某新建地表水凈水廠不同調(diào)試方案的選擇

劉超然 孫健桐 張 林 王 磊

（北京市自來水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100031）

為確保出廠水水質(zhì)符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749-2006），新建地表水凈水廠在通水前需對(duì)水廠全段工藝進(jìn)行調(diào)試。北京市某地表水凈水廠（以下簡(jiǎn)稱水廠）于2021 年5 月具備帶水調(diào)試條件。結(jié)合水廠工藝特點(diǎn)及廠外取配水管線施工情況，制定了不同的調(diào)試方案。

1.水廠工藝概況

考慮到南水進(jìn)京距離較遠(yuǎn)、水質(zhì)存在多變的可能，水廠采用了較為全面的凈水處理工藝（見圖1）：原水由輸水管線進(jìn)廠，經(jīng)機(jī)械攪拌澄清池混凝沉淀后通過砂濾池、炭濾池過濾。為多屏障保障水質(zhì)安全，炭濾池出水后設(shè)置紫外線消毒處理設(shè)備。最終，紫外線出水進(jìn)入清水池消毒后配送至市政配水管網(wǎng)。砂濾池、炭濾池初濾水經(jīng)初濾水管回集水池再處理。機(jī)械攪拌澄清池排泥、放空水以及砂濾池、炭濾池反沖洗水經(jīng)泥線處理后上清液回集水池再處理、泥餅外運(yùn)填埋。水廠通過處理流程中進(jìn)行預(yù)處理加藥、混凝沉淀加藥及消毒加藥等方式，確保出水水質(zhì)符合要求。

2.進(jìn)水方案

為盡快完成水廠設(shè)備單體和系統(tǒng)調(diào)試、各工藝段調(diào)試、職工業(yè)務(wù)培訓(xùn)[1]，同時(shí)盡可能減少水資源的浪費(fèi)。根據(jù)廠外取配水管網(wǎng)情況，選擇最優(yōu)的進(jìn)水方案可節(jié)省調(diào)試準(zhǔn)備時(shí)間，避免長時(shí)間進(jìn)水導(dǎo)致水質(zhì)發(fā)生變化，影響后續(xù)調(diào)試。

2.1 反向進(jìn)水方案

反向進(jìn)水方案是將配水管網(wǎng)中的飲用水通過水廠出水管、配水泵房跨越管（臨時(shí)管）反向流入清水池中。通過進(jìn)行砂濾池、炭濾池反沖洗，反沖洗排水進(jìn)入廢水回收池后經(jīng)泥線跨越管路進(jìn)入工藝前端集水池儲(chǔ)存。待集水池水位達(dá)到提升泵起泵水位，開啟提升泵向后續(xù)工藝進(jìn)水（見圖1）。

圖1 工藝流程圖

2.2 正向進(jìn)水方案

正向進(jìn)水方案是通過輸水管線將原水引入廠內(nèi)，集水池水位達(dá)到開啟提升泵所需水位后，通過提升泵將水提升至機(jī)械攪拌澄清池。因新裝填的濾料含有大量泥渣，直接過濾會(huì)對(duì)使泥渣存留在出水渠，影響過濾水水質(zhì)并存在堵塞濾頭的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響調(diào)試及后期運(yùn)行水質(zhì)安全，故機(jī)械攪拌澄清池出水通過跨越直接進(jìn)入調(diào)試清水池（見圖2）。

圖2 反向進(jìn)水流程圖

2.3 兩種方案的優(yōu)劣分析

反向進(jìn)水方案和正向進(jìn)水方案的目的均為向廠內(nèi)進(jìn)水，使各主要工藝構(gòu)筑物水位滿足廠內(nèi)循環(huán)調(diào)試所需水位，為后續(xù)工藝聯(lián)動(dòng)調(diào)試提供水源保障。進(jìn)廠水水質(zhì)、對(duì)廠外管網(wǎng)影響、操作復(fù)雜程度等方面兩種方案各有利弊。

2.3.1 進(jìn)廠水水質(zhì)

反向進(jìn)水方案采用的是市政配水管網(wǎng)水，水質(zhì)滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006），可直接用于濾料沖洗。但因反向進(jìn)水水源中幾乎不含有雜質(zhì)，機(jī)械攪拌澄清池不易形成泥渣層，在砂濾池、炭濾池反沖洗排水中泥渣仍不滿足調(diào)試所需泥沙時(shí)需要進(jìn)行人工投泥，輔助機(jī)械攪拌澄清池調(diào)試。

圖3 正向進(jìn)水流程圖

正向進(jìn)水方案采用的是輸水管線原水，水中成分相對(duì)復(fù)雜，初期運(yùn)行時(shí)機(jī)械攪拌澄清池出水水質(zhì)不滿足后續(xù)運(yùn)行要求，此時(shí)需要通過砂濾池進(jìn)水溢流的方式將機(jī)械攪拌澄清池出水輸送回集水池并再次處理，直至水中藻類、細(xì)菌、濁度等重要水質(zhì)參數(shù)合格后才可以進(jìn)行濾料沖洗工作，此時(shí)機(jī)械攪拌澄清池中已形成部分泥渣層，在砂濾池、炭濾池反沖洗排水中還會(huì)有一部分泥渣被反沖回集水池，水中泥渣量基本滿足調(diào)試所需，無需進(jìn)行人工投泥。

2.3.2 對(duì)廠外配水管網(wǎng)的影響

反向進(jìn)水方案由配水管網(wǎng)提供水源，進(jìn)水時(shí)應(yīng)綜合考慮廠外管道壓力及周邊用水水量，進(jìn)水時(shí)間優(yōu)先選擇外管網(wǎng)低用水量時(shí)進(jìn)水，遇到配水管網(wǎng)水壓偏低時(shí)應(yīng)及時(shí)停止蓄水工作，優(yōu)先保障市政用水平穩(wěn)。

正向進(jìn)水方案不涉及配水管網(wǎng)配合工作，對(duì)廠外配水管網(wǎng)運(yùn)行無影響。

2.3.3 操作復(fù)雜程度

反向進(jìn)水方案需設(shè)置跨越配水泵房的臨時(shí)進(jìn)水管，并通過砂濾池、炭濾池反沖洗將反沖洗排水輸送至集水池提供其他工藝構(gòu)筑物水源。該部分操作與正常運(yùn)行時(shí)操作大致相同，操作相對(duì)簡(jiǎn)單。

正向進(jìn)水方案中，因過砂濾池、炭濾池濾料未進(jìn)行沖洗不能直接過濾，機(jī)械攪拌澄清池出水水質(zhì)滿足濾池反沖洗水質(zhì)條件才可通過跨越進(jìn)入清水池。水廠在運(yùn)行初期很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械攪拌澄清池出水水質(zhì)合格，方案制定時(shí)應(yīng)制定緩沖方案，機(jī)械攪拌澄清池出水水質(zhì)不合格時(shí)可通過濾池進(jìn)水溢流管將出水輸送回集水池再次處理。且在調(diào)試結(jié)束還需對(duì)清水池進(jìn)行二次消毒，操作相對(duì)復(fù)雜。

2.3.4 配水管線沖洗

新建配水管網(wǎng)沖洗、消毒工作可在反向進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行。管道沖洗完畢后投入較高濃度次氯酸鈉對(duì)管道浸泡消毒。消毒完畢后，可通過打開反向進(jìn)廠閥門將較高濃度的含氯水注入至水廠清水池稀釋。在反向沖洗管路的過程中，會(huì)將管線內(nèi)沉積物和腐蝕產(chǎn)物沖至清水池，在條件允許的情況下，可將一格清水池設(shè)置為緩沖清水池收納管線沖洗廢水。

正向進(jìn)水時(shí)因?yàn)椴簧婕芭渌芫€操作，無法對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行沖洗消毒。待水廠廠內(nèi)調(diào)試完成、水質(zhì)滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）后，需開啟配水泵用廠內(nèi)產(chǎn)水對(duì)新建配水管網(wǎng)進(jìn)行沖洗、消毒且檢測(cè)合格后才可與現(xiàn)有配水管網(wǎng)并網(wǎng)供水。

3.廠內(nèi)循環(huán)調(diào)試方案

廠內(nèi)循環(huán)調(diào)試的目的主要為了充分磨合設(shè)備設(shè)施、調(diào)整工藝運(yùn)行及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)使出水水質(zhì)合格且持續(xù)穩(wěn)定、積累工藝運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，為正式通水后的運(yùn)行工作做好充足準(zhǔn)備。

為保證正式供水過程更平穩(wěn)的進(jìn)行，水廠廠內(nèi)循環(huán)調(diào)試流程與正式通水流程需要盡可能一致。同時(shí)為盡可能減少水資源浪費(fèi)，應(yīng)將炭濾池出水通過管線送回至集水池，完成循環(huán)調(diào)試的目的。結(jié)合實(shí)際情況可以采用全流程調(diào)試方案、跨越配水泵房調(diào)試方案及跨越清水池及配水泵房調(diào)試方案三種。

3.1 全流程調(diào)試方案

全流程調(diào)試方案（以下簡(jiǎn)稱方案一）是指集水池內(nèi)存水通過提升泵提升至各個(gè)凈水構(gòu)筑物，通過正向過濾，炭濾池出水進(jìn)入清水池。同時(shí)通過開啟配水泵，將清水池內(nèi)存水通過臨時(shí)管輸送反沖洗進(jìn)水端，并通過濾池反沖洗將反沖洗排水輸送至集水池（見圖4）。從而實(shí)現(xiàn)集水池→提升泵房→機(jī)械攪拌澄清池→砂濾池→炭濾池→清水池→配水泵房→砂濾池/炭濾池（反沖洗）→集水池的廠內(nèi)循環(huán)。

3.2 跨越配水泵房調(diào)試方案

受工藝布局、工程進(jìn)度等因素制約，無法增設(shè)配水泵房出水與清水池進(jìn)水的臨時(shí)管時(shí)，可考慮集水池→提升泵房→機(jī)械攪拌澄清池→砂濾池→炭濾池→清水池→砂濾池/炭濾池（反沖洗）→集水池（見圖4）的廠內(nèi)循的跨越配水泵房調(diào)試方案（以下簡(jiǎn)稱方案二）。

圖4 方案一流程圖

方案二實(shí)施中，需在清水池進(jìn)水堰底部增設(shè)通水人孔。調(diào)試運(yùn)行期間，清水池水位不低于反沖洗泵進(jìn)水液位[2]，避免出現(xiàn)反沖洗進(jìn)水管非滿管流導(dǎo)致反沖洗泵發(fā)生氣蝕的情況。通水人孔的設(shè)置應(yīng)盡可能接近池底，減少調(diào)試運(yùn)行中的死水位。

3.3 跨越清水池及配水泵房調(diào)試方案

當(dāng)清水池不具備調(diào)試條件時(shí)，需將炭濾池出水管與濾池反沖洗管路連接，炭濾池出水直接通過管路流至集水池。實(shí)現(xiàn)集水池→提升泵房→機(jī)械攪拌澄清池→砂濾池→炭濾池→集水池（見圖5）的跨越清水池及配水泵房調(diào)試方案（以下簡(jiǎn)稱方案三）。

圖5 方案二流程圖

3.4 三種方案的優(yōu)劣分析

3.4.1 臨時(shí)管路（通水人孔）

方案一中需鋪設(shè)臨時(shí)管線將配水泵出水管與清水池進(jìn)水管連接，臨時(shí)管線相對(duì)較長。制定臨時(shí)管線路由時(shí)需考慮避讓已有管線，可考慮采用明鋪方式鋪于地面以上并做好固定支撐。

方案二中需要對(duì)清水池進(jìn)水堰處增設(shè)通水人孔，建議在施工初期確認(rèn)調(diào)試時(shí)是否需要對(duì)清水池進(jìn)水堰開孔。同時(shí)，考慮到調(diào)試期間清水池進(jìn)水及出水均在清水池進(jìn)水側(cè)，清水池出水側(cè)會(huì)產(chǎn)生死水影響水質(zhì)，需另外增設(shè)臨時(shí)泵，將清水池出水側(cè)人孔存水通過臨時(shí)泵輸送至清水池進(jìn)水側(cè)，完成清水池自身小循環(huán)，保證清水池內(nèi)水質(zhì)合格。

方案三中需鋪設(shè)臨時(shí)管路將炭濾池出水管與反沖洗排水管相連，與方案一相比增加的臨時(shí)管線相對(duì)較短，對(duì)現(xiàn)有管線影響較小。

3.4.2 調(diào)試水量控制

方案一及方案二炭濾池出水均進(jìn)入清水池，通過濾池反沖洗將清水池內(nèi)存水輸送至集水池。反沖洗時(shí)，若正向過濾水量不滿足反沖洗所需水量，可靠清水池反向補(bǔ)水，故對(duì)調(diào)試水量沒有較高要求，滿足提升泵起泵水量即可。同時(shí)，為達(dá)到整體工藝運(yùn)行平穩(wěn)，可通過調(diào)整反沖洗頻率平衡集水池和清水池的液位。

方案三中濾池反沖洗所需水量全部由正向過濾提供，為避免反沖泵發(fā)生氣蝕情況，炭濾池出水水量應(yīng)大于濾池反沖洗水量，提升泵提升水量相對(duì)較大。

3.4.3 廠內(nèi)管線沖洗

方案一可對(duì)清水池進(jìn)出水管、配水泵房出水管進(jìn)行大流量沖洗及消毒工作。在廠內(nèi)水質(zhì)合格且外管線沖洗消毒完畢的情況下，可直接開啟配水泵向市政配水管網(wǎng)配水。

方案二僅可對(duì)清水池進(jìn)水管進(jìn)行沖洗，方案三不涉及清水池及配水泵房相關(guān)管路通水，管路無法沖洗消毒。若進(jìn)水方案選擇反向進(jìn)水方案，可在反向進(jìn)水時(shí)對(duì)管路進(jìn)行沖洗消毒；若選擇正向進(jìn)水方案，則需要在水廠調(diào)試完成、水質(zhì)符合要求時(shí)，通過閥門切換使炭濾池進(jìn)入清水池，并開啟配水泵對(duì)相關(guān)管線進(jìn)行沖洗消毒。

3.4.4 操作復(fù)雜程度

方案一正向過濾工藝流程與正式運(yùn)行時(shí)工藝流程基本一致，在調(diào)試過程中可采用正式運(yùn)行自控程序，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，僅需在清水池與集水池水位波動(dòng)較大的時(shí)候調(diào)整提升泵流量或反沖洗頻率。

方案二除需操作清水池自循環(huán)泵，其他操作與方案一相同，操作較簡(jiǎn)單。

方案三受運(yùn)行水量制約，調(diào)試運(yùn)行期間不應(yīng)大規(guī)模調(diào)整提升泵水量。在出現(xiàn)特殊情況導(dǎo)致廢水回收池液位存在溢流風(fēng)險(xiǎn)的情況時(shí)，應(yīng)立即停止濾池沖洗工作，并通過開啟砂濾池、炭濾池初濾閥使濾池出水通過初濾管路直接回集水池。該方案需安排專人負(fù)責(zé)關(guān)注廢水回收池液位并及時(shí)操作，避免溢流情況發(fā)生，操作相對(duì)復(fù)雜。

4.小結(jié)

通過比較，兩種進(jìn)水方案各有利弊。反向進(jìn)水方案操作簡(jiǎn)單，進(jìn)水的同時(shí)可對(duì)配水管網(wǎng)進(jìn)行沖洗消毒。且反向進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定，有助于濾池進(jìn)行濾料沖洗工作。但因由配水管網(wǎng)提供水源，調(diào)試進(jìn)水時(shí)會(huì)對(duì)配水管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定造成影響，應(yīng)選擇夜間用水量較小的時(shí)間段進(jìn)行低流量進(jìn)水。在水廠輸配水管線均具備進(jìn)水條件的時(shí)候，建議優(yōu)先考慮配水管線反向進(jìn)水。

廠內(nèi)循環(huán)過程中，在條件允許的情況下建議采用全流程調(diào)試方案，全流程調(diào)試方案可對(duì)全廠主要供水構(gòu)筑物進(jìn)行全面調(diào)試。在無法鋪設(shè)臨時(shí)管路的情況下，可考慮在清水池進(jìn)水堰處增加人孔，采用跨越配水泵房調(diào)試方案，為減少對(duì)清水池進(jìn)水堰結(jié)構(gòu)的影響，在設(shè)計(jì)初應(yīng)提前增加人孔。因方案三跨越清水池及配水泵房，調(diào)試期間全廠水量調(diào)蓄能力僅靠集水池調(diào)節(jié)，在遇到全廠停電等突發(fā)狀況會(huì)導(dǎo)致工藝段存在溢流風(fēng)險(xiǎn)，不建議使用。

水廠因受廠外配水管線未完工的情況制約，采用了正向進(jìn)水方案+全流程調(diào)試方案的組合。機(jī)械攪拌澄清池進(jìn)水后通過一周的調(diào)試，出水濁度、藻類、細(xì)菌均有較大程度的降低，符合進(jìn)入清水池的條件。廠內(nèi)循環(huán)兩周后水質(zhì)滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749-2006），在外管線施工完成且沖洗消毒合格后，開啟水廠進(jìn)水閥門正式配水。

圖6 方案三流程圖