上海金山水厂的工艺及设备

上海金山水厂的工艺及设备

韩阳（个人资料附文后）

　　摘要：介绍了试运行一年的上海金山水厂的工艺及其设备，阐述了在运行实践中出现的工艺问题及其改进措施。
　　关键词: 流程　 净化系统　 四投系统　 污泥处理系统　 改进

　　金山水厂位于上海金山区亭枫路南侧，荡新路西侧，规模20万m³/d，2004年10月开工，2006年2月竣工，取水戽部选在黄浦江松浦大桥江段，原水水质主要指标为Ⅲ—Ⅴ类水之间。水厂的大部分设备仪表均采用国外进口名牌设备，并预留了生物预处理池和深度处理的生物活性炭滤池和臭氧接触池。

1 水厂工艺流程

2 净水及污泥处理系统

2.1 取水
　　取水头部为圆筒形式，直径5m，筒内净高3.5m，体积小施工方便，取水的水力条件好，顶部和前周部开窗同时取水。自流管为两根DN1400钢管，一根停役水量为总水量的70%，采用顶管施工。取水泵房及其集水井的总平面尺寸30×25m，净深8.8m。集水井分为两格，集水井的前半部为进水室，每格尺寸16.8×5.4m，进水室设2.5m宽旋转滤网2套，设滤网冲洗泵3台, 流量50m³/h，扬程32m。集水井的后半部为吸水室，每格尺寸为16.8×5m。
　　取水泵房的水泵电机型号参数见下表：

水　 泵 电　 机 台

数 型号 流量

m³/h 扬程

m NPSH

m 效率

% 型号 功率

Kw 电压

KV 转速

r/min 32SA-19E 4320 36．8 5．9 84．5 Y500-8 630 10000 740 2 24SAP-18 2200 36．8 5．0 80 Y400-6 400 10000 980 2

　　每台泵出水管配有液压缓闭止回阀，取水泵站至水厂的输水管采用2根DN1000钢管，双管同槽铺设，管径可保证70%的输水量，输水管线分成3段，中间设置2处连通管，每处连通管设5只同口径阀门。输水管沿线隆起点和下凹点分别设置DN100排气阀和DN200排水阀。
2.2 净化系统
2.2.1混合
2.2.1.1机械混合池
　 共两座，单池平面尺寸2.7×2.7m，有效水深3.35m, 混合时间20S，混合池内设快速搅拌机1台，搅拌桨板直径0.8m，转速88r/min。
2.2.1.2 加矾点的形式
　　加矾点在混合池下，加矾管在混合池内部分采用DN40PVC-U穿孔管并做成正八边型，围住搅拌机下面的八片桨叶,从而确保加入的矾液能够随着搅拌机搅动产生的水流迅速均匀地扩散到水中与原水充分混合。(矾投加混合方式见下面图2)

2.2.2絮凝
　 絮凝池采用两座单通道多级串联的折板絮凝池，效率高,絮凝时间短,不易积泥，单池平面尺寸20×17.5m，有效水深3.6-3.9m，絮凝时间16min。折板采用120°相对折板,折板间距延水流方向由0.2m至0.65m逐渐增大。池底设26个DN200快开隔膜水力排泥阀。
2.2.3沉淀
　 沉淀池为两座平流沉淀池，沉淀时间115min，水平流速17mm/s，单池平面尺寸123.5×20m，有效水深3.3m，积泥高度0.2m。每个池出水采用7条穿孔集水槽，每条槽尺寸为25×0.6×0.85m，槽与槽间距2.85m，出水负荷300m³/d·m，排泥采用虹吸式吸泥桁车，行进速度1.25m/min，桁车上安装有无线数传电台与PLC站进行通讯实现全自动排泥。为改变以前受集水槽支撑柱限制，两块刮板间存在一定的间隙使间隙处沉泥刮不到而始终淤积池底，日久延池长形成一道道泥坎，因此在池底延集水槽支撑柱的轴线增建0.3m宽水泥三角底坎；在沉淀池末端由于受吸泥桁车本身车体的限制，有一小段积泥吸不到，因此在末端按照车体尺寸建有1.2m宽，倾角60^o的直角三角形水泥坎，消除以上部位池底积泥的现象。
2.2.4过滤
　 滤池采用气水反冲均质滤料滤池，共12格，每格平面尺寸15.5×8.7m，高度4m，过滤面积13.5×6.76m，设计滤速为8m/h（可以超量运行25%） 。石英砂粒径0.9mm(±0.05mm)，厚度1.2m;承托层粒径2-4mm,厚度0.05m。 滤池反冲洗方式为气水反冲加表面扫洗，设计参数：空气冲洗强度为55m³/h·m²，气水同时冲洗时，水冲洗强度8～10 m³/h·m²（可调）；单水冲洗时，水冲洗强度为17 m³/h·m²；表面扫洗强度8m³/h·m²；在不改变冲洗强度的前提下，可通过改变冲洗时间来调节其运行工况。滤池采用恒水位过滤方式，平时运行时水位控制在砂面上1.1m（可调），集水及冲洗气水分配系统由气水分配渠、滤板和长柄滤头组成。气水分配渠上部设∮50过气孔，下部设85×85mm过水孔。滤头规格∮25，55支/m²均匀分布在滤板上。
　　滤池反冲洗泵房和鼓风机房合建在一起，泵房为半地下式结构，内设3台反冲洗水泵，型号OMEGA350-360B，流量790m³/h，扬程12m，配套功率37kw。吸水渠布置在泵房南侧，底标高同泵房底标高,渠顶设三根DN200通风管。鼓风机房为地面式结构，机房内设三叶型罗茨鼓风机两台，单机风量82.1m³/min，风压50Kpa。另设柜式空压机两台，气量0.83m³/ min，气压0.8Mpa，提供气源给气动阀门，每格滤池设一组气路分配器，分配器设6路出口，分别通向滤池的6个气动阀门，下端设放空阀门1个。空压机系统还设有1m³贮气罐两个，油、水精密过滤器各两套。
2.3 送水
　　清水池共有两座，每座清水池平面尺寸50×50m，水深4m。为了保证滤后水与氯充分接触，达到灭火细菌和病毒所需的CT值，实现良好的消毒效果，特建消毒接触池一座（建于清水池前端并与清水池合建）。考虑氯接触时间为0.5h, 每座接触池容量设计为2800 m³，平面尺寸50×16m，为避免因清水池水位波动而影响消毒效果，接触池与清水池间用3.6m高堰墙隔开。吸水井平面尺寸24×5m，总深度8.4m。
　　送水泵房为半地下式，平面尺寸36×12m。水泵电机2台工频，2台变频，为减少启动电流，工频电机采用液态软启动方式，每台泵出水管配有DN900蝶式液控微阻缓闭止回阀，送水泵房的水泵电机型号参数见下表：

水　 泵 电　 机 型号 流量

m³/h 扬程

m 转速

r/min 型号 功率

Kw 电压

KV 电流

A 频率

Hz RDL600-

830A1 3670 40 740 YKK560

-8 560 10000 42.1 50 RDL600-

830A1 3670 40 740 YBKK50

-8 560 6000 67.7 0～50

2.4 四投系统
2.4.1投聚合氯化铝
　 在室外设两格半地下式储液池，单格尺寸8×7×2.2m，地上部分高0.5m。每格设耐腐蚀液下提升泵1台（流量10m³/h，扬程17m）。溶液池共四格，每格平面尺寸2.5×2.5m，有效深度2.8 m 。投加采用5台隔膜式计量泵,流量1.15m³/h，扬程1Mpa。
2.4.2投高锰酸钾
　 根据原水中锰和有机物偏高的特点，我们投加KMnO₄氧化锰和部分有机物，改善絮凝条件。设计最大加注量1mg/l，平均加注量0.5mg/l，投加浓度2%。溶液池按1mg/l加注量每天配制4次设计，共分为两格,每格平面尺寸1.5×1.5m，有效深度1.2m。投加采用3台隔膜式计量泵,流量0.255m³/h，扬程0.5Mpa。
2.4.3投氯
　 前加氯点分别设在两条原水进水管上，后加氯点分别设在清水池两条进水管上，加氯点前采用DN50远程可调喉管水射器，水射器前设Y型过滤器拦截杂质防止堵塞。设计前加氯5-8mg/l，后加氯3-4mg/l。前加氯选用900Kg/24h柜式真空加氯机3台，含SCU控制器;后加氯选用450Kg/24h柜式真空加氯机3台，含PCU控制器。液氯汽化采用120 kg/h蒸发器两台，一用一备。加氯系统安装有两套漏氯报警仪，两个探头分布于氯库和蒸发器间。装有一套漏氯吸收中和装置并与报警仪联动，中和氯能力为1000kg/h，装置配有碱泵1台，流量30m³/h；吸风机1台，功率5.5KW。
2.4.4投氨
　 为提高加氯消毒效果，采用了加氨固氯工艺以氯氨形式消毒。当源水氨氮不高但有机污染较高时，在前加氯之前先加氨，以避免单加氯时可能出现氯代化合物超标的现象。在后加氯之后再加氨，以保持较长时间和距离的消毒效果，适应长距离的管网输水。加氨设计加注量为0.75-1mg/l，选用440kg/24h柜式加氨机3台，含SCU控制器。加氨间安装有漏氨报警仪。投加氯和氨的增压水泵共设5台，型号DFG65-200A，流量22m³/h，扬程44.2m，都安装在滤池的反冲洗泵房内, 同样从反冲泵的吸水渠抽水。由于加氨点经过一段时间后就会结垢而需用氯进行中和处理，所以把加氯点和加氨点做成可以互相切换的投加装置并定期进行切换，两者建于同一座井室内并采用轻质井盖。
2.5污泥处理系统
2.5.1反冲洗废水调节池
　 按储存2格滤池反冲洗水量计算，调节池设计日运行历时16h,平面尺寸28×10m。分为两格，每格前端设1×1m电动启闭机，末端设2台潜水泥浆泵（带耦合装置和滑轨）将反冲洗废水提升至初级浓缩池，泥浆泵流量145m³/h，扬程9m。
2.5.2初级浓缩池
　 采用重力沉降浓缩形式，运行历时16 h，浓缩池为两座直径12m的圆池，有效水深5m，停留时间3h。浓缩池设置中心传动悬挂式污泥浓缩机（附带工作桥），浓缩机直径12m，外缘转速1.5m/min，浓缩机刮臂上带有搅拌栅条。浓缩池的DN250进泥管从浓缩机中心垂直向下流入浓缩池，浓缩池上部由0.5×0.5m环形集水槽汇集上清液, 集水槽上安装有高度可调齿型堰板。浓缩池底部中心设有圆台形集泥坑，浓缩池底坡度为i=0.1并坡向集泥坑，集泥坑下接有DN200排泥管重力输泥至沉淀池排泥水调节池, 浓缩后污泥含固率约0.6%,输送泥量约21m³/h。浓缩池上设DN50冲洗口，供清洗浓缩池用。
2.5.3排泥水调节池
　 絮凝池和沉淀池的排泥水由排泥槽汇集重力流至调节池。调节池设计日运行历时16小时,平面尺寸24×15m。分为两格，每格前设0.7×0.7m电动启闭机，设水下推流式潜水搅拌机（带滑轨和吊架）2台，转速480r/min，推流方向角度可调，设潜水泥浆泵（带耦合装置和滑轨）2台，将排泥水提升至二级浓缩池，泥浆泵流量110m³/h，扬程10m。
2.5.4二级浓缩池
　 设计日运行时间16h，排泥水处理能力为221m³/h，则浓缩污泥总排泥量40m³/h（含固率3%），上清液总量181m³/h，上清液浓度≤150mg/l。浓缩池为两座直径18m的圆池，水深5.3m,设计停留时间12h，设计泥通量平均为57km/m²·d,最高达96km/m²·d。浓缩池设置中心传动悬挂式污泥浓缩机（附带工作桥），浓缩机直径18m，外缘转速2m/min，浓缩机刮臂上带有搅拌栅条。浓缩池的DN200进泥管从浓缩机中心垂直向下流入浓缩池，浓缩池上部由0.5×0.5m环形集水槽汇集上清液, 集水槽上安装有高度可调齿型堰板，浓缩池底部中心设有圆台形集泥坑，浓缩池底坡度为i=0.1并坡向集泥坑，集泥坑下接有DN200排泥管重力输泥至平衡池。浓缩池上设DN50冲洗口，供清洗浓缩池用。
2.5.5平衡池
　　设置平衡池考虑接纳浓缩池的污泥，使浓缩污泥含固率保持相对稳定，在浓缩池与脱水机之间起平衡及缓冲作用。其有效容积按原水平均浊度，储存2天泥量设计。平衡池设置两座，每座平面尺寸为20×10m，深度5m。池底坡度i=0.05并坡向集泥坑。每座平衡池内设推流式潜水搅拌机（带滑轨和吊架）2台,转速480r/min，推流方向角度可调。进泥口处采用可调节UPVC堰板，出泥管径为DN300至辅助泵房。
2.5.6辅助泵房
　　辅助泵房与两座平衡池合建，设在两座平衡池之间，泵房为半地下式，平面尺寸为20×6m。泵房内设螺杆输送泵3台，均配变频调速电机，用于将平衡池的浓缩污泥提升至脱水机房。每台螺杆泵流量为25m³/h，扬程0.4Mpa。每台螺杆泵的进泥管上设污泥切割机1台，流量为25m³/h。螺杆泵及切割机前设DN50冲洗水管，冲洗水管不与污泥管直接连接，冲洗时临时用软管连接，防止污染水质。
2.5.7脱水机房
　　脱水机房平面尺寸18×10m。脱水机进泥按平均含固率3%计，设计平均干泥量29T/d（原水平均SS为127.8mg/l），最大干泥量49T/d（原水最大SS为218.5mg/l）。采用卧式螺旋卸料沉降离心脱水机3台，封闭式结构，布置紧凑占地省，冲洗耗水量较少。采用渐开线形星齿轮差速器、双电机双变频能量反馈差转速系统、涡流制动器控制系统和低油位运行技术，能对差转速进行柔性无级调节和在线智能控制，可根据物料的变化随时调节差转速。每台脱水机处理量为25m³/h，转鼓直径430mm，主电动机功率45 kw，转速1475 r/min，副电动机功率15 kw，转速3000r/min。另设置螺旋输送机二套，每套输送能力5m³/h，螺旋直径300mm，转速20r/min，配套功率2.2kw。一套水平输送，输送长度11m，一套倾斜输送，输送长度8m，倾角25度。当平均干泥量时，2台脱水机工作，每天工作20h，当最大干泥量时，3台脱水机工作，每天工作22h。每台脱水机前接有DN100进泥管，进泥管旁接有DN50冲洗水管。脱水机下面接有DN100分离水管收集分离水并流至集水坑，然后重力回流至排泥水调节池重新处理。每条分离水管上接有DN100排气管，脱水后污泥输送至污泥堆棚定期外运处置，出泥含固率≥25%。
2.5.8 PAM投加间
　　与脱水机房合并建设PAM投加间一座，平面尺寸13.5×9m，药剂采用阴离子型PAM，污泥脱水机最大投药量为4kg/t干泥，PAM投加浓度为0.2%，采用全自动方式配制、稀释和投加。PAM配制箱为两个,每个2.7×1.1×1.5m,延长边分成同样体积的三格，第一格配制，第二格熟化，第三格储存供使用，前两格中配有搅拌机进行搅拌，从前格流向后格采用溢流的方式。PAM加注采用3台螺杆泵，流量2m³/h，扬程0.6Mpa，设变频调速装置，螺杆泵后配有混合稀释系统，稀释后的PAM投加于离心脱水机进口处。

3 工艺上发现的问题及改进措施：

　　(1)投加高锰酸钾一段时间后，发现去除原水中Mn的效果并不理想。分析原因后发现是高锰酸钾投加点距离混合池的距离太近，致使接触时间不够，而按照实验和经验均要求高锰酸钾除Mn的接触时间大于5min。改进措施：把高锰酸钾投加点前移至取水泵房出水口处。
　　 (2)为防止絮凝池刚投入运行进水时，折板前后有压差容易冲坏折板，设计院设计在折板底下的水泥墙上开有200×200过流孔，但这些过流孔在正常运行时却使水形成短流，致使絮凝效果不好矾耗升高。改进措施：在所有过流孔处均加装拍门，只在池子充水前后有压差时才使水经过流孔从前向后流，平时折板前后均有水时则处于关闭状态，从而既防止正常运行时短流，保证絮凝时间，又对折板起到保护作用。
　　 (3)絮凝池排泥管原先设计起端于墙壁，运行一段时间后发现由于絮凝池较宽，池子里面的泥排不出去。改进措施：把排泥管伸入到池里并做成穿孔排泥管，13根穿孔排泥管伸入到池子最里端，13根排泥管伸入到池子一半的位置，使池子里侧外侧的泥都能排掉。
　　 (4)由于原水中垃圾较多，而取水旋转滤网因为孔径问题无法全部拦截，致使部分小塑料制品进入水厂构筑物内，而水厂沉淀池的吸泥桁车下是潜水泵，两个调节池的提升泵也是潜水泵，就会经常发生堵塞。改进措施：在絮凝池进水堰口增设小孔径细格栅拦截杂物。
　　 (5)V型滤池排水总渠设在室外地下,与其正上方的进水总渠之间的空间很小，且外部就是室外地坪。当某格滤池的反冲排水阀和放空阀出现鼓障时，维修人员很难进入排水总渠进行检查和维修。改进措施：降低滤池排水总渠外的地坪高度，留出检修空间。
　　 (6) 滤池V型槽下端所开∮32表面扫洗孔的施工原先采用预制出套管再浇筑混凝土，但施工时很容易发生个别的套管移位和变形，致使各孔标高有差异，影响表面扫洗效果。改进措施：先浇筑V型槽混凝土斜板，再统一画出标高线，用水钻钻孔，这样使所有表面扫洗孔与设计的大小标高均一致。
　　 (7)排泥水调节池中的泥浆泵流量太小，当絮凝池和沉淀池检修或清刷需大量排水时，需要很长时间，对生产影响很大。改进措施：在絮凝池及沉淀池的排泥槽去排泥水调节池间增设DN700旁路管。
　　 (8)矾溶液池的出液管高度距离池底0.5m，致使每格溶液池每次配矾都有3.125m³矾液用不到。而水厂本身使用液态原矾进行配矾，不存在以前袋装固体干量配矾时池底所积存的矾渣问题。所以设计院原设计提高出液管高度没有必要，只会增加配矾的次数，浪费能源损耗设备。改进措施：利用虹吸管原理把出液管池内部分高度降低到距池底0.1m，从而使每次配矾可多用2.5m³ 矾液。
　 (9)配矾时由于厂家所送原矾的浓度经常变化不稳定，致使每次所配矾液的浓度经常波动进而影响水质。改进措施：对每座矾溶液池增设浓度计，自动监测浓度进行反馈，闭环控制配矾，从而使所配矾液的浓度达到设定值。
　　 (10)聚合铝和高锰酸钾溶液池在临近池壁上沿处未设置溢流管，当在触摸屏面板控制、手动时由于操作者疏忽或者自动模式下程序出现问题时出现过冒漾跑液的情况。改进措施：在距离池壁上沿0.3m处设置溢流管。
　 (11)加氯系统中两个蒸发器和两组氯瓶各用一个真空调节器，当有一个真空调节器发生故障时无法切换使用另一个真空调节器，不利于安全生产。改进措施：对加氯管道进行改造，使两个蒸发器和两组氯瓶可以共用两个真空调节器。
　　 (12)当运行中出现滤后水质问题时，无法判断具体是哪格滤池出现问题。改进措施：在每格滤池的滤后出水管上均增设一采样点，随时知道每格滤池的运行情况。
　　通过金山水厂一年的试生产运行实践证明，水厂构筑物的选型布置科学紧凑，系统高程合理，整个工艺流程顺畅，技术参数选取符合规范及原水特点，生产运行状况良好稳定。一年来的并网供水，各项出厂水质指标均优于国家标准,其中出厂水浊度可稳定在0.2NTU以下（日产10万吨的情况）。希望能够为其它水厂的工艺设计提供借鉴和参考。

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作者通联:美国金州环境集团股份有限公司（Golden State Environment Group Corporation）