胡小亭

(安徽省東至縣長(zhǎng)江河道管理局，安徽 東至 247200)

?

淺析微絮凝一體化凈水工藝及其在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用

胡小亭

(安徽省東至縣長(zhǎng)江河道管理局，安徽 東至 247200)

主要闡述了微絮凝一體化凈水工藝的設(shè)備構(gòu)造、水處理工藝原理及其適用條件。結(jié)合安徽省東至縣農(nóng)村安全飲水工程花園水廠項(xiàng)目的具體情況，設(shè)計(jì)規(guī)模小、山區(qū)原水濁度低，考慮建設(shè)周期短、占地面積小、工程投資少等優(yōu)點(diǎn)，選擇微絮凝一體化凈水器進(jìn)行水處理，實(shí)現(xiàn)一體化凈水，取得了較好的應(yīng)用效果。

水處理；工藝原理；適用條件；應(yīng)用

飲用水處理工藝一般是通過(guò)建設(shè)混凝、沉淀、過(guò)濾池等構(gòu)筑物來(lái)進(jìn)行水處理，微絮凝凈水一體化是通過(guò)集成一體的凝聚、絮凝和過(guò)濾工藝，達(dá)到凈水效果，其優(yōu)點(diǎn)是減少了建筑占地面積、建設(shè)周期短、工程投資少，在農(nóng)村山區(qū)飲水安全工程中應(yīng)用較廣[1-2]。

1 微絮凝凈水設(shè)備構(gòu)造

微絮凝一體化設(shè)備構(gòu)造組成如圖1所示。

圖1 微絮凝一體化設(shè)備構(gòu)造圖

微絮凝凈水一體化設(shè)備[3-4]主要通過(guò)集成一體的凝聚、絮凝和過(guò)濾工藝，達(dá)到凈水效果。微絮凝凈水器是微絮凝凈水一體化凈水工藝的核心，微絮凝凈水器在外形上與一般的壓力濾罐類似，由罐體、閥門、連接管道及儀表等組成。但罐體內(nèi)采用了與一般壓力罐不同的構(gòu)造，由上濾板、凝聚層、絮凝層、過(guò)濾層與下濾板組成。進(jìn)水管上安裝管道混合器，以強(qiáng)化原水與絮凝劑的混合效果，促進(jìn)其亞微擴(kuò)散。過(guò)濾上下界面處安裝有壓力計(jì)，用于檢測(cè)和判斷含污量，便于反洗控制。檢測(cè)儀表和閥門均同時(shí)考慮人工與自動(dòng)觀測(cè)和操作功能，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)互備的運(yùn)行控制。

2 微絮凝凈水工藝原理

原水在經(jīng)過(guò)管道投加絮凝劑后依次進(jìn)入凈水器的凝聚層、絮凝層和過(guò)濾層，歷時(shí)10～15 min，即可達(dá)到出水濁度1NTU以下的凈水。

2.1 凝 聚

原水在投加絮凝劑后進(jìn)入凝聚層，凝聚層為特殊材質(zhì)，形狀能使水流產(chǎn)生大量微小渦流，促進(jìn)水中膠體雜質(zhì)與絮凝劑顆粒相互碰撞，產(chǎn)生脫穩(wěn)和凝聚，生成絮體。由于凝聚層中水流水力半徑小(傳統(tǒng)工藝為其數(shù)百倍)，水流剪力大，無(wú)法生成較大絮體，同時(shí)因?yàn)樘厥獾哪蹖硬牧媳砻婀饣粫?huì)吸附絮體，因而微小絮體能順利通過(guò)凝聚層而進(jìn)入絮凝層[5-6]。

2.2 絮 凝

絮凝層材料孔隙率大，表面粗糙，具有很強(qiáng)的吸附能力和含污能力。進(jìn)入絮凝層的水流挾帶大量微小絮體，當(dāng)它們?cè)谒魑蓜?dòng)下接近絮凝層材料表面時(shí)，被吸附并與水流分離，被吸附的絮體顆粒又吸附水中絮體。當(dāng)吸附層達(dá)到一定厚度，其吸附力不足以抵抗水流剪力時(shí)，達(dá)到吸附平衡，水中絮體向下層移動(dòng)，繼續(xù)在下層產(chǎn)生絮凝作用。

2.3 過(guò) 濾

過(guò)濾層采用石英砂材料[7-8]，絮凝初期主要依靠絮凝材料表面吸附水中細(xì)小絮體，與過(guò)濾機(jī)理相同。當(dāng)絮凝材料表面吸附了絮體后，已經(jīng)吸附的絮體進(jìn)一步吸附水中絮體，使絮凝層達(dá)到較大含污量，因此微絮凝工藝能處理高濁度原水。過(guò)濾層起到水質(zhì)保障作用，當(dāng)絮凝劑投加量不當(dāng)、膠體脫穩(wěn)凝聚效果不佳或水中存在某些無(wú)法凝聚的雜質(zhì)時(shí)，則會(huì)造成部分雜質(zhì)無(wú)法在絮凝層絮凝而穿透，這些雜質(zhì)由過(guò)濾層去除。例如，當(dāng)投藥量不當(dāng)時(shí)，部分膠體無(wú)法脫穩(wěn)，它們之間無(wú)法相互吸附絮凝，但濾料表面較強(qiáng)的吸附力則可以將它們?nèi)コ?。因此，過(guò)濾層也稱為保護(hù)層，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)控制使它不過(guò)量含污。

3 微絮凝凈水工藝適用條件

3.1 原水濁度1 000 NTU以下

當(dāng)原水濁度很低時(shí)，微絮凝凈水器的作用與直接過(guò)濾設(shè)備類似，濁度越低，出水質(zhì)量越好，工作周期越長(zhǎng)，反洗水濁度越低，絮凝劑耗量越少。當(dāng)原水濁度較高時(shí)，微絮凝凈水器仍能保證出水質(zhì)量。經(jīng)測(cè)試，當(dāng)原水濁度為1 000 NTU時(shí)，在16 m/h濾速下的工作周期約3.5 h，按反洗強(qiáng)度25l/m2.s和每次反洗2 min計(jì)算，反洗耗水量約為制水量的5%，與傳統(tǒng)工藝自耗水量相當(dāng)。如果水源只是因?yàn)楸┯暝斐啥虝r(shí)間濁度偏高，即使?jié)岫榷虝r(shí)間內(nèi)達(dá)到1 000 NTU以上，仍然可以采用高效微絮凝凈水器，其出水質(zhì)量仍可以保證，只是在短期內(nèi)自耗水量會(huì)超過(guò)5%。

3.2 低溫低濁原水凈化

在傳統(tǒng)水處理過(guò)程中，當(dāng)原水溫度較低時(shí)，水的粘性提高，造成水流紊動(dòng)性降低，水流剪力提高。加之原水濁度低，雜質(zhì)顆粒間平均距離大，不利于水中顆粒的碰撞反應(yīng)脫穩(wěn)，更不利于絮體的增大，所以影響凈水效果。在微絮凝凈水器中，其凈水機(jī)理不需要生成大的絮體，細(xì)小的絮體就可以有效地去除，而且對(duì)于微絮凝凈水器，絮凝材料顆粒就是大絮體，它們充滿絮凝層，與雜質(zhì)顆粒距離非常近，所以勿需增加絮凝劑，也能夠保證凈水效果，因此不會(huì)因低溫低濁水影響凈水效果。但當(dāng)水溫降低時(shí)，由于水流剪力加大，將影響絮凝層的吸附層厚度，降低含污能力，致使凈水工作周期有所下降，自耗水量略有增加。

3.3 原水流量的變化范圍大

當(dāng)原水流量大范圍變化時(shí)，傳統(tǒng)工藝往往不能適應(yīng)，因?yàn)楫?dāng)流量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值時(shí)，水的流速和紊動(dòng)性降低，使絮凝效果大大降低，從而影響凈水質(zhì)量。而高效微絮凝凈水器，因?yàn)槲⑿u流和高密度吸附作用，可以適應(yīng)很小的原水流量。

3.4 含有一定有機(jī)物及其他有害物質(zhì)的原水

水源受有機(jī)物污染，常規(guī)水處理一般不易去除。在微絮凝凈水器中絮凝層相當(dāng)于高濃度絮體，有利于有機(jī)物的吸附和去除。另外高效率地去除膠體，同時(shí)也去除了被膠體吸附的有機(jī)物。當(dāng)原水中含有一些不容易絮凝的有害物質(zhì)，高效微絮凝凈水器可以通過(guò)高密度吸附去除。

4 微絮凝凈水器在花園水廠的應(yīng)用

4.1 水廠概況

東至縣花園鄉(xiāng)位于東至縣城南約24 km，國(guó)土面積249 km2，森林覆蓋率86%，總?cè)丝?2 224人，其中農(nóng)業(yè)人口11 781人。東南高山連綿，西北丘陵縱橫，堯渡河上游支流分布全境?；▓@鄉(xiāng)花園水廠為新建項(xiàng)目工程，設(shè)計(jì)規(guī)模600 m3/d，解決飲水不安全人口9 038人，涉及花園、新塘、合步、粟埠、南溪、祠村、胡村、雙河、桃園等9個(gè)行政村的8 719人和花園中學(xué)的319人。

4.2 微絮凝凈水器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

花園水廠原水取自馬坑河上游河水，馬坑河水源水量充足，水質(zhì)良好，屬地面水Ⅰ～Ⅱ類，濁度1～3 NTU，夏季短期內(nèi)可達(dá)10～30 NTU，僅需常規(guī)凈水工藝即可滿足凈水要求。由于本工程原水濁度較小，絮凝、沉淀較為困難，采用平流沉淀池占地面積較大，為減小工程投資，結(jié)合微絮凝凈水器適用條件，本工程采用SW-Ⅱ型高效組合式凈水器進(jìn)行水質(zhì)凈化。微絮凝凈水器設(shè)計(jì)濾速為9.83 m/h，共1臺(tái)，單臺(tái)設(shè)計(jì)處理能力為25 m3/h。原水進(jìn)入廠區(qū)，根據(jù)原水濁度的不同，混凝劑投加量在5～20 mg/L范圍，出水濁度一般為0.1～0.5 NTU。經(jīng)過(guò)微絮凝過(guò)濾的水投加二氧化氯消毒劑后進(jìn)入清水池消毒，再通過(guò)二級(jí)水泵將消毒后的水送入用水點(diǎn)。2015年4月縣疾病預(yù)防控制保健中心水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，出廠水渾濁度為0.23 NTU。

微絮凝凈水器在花園水廠使用過(guò)程中，操作管理簡(jiǎn)便易于維護(hù)。采用自動(dòng)化控制，一般不需人工操作。手動(dòng)操作時(shí)，也只要控制幾個(gè)閥門的開閉和絮凝劑投加量的調(diào)整等。目前運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)工作量少[9]。

[1] 龔云峰,吳春華,丁桓如.強(qiáng)化混凝在給水處理工程中的應(yīng)用[J]．中國(guó)給水排水，2000,16(12):29～31.

[2] 賀 軍．現(xiàn)代給水處理新技術(shù)的應(yīng)用[J].城市地理,2015(12):207.

[3] 孔 宇．二次微絮凝強(qiáng)化過(guò)濾凈水工藝設(shè)計(jì)[J].中國(guó)給水排水,2011(24)：50～52.

[4] 劉海龍,趙 霞,焦茹媛,等．聚合鋁的水解形態(tài)對(duì)混凝過(guò)程中磷分布轉(zhuǎn)化的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2011(1):102～106.

[5] 陳啟宏.微絮凝——直接過(guò)濾在水處理中的應(yīng)用[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技,2005,25(1):52-53.

[6] 齊玉玲，黃曉東.二次微絮凝改善過(guò)濾效果的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水,2005(2):34～36.

[7] 龔海寧,曹達(dá)文,董秉直,等.接觸砂濾與超濾組合工藝處理淮河水研究[J].城市公用事業(yè),2002,16(4):18～20.

[8] 胡保安,李曉波,顧 平.基于低壓膜過(guò)程的集成工藝在給水處理中的研究進(jìn)展[J].給水排水,2007,33(1):113～117.

[9] 胡勝利.微絮凝濾池水力控制指標(biāo)探析[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,16(4):67～69.

2016-04-09；修改日期：2016-05-23

胡小亭(1974-)，女，安徽安慶人，安徽省東至縣長(zhǎng)江河道管理局工程師．

TU991.22

A

1673-5781(2016)03-0344-03