美国洛杉矶A.F.水厂

费征云
（杭州市七格污水处理厂,浙江 杭州 310014）

　　中图分类号：TU991.2
　　文献标识码：D
　　文章编号：1000-4602(2000)04-0055-03

　　洛杉矶是美国第2大城市，人口服务面积为1201km²，人口约340万，拥有广大的供水网络设施向用户提供可靠的自来水。洛杉矶地区大约有75%的源水从内华达西拉山区的东部通过洛杉矶引水渠道引入，其余的源水来自当地的地下水(15%)以及向科罗拉多河渠道和加利福尼亚水利项目(10%)购入。
　　洛杉矶A.F.水厂(The Los Angeles Aqueduct Filtration Plant简称LAAFP)是当时美国同类水厂中最大且最先进的水厂之一，它经过三年半的建设和四个月的调试及试运转以后，于1987年4月投入使用。这一水厂归洛杉矶市水电厅(DWP)经营，处理能力可达227×10⁴m³/d。其主要源水通过544 km长的洛杉矶引水渠道从内华达西拉山的东部引来，一般情况下源水水质甚佳，源水浊度平均只有2.6 NTU。
　　水厂的主要功能是去除源水中的悬浊物等有害物质，使其符合加利福尼亚州的水质标准。这一水厂旨在达到下列目标：
　　① 处理后水的浊度＜0.3 NTU，以符合加利福尼亚州规定的0.5 NTU；?
　　② 严格消毒，确保向用户提供无菌、无病毒的水；?
　　③ 降低三卤甲烷(THM)的含量；?
　　④ 去除色、嗅、味；?
　　⑤ 操作灵活，可适应将来更高的水处理标准和要求。
　　根据以上目标，LAAFP的处理过程定为：源水→筛网过滤→臭氧预处理→投加化学药剂→快速搅拌(凝聚)→絮凝→高速过滤→后加氯→用户。水处理构筑物成镜象排列分成两组，每组构筑物又分成两格，这独立的四格水处理构筑物能使操作人员快速地优化处理各种参数，以适应不断变化的水质条件，同时还可以将部分构筑物停止运行以进行维修保养。
　　由于洛杉矶处于地震断层带附近，因此该厂设计中广泛采用防震结构，使其能够承受重大地震，保证不间断地供水。?

1 筛网过滤与计量

　　源水首先要经过粗格栅及旋转滤网，清除大块漂浮物体及悬浮杂质，保护机械设备不受损坏。两个进水渠道分别装有一个大型文丘里流量计，用来测量进水流量，流量信号被分别送到水厂的计算机系统中，用来计算维持合格处理所需的臭氧剂量与其他水处理化学药剂用量。

2 臭氧预处理

　　在水处理过程中，投加用纯氧制备的臭氧作为预处理工艺具有以下优点：
　　① 与预加氯工艺相比，臭氧有助于加速絮凝，并加快水过滤速度；
　　② 臭氧可降低凝聚剂的用量；
　　③ 臭氧是很强的氧化剂，可有效地控制味道、气味与颜色；
　　④ 臭氧是非常有效的抗菌抗病毒剂；
　　⑤ 臭氧不产生三卤甲烷，并可减少三卤甲烷的前体；
　　⑥ 试验研究已经证明臭氧比氯或二氧化氯成本低，效用高(建设费用和运行费用均计算在内)。
　　臭氧接触池共有4座，尺寸为30.48 m×10.36 m×6.10 m，最大水深为6.1 m。接触池内设置了导流墙，保证源水在池中的停留时间在5 min以上，使源水与臭氧充分接触。在每个臭氧接触池内有两排细细的气泡扩散器，从中注入臭氧，臭氧的投加量通常为1.0～1.5 mg/L，根据氧化剂需要量及水厂的进水量，投加量可增加到2.0 mg/L。未被吸收的臭氧在接触池的水面上作为废气放出，排气系统将接触池水面与盖之间抽成真空，集取这种废气，并送到加热/催化装置中，然后以臭氧含量低于0.1 mg/L的浓度安全地排入大气。
　　臭氧是效用极佳的初级消毒剂，并能帮助改善水的色、嗅、味。DWP通过广泛的中间测试，发现臭氧能增强以后的各个处理过程的效果，它对于水质的处理效果是其他消毒方法无法达到的，它有助于形成微絮凝，所以在消除混浊物质方面的作用尤为重要。臭氧消毒的使用使DWP可以在水厂的设计中采用更先进的设计准则，并降低了对其他处理构筑物、设备的性能要求。在设计与操作运行方面，臭氧预处理与其他消毒方法相比有如下优点：
　　① 过滤速度由22 m/h提高到33 m/h，使滤池的数目减少了三分之一；
　　② 絮凝时间缩短了50%(从20 min降到10 min)，使絮凝池的数目减少了一半；
　　③ 延长了滤池工作周期，减小了反冲洗设备的规模；
　　④ 所需的化学聚凝剂减少了33%；
　　⑤ 加氯量减少了50%；
　　⑥ 减少了滤池反冲洗污泥。
　　臭氧由LAAFP附属的低温氧气厂制备的氧气通过高压放电原理在管式水冷臭氧发生器中产生，低温氧气厂每天可生产45 360 kg氧气，氧气从空气中分离出来，纯度达95%。为了满足生产过程中臭氧用量的不同需要，氧气产量可在设计能力的100%～60%之间进行调节。由于使用高纯度氧气所产生的臭氧浓度按重量计可达6%，LAAFP的四台联机臭氧发生器1 h能产生149 kg的臭氧。臭氧发生系统可以根据需要来增减联机臭氧发生器的运行台数，臭氧的产量可在系统能力的25%～100%之间进行调节。为了维持规定的操作条件，氧气进气量及臭氧发生器的功率都是自动调节的。
　　LAAFP的低温氧气厂每日还生产大约1 820 kg的液态氧，储存在一个35.25 m³的液氧罐内，可在需氧高峰时增加氧气的供应，它也是低温氧气厂停产时的后备供氧源。
　　由于臭氧是一种十分危险的气体，在达到一定浓度时易发生爆炸，所以在LAAFP中对臭氧的检测十分严格。在臭氧发生楼内有环境空气检测仪连续取样，检查是否存在过量臭氧或氧气。一旦发生臭氧泄漏，控制系统立即关闭氧气/臭氧发生装置，同时立即启动备用的风机，增强臭氧发生楼内的正常通风。洛杉矶地震频繁，当遇到大地震时臭氧发生楼进气管道上的安全阀门在计算机的控制下立即自动关闭。

3 加药

　　水经过臭氧预处理后在进入快速搅拌池前加入阳离子聚合物、氯化铁等化学药剂。阳离子聚合物作为主要混凝剂，平均投加量为1.3 mg/L，而氯化铁则作为助凝剂，平均投加量为1.1 mg/L，化学药剂通过计量泵投加。由于源水水质较稳定，故根据流量配比控制投加药剂。在原水水质变化时用人工调整的方式，这种控制方式所需设备简单、操作方便，在源水水质稳定情况下运行状况良好。

4 快速搅拌、絮凝

　　LAAFP共有四组快速搅拌池，每组尺寸为3.048m×3.048m×4.26m，每组池设两台快速搅拌机。
　　厂内共设絮凝池12组，每组3格，每格尺寸为7.62 m×7.62 m×6.10 m，池内装有桨叶式搅拌机。水经过快速搅拌后进入每组絮凝池，最短停留时间为8 min。产生的絮凝物必须体积小、牢度强，在高速过滤时能进入滤料深处而不至于破碎。由于在LAAFP不设沉淀池，絮状物必须很轻，能在过滤前的水处理流程中保持悬浮状态，不至于沉淀下来。
　　臭氧预处理能产生微悬浮的作用，因此能使絮凝时间由通常的20 min缩短到10 min，这样就可以大大减小絮凝池的规模，降低了建设费用。

5 过滤

　　由于原水水质较好，水经过絮凝后，不再使用沉淀工艺，直接分布到24个滤池中，每个滤池的过滤面积为131 m²，滤池用粗卵石铺底，上面是1.83 m高的粗粒无烟煤滤料，滤料有效粒径为1.5 mm，均匀系数为1.5。滤池采用气水反冲洗，这样才能清除滤料中深埋的沉积物，不易形成泥球。要使滤池回到清洁的状态，最大水、气反冲洗强度均为73 m/h，当两格滤池反冲洗时，其他滤池最大滤速可达到32.8 m/h。每格滤池均装有出水流量控制调节阀，使滤速保持恒定。当过滤水量减少时，阀门即自动开启，以维持所需的流量。在每格滤池内都设有近4 000个长柄滤头，这些滤头能均匀地将反冲洗气、水喷入滤料层中。滤池的控制是自动的，它根据通过滤层的水头损失、出水浊度及滤池工作周期及滤后水中悬浮颗粒数量等参数来控制滤池反冲洗。
　　水厂内设有反冲洗水回用水池，总面积为9.2hm²，共分8格，每格池深2.74 m，容积为33640.4m³。用后的反冲洗水先在此处沉淀澄清，然后上清液重新回到水厂进口。

6 加氯消毒

　　LAAFP采用加液氯消毒。液氯直接由槽车运到水厂的储液罐内并由计量泵直接投加，在水厂中设有4台152 kg/h的计量泵，最大投加量为5.6 mg/L。这种投加方式的好处在于安全，减少了液氯蒸发器等危险性较大的设备，但投资较大。通常氯投加在滤池以后，投加量约为1.0 mg/L，另外在厂内还有多个投加点，如果臭氧系统发生故障或为减少藻类的生长，可以在臭氧接触池前及滤池前投加。在紧急情况下，当水必须超越水厂某道处理工序时，也可以在水厂入口处投加，保证出厂水水质。

7 自动控制系统

　　LAAFP的水处理过程由一套集散型的电子自动控制系统进行控制，整个10.5 hm²的厂区范围内(不包括反冲洗回用水池)设有16台现场计算机，对整个水处理过程实行多环路控制，其中包括臭氧处理、化学药剂投放、过滤及反冲洗等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中收集数据，并提供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警。在电子自动控制系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。
　　LAAFP的工艺流程并不是当前最先进的处理工艺，它是美国大中型水厂的典型处理工艺，但它的处理效果十分有效、稳定，出水水质极好，且处理工艺、自动控制的选择都是围绕原水水质和出水水质而定的。原水水质好，取消了沉淀过程；采用多种技术手段来确保水质，如臭氧预处理、多点投加化学药剂；自动控制也没有像国内一些水厂那样追求全功能、全自动，而是根据处理工艺及原水水质情况来确定自控系统的控制深度。如由于原水水质稳定，所以在选择加药控制方式时没有采用全自动，采用的是根据流量配比、原水水质变化时人工调整的简单实用方式；同时它将反冲洗水沉淀后回用，十分重视水资源的利用，这些都值得我们在建设水厂时借鉴。

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