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        氣浮工藝在低溫、低濁原水處理中的應(yīng)用
        ——以嘉善千島湖水廠為例

        2022-05-11 08:57:18包相闈蔡一潤(rùn)
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年13期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)工程

        包相闈 蔡一潤(rùn)

        (杭州市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310000)

        1 項(xiàng)目背景

        根據(jù)嘉興市和杭州市達(dá)成的框架協(xié)議,杭州從千島湖引水9.78 億m3/年。為改善嘉善人民飲水品質(zhì),在嘉興市獲得國(guó)家相關(guān)部門審批水量前,嘉善從中取水為2735萬m3/年,經(jīng)千島湖水廠凈水處理后,達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)。

        嘉善千島湖水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0 萬m3/d,常規(guī)處理采用混合-絮凝-氣浮工藝,深度處理采用超濾+紫外消毒工藝。為節(jié)省空間,清水池疊于氣浮池下方。

        2 嘉善千島湖水廠原水特點(diǎn)

        2.1 水質(zhì)

        根據(jù)嘉善縣千島湖引水項(xiàng)目水質(zhì)分析論證報(bào)告[1],千島湖水源水質(zhì)如表1。

        表1 千島湖水源水質(zhì)

        從檢測(cè)狀況可見,千島湖水源水質(zhì)各項(xiàng)均優(yōu)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅰ類水的標(biāo)準(zhǔn),屬于優(yōu)質(zhì)水源。

        2.2 水溫

        相關(guān)資料顯示,新安江水庫(kù)水溫從湖底到湖面分為三層:水面以下10m 范圍內(nèi)為變溫層,水溫為10~30℃;10-25m 之間為溫躍層,水溫隨深度大約從26℃降至10℃;湖面以下25m 為滯溫層,水溫常年保持穩(wěn)定,為10℃左右[2]。千島湖配水工程取水口采用分層取水,由于中層水質(zhì)最穩(wěn)定,故主要打開中層兩孔。中層取水口按水面下20m 考慮,則年平均水溫為18.34℃,最低為9.1℃,最高19.6℃。

        根據(jù)千島湖配水工程和本工程原水隧洞及管線布局,雖然千島湖取水口至本工程距離較遠(yuǎn),但沿途大部分為隧洞和埋地管道輸水,對(duì)水溫影響較小。因此本工程原水全年水溫基本在9-20℃之間,全年溫差不大,水溫總體較地表水偏低較多,冬季可能略高于當(dāng)?shù)氐乇硭?/p>

        2.3 低溫低濁水水質(zhì)特點(diǎn)

        低濁水中的雜質(zhì)是以細(xì)小的膠體分散體系溶于水中,而且膠體顆粒比較均勻,膠體微粒具有很強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性和凝聚穩(wěn)定性,因此形成的絮體細(xì)、少、輕,難于沉淀。而低溫水的黏度增大,使水中雜質(zhì)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱,碰撞機(jī)會(huì)減少不利于顆粒脫穩(wěn)絮凝。同時(shí),水的黏度大,水流剪力增大,影響絮凝體的成型。另外,無機(jī)鹽混凝劑水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng),水溫低易造成水解不徹底[3]。

        3 方案比選

        為對(duì)比氣浮對(duì)水體的處理效果,曾在《杭州市錢塘新區(qū)東沙湖水環(huán)境保護(hù)工程》中將氣浮法、磁混凝法、微砂沉淀法進(jìn)行中試,試驗(yàn)結(jié)果如圖1-3,表2-4。

        圖1 氣浮裝置

        圖2 磁分離裝置

        圖3 微砂沉淀裝置

        表2 氣浮裝置中試結(jié)果

        表3 磁分離裝置中試結(jié)果

        表4 微砂沉淀裝置中試結(jié)果

        根據(jù)中試結(jié)果,氣浮對(duì)氨氮、總氮及總磷的處理效果最好,出水濁度最低,雖SS 出水濃度較磁分離和微砂沉淀稍高,但仍滿足出水要求。

        考慮到東沙湖循環(huán)水進(jìn)水總磷僅為0.1mg/L,氣浮處理更有優(yōu)勢(shì)。

        3.1 方案對(duì)比

        水質(zhì)方面,本項(xiàng)目原水特點(diǎn)為低溫低濁,根據(jù)清泰水廠實(shí)地調(diào)研及建德水司咨詢,在加藥混凝后形成的礬花極不明顯,不易沉降,需要較長(zhǎng)的沉淀時(shí)間、較低的水平流速和溢流率,但又易受如異重流、溫差和風(fēng)力等的影響,加大水的紊動(dòng),影響絮粒沉降。

        用地方面,本工程凈水廠須利用魏塘水廠五期預(yù)留地建設(shè),該地塊約7-8 畝,用地極為緊張。針對(duì)本工程水質(zhì)特點(diǎn)及魏塘水廠四期平流池實(shí)際運(yùn)行工況,本項(xiàng)目如采用平流沉淀池,則停留時(shí)間須在2-2.5h,絮凝反應(yīng)時(shí)間也須適當(dāng)延長(zhǎng)。根據(jù)廠區(qū)現(xiàn)狀情況,廠區(qū)現(xiàn)狀預(yù)留用地?zé)o法滿足要求,須遷移現(xiàn)有液氧儲(chǔ)罐,平流沉淀池達(dá)到118m,詳見圖4;而絮凝氣浮池占地較小,平面尺寸僅為29.60×29.28m,比平流沉淀池縮短近80m,詳見圖5。

        圖4 反應(yīng)、沉淀、清水池平面布置圖(示意)

        圖5 絮凝氣浮清水池平面布置圖(示意)

        由于早期氣浮技術(shù)的溶氣水回流比高、能耗大,噸水電耗最高達(dá)0.2kWh,且運(yùn)行管理較沉淀池復(fù)雜,故在本省的給水處理中運(yùn)用較少。

        近年來隨著高效溶氣設(shè)備及技術(shù)的開發(fā),氣浮技術(shù)的回流比及能耗出現(xiàn)了大幅度的降低,最低噸水電耗降低至約0.02kWh,隨著水泵、空壓機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的日益可靠和自動(dòng)控制的普及,氣浮技術(shù)在處理低溫低濁水方面的優(yōu)勢(shì)日益明顯,在國(guó)內(nèi)外以湖泊水、水庫(kù)水為原水的自來水廠中已得到廣泛運(yùn)用。如15 萬m3/d 的廣西北海凈水廠、中石化山東東營(yíng)水廠等。

        考慮到千島湖原水的特點(diǎn),本省已有相關(guān)水務(wù)集團(tuán)開展了氣浮澄清的試驗(yàn)研究,在不投加PAM 助凝劑,反應(yīng)時(shí)間2-3min,表面負(fù)荷25m3/m2·hr 的工況下,取得了較為理想的運(yùn)行效果。

        從本省以千島湖為原水的建德自來水廠實(shí)際運(yùn)行情況看,正常進(jìn)水水濁度在1 度左右,平流沉淀池往往采用超越或不加藥的方式運(yùn)行,即直接過濾,當(dāng)洪水季節(jié)進(jìn)水濁度上升時(shí)才啟用平流沉淀池的加藥運(yùn)行,在進(jìn)行加藥絮凝沉淀時(shí)雖然出水指標(biāo)仍有保障,但民眾反映口感明顯變差。

        本工程取水口在千島湖內(nèi)采用不同深度的多個(gè)進(jìn)水口,且經(jīng)多級(jí)調(diào)蓄、輸送,千島湖豐水期對(duì)原水濁度的影響可基本排除,進(jìn)水濁度將可穩(wěn)定地保持在低位。綜合用地情況,氣浮較沉淀工藝占地節(jié)省巨大,且能有效應(yīng)對(duì)藻類風(fēng)險(xiǎn)。故采用氣浮工藝更適合本工程的水質(zhì)特點(diǎn),并應(yīng)通過試驗(yàn)探索藥劑及助凝劑種類,盡量減少加藥量。

        3.2 排渣方式比選

        3.2.1 水力排渣

        在出水區(qū)設(shè)置出水活動(dòng)堰板,正常出水時(shí)降低堰板,使經(jīng)氣浮池處理后的水溢流入出水渠;排渣時(shí)抬高堰板,逼高反應(yīng)區(qū)內(nèi)水位,迫使浮渣溢流至出泥渠,見圖6。

        圖6 水力排渣示意圖

        3.2.2 機(jī)械排渣

        鏈條式刮泥機(jī),兩條平行封閉的牽引鏈上裝有多塊刮板,在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下,鏈和刮板沿導(dǎo)輪和導(dǎo)軌組成的四邊形軌道循環(huán)運(yùn)行,將液面漂浮的泥渣刮入出渣渠,見圖7。

        圖7 機(jī)械排渣示意圖

        3.2.3 排渣比選

        對(duì)于給水工程,為了盡量減少排渣時(shí)對(duì)浮渣層的擾動(dòng),一般采用水力排渣。針對(duì)本項(xiàng)目,氣浮工藝后采用膜處理來保證出水,故浮渣層擾動(dòng)對(duì)最終的出水水質(zhì)影響不大。但水力排渣存在出渣濃度較低的問題,為提高出渣濃度,減輕污泥脫水壓力,故本工程采用鏈條式刮泥機(jī)進(jìn)行機(jī)械排泥。

        4 氣浮池設(shè)計(jì)

        共2 組,單組平面尺寸為14.8m×13.78m,表面負(fù)荷為21.2m3/m2·h,最大回流比為13.2%。每組設(shè)置高效微氧化強(qiáng)溶溶氣裝置、微氣泡發(fā)生裝置、布水裝置、紊流集水裝置各一套?;亓魉煤涂諝庵苽湎到y(tǒng)置于超濾膜車間內(nèi),回流水泵從膜車間原水池抽水后輸送至高效微氧化強(qiáng)溶溶氣裝置。排泥采用鏈條式刮泥機(jī)進(jìn)行機(jī)械排泥,見圖8-9。

        圖8 氣浮處理流程

        圖9 氣浮池剖面圖

        5 結(jié)論

        本文總結(jié)了氣浮工藝在嘉善千島湖水廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,有效解決低溫低濁水難處理,用地緊張的問題,預(yù)計(jì)將于2023 年投產(chǎn),可為同類型水處理項(xiàng)目提供參考。

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