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        農(nóng)村飲水工程常規(guī)水處理設(shè)施的應(yīng)用

        2020-11-19 07:36:02
        陜西水利 2020年9期
        關(guān)鍵詞:塔城市凈水器凈水

        侯 波

        (塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院,新疆 塔城 834700)

        1 工程概況

        根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》(SL 310-2004)要求:村鎮(zhèn)集中式供水工程水質(zhì)應(yīng)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749)中的標(biāo)準(zhǔn)。塔城市錫伯圖片區(qū)飲水安全鞏固提升工程項(xiàng)目區(qū)隸屬于新疆塔城地區(qū)塔城市,塔城市位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部的塔城盆地,南北最長90 km,東西最寬58 km,土地總面積4353.61 km2。錫伯圖片區(qū),地域遼闊,水系發(fā)達(dá),河流眾多,工業(yè)污染較少,原水水質(zhì)較好,一般只在菌類和濁度指標(biāo)上超標(biāo),因此農(nóng)村人飲工程凈水處理以常規(guī)水處理為主。目前在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中普遍使用的有生物過濾和高效凈水器處理兩種模式。本文以生物過濾和高效凈水器處理在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中的應(yīng)用為例,從水處理的工藝流程、技術(shù)成果及造價(jià)方面進(jìn)行對比分析。

        2 生物過濾的水處理系統(tǒng)

        生物水處理工藝一般包括混凝和過濾兩個(gè)方面,其中過濾包括慢濾和快濾兩種方式,其中生物過濾水處理主要為慢濾[1-2]。其工藝流程見圖1。

        圖1 生物過濾水處理工藝流程示意圖

        自20 世紀(jì)初開始,混凝、沉淀、過濾相結(jié)合的水處理技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種水處理技術(shù)。

        2.1 混凝過程

        混凝過程包括加入鐵或鋁鹽,如硫酸鋁,硫酸鐵、氯化鐵或聚合物,加入水中。這些化學(xué)物質(zhì)被稱為凝固劑,具有正電荷。混凝劑的正電荷中和水中溶解和懸浮顆粒的負(fù)電荷。當(dāng)這種反應(yīng)發(fā)生時(shí),顆粒結(jié)合在一起,或凝結(jié)(這個(gè)過程有時(shí)也稱為絮凝)。較大的顆?;蛐鯛钗锖苤?,很快就會沉淀到供水系統(tǒng)的底部,這種沉降過程稱為沉降。凝固過程中發(fā)生的基本反應(yīng)和過程見圖2,不同大小的顆粒在水中沉降所需的時(shí)間長度見表1。

        圖2 混凝沉淀工藝原理

        表1 不同大小的顆粒在水中沉降所需的時(shí)間

        在水處理設(shè)施中,混凝劑被加入水中并迅速混合。凝結(jié)水可以直接通過介質(zhì)過濾器(如砂和礫石)、微濾或超濾膜過濾,也可以移動(dòng)到沉淀池中。在沉淀池或澄清池中,重顆粒沉降到底部并被去除,水進(jìn)入處理過程的過濾步驟。

        混凝可以成功去除大量有機(jī)物,包括溶解的有機(jī)物質(zhì),稱為天然有機(jī)物(NOM)或溶解的有機(jī)碳(DOC)。混凝還可以去除懸浮顆粒,包括無機(jī)物沉淀物,如鐵。由于混凝不能去除水中的所有病毒和細(xì)菌,因此它不能產(chǎn)生安全飲用水。然而,這是水處理過程中的一個(gè)重要的第一步。

        2.2 過濾過程

        傳統(tǒng)水處理系統(tǒng)的第二步是過濾,過濾通過迫使水通過多孔介質(zhì)來去除水中的顆粒物。過濾系統(tǒng)由不同孔徑的過濾器組成,通常由沙子、礫石和木炭組成。反沖洗系統(tǒng)示意圖見圖3 過濾器由不同大小的顆粒組成。細(xì)砂粒的直徑約為0.1 mm,因此只有直徑小于0.1 mm 的顆粒才能通過細(xì)砂層。

        砂濾有兩種基本類型:慢砂濾和快砂濾。慢砂濾是一個(gè)生物過程,利用細(xì)菌來處理水,細(xì)菌在最上面的一層沙子上建立一個(gè)活動(dòng)區(qū),當(dāng)水通過時(shí),通過消化水中的污染物來凈化水。微生物層稱為生物膜,需要每隔幾個(gè)月清洗一次。在生物膜被移除后,必須讓細(xì)菌在幾天內(nèi)重建群落,然后才能恢復(fù)過濾。快速砂濾是一種從水中去除懸浮固體的物理過程。快速砂濾比流動(dòng)砂濾更常見,因?yàn)榭焖偕盀V具有相當(dāng)高的流速,并且需要相對較小的操作空間。事實(shí)上,在快速砂濾過程中,水的流速高達(dá)20 m/h。過濾器一般每天用反沖洗過濾器清洗兩次,并立即投入運(yùn)行。

        3 高效凈水器處理系統(tǒng)

        高效凈水器處理系統(tǒng)主要包括進(jìn)水總閥與粗濾器,反應(yīng)沉淀器,自動(dòng)反沖洗過濾器,消毒系統(tǒng)以及出水觀察取樣口等系統(tǒng)組成(圖3),并且有操作簡單,運(yùn)行良好,水處理效果優(yōu)良等特點(diǎn)。通常在塔城地區(qū)使用的有不銹鋼及混凝土結(jié)構(gòu)分體式和不銹鋼及混凝土一體化結(jié)構(gòu)高效凈水器,本文以GXZ 不銹鋼分體式高效凈水器進(jìn)行說明。

        圖3 高效分體式水處理工藝流程圖

        3.1 高效凈水器反沖洗工藝

        過濾器采用無閥濾池自動(dòng)反沖洗,過濾主要是通過沙粒阻礙大的懸浮物或膠體通過,以及沙粒與污染物之間的一些物理化學(xué)作用。它不能將水凈化到慢砂濾池和河岸濾池所能達(dá)到的程度,并且由于其效率較低,因此要求反沖洗。反應(yīng)器與過濾器的連接采用U 型連接管,避免原水的空氣進(jìn)入自動(dòng)反沖洗系統(tǒng),使之運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠,保證反沖洗徹底。

        3.2 高效凈水器過濾工藝

        高效凈水器過濾器為無閥濾池結(jié)構(gòu),采用不銹鋼材質(zhì),過濾器跟反沖洗裝置一體化設(shè)計(jì),同時(shí)配置有反沖洗強(qiáng)度調(diào)節(jié)器可進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)節(jié),操作管理更加方便。過濾器濾料采用均質(zhì)石英砂濾料,濾料僅每3 年增補(bǔ)10%~20%,過濾器具有過濾效果好、濾速快、截污量大、反沖洗水量少、易于反沖洗、過濾周期長、濾料的洗凈度好、產(chǎn)水率高等優(yōu)點(diǎn)。過濾器自動(dòng)反沖洗無需電力,同時(shí)配置了強(qiáng)制反沖洗系統(tǒng),可進(jìn)行模擬自動(dòng)反沖洗以及手動(dòng)強(qiáng)制反沖洗。

        圖4 反沖洗過程示意圖

        圖5 過濾結(jié)構(gòu)示意圖

        4 兩種凈水處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

        4.1 適用范圍對比

        塔城市錫伯圖片區(qū)內(nèi)有10 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場。截止“十二五”末,集中供水工程共836 處,供水規(guī)模7.49 萬m3/d。塔城市供水工程多以自然村為單位建設(shè),單項(xiàng)工程供水人口大致在200 人~1500 人之間,集中供水工程共836 處。經(jīng)筆者調(diào)查統(tǒng)計(jì),塔城市836 處集中供水工程使用生物過濾水處理的人飲工程626處,占總數(shù)的74.9%;使用高效凈水處理設(shè)施(含分體式和組合式)共210 處,占總數(shù)的25.1%,見表2。

        表2 兩種水處理技術(shù)分布

        可見生物過濾水處理設(shè)施在塔城市發(fā)展時(shí)間較早(2004年開始),工藝簡單,造價(jià)較低,取材方便,在數(shù)量上占優(yōu)勢,特別是在Ⅲ型以下飲水工程[3]。高效凈水處理系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間較遲,造價(jià)偏高,工藝較生物過濾復(fù)雜(多了濾料反沖洗設(shè)施),在使用量上不占優(yōu)勢,但在Ⅲ型以上飲水工程應(yīng)用較多。

        4.2 技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

        在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程中主要采用了生物過濾水處理技術(shù)和GXZ 型高效凈水處理技術(shù),兩者在應(yīng)用中均取得了不錯(cuò)的效果,但前者更適用于人口較少的邊遠(yuǎn)單村供水工程?,F(xiàn)就生物過濾和GXZ 型分體式凈水器在技術(shù)上進(jìn)行比較見表3。

        表3 兩種水處理技術(shù)比較

        5 結(jié)語

        生物過濾和GXZ 高效凈水兩種處理系統(tǒng)在塔城市錫伯圖片區(qū)飲水工程應(yīng)用的實(shí)踐證明,生物過濾技術(shù)具有技術(shù)簡單、投資少、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn),但有系統(tǒng)不完備、運(yùn)行維護(hù)較難、對原水水質(zhì)要求高、水質(zhì)處理效果差等缺陷;GXZ 高效凈水器具有系統(tǒng)完備,適用性廣,工程運(yùn)行可靠,水處理技術(shù)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),但有一次性投資高的缺點(diǎn)。在人飲工程設(shè)計(jì)中正確選擇凈水設(shè)施是飲水工程成敗的關(guān)鍵,高效凈水設(shè)施有混凝劑、消毒劑加藥系統(tǒng),有自動(dòng)反沖洗濾料系統(tǒng),水處理效果穩(wěn)定可靠,建議在農(nóng)村小型人飲工程中推廣使用。

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