徐 政

(上海城投兴港市政管理有限公司，上海 201306)

多数城市大中水厂均非5年内新建，仍在沿用传统的常规净水工艺，但近年引用水水源普遍被污染。针对该情况，国内经济发达地区已布局水厂的提标改造工作，保障自来水水质。本文通过对旧有水厂提标改造的评估，结合某实际案例进行对照分析，探讨改造方案高效和低耗的途径及可能。

1 方案需考虑的方面

1.1 选择合适工艺，提高出水水质

对供水现状、原水水质特征及现状净水工艺进行论证，重点围绕工艺比选、工程实施等方面讨论。同时，还要结合效益分析，形成合理可行的工程方案。

1.2 在不新征土地情况下完成提标改造

土地作为项目的核心需求，是工程策划阶段最难的问题，老水厂受限于城市用地指标或周边建成后因地形和城市发展造成的无地可征现状。方案设计时，要充分考虑平面布局紧凑、合理且旧有建构筑物功能性归拢，拆除腾地的可能性。

1.3 水厂陈旧系统和设备同步改造

要充分调研水厂老系统设备的运行情况，特别是电气和自控相关设备。在全厂的统一框架下，提标改造建成的新系统，无法独立自成。必须同水厂老的电气及自控系统接入或者合并，所以老系统或设备的可靠性也作为方案的重点考虑因素，不符合或者落后的设备及系统，尽可能的通过工程同步完成改造，提高水厂运行保障能力。

1.4 通过提标改造工程还可以为运行解决的困难

旧有水厂运行期间总会产生或发现问题，绝大部分可以通过日常的更新改造或维修解决。但也有部分可能由于工作量或影响面较大等因素，无法由运行单位承担。该类大型的厂内工程，可在提标方案设计的时候一并考虑并放入项目中，由专业的设计及工程实施单位落实。

2 案例概况

某市中型水厂，其总净水能力为40万m3/d，分二期建成。一期建设规模20万m3/d，90年代中期建成通水；一年后二期又扩建20万m3/d，总占地面积约为150亩。

该水厂现状拥有两条20万m3/d的常规处理生产线，虽然供水水质能达到考核要求，但存在一定风险。首先是原水总氮、总磷较高，属富营养水体，存在藻类问题。夏季藻类数量可达到千万个/L以上，常规的处理工艺对藻类代谢产生的致臭物质，无法有效去除。另外有机物的耗氧量CODMn可达2～3mg/L，常规工艺通过游离氯消毒，三卤甲烷会偏高，出厂水检测小分子质量的有机物含量高。所以需要增加深度处理系统，提高出水水质及供水保障能力。

该厂建成至今超过25年，四周目前被道路，河道及居民用房围绕，考虑到动迁、征地的资金及时间成本过高，要求该深度处理改造工程只能在水厂内部挖潜实施。

水厂原电气系统重要设备使用至少超过20年，深度处理作为独立且新建的系统，电源需接入水厂原配电系统，风险较大。同样控制全厂的原自控系统也存在较多问题，主要表现在1.设备使用年限过长，买不到备品备件；2.控制器和上位软件品牌杂乱，同一单体内多种品牌共存；3.自控设备的通讯方式种类多、协议多；4.缺少统一的生产管理平台等。故本次工程在考虑深度处理配电系统的同时，还应针对老厂原自控设备及系统进行更新、整合考虑。

最后水厂还存在亟需完成的加药改造，原水库进水消毒采用氯氨比例投加，仅有总氯消毒。根据目前该市地方行业要求，需满足先活氯再总氯接触的消毒模式，且活氯消毒需达到一定的时间。现水厂构筑物或池体中无氯接触池，考虑需要新建或者单体结构改造，从项目规模及实施难度上也建议由本次提标改造工程整体考虑并实施为宜。

3 方案策划

3.1 工艺比较和选择

为满足预期工艺性能，拟在老厂常规处理基础上，增设深度处理工艺。目前常用的深度处理工艺主要为活性炭、臭氧加活性炭和膜处理技术等。

3.1.1 活性炭吸附

活性炭吸附技术可较有效的去除水中有机物，对色度、嗅味等有较好的处理效果，原理主要是靠活性炭巨大的比表面积和发达的空隙进行吸附。设计可以考虑新建单独的活性炭滤池，但其吸附性能在炭的吸附能力饱和后，须通过处理进行再生后才可重复使用，再生的处理较复杂且费用高。

3.1.2 臭氧-生物活性炭技术

臭氧加生物活性炭技术，简单的说就是把臭氧的氧化和活性炭的吸附有机结合。主要原理还是要利用活性炭的吸附能力，但结合了臭氧的供氧作用，在炭床中大量培养好痒菌，吸附的有机物可作为炭床微生物生命活动的营养源，用生物降解达到去除的作用。该工艺可使炭床同时拥有活性炭本身的吸附性和微生物降解能力。大大增加活性炭对水中溶解性有机物的吸附能力，延长了炭床的有效周期，降低再生处理的升本。

3.1.3 膜处理技术

膜处理工艺，主要是利用天然或人工制备的膜，根据选择通过性能达到分离、分级或提纯的效果。按对应的分离粒径和分子量分类，可将膜分离过程分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。其中微滤、超滤工艺主要去除水中颗粒物，而颗粒物不是深度处理主要去除目标。纳滤和反渗透工艺又有过渡处理的情况，经济性较差。

3.1.4 深度处理工艺选择

颗粒活性炭吸附、臭氧-生物活性炭吸附、膜处理技术三种深度处理工艺的优缺点对比如表1所示。

表1 深度处理对比表

通过上表看出，三种深度处理工艺各有优缺点。

由于颗粒活性炭吸附工艺主要以吸附为主，生物作用较弱，炭非常容易饱和，需频繁更换，给生产运行管理带来难度，不推荐采用。

膜工艺国内缺少运行管理经验，工艺会产生大量生产废水，酸、碱清洗产生的废水需特殊处理并单独收集，且投资和运行费用和维护的要求都较高。同时膜工艺对有机物去除率不高，去除嗅味能力不够，针对本工程去除目标，也不推荐采用该处理工艺。

臭氧-生物活性炭对氨氮、有机物、藻类都有明显的去除效果，口感改善明显。臭氧-生物活性炭对氨氮、有机物、藻类都有明显的去除效果针对性强，生物降解与活性炭的物理吸附结合在一起，不仅提高了活性炭工艺的处理效率，而且延长了活性炭的使用寿命，大大降低了活性炭的水处理成本。臭氧生物活性炭处理工艺国内成熟案例较多，使用广泛、运行经验成熟，而且，国内该工艺应用现状进一步表明臭氧活性炭处理工艺已经是一种较为成熟的水处理工艺，是改善水质的有效手段。

经分析论证确定，本提标工程工艺选用臭氧+活性炭的深度处理工艺。

1.平面布局

根据选定工艺，需至少增设臭氧接触池、提升泵房、活性炭滤池、反冲洗泵房、氧气站及臭氧发生车间等单体。方案初始的平面布局(下图：总平布置方案一)，拟保持水厂现有设施不变，在厂区西侧新征约30.9亩的土地(红框部分)新建各工艺单体。

但考虑到水厂西侧目前存在大量居民住房，征地的时间及资金成本均难以承受。还是要通过优化厂内现有平面布局，内部挖潜。通过现场查看及调研，厂前区原为景观绿化及辅助用房。方案考虑“腾笼换鸟”的思路(下图：总评布置方案二)，将水厂原办公及化验大楼等办公用房合并建造于厂前区，置换出厂内规整的建设用地片区。再考虑各工艺单体，集约化思维，将深度处理工艺的各单体，在不影响工艺的前提下，通过合建和池体叠建等手段，最大程度节省用地面积，使原厂区用地无法满足构筑物单个布置的问题得到有效解决，而且紧凑的布局不仅节省了厂区内的总平管线长度，降低施工难度，也减少了构筑物间的水头损失，为运行降低电耗，达到节地和降耗目标。

图2 总评布置方案二

2.优化、改造老厂电气及自控系统

深度处理单元电气及自控最后都需要接入老厂原系统，本次工程拟更新35/6.3kV 5000kVA主变两台、6kV开关柜24台及附属设备若干，提高厂级配电安全可靠性。另外结合水厂运行管理需求，自控系统也通过本次工程，新老统筹考虑，在老厂设置全新的全厂控制中心，最终形成全厂统一的生产管理平台。原各PLC站点硬件部分更新，尽可能解决老旧且品牌杂乱的问题。

3.增加氯接触池

老厂水库进水消毒采用氯氨比例投加，仅有总氯消毒。根据该市地方目前行业最新要求，需在进水库前保证活氯接触时间，本次提标改造工程拟在活性炭滤池出水下叠氯接触池，解决水厂无对应消毒构筑物的问题。

5 总结分析

在国内大力提高供水水质的背景下，建成水厂的提标改造工程开始大量上马。本文引用的实例项目考虑了原址升级，通过腾笼换鸟、合建叠建等理念置换出可行的建设用地。再合理规划、分布实施的工程手段，保障工程与运行的安全同步。设计时还充分排摸了老厂的设备情况和不足，通过大基建的力量和人员的专业性，以提标工程的契机完成改造，一次性达到工艺和运营水平提高的多重目标。

目前项目已开工建设，腾笼换鸟置换空间这一最难的步骤完成，可预见项目最终的成功，为类似老旧水厂提标或扩建改造提供参考意义。