秦山核電30萬機組凈水廠濾池存在問題及改進措施

陳汪洋

（中核核電運行管理有限公司運行一處，浙江 嘉興314300）

0 引言

秦山核電公司凈水廠建于1988年。是一座設(shè)計日產(chǎn)水量2.5萬噸的中小型水廠（1996年核電三期建設(shè)時擴容至日產(chǎn)水量為3.75萬噸），秦山核電公司凈水廠主要是以提供本公司生產(chǎn)上化學、工業(yè)用水為目的，因廠址較偏和施工的需求設(shè)計中包括生活用水。根據(jù)核電廠生產(chǎn)和生活水質(zhì)要求，規(guī)定源水質(zhì)中含氯度≤180 mg/l，COD≤10 mg/l，在1982年底建廠選址時曾對長山河水質(zhì)進行了全面分析，確認水質(zhì)達到了設(shè)計要求。但隨著地方工業(yè)的發(fā)展使長山河水質(zhì)發(fā)生了變化（主要是Cl-和COD含量的變化）。對給水的凈化處理帶來了困難。

凈水廠水量的設(shè)計分配：生活日用水0.44萬噸、化學日用水0.36萬噸、工業(yè)日用水1.7萬噸。水廠凈水工藝采用的是取水泵站取水通過9千米的管線送入裝有斜管區(qū)的機械加速澄清池，加入硫酸鋁混凝劑（后因為低溫低濁度期制水效果不理想，改用聚合氯化鋁作為混凝劑），工業(yè)用水直接進入清水池，生活、化學水進入濾池，濾池設(shè)計日處理水量達2.5×104m3。

秦山核電公司原凈水廠生活飲用水采用的是“混凝—沉淀—過濾—消毒”常規(guī)處理工藝。將“混凝—沉淀”合二為一，采用的是機械加速澄清池。濾池采用的是由普通快濾池改進而來的雙閥濾池。消毒劑采用電解食鹽水產(chǎn)生的次氯酸鈉溶液。

社會在進步，科技在發(fā)展，生活水水質(zhì)的要求也在不斷提高，國家GB 5749—2006《生活水飲用水衛(wèi)生標準》也不斷更新標準。我們的經(jīng)濟水平也在不斷上升，而我們的水環(huán)境卻在不斷惡化。特別是處于水源末端，飲用水源只能取到三類、四類水。秦山核電凈水廠原有濾池在實際運行中，更是不斷的出現(xiàn)問題，嚴重影響該廠生活用水的正常供應。

1 原有凈工藝存出現(xiàn)的問題

（1）濾池每次投入運行不久，就會出現(xiàn)雙閥濾池的石英砂濾料層變黑現(xiàn)象。

（2）濾池在正常反洗時，中央容易出現(xiàn)劇烈翻騰，而濾池周邊幾乎無任何膨脹跡象。

（3）濾池運行周期逐漸縮短，反洗頻率明顯增加。

（4）反沖洗水用水量不斷增加，影響原有供水能力。不但增加水資源浪費，還增加了運行人員的操作頻度，增加了人因失誤的風險。

（5）濾池的出水量在逐漸減少的同時，水質(zhì)也逐漸變差（亞硝酸鹽超標），存在影響員工健康的安全隱患。

（6）濾料層翻新更換處理操作增加，不但增加經(jīng)濟成本，還長期占用備用通道，影響系統(tǒng)安全運行。

（7）濾池檢修，濾料淘出后發(fā)現(xiàn)，濾料層被一層黑色生物膜覆蓋。承托層與砂層混亂，承托層被厚厚的鐵銹覆蓋。

2 故障原因分析

通過對濾池每次檢修工作時的調(diào)查，以及圖紙資料的比對。發(fā)現(xiàn)造成上述所有問題的原因是：

（1）濾池底部的配水支管分布極不均勻，配水母管的開孔比過大，導致濾池反洗時，開孔大的沖洗水流量過大，造成翻騰，承托層沖亂，濾料出現(xiàn)流失現(xiàn)象。

（2）開孔小的支管沖洗水流量小，無法起到擦洗過濾石英砂的效果。濾池周邊還出現(xiàn)大量清洗死角，每次濾池反洗不干凈，造成有機物泥層不斷在濾料表面積聚發(fā)酵，黑色生物膜也為此逐漸覆蓋。

（3）原來配水管件材質(zhì)，加上長時間反沖洗水力分配不均，金屬應力作用，以及微生物的腐蝕，從而出現(xiàn)管件銹蝕現(xiàn)象。

（4）濾池因配水問題，承托層沖亂，過濾沙進入出水系統(tǒng)，加上管件銹蝕，出水濁度逐漸上升，亞硝酸鹽超標。

3 改進措施

為了徹底有效解決濾池的各種問題，保證供水量，保證出水水質(zhì)，決定對濾池從配水工藝的根源上徹底改造。

經(jīng)過多方考察論證，對玉環(huán)凈化廠等其他外廠單位提供的改造圖紙和參考方案進行認真研究，結(jié)合水廠的現(xiàn)狀進行認真分析、論證，決定把原有濾池的穿孔管改為濾頭板組合裝置，即大阻力配水改造成小阻力配水系統(tǒng)。

改造后的小阻力配水系統(tǒng)的配水室每格容積達到7 m3。每格濾池有大小相等的9塊濾板，濾板長寬均為1.13 m，厚0.1 m。每塊濾板有64只濾頭（開孔比為1.4%），分8橫8縱均勻排列，高度一致。濾頭的濾縫間隙為0.25～0.30 mm（遠遠小于濾粒的直徑而不會漏砂和堵塞）。濾料采用粒徑為0.4～0.8 mm的單層勻質(zhì)石英砂濾料，濾層厚為0.9 m，直接鋪在濾板濾頭上。小阻力配水系統(tǒng)利用濾頭板底面至池底較大的底部空間配水，具有分散水阻和降低流速水頭的作用，因而減弱了流速水頭對配水均勻性的影響。

反沖洗時，濾頭出水方向一致向上，剪切力大，砂粒之間摩擦碰撞幾率大大增加，使沖洗更干凈、徹底。

3.1 原濾池結(jié)構(gòu)

原濾池結(jié)構(gòu)為大阻力配水系統(tǒng)的普通快濾池，采用“豐”字形穿孔管配水系統(tǒng)，在上層鋪設(shè)不同級配的鵝卵石承托層，在承托層上鋪設(shè)石英砂濾料。如圖1所示。

圖1 濾池穿孔管大阻力配水系統(tǒng)

濾池共分兩組共8格，供生活用水4格，供化學用水4格。單格面積3.4 m×3.4 m，體積43 m3。承托層采用550 mm高度的5級卵石，石英砂層厚度700 mm（粒徑：0.5～1.0 mm）。層級配如表1所示。

表1 單格濾池卵石層級配

濾池過濾周期為24 h，采用單水反沖洗工藝的方式，設(shè)計反沖洗強度為15 L/（s·m-2）。設(shè)置兩臺反沖洗水泵，型號：300S-19A，流量：700 m3/h，揚程：15m，轉(zhuǎn)速：1450 r/min。反沖洗水由反沖洗水泵從清水庫吸水井內(nèi)抽取，向母管反進水，松動和摩擦濾料進行反沖洗。

3.2 改造后濾池結(jié)構(gòu)

改造后濾池結(jié)構(gòu)為小阻力配水系統(tǒng)的普通快濾池，為濾頭、濾板組合裝置。如圖2所示。

圖2 濾池的剖面示意圖

3.3 技術(shù)改造過程

把大阻力配水系統(tǒng)改造成小阻力配水系統(tǒng)，主要有下面三個施工步驟：

（1）首先要去除原濾池中濾料和礫石承托層，拆除大阻力配水系統(tǒng)的穿孔鋼管和支管，將濾池徹底清理干凈。

（2）在濾池內(nèi)構(gòu)筑濾梁，找平行后安裝高精度預制混凝土濾板，板與板之間用專用膠泥密封。

（3）濾池內(nèi)各條濾板縫上用正方形不銹鋼壓板固定，濾板與池壁之間用形不銹鋼壓板固定，裝上濾頭后直接鋪干凈的勻質(zhì)石英砂濾料。

4 濾池改造后的成果

濾池改造后，減少了濾料的流失，提高濾池工作質(zhì)量。采用YQSC型塑料短柄濾頭，使反沖洗布水均勻、強度平均，避免因局部反洗強度而使濾料漂移流失，提高了濾池的工作效率和工作質(zhì)量節(jié)約反洗用水，提高工作效率。反沖洗充分，不出現(xiàn)死區(qū)，沒有淤泥，一次反洗徹底，延長了兩次反洗間隔期，提高了濾池的工作效率，節(jié)約了自用水量。

4.1 改造前后的反沖洗效果對比

改造后對濾池進行觀察，記錄了運行有關(guān)參數(shù)。改造前和改造后參數(shù)相比較（見表2），可以看出改造后濾池反沖洗效果比以前好，優(yōu)于原設(shè)計過濾能力，運行情況穩(wěn)定。經(jīng)實測，反沖洗時濾層膨脹率為30%。濾砂之間摩擦碰撞的概率增大，能有效沖洗掉濾粒表面上的污泥。反沖洗效果比改造前有很大提高。

表2 濾池改造前后比較（單格濾池）

4.2 濾池改造前后的水質(zhì)變化

濾池改造后，濾池的出水水質(zhì)大有提高，為化水車間提供了高質(zhì)量的水源，同時改善了生活水出水水質(zhì)。濾池的出水濁度由原來的1～2 mg·L-1降至1 mg·L-1以下，最低達0.06 NTU，出水COD也有大幅降低，如圖示3所示。

圖3 改造前后濾池出水濁度變化和改造前后濾池出水COD變化

4.3 改造前后的經(jīng)濟效益

濾池改造后，反沖洗干凈徹底，過濾效果提高，過濾周期延長，沖洗次數(shù)減少，反沖洗水量降低。改造前全年沖洗水量20×104m3，改造后降到10×104m3，全年節(jié)水量10×104m3，節(jié)約50%。改造前采用大阻力配水系統(tǒng)，過濾周期短，所需水量大，電耗也大，反沖洗泵全年用電1.5×104KW·h，改造后經(jīng)測算全年用電0.8×104KW·h，全年可節(jié)電0.7×104KW·h。如果按每m3水成本0.7元，每KW·h電費0.4元計算，全年可節(jié)省7.3萬元。投資改造的費用3年就可以收回。

5 結(jié)語

秦山核電公司凈水廠濾池改造至今已近7年時間，濾板濾頭組合裝置的配水系統(tǒng)完好，反沖洗時能夠干凈、徹底。過濾效果比以前大有提高，濾池的出水水質(zhì)明顯改善，而且經(jīng)濟效益明顯。事實證明濾池改造后出水量完全保證，反洗周期變長，運行人員操作量減少，濾池缺陷減少，不但減少人因等安全隱患，還為我廠節(jié)省不少費用。因為生活水和化學水有效保證，使得整個水處理系統(tǒng)安全有效運行，也保障了整個核電機組的安全穩(wěn)定運行。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，改造后的問題解決程度，核安全必要性以及經(jīng)濟效益回報率，證明凈水廠濾池改造是完全有必要的。