自來(lái)水廠(chǎng)原水的調蓄與水質(zhì)控制

原創(chuàng ) 2016-08-11 張曉健 清華大學(xué) 中國給水排水

編者按

我國的地表水廠(chǎng)多采用直接取水方式（原水取水后直接進(jìn)入凈水廠(chǎng)），只有一部分原水為長(cháng)距離引水的自來(lái)水廠(chǎng)設置了前置調蓄池，設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，對水質(zhì)控制的考慮較少?；诖?，清華大學(xué)張曉健教授，從水質(zhì)的角度，結合鎮江市征潤洲水源地原水水質(zhì)安全保障工程，討論了江河水源地表水廠(chǎng)設置前置調蓄池的意義和水質(zhì)控制對策。

1     原水調蓄

水質(zhì)波動(dòng)對凈水工藝的影響

水源水質(zhì)波動(dòng)性強是江河水源的基本特性，其對凈水工藝的影響主要體現在以下方面：①缺少必要的水質(zhì)監測時(shí)間，如人工監測的頻率很難及時(shí)監測到水質(zhì)突變；在線(xiàn)監測儀器存在較大的局限性——項目有限，費用高，易出現偏差，維護工作量大；受污染水團被發(fā)現時(shí)，往往已進(jìn)入凈水系統。②缺少必要的凈水工藝調整時(shí)間，即沒(méi)有調整凈水工藝的研究時(shí)間、準備時(shí)間、運行過(guò)渡時(shí)間。水源突發(fā)污染就像一把懸吊在自來(lái)水廠(chǎng)之上的達摩克利斯劍。

原水調蓄的國外要求

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

設置調蓄池的基本考慮因素

水量保證（對長(cháng)距離輸水）、水質(zhì)保證、匹配水質(zhì)日檢頻率、規避上游化學(xué)品泄漏的突發(fā)污染（接到通報后在污染峰流經(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)濟效益。

美國辛辛那提市水廠(chǎng)取水點(diǎn)上游 (俄亥俄河)的泄漏事故

美國辛辛那提市水廠(chǎng)（Richard MillerTreatment Plant）：水廠(chǎng)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；斜管預沉池、可投加絮凝劑、粉末炭；調蓄池（預沉池）140萬(wàn)m3(平均停留3d）；常規處理+活性炭池；調質(zhì)（加液堿、聚磷酸鹽）、加氯消毒、加氟；管道總長(cháng)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(chǎng)）。

設置原水調蓄水池的意義

把受污染的水團阻擋在自來(lái)水廠(chǎng)之前。

對比原有要求（不達標的自來(lái)水不得出廠(chǎng)進(jìn)入配水管網(wǎng)），更為主動(dòng)。

2   前置調蓄水池的水質(zhì)控制功能

前置監測站點(diǎn)——為發(fā)現問(wèn)題和應對決策提供時(shí)間。

規避短時(shí)突發(fā)污染——提供儲備水量。

與應急備用水源聯(lián)合調度——提供應急水源啟動(dòng)期的調度水量。

原水應急凈化處理——與水廠(chǎng)內應急處理相配合，構成多級屏障。

原水水質(zhì)改善——設置預處理凈化措施，改善原水水質(zhì)。

設置導試水廠(chǎng)——為水廠(chǎng)運行提供指導。

3     鎮江市征潤洲水源地原水水質(zhì)安全保障工程

鎮江市城市供水情況

水源：長(cháng)江，通過(guò)外引河至內引河邊的取水泵房。

凈水廠(chǎng)：金西水廠(chǎng)（30萬(wàn)m3/d，常規處理工藝）和金山水廠(chǎng)（20萬(wàn)m3/d，深度處理工藝）。

應急水源：金山湖(景觀(guān)水體)，可用水量216萬(wàn)m3，應急狀態(tài)下可供1周，2014年建成應急水源引換水管渠。

原有取水方式及存在的問(wèn)題

取水方式：長(cháng)江水經(jīng)由長(cháng)約300米的外引河通過(guò)箱式涵閘進(jìn)入內引河，再由內引河經(jīng)金西、金山水廠(chǎng)一級泵站提升進(jìn)入水廠(chǎng)。水流從長(cháng)江到水廠(chǎng)僅幾十分鐘。

存在時(shí)間：缺少水質(zhì)預警時(shí)間；進(jìn)廠(chǎng)水質(zhì)不可控。

長(cháng)江原水水質(zhì)問(wèn)題

總體呈II類(lèi)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)監測異常部分情況：

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(lèi)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(cháng)江中泓取水(長(cháng)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)監測站（上游13km、6.5km處和水廠(chǎng)取水口已有環(huán)保的自動(dòng)監測站）；工程費用2.4億(主要費用：頂管工程）。

工程目標：江心水質(zhì)優(yōu)于岸邊水質(zhì)；上游水質(zhì)在線(xiàn)監測能夠提供1小時(shí)的預警時(shí)間。

存在問(wèn)題：江心取水水質(zhì)改善有限；上游監測站的預警作用有限。

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(xún)，形成了新的方案：充分利用征潤洲現狀地形，設置前置調蓄池，大幅度增加長(cháng)江原水在水源地的停留時(shí)間，并設置水質(zhì)監測、預處理和污染水排空設施，實(shí)現對自來(lái)水廠(chǎng)原水水質(zhì)的預警與控制。工程設計規模為60萬(wàn)m3/d，工程總投資為8234萬(wàn)元。

具體措施如下：

① 建設前置調蓄池，由原內引河疏挖改建，高水位運行，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(chǎng)。

② 建設前置調蓄池的預處理設施（應急藥劑投加裝置、曝氣吹脫裝置等），可用于正常狀態(tài)下的預處理和突發(fā)污染的應急處理。

③ 建設長(cháng)江取水雙向泵站，各種運行工況：正常運行時(shí)，長(cháng)江水進(jìn)入到調蓄池（長(cháng)江高水位時(shí)自流進(jìn)水，低水位時(shí)泵提升）；如長(cháng)江發(fā)生突發(fā)污染，雙向泵房停止取水，用調蓄池中儲存的原水供水廠(chǎng)，必要時(shí)開(kāi)啟金山湖應急備用水源；如污染水團已進(jìn)入調蓄池，可向長(cháng)江排回調蓄池中的污染水團：從雙向泵房重力排放、應急備用水源頂推置換排放、雙向泵房反向抽排。如長(cháng)江水階段持續性輕微污染，開(kāi)啟預處理設施，進(jìn)行預處理。

④ 建設原水水質(zhì)監測站，對長(cháng)江進(jìn)水進(jìn)行檢測，預警時(shí)間約半天。

⑤ 建設模擬水廠(chǎng)運行的導試水廠(chǎng)，規模3m3/d，可提前預知凈水效果并進(jìn)行工藝優(yōu)化，用于指導水廠(chǎng)運行。

⑥ 建立健全上述工程設施相關(guān)配套的管理制度、工作機制和應急預案。

實(shí)施情況：2015年鎮江市十項為民辦實(shí)事項目之一。2014年11月18日開(kāi)工，2015年12月底竣工投入使用。

工程全景圖

調蓄池運行工況

① 長(cháng)江正常水質(zhì)：長(cháng)江水進(jìn)入到調蓄池（長(cháng)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(chǎng)。

② 長(cháng)江原水發(fā)生輕微污染：開(kāi)啟調蓄池的預處理設施，進(jìn)行預處理。

③ 長(cháng)江原水發(fā)生突發(fā)污染：雙向泵房停止取水，用調蓄池中儲存的原水供水廠(chǎng)，必要時(shí)啟用金山湖應急備用水源，并向長(cháng)江排回調蓄池中的污染水團（從雙向泵房重力排放、應急備用水源頂推置換排放、雙向泵房反向抽排）。

長(cháng)江取水口

設施：雙向泵房、監測站、導試水廠(chǎng)、藥劑投加系統 (從右向左)

長(cháng)江取水雙向泵站：4臺泵：按2臺雙向泵、2臺單向泵布置

雙向泵：通過(guò)調整進(jìn)出水閘板，可改變水流方向。

取水泵

水質(zhì)在線(xiàn)監測儀

化驗室

導試水廠(chǎng)

[工藝：預處理-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，可提前預知凈水效果，并可進(jìn)行工藝優(yōu)化，用于指導水廠(chǎng)實(shí)際運行]

導試水廠(chǎng)單元設備與在線(xiàn)水質(zhì)監測儀

導試水廠(chǎng)加藥系統

調蓄池

由原內引河疏挖改建，高水位運行，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(chǎng)。

池長(cháng)：約900m

水深：4~5.9m（正常水位5.4m）

（標高：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）

導流墻（鋼砼柱+PE膜）

導流墻施工（鋼砼柱+PE膜）

曝氣吹脫（安裝區域）

曝氣頭組件

曝氣吹脫（正在安裝）

工程效果

通過(guò)鎮江市征潤洲水源水質(zhì)保障工程的建設，實(shí)現了對水源突發(fā)污染的有效預警與原水水質(zhì)調控，保證污染原水不進(jìn)入水廠(chǎng)，顯著(zhù)提升了鎮江市的飲用水安全保障水平。

對于江河水源水廠(chǎng)，如何進(jìn)行應對水源突發(fā)污染能力的建設，該工程具有重要的示范意義。