zhì)控制
原創(chuàng) 2016-08-11 張曉健 清華大學(xué) 中國給水排水
編者按
我國的地表水廠多采用直接取水方式(原水取水后直接進(jìn)入凈水廠),只有一部分原水為長距離引水的自來水廠設(shè)置了前置調(diào)蓄池,設(shè)置的考慮因素主要是用于切換水源,以保證原水水量的供給,對水質(zhì)控制的考慮較少?;诖耍迦A大學(xué)張曉健教授,從水質(zhì)的角度,結(jié)合鎮(zhèn)江市征潤洲水源地原水水質(zhì)安全保障工程,討論了江河水源地表水廠設(shè)置前置調(diào)蓄池的意義和水質(zhì)控制對策。
1 原水調(diào)蓄
水質(zhì)波動對凈水工藝的影響
水源水質(zhì)波動性強(qiáng)是江河水源的基本特性,其對凈水工藝的影響主要體現(xiàn)在以下方面:①缺少必要的水質(zhì)監(jiān)測時間,如人工監(jiān)測的頻率很難及時監(jiān)測到水質(zhì)突變;在線監(jiān)測儀器存在較大的局限性——項(xiàng)目有限,費(fèi)用高,易出現(xiàn)偏差,維護(hù)工作量大;受污染水團(tuán)被發(fā)現(xiàn)時,往往已進(jìn)入凈水系統(tǒng)。②缺少必要的凈水工藝調(diào)整時間,即沒有調(diào)整凈水工藝的研究時間、準(zhǔn)備時間、運(yùn)行過渡時間。水源突發(fā)污染就像一把懸吊在自來水廠之上的達(dá)摩克利斯劍。
原水調(diào)蓄的國外要求
歐美許多地方要求,以江河為水源的自來水廠,必須設(shè)置前置調(diào)蓄池,且調(diào)蓄時間一般在1天以上,長距離輸水且有條件的(有水塘、湖庫的)達(dá)1周、甚至1個月。
設(shè)置調(diào)蓄池的基本考慮因素
水量保證(對長距離輸水)、水質(zhì)保證、匹配水質(zhì)日檢頻率、規(guī)避上游化學(xué)品泄漏的突發(fā)污染(接到通報后在污染峰流經(jīng)期間停止取水)。
普遍實(shí)施——有峰谷電價的支持,夜間低電價時取水,白天高電價時不取或少取,實(shí)施有經(jīng)濟(jì)效益。
美國辛辛那提市水廠取水點(diǎn)上游 (俄亥俄河)的泄漏事故
美國辛辛那提市水廠(Richard MillerTreatment Plant):水廠平均供水52萬m3/d(凈水能力89萬m3/d);水源俄亥俄河,取水能力為117萬m3/d;斜管預(yù)沉池、可投加絮凝劑、粉末炭;調(diào)蓄池(預(yù)沉池)140萬m3(平均停留3d);常規(guī)處理+活性炭池;調(diào)質(zhì)(加液堿、聚磷酸鹽)、加氯消毒、加氟;管道總長為4200km,供水面積為740km2,服務(wù)人口80萬(含另一個6.5萬m3/d地下水廠)。
設(shè)置原水調(diào)蓄水池的意義
把受污染的水團(tuán)阻擋在自來水廠之前。
對比原有要求(不達(dá)標(biāo)的自來水不得出廠進(jìn)入配水管網(wǎng)),更為主動。
2 前置調(diào)蓄水池的水質(zhì)控制功能
前置監(jiān)測站點(diǎn)——為發(fā)現(xiàn)問題和應(yīng)對決策提供時間。
規(guī)避短時突發(fā)污染——提供儲備水量。
與應(yīng)急備用水源聯(lián)合調(diào)度——提供應(yīng)急水源啟動期的調(diào)度水量。
原水應(yīng)急凈化處理——與水廠內(nèi)應(yīng)急處理相配合,構(gòu)成多級屏障。
原水水質(zhì)改善——設(shè)置預(yù)處理凈化措施,改善原水水質(zhì)。
設(shè)置導(dǎo)試水廠——為水廠運(yùn)行提供指導(dǎo)。
3 鎮(zhèn)江市征潤洲水源地原水水質(zhì)安全保障工程
鎮(zhèn)江市城市供水情況
水源:長江,通過外引河至內(nèi)引河邊的取水泵房。
凈水廠:金西水廠(30萬m3/d,常規(guī)處理工藝)和金山水廠(20萬m3/d,深度處理工藝)。
應(yīng)急水源:金山湖(景觀水體),可用水量216萬m3,應(yīng)急狀態(tài)下可供1周,2014年建成應(yīng)急水源引換水管渠。
原有取水方式及存在的問題
取水方式:長江水經(jīng)由長約300米的外引河通過箱式涵閘進(jìn)入內(nèi)引河,再由內(nèi)引河經(jīng)金西、金山水廠一級泵站提升進(jìn)入水廠。水流從長江到水廠僅幾十分鐘。
存在時間:缺少水質(zhì)預(yù)警時間;進(jìn)廠水質(zhì)不可控。
長江原水水質(zhì)問題
總體呈II類水體水質(zhì),但因上游有大量的沿岸污染源和移動污染源,經(jīng)常發(fā)生水質(zhì)突發(fā)污染。
近年原水水質(zhì)監(jiān)測異常部分情況:
2006年9月,上游江段燃料油污染。
2008年4月,上游江段柴油污染。
2009年12月,原水檢出鄰苯二甲酸系列、二十七烷、甲基苯乙烯等。
2012年2月3日,發(fā)生苯酚類物質(zhì)污染,造成自來水異味事件。
2014年1月10日,原水檢出二硫化碳。
2014年2月2日,原水檢出苯。
2014年3月30 日,原水檢出苯、氯苯等。
2014年11月14日,原水檢出二氯乙烯。
2015年9月4日,原水檢出苯乙烯。
原定的水源保障工程方案
2014年初,市政府提出了供水水源水質(zhì)保障工程方案,即在長江中泓取水(長江橫斷面*大水深處取水),新建工程:頂管+岸邊泵站;在上游4km處建立自來水公司的前置水質(zhì)監(jiān)測站(上游13km、6.5km處和水廠取水口已有環(huán)保的自動監(jiān)測站);工程費(fèi)用2.4億(主要費(fèi)用:頂管工程)。
工程目標(biāo):江心水質(zhì)優(yōu)于岸邊水質(zhì);上游水質(zhì)在線監(jiān)測能夠提供1小時的預(yù)警時間。
存在問題:江心取水水質(zhì)改善有限;上游監(jiān)測站的預(yù)警作用有限。
新的水源保障工程方案
2014年4月,經(jīng)向清華大學(xué)張曉健教授咨詢,形成了新的方案:充分利用征潤洲現(xiàn)狀地形,設(shè)置前置調(diào)蓄池,大幅度增加長江原水在水源地的停留時間,并設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測、預(yù)處理和污染水排空設(shè)施,實(shí)現(xiàn)對自來水廠原水水質(zhì)的預(yù)警與控制。工程設(shè)計(jì)規(guī)模為60萬m3/d,工程總投資為8234萬元。
具體措施如下:
① 建設(shè)前置調(diào)蓄池,由原內(nèi)引河疏挖改建,高水位運(yùn)行,容積40多萬m3/d,原水停留時間12h以上,然后由原有的一泵站輸送至水廠。
② 建設(shè)前置調(diào)蓄池的預(yù)處理設(shè)施(應(yīng)急藥劑投加裝置、曝氣吹脫裝置等),可用于正常狀態(tài)下的預(yù)處理和突發(fā)污染的應(yīng)急處理。
③ 建設(shè)長江取水雙向泵站,各種運(yùn)行工況:正常運(yùn)行時,長江水進(jìn)入到調(diào)蓄池(長江高水位時自流進(jìn)水,低水位時泵提升);如長江發(fā)生突發(fā)污染,雙向泵房停止取水,用調(diào)蓄池中儲存的原水供水廠,必要時開啟金山湖應(yīng)急備用水源;如污染水團(tuán)已進(jìn)入調(diào)蓄池,可向長江排回調(diào)蓄池中的污染水團(tuán):從雙向泵房重力排放、應(yīng)急備用水源頂推置換排放、雙向泵房反向抽排。如長江水階段持續(xù)性輕微污染,開啟預(yù)處理設(shè)施,進(jìn)行預(yù)處理。
④ 建設(shè)原水水質(zhì)監(jiān)測站,對長江進(jìn)水進(jìn)行檢測,預(yù)警時間約半天。
⑤ 建設(shè)模擬水廠運(yùn)行的導(dǎo)試水廠,規(guī)模3m3/d,可提前預(yù)知凈水效果并進(jìn)行工藝優(yōu)化,用于指導(dǎo)水廠運(yùn)行。
⑥ 建立健全上述工程設(shè)施相關(guān)配套的管理制度、工作機(jī)制和應(yīng)急預(yù)案。
實(shí)施情況:2015年鎮(zhèn)江市十項(xiàng)為民辦實(shí)事項(xiàng)目之一。2014年11月18日開工,2015年12月底竣工投入使用。
工程全景圖
調(diào)蓄池運(yùn)行工況
① 長江正常水質(zhì):長江水進(jìn)入到調(diào)蓄池(長江高水位時自流進(jìn)水,低水位時泵提升),然后由一泵站提升到水廠。
② 長江原水發(fā)生輕微污染:開啟調(diào)蓄池的預(yù)處理設(shè)施,進(jìn)行預(yù)處理。
③ 長江原水發(fā)生突發(fā)污染:雙向泵房停止取水,用調(diào)蓄池中儲存的原水供水廠,必要時啟用金山湖應(yīng)急備用水源,并向長江排回調(diào)蓄池中的污染水團(tuán)(從雙向泵房重力排放、應(yīng)急備用水源頂推置換排放、雙向泵房反向抽排)。
長江取水口
設(shè)施:雙向泵房、監(jiān)測站、導(dǎo)試水廠、藥劑投加系統(tǒng) (從右向左)
長江取水雙向泵站:4臺泵:按2臺雙向泵、2臺單向泵布置
雙向泵:通過調(diào)整進(jìn)出水閘板,可改變水流方向。
取水泵
水質(zhì)在線監(jiān)測儀
化驗(yàn)室
導(dǎo)試水廠
[工藝:預(yù)處理-混凝-沉淀-砂濾-臭氧-活性炭-消毒;Q=3m3/h(后段為2m3/h);流程時間為2h,可提前預(yù)知凈水效果,并可進(jìn)行工藝優(yōu)化,用于指導(dǎo)水廠實(shí)際運(yùn)行]
導(dǎo)試水廠單元設(shè)備與在線水質(zhì)監(jiān)測儀
導(dǎo)試水廠加藥系統(tǒng)
調(diào)蓄池
由原內(nèi)引河疏挖改建,高水位運(yùn)行,容積40多萬m3,原水停留時間在12h以上,然后由原有的一泵站輸送至水廠。
池長:約900m
水深:4~5.9m(正常水位5.4m)
(標(biāo)高:池底為-1.90m,正常水位為3.50m,*高水位為4.00m,壩頂8.00m。土邊坡為1:3)
池寬:水池底80m,水面113m(正常水位)
導(dǎo)流墻(鋼砼柱+PE膜)
導(dǎo)流墻施工(鋼砼柱+PE膜)
曝氣吹脫(安裝區(qū)域)
曝氣頭組件
曝氣吹脫(正在安裝)
工程效果
通過鎮(zhèn)江市征潤洲水源水質(zhì)保障工程的建設(shè),實(shí)現(xiàn)了對水源突發(fā)污染的有效預(yù)警與原水水質(zhì)調(diào)控,保證污染原水不進(jìn)入水廠,顯著提升了鎮(zhèn)江市的飲用水安全保障水平。
對于江河水源水廠,如何進(jìn)行應(yīng)對水源突發(fā)污染能力的建設(shè),該工程具有重要的示范意義。