肖燕

(石嘴山市星瀚集團(tuán)供排水公司，寧夏 石嘴山753000)

1 引言

低溫低濁水處理是凈水技術(shù)的難點(diǎn)。原水水溫低時(shí)水動(dòng)力粘度系數(shù)升高，減弱了膠體的顆粒運(yùn)動(dòng)，降低了它們之間相互碰撞的機(jī)率。水中膠體的溶劑化作用增強(qiáng)，顆粒周圍的水化膜加厚，妨礙顆粒凝聚。通過混凝所形成的絮體較輕，不易下沉，難以通過沉淀從水中分離出去。選擇合適的混凝劑(PAC)和助凝劑(PAM)及其低溫時(shí)的配比對于低溫低濁的運(yùn)行極為重要。

考慮到季節(jié)對黃河水質(zhì)的影響：夏季水質(zhì)濁度大、含沙量高；冬季溫度低濁度低。由此看來，冬夏兩季對凈水工藝的要求較高。而水廠一期工藝的一些缺點(diǎn)：冬季時(shí)，預(yù)沉池中水體會(huì)結(jié)冰，達(dá)不到絮凝效果，結(jié)冰嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致水廠停運(yùn)。夏季時(shí)，水體濁度高、水質(zhì)變化明顯，機(jī)械攪拌澄清池需要人為改變運(yùn)行參數(shù)以達(dá)到較好的處理效果，管理復(fù)雜。對工藝進(jìn)行改進(jìn)：夏季運(yùn)行時(shí)從前池提取黃河原水經(jīng)過一級泵房后投加混凝劑再進(jìn)入輻流沉淀池改為冬季運(yùn)行時(shí)從前池提取黃河原水經(jīng)過一級泵房再進(jìn)入輻流沉淀池后投加混凝劑再經(jīng)過湍流澄清池進(jìn)行處理。

夏季時(shí)：由于濁度高、含沙量大，進(jìn)水先進(jìn)入輻流式預(yù)沉池，在輻流式預(yù)沉池前段加藥，這樣會(huì)使藥劑進(jìn)入湍流澄清池時(shí)，完全混合。同時(shí)，利用自重進(jìn)行泥沙沉降。預(yù)沉降之后的水體再進(jìn)入湍流澄清池，進(jìn)行絮凝和沉淀。然后進(jìn)入V型濾池過濾，再消毒。

冬季時(shí)：由于低溫低濁、預(yù)沉池水體容易結(jié)冰，直接關(guān)閉輻流式預(yù)沉池，在湍流澄清池前段加藥，進(jìn)水直接進(jìn)入湍流澄清池，湍流澄清池可以較好地處理低溫低濁水，剩下步驟同夏季。

這種根據(jù)當(dāng)?shù)厮|(zhì)實(shí)際情況所進(jìn)行的的季節(jié)性給水設(shè)計(jì)，是完全可行的。

2 處理工藝流程的選擇

2.1 方案概述

經(jīng)對源水水質(zhì)的分析與國內(nèi)外微污染水源凈水廠的調(diào)查研究，選擇了兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

2.1.1 方案一

取水仍利用電廠取水泵房，使其將源水送至黃河水廠沉沙池，由設(shè)在該處的提升泵房，將源水通過原有DN800鋼管送到預(yù)處理構(gòu)筑物配水井，水廠工藝采用100 m輻流式沉淀池與高效湍流澄清池加V型濾池，最后在反沖洗池內(nèi)加氯消毒，由送水泵房分配到各用戶的供水方案。工藝詳見圖1，本工藝有以下特性。

(1)良好的抗沖擊負(fù)荷性。黃河源水的含沙量夏季變化很大，要求在設(shè)計(jì)進(jìn)水含沙量短時(shí)間超過設(shè)計(jì)值時(shí)，預(yù)處理出水濁度不大于200NTU，該方案中采用輻流式沉淀池完全具備這種功能。

(2)高效的混凝沉淀與過濾池。由于預(yù)處理出水變化較大，要求達(dá)到濾前水濁度在10度以下，就必須選用適應(yīng)冬季的低濁水又要滿足夏季的高濁水的澄清池，本次采用的湍流澄清池可滿足上述要求，具備表面負(fù)荷高，自動(dòng)化管理簡便，處理效果穩(wěn)定等特點(diǎn)，可確保濾前水質(zhì)全部達(dá)標(biāo)，最后采用等水頭恒速過濾的氣水反沖濾池來保證出廠水合格。

(3)具有較好的抗低溫低濁性能。冬季黃河水溫接近0℃，若處理構(gòu)筑物未建于室內(nèi)水面極易結(jié)成冰蓋而無法運(yùn)行；夏季藻類生長又過快，據(jù)此該方案將各構(gòu)筑物建于室內(nèi)，在予處理構(gòu)筑物進(jìn)水設(shè)前加氯點(diǎn)。

(4)水廠自動(dòng)化水平高。處理廠的主要構(gòu)(建)物基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，可大大減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在混凝反應(yīng)沉淀與排泥之間，濾池與氣水反沖洗等方面均實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，使處理構(gòu)筑物盡可能處在最佳狀態(tài)，確保進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大的條件下出水水質(zhì)穩(wěn)定。

2.1.2 方案二

該方案與方案一不同的是：預(yù)處理采用旋流反應(yīng)池；其它工藝同方案一。本工藝主要特點(diǎn)如下。

(1)預(yù)處理設(shè)施效率高。由于采用了旋流反應(yīng)池，預(yù)處理沉淀池表面負(fù)荷較高，因而減小預(yù)沉池容積，抗沖負(fù)荷能力較差，能耗投藥量相對較大，運(yùn)行管理要求高，但投資省、工藝流程布置簡單易行，業(yè)主對此經(jīng)驗(yàn)豐富。

(2)較投資較方案一省4%～5%左右。

圖1 工藝流程

2.2 方案比選與確定

綜合討論比選認(rèn)為：黃河水廠源水隨季節(jié)改變微污染物也隨之變化，不同時(shí)段源水中超標(biāo)類型與含沙量也不盡一樣，針對這一水質(zhì)特性，結(jié)合國內(nèi)已建成的以黃河水做水源的凈水廠的處理工藝，研究確定方案一為推薦方案。確定該方案的主要理由是：①良好的抗沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)穩(wěn)定，在取水事故時(shí)可充分利用輻流沉淀池內(nèi)部2.9萬m3池容水進(jìn)行供水。②靈活的運(yùn)行管理方式，高錳酸鹽投加可視水質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行選擇，從而節(jié)約藥耗，且能實(shí)現(xiàn)新舊構(gòu)筑物的相互切換。③高效的湍流澄清池，給濾前水質(zhì)達(dá)10NTU以內(nèi)提供了可靠保障，從而確保了出廠水達(dá)標(biāo)(GB5749—2006)。

3 預(yù)沉淀(澄清)

3.1 高濁度水沉降特性

高濁度水的特點(diǎn)集中表現(xiàn)在沉降特性的不同，其沉降過程將產(chǎn)生渾液面而具有界面沉降的特點(diǎn)。①含砂量較低(含砂量在6 kg/m3以下)，泥砂顆粒組成較粗時(shí)，一般具有自由沉降的性質(zhì)。②當(dāng)含砂量較高(在6 kg/m3以上，15～20 kg/m3以下)，或泥砂顆粒較細(xì)時(shí)，由于細(xì)小泥砂的自然絮凝作用而形成絮凝沉降。③當(dāng)含砂量更高時(shí)(＞15～20 kg/m3以上時(shí))，細(xì)顆粒泥砂因強(qiáng)烈的絮凝作用而互相約束，形成均濃渾水層。并產(chǎn)生明顯的淸－渾水界面。組成均濃渾水層的細(xì)顆粒泥沙稱穩(wěn)定泥砂，其粒徑范圍隨含砂量的升高而加大。④原水砂量繼續(xù)增大，泥砂顆粒便進(jìn)一步絮結(jié)為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，粘性也急劇增高。此時(shí)顆粒在沉降中不再因粒徑不同而分選，而是粗、細(xì)顆粒共同組成一個(gè)均勻的體系而壓縮脫水，稱壓縮沉降。

當(dāng)含砂量特高(10～100 kg/m3)時(shí)，可采用XJYΦ100 m大型周邊刮泥機(jī)設(shè)備進(jìn)行處理，而且效果良好。

根據(jù)提供的預(yù)沉池形式、優(yōu)缺點(diǎn)、適用形式，以及黃河水夏季濁度高含沙量大的現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)選擇輻流式預(yù)沉池。

3.2 輻流式預(yù)沉池

①輻流式沉淀池是一種池深較淺的圓形構(gòu)筑物。原水自池中心進(jìn)人，沿徑向以逐漸變小的速度流向周邊，在池內(nèi)完成沉淀過程后，通過周邊集水裝置流出。沉降在池底部的泥砂，采用機(jī)械方法排除。② 沉淀池直徑：周邊水深2.4～2.7 m，池底最小坡度不小于0.05，并應(yīng)向池中心逐漸加大。③沉淀池表面積可用渾液面沉速計(jì)算；也可通過靜水沉淀濃縮曲線求得。當(dāng)采用自然沉淀方法時(shí)，渾液面沉速按設(shè)計(jì)含砂量的穩(wěn)定泥砂濃度確定。當(dāng)采用聚丙烯酰胺作絮凝沉降時(shí)，因渾液面沉速主要是投藥量的函數(shù)，故應(yīng)參照渾液面沉速與投藥量的關(guān)系曲線，通過沉降試驗(yàn)確定。沉淀時(shí)間不少于2～3 h。沉淀池中心進(jìn)水豎管周圍為股流帶，這部分面積不應(yīng)計(jì)人沉淀池有效面積內(nèi)，股流帶面積按股流區(qū)半徑計(jì)算，股流區(qū)半徑約比中心配水裝置大1 m。④沉淀池的進(jìn)水系統(tǒng)對沉淀效果影響較大，為減少短流，應(yīng)創(chuàng)造均勻的配水條件(如在進(jìn)水豎管外加整流套筒等)。⑤沉淀池有效容積計(jì)算，應(yīng)考慮實(shí)際運(yùn)行時(shí)約有10%的容積因死角等原因不起作用的因素。⑥沉淀池污泥部分容積計(jì)算：當(dāng)采用機(jī)械排泥時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械裝置的桁架及刮泥板的有關(guān)尺寸確定；當(dāng)采用人工排泥時(shí).應(yīng)按兩次排泥間隔時(shí)期內(nèi)可能沉積的最大泥砂置確定。⑦沉淀池的出水均勻性和進(jìn)水均勻性一樣，很大程度上影響沉淀效率，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予重視。出水裝置有多口三角堰、水平薄壁堰及淹沒孔口，堰口底要保持在同一水平面上，堰口前應(yīng)設(shè)擋板。⑧沉淀池總出水管流速，當(dāng)自然沉淀時(shí)，一般采用1.2～1.5 m/s；當(dāng)混凝沉淀時(shí)，一般采用0.6 m/s。

4 沉淀

4.1 影響沉淀池選用的因素

4.1.1 水量規(guī)模

各類沉淀池根據(jù)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的分析常有其適用范圍。以平流沉淀池為例，沉淀池的長度僅取決于停留時(shí)間和水平流速，而與處理規(guī)模無關(guān)，當(dāng)水量增大時(shí)，需增加池寬即可，因此單位水量的造價(jià)指標(biāo)隨著處理規(guī)模的增加而明顯減小，所以平流沉淀池更適合于規(guī)模較大的水廠。

4.1.2 進(jìn)水水質(zhì)條件

原水水質(zhì)中的濁度、含砂量、顆粒組成以及原水水質(zhì)的變化都與沉淀效果有密切關(guān)系，并影響沉淀池的選型。斜管沉淀池積泥區(qū)體積相對較小，當(dāng)原水濁度很高時(shí)會(huì)增加排泥困難。此外，若原水水質(zhì)變化迅速，斜管沉淀池的適應(yīng)性也相對較差。

4.1.3 髙程布置的影響

水廠凈水構(gòu)筑物之間一般均采用重力流。當(dāng)沉淀池池深過淺時(shí)，將會(huì)增加后續(xù)處理構(gòu)筑物的埋深，而不同池型對池深的要求也不相同，因而也影響池型的選用。

4.1.4 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

為使工程能達(dá)到預(yù)想的效果，除了設(shè)計(jì)的合理性以外，運(yùn)行管理也是一個(gè)重要因素。由于各地的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不同，往往已形成一套具有自己特色的當(dāng)?shù)剡\(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐墓芾硭胶蛯?shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以使設(shè)計(jì)更切合實(shí)際。

以上是選擇沉淀池池型時(shí)需要考慮的一些主要因素，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合造價(jià)和經(jīng)常費(fèi)用的分析，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。根據(jù)以上因素，選擇斜板沉淀池。

4.2 斜板沉淀池

斜板或斜管沉淀池，是一種在沉淀池內(nèi)裝置許多間隔較小的平行傾斜板或直徑較小的平行傾斜管的沉淀池。特點(diǎn)是沉淀效率髙、池子容積小和占地面積少。斜板(管)沉淀池因沉淀時(shí)間短，故在運(yùn)轉(zhuǎn)中遇到水量、水質(zhì)變化時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)注意和管理采用此類沉淀池時(shí)，還應(yīng)注意絮凝的完善和排泥布置的合理等。

5 混凝

在水處理中，混凝是影響處理效果最為關(guān)鍵的因索?；炷淖饔貌粌H能夠使處于懸浮狀態(tài)的膠體和細(xì)小懸浮物聚結(jié)成容易沉淀分離的顆粒，而且能夠部分地去除色度、無機(jī)污染物和有機(jī)污染物，以及鐵、錳形成的膠體絡(luò)合物，同時(shí)也能去除一些放射性物質(zhì)、浮游生物和藻類。

混凝涉及混凝劑選擇、混凝劑水解聚合條件及原水中所含雜質(zhì)性質(zhì)。絮凝也就是通常所說的反應(yīng)。擾動(dòng)水體、變化水流速度梯度、創(chuàng)造較好的水力條件，使絮凝顆粒粒徑逐漸增大，既不破碎又不沉淀的構(gòu)筑物就是絮凝構(gòu)筑物。

5.1 混凝劑

5.1.1 混凝劑的選用

應(yīng)用于飲用水處理的混凝劑應(yīng)符合以下基本要求：混凝效果良好；對人體健康無害；使用方便；貨源充足，價(jià)格低廉。

混凝劑種類很多，無機(jī)混凝劑品種很少，目前主要是鐵鹽和鋁鹽及其聚合物，在水處理中用得最多。有機(jī)混凝劑品種很多，主要是高分子物質(zhì)，但在水處理中 的應(yīng)用比無機(jī)的少。本設(shè)計(jì)選用堿式氯化鋁，投加濃度為5%。

5.1.2 混凝劑的投加

本設(shè)計(jì)混凝劑的投加方式為計(jì)量泵投加，最大投加量a＝20 mg/L，如果投加量增大時(shí)，可增大調(diào)配濃度。

每池安裝機(jī)械攪拌機(jī)1臺(tái)，每臺(tái)單獨(dú)開啟運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速970 r/min。溶解后的溶液由耐腐蝕泵提升到溶液調(diào)配池，調(diào)配至5%濃度。

5.2 助凝劑

由于水源水質(zhì)多變，除含有不同濃度的膠體顆粒之外，還含有大量其他有機(jī)污染物。這時(shí)，需要投加2種以上的混凝劑，發(fā)揮加成作用，或者投加一些輔助藥劑如助凝劑，用以提高混凝效果。

助凝劑的主要作用是改善混凝劑水解條件，消除影響絮凝體聚結(jié)的水化膜，或者改善絮凝體結(jié)構(gòu)，促使聚結(jié)成粗大、密實(shí)的顆粒。本設(shè)計(jì)選用聚丙烯酰胺(PAM)，投加濃度為0.5%。

5.3 混合

混凝劑投加到水中后，水解速度很快。如鐵鹽、鋁鹽混凝劑，約需1～10 s即可生成單核單羥基聚合物，1 min之內(nèi)生成多核多羥基聚合物。因此，一般快速攪拌，迅速分散混凝劑，不僅能夠更好地發(fā)揮混合階段的凝聚(壓縮擴(kuò)散層、電中和)作用，而且還可以使加入到水中的混凝劑濃度保持均勻一致，有利于混凝劑水解時(shí)生成較為均勻的聚合物，更好地發(fā)揮絮凝作用。所以混合是提高混凝效果的重要因素。從混合時(shí)間上考慮，一般取10～30 s，最多不超過2 min。通常按照速度梯度計(jì)算，一般控制G值在700～1000 s－1之內(nèi)。

5.4 絮凝：網(wǎng)格(柵條)絮凝池

網(wǎng)格絮凝池是應(yīng)用紊流理論的絮凝池，由于池高適當(dāng)，故可與平流沉淀池或斜管沉淀池合建。網(wǎng)格絮凝池的平面布置由多格豎井串聯(lián)而成。絮凝池分成許多面積相等的方格，進(jìn)水水流順序從一格流向下一格，上下交錯(cuò)流動(dòng)，直至出口。在全池2/3的分格內(nèi)，水平放置網(wǎng)格或柵條。通過網(wǎng)格或柵條的孔隙時(shí)，水流收縮，過網(wǎng)孔后水流擴(kuò)大，形成良好的絮凝條件。