自來(lái)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(guó)給水排水

編者按

我國(guó)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(zhǎng)距離引水的自來(lái)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(duì)水質(zhì)控制的考慮較少。基于此，清華大學(xué)張曉健教授，從水質(zhì)的角度，結(jié)合鎮(zhèn)江市征潤(rùn)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(duì)策。

1     原水調(diào)蓄

水質(zhì)波動(dòng)對(duì)凈水工藝的影響

水源水質(zhì)波動(dòng)性強(qiáng)是江河水源的基本特性，其對(duì)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(cè)時(shí)間，如人工監(jiān)測(cè)的頻率很難及時(shí)監(jiān)測(cè)到水質(zhì)突變；在線監(jiān)測(cè)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(shí)，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(shí)間，即沒(méi)有調(diào)整凈水工藝的研究時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、運(yùn)行過(guò)渡時(shí)間。水源突發(fā)污染就像一把懸吊在自來(lái)水廠之上的達(dá)摩克利斯劍。

原水調(diào)蓄的國(guó)外要求

歐美許多地方要求，以江河為水源的自來(lái)水廠，必須設(shè)置前置調(diào)蓄池，且調(diào)蓄時(shí)間一般在1天以上，長(zhǎng)距離輸水且有條件的（有水塘、湖庫(kù)的）達(dá)1周、甚至1個(gè)月。

設(shè)置調(diào)蓄池的基本考慮因素

水量保證（對(duì)長(zhǎng)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(bào)后在污染峰流經(jīng)期間停止取水）。

普遍實(shí)施——有峰谷電價(jià)的支持，夜間低電價(jià)時(shí)取水，白天高電價(jià)時(shí)不取或少取，實(shí)施有經(jīng)濟(jì)效益。

美國(guó)辛辛那提市水廠取水點(diǎn)上游 (俄亥俄河)的泄漏事故

美國(guó)辛辛那提市水廠（Richard MillerTreatment Plant）：水廠平均供水52萬(wàn)m3/d（凈水能力89萬(wàn)m3/d）；水源俄亥俄河，取水能力為117萬(wàn)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(wàn)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(zhǎng)為4200km，供水面積為740km2，服務(wù)人口80萬(wàn)（含另一個(gè)6.5萬(wàn)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(lái)水廠之前。

對(duì)比原有要求（不達(dá)標(biāo)的自來(lái)水不得出廠進(jìn)入配水管網(wǎng)），更為主動(dòng)。

2   前置調(diào)蓄水池的水質(zhì)控制功能

前置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)——為發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和應(yīng)對(duì)決策提供時(shí)間。

規(guī)避短時(shí)突發(fā)污染——提供儲(chǔ)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(dòng)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(jí)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(rùn)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(zhǎng)江，通過(guò)外引河至內(nèi)引河邊的取水泵房。

凈水廠：金西水廠（30萬(wàn)m3/d，常規(guī)處理工藝）和金山水廠（20萬(wàn)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(wàn)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(wèn)題

取水方式：長(zhǎng)江水經(jīng)由長(zhǎng)約300米的外引河通過(guò)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(jí)泵站提升進(jìn)入水廠。水流從長(zhǎng)江到水廠僅幾十分鐘。

存在時(shí)間：缺少水質(zhì)預(yù)警時(shí)間；進(jìn)廠水質(zhì)不可控。

長(zhǎng)江原水水質(zhì)問(wèn)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(dòng)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(cè)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(lái)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(zhǎng)江中泓取水(長(zhǎng)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(lái)水公司的前置水質(zhì)監(jiān)測(cè)站（上游13km、6.5km處和水廠取水口已有環(huán)保的自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)能夠提供1小時(shí)的預(yù)警時(shí)間。

存在問(wèn)題：江心取水水質(zhì)改善有限；上游監(jiān)測(cè)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(rùn)洲現(xiàn)狀地形，設(shè)置前置調(diào)蓄池，大幅度增加長(zhǎng)江原水在水源地的停留時(shí)間，并設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)、預(yù)處理和污染水排空設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)自來(lái)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(wàn)m3/d，工程總投資為8234萬(wàn)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(wàn)m3/d，原水停留時(shí)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(zhǎng)江取水雙向泵站，各種運(yùn)行工況：正常運(yùn)行時(shí)，長(zhǎng)江水進(jìn)入到調(diào)蓄池（長(zhǎng)江高水位時(shí)自流進(jìn)水，低水位時(shí)泵提升）；如長(zhǎng)江發(fā)生突發(fā)污染，雙向泵房停止取水，用調(diào)蓄池中儲(chǔ)存的原水供水廠，必要時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)站，對(duì)長(zhǎng)江進(jìn)水進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)警時(shí)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(zhǎng)江正常水質(zhì)：長(zhǎng)江水進(jìn)入到調(diào)蓄池（長(zhǎng)江高水位時(shí)自流進(jìn)水，低水位時(shí)泵提升），然后由一泵站提升到水廠。

② 長(zhǎng)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(zhǎng)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(chǔ)存的原水供水廠，必要時(shí)啟用金山湖應(yīng)急備用水源，并向長(zhǎng)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(zhǎng)江取水口

設(shè)施：雙向泵房、監(jiān)測(cè)站、導(dǎo)試水廠、藥劑投加系統(tǒng) (從右向左)

長(zhǎng)江取水雙向泵站：4臺(tái)泵：按2臺(tái)雙向泵、2臺(tái)單向泵布置

雙向泵：通過(guò)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(cè)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(shí)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(cè)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(wàn)m3，原水停留時(shí)間在12h以上，然后由原有的一泵站輸送至水廠。

池長(zhǎng)：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(guò)鎮(zhèn)江市征潤(rùn)洲水源水質(zhì)保障工程的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(duì)于江河水源水廠，如何進(jìn)行應(yīng)對(duì)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。