中国科技核心期刊《净水技术》关注我国供排水和工业水处理生产一线的实际问题，打造一线生产技术人员实战经验的分享平台。本栏目内容主要选自发表于《净水技术》“供排水企业运行及管理成果专栏”的原创论文，经通俗化删减改编，供同行交流参考。
童佳佳，李纲，侯宝芹,等. 老旧水厂工艺升级改造并实现节能增效的探讨[J]. 净水技术, 2022,41(6):181-186.
TONG J J, LI G, HOU B Q, et al. Discussion on energy conservation and efficiency improvement through technological upgrading and reconstruction for an old WTP[J]. Water Purification Technology, 2022, 41(6): 181-186.
某老旧水厂设计规模为15万m3/d，水厂建厂距今已有34年历史，生产工艺按照上世纪80年代设计水平建造，主要净水工艺采用五组网格反应池、平流沉淀池、移动钟罩虹吸滤池加清水池连体的综合池方式，清水池下叠在沉淀池、滤池下部。每组综合池原水进水管装有管道混合器及加药管，工艺流程图如图1所示。
由于无深度水处理单元导致水厂生产抗冲击能力差，当水厂满负荷运行时，如原水水质平稳，水质能够较好保障，一旦原水水质突变，应对手段则相对薄弱了，过程水和出厂水水质容易出现较大波动，且能耗较高。主要原因有以下几点：
（1）改造水厂原采取传统的管式静态混合器(图2)，该工艺管内固定翼片水阻高，水头损失大（水厂混合器由于设备老化等原因，水头损失在3m左右），进水量提升困难，且混凝剂单点投加不够均匀，混合效果差。
图2 传统静态混合器
（2）反应区采用80年代安装使用的普通钢制网格栅，由于长期与原水中投加的消毒剂（含次氯酸）进行反应，腐蚀严重，影响了聚合氯化铝的混凝反应效果，所结矾花颗粒较小，不易沉淀，导致沉淀效果不佳。
沉淀池“跑矾”现象严重，滤池负担较大
（1）改造水厂共设有5个平流沉淀池，长60m，宽7m，设计最大进水量为单池1250 m3/h，流速15mm/s，沉淀时间为1小时。高峰供水期间，单池进水量达到1600 m3/h，超设计最大流量20%以上，沉淀池流速加快至21mm/s，沉淀池停留时间缩减至约45min，沉淀不充分，
（2）改造水厂沉淀池每组安装6条集水槽，B×H=650×350，L=4m，设计最大溢流率为300m3/（m2·h）。高峰供水期间，沉淀池集水槽溢流率为625m3/（m2·h），负荷过高造成矾花上浮，并随着水流带入滤池，增加滤池负荷，缩短滤池反冲洗周期。
（1）改造水厂采用虹吸钟罩滤池工艺，由于结构以及运行方式等原因，滤后水流量波动较大（经观测，滤后水流量可在7min内，由满管最大3000 m3/h，降至最小空管的0 m3/h），且未安装在线流量计，造成清水池次氯酸钠二次投加不准确。
（2）改造水厂二次加氯采用出厂水余氯作为投加控制反馈，投加点与出厂水余氯仪采样点之间的距离过长，采样点位于出厂水阀门井，详见图3，监测数据反馈有1.5h的间隔，容易造成投加操作不精准，出现余氯波动幅度大的现象。
为提升水质，确保优质供水，需对净水厂进行升级改造。改造的目标是在确保供水安全及供水量的前提下，提升水质和产水率，同时合理降低运行能耗，实现节能增效。另外，由于水厂位于城区中心位置，厂内空间受限，难以进行大规模大投入的工艺改造。改造设计时，采用节地型、“腾笼换鸟”式分阶段实施升级改造，在不改变现状净水构筑物池体结构的前提下，采用小规模、见效快的改造模式，通过更换可降低水头损失提高水质水量的微阻力管道混合器、安装及更新相关管道阀门、工艺制件、仪表设备等模式，实现了老水厂的升级改造。具体改造方案如下：
改造水厂更换传统的管式静态混合器，采用微阻力管道混合器（图4）。该设备取消了管内翼片卡阻，改用双层管腔分流，扩散管流压力，漩流混合技术优越，水头损失小；喷射式雾状加药，内外腔双层双向、周边均布多层多点喷药，混合效果好。微阻力混合器同时具备管式混合器的结构简单、免维修、免维护以及防堵塞等优点。
拆除原普通钢格栅，更换为新型的涡漩流反应器，并适当增加网格数量以增强絮凝强度。更换后的新型涡漩流反应器其材质为ABS，支撑固定件为SUS304不锈钢，材质上更安全，包括设有网孔的网格板，网孔至少一侧向外延伸以形成锥状的延伸体，该延伸体具有使得水流形成涡流效果的内壁。水流涡旋度大，涡旋效果是传统的微涡旋效果的5 倍以上。
本次改造将拆除原集水槽，更换为新型不锈钢集水槽，槽体数量及槽体断面不变，将槽体由4m增加至9m，使溢流率由原先的625m3/（m2·h）降低至278m3/（m2·h）。同时在每根槽下增加防矾花上浮装置，减少矾花带出，有效降低滤前水浑浊度。
改造水厂增加滤后水流量计，滤后水余氯仪等在线仪表，具体位置如图5所示。通过PLC采集实时滤后水流量以及滤后水余氯数据，实现二次加氯随流量变化自控投加，另外投加点与测量点的反馈时间间隔大大缩短，由原来的1.5小时缩短至10分钟，帮助水厂加药系统实施精准投加，保证出厂水水质全面优质达标。
混合反应效果提升
混合反应效果提升主要体现在混凝效果充分，反应池形成的矾花大而且密实，沉后水及出厂水浑浊度降低，沉淀池末端跑矾现象缓解。
由于对进水管道混合器及反应区格栅进行更换，药剂与原水反应更充分，改造后沉淀池末端集水槽侧矾花明显减少，滤池负荷减小。改造后沉后水浑浊度明显下降，为1.68～2.43NTU之间，平均为1.99NUT，相比改造前浑浊度降低了36%，表明改造完成后，混凝效果明显提升，沉淀池末端跑矾现象明显得到缓解。
由于混凝效果提升，滤池负担减轻，出厂水浑浊度得到有效改善，改造后出厂水浑浊度降低为0.07～0.12NTU之间，平均值为0.09NTU，降低了0.05NTU，基本满足浙江省现代化水厂出厂水浑浊度0.1NTU的要求。
水厂采用增加滤后水流量计、浊度仪、余氯仪等在线仪表等措施，缩短了次氯酸钠投加点与测量点的反馈时间间隔，协助水厂加药系统实施精准投加。通过加强过程水水质监测，保证出厂水水质全面优质达标。
改造后增加了滤后水余氯仪，水厂加药有效精准投加，出厂水余氯基本稳定在1.0mg/L左右，确保出厂水余氯稳定可控。
电耗方面，改造前后，水厂进水管压力由0.07MPa降低至0.04MPa，节省水头损失约3m。对应取水泵站原水管压力，降低为0.03～0.04Mpa，原水从取水口到改造水厂管线总长13.6公里，每千吨水可节约12度电。同时，原水管线由于运行压力降低，管道漏损率大大降低，原水供应更加安全稳定。
药耗方面，改造水厂药耗的降低主要体现在氯耗的降低，改造水厂通过PLC采集实时滤后水流量以及滤后水余氯数据，实现二次加氯随流量变化自控投加，21年3月氯耗较去年同期下降1.12kg每千吨水（按10%浓度次氯酸钠计算）。
另外，由于沉淀池以及管道混合器改造主要目的是为了降低能耗的同时，改善加药混凝效果，矾耗改造前后无明显变化：21年3月以及去年同期千吨水矾耗分别为21.96和21.78（按原液计算），矾耗无明显变化。
（1）沉淀池更换微阻力混合器，反应池更换漩涡反应器后，混凝效果提升明显，沉淀水出水平均浑浊度由3.11NTU，降低为1.99NTU，降低了36%；
（2）沉淀池后端更换加长集水槽后，溢流率降低，跑矾现象明显缓解，滤池负担有效减轻，出厂水浑浊度由0.14NTU，降低为0.09NTU，基本满足浙江省现代化水厂浊度要求；
（3）出厂水余氯有效可控，通过增加滤后水流量计、余氯仪在线仪表，水厂二次加氯实现自控投加，滤后水余氯反馈快而准，有效协助厂内精准加氯，氯耗较改造前降低1.12kg/kt水，同时出水优质更加稳定；
（5）更换微阻力混合器后，混合器水头损失下降至0.3m以下，水厂原水管管压由0.07MPa降低为0.04MPa，节约12kW·h/kt水，原水管线运行安全稳定。
（4）本文着力探究水厂工艺改造对水厂运行效果的影响，通过采用微阻力管道混合器，更换新型格栅以及新型不锈钢集水槽等工艺改造措施，加强絮凝效果，降低沉后水和出厂水浑浊度，减少跑矾现象，增加加药控制反馈在线仪表，协助水厂加药系统有效精准投加，在节能降耗的同时保障出厂水优质供水，为同行老旧水厂改造提供建议。
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