針對60萬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的問題該如何解決？

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(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(jīng)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(shè)置其他過濾截留構(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)目的炭池后沒有增設(shè)其他構(gòu)筑物的可用場地，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)影響時間長，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(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，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，各期常規(guī)處理能通過各自設(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，調(diào)節(jié)水池以滿足最遠(yuǎn)端的一期常規(guī)正常出水來核算調(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?，F(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，不會影響一期和二期的正常運(yùn)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(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（見圖3），設(shè)計(jì)計(jì)算各期清水池進(jìn)水水頭見表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，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(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)入原對應(yīng)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(yùn)行時。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。故障停運(yùn)時，堰前水位涌高過堰后進(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(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，一期和二期過濾水頭較小，為1.28 m左右。而實(shí)際M水廠濾池在一個過濾周期內(nèi)濾層水頭損失不超過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跨越安全溢流堰，超越深度處理進(jìn)入原對應(yīng)清水池。正常運(yùn)行時深度處理出水也不會反向流至常規(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；同時該堰也比較長，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，溢流時水資源浪費(fèi)較多，對排放處影響大。

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)提升泵房故障時井內(nèi)水位抬高超過第二道堰溢流堰時，可進(jìn)入原對位清水池。

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，同時實(shí)現(xiàn)了改造工程預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)。

（1）改造過程和生產(chǎn)切換影響小。設(shè)計(jì)方案做到了改造期間對生產(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，短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道連接和運(yùn)行切換，實(shí)際影響時間在低峰供水的1個月內(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,常規(guī)處理出水能自動切換至原來對應(yīng)清水池,確保整個系統(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清水池，確保整個系統(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，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)蓄無需求，大幅減小調(diào)蓄水池容積。因無需考慮中間提升泵房進(jìn)出水量波動對調(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)省投資和事故時的浪費(fèi)水量。分組溢流井模式，無需專設(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)，無外溢之憂，無水量銜接之慮，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

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(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。現(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。

  來源:給水排水  作者:吳國榮等 

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