吳偉

關(guān)鍵詞：絮凝沉淀；微生物濾池；調(diào)控；恒液位

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：B

前言

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西湖水體周邊旅游場所及匯水范圍內(nèi)街道目前均已完成“污水零直排建設”，外源輸入減少，2003年杭州市政府斥資近8000萬元實施了西湖引配水工程，2015年在西湖引配水工藝中投入運行國內(nèi)首座微污染地表水降氮處理工程。西湖引配水工程運行以來，有一些對引配水凈水效益開展的研究，但沒有針對工程運行過程中存在工藝優(yōu)化方面的應用研究，基于此，研究將針對引配水工程運行過程中的不同情況，提出實用可行的最優(yōu)運行程序。

1工程工藝

西湖引配水工程日引水量40萬方，分別由玉皇沉淀池、赤山沉淀池引水30萬方、10萬方，研究所稱各項工藝均為玉皇沉淀池運行工藝。為了引水流場分布均勻、水體交換充分、最大限度地發(fā)揮引水功效，依據(jù)引水模擬試驗結(jié)果，工程在西湖的西面和南面共設6個進水口，在湖的東面、北面設9個可控出水口，湖水經(jīng)出水口再下泄到市區(qū)河道。（見圖1）

1.1絮凝沉淀除磷工藝

西湖引配水工程由錢塘江原水經(jīng)引水管道輸送至引水預處理場，在特制混合管內(nèi)添加絮凝劑一聚合氯化鋁后，進入混合反應區(qū)?；旌戏磻獏^(qū)內(nèi)的隔板為絮凝劑創(chuàng)造了良好的水解和聚合條件，從配水整流區(qū)出來的水流進入沉淀區(qū)，水流自下而上進入斜管，依靠重力作用泥水迅速分離，水中的泥沙絮凝體沿斜管壁下落至積泥區(qū)，由吸泥機定期排出池外，而清水則從溢流進入集水區(qū)，通過集水槽和出水渠被送出池外。赤山沉淀池每日10萬方引水也為同一類的絮凝沉淀除磷運行工藝。（見圖2）

1.2微污染地表水降氮工藝

經(jīng)過絮凝沉淀的出水，呈現(xiàn)高錳酸鹽指數(shù)<4mg/L，總磷<0.03 mg/L，總氮<2.0 mg/L的“高氮低碳低磷”的微污染狀態(tài)。因引水預處理場內(nèi)沒有足夠大的場地供微污染地表水降氮工藝運行，所建造的降氮工藝樓只能滿足其中10萬m³的出水進行進一步處理，通過構(gòu)建反硝化生物濾池，利用填料掛膜并馴化反硝化菌形成填料-微生物復合凈化體系，將經(jīng)過預處理的沉淀池出水引入反硝化濾池中，并添加適量碳源物質(zhì)無水乙酸鈉，通過填料及填料表面微生物與來水的較短時間接觸，硝酸鹽氮被微生物異化還原轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮，從水中逸出。（見圖3）

2工藝參數(shù)

2.1設計水量

設計處理水量為30萬t/d，其中10萬t經(jīng)過微污染地表水降氮處理。

2.2出水水質(zhì)

除磷工藝出水水質(zhì)要求：懸浮物≤10 mg/L，總磷<0.05 mg/L，透明度>120 cm，濁度<7 NTU；降氮工藝出水水質(zhì)要求：總氮≤1.5 mg/L，去除率≥40%，化學需氧量≤20 mg/L。

3工藝運行優(yōu)化建議

3.1進水量的調(diào)控優(yōu)化

西湖引配水工程處理原水為錢塘江來水，錢塘江的水質(zhì)受潮汛影響因素大，水中泥沙含量波動很大，濁度范圍為5～2500 NTU，原水含沙量不穩(wěn)定會對高效混凝沉淀池的運行效果產(chǎn)生一定影響。

按進水濁度及時調(diào)整進水量有利于絮凝效果及設備運行。進水濁度大于1000 NTU時，每小時30萬t/d的進水量可最終產(chǎn)出大約15～20噸含水率為50%左右的濕泥，大量泥沙絮凝物就會堆積在池底，影響工程運行。按實際運行情況，進水濁度1000NTU時，應先減少10萬t/d的進水量，觀察吸泥機及脫泥設備等運轉(zhuǎn)情況，如連續(xù)二至三小時設備還是滿負荷在運轉(zhuǎn)，則再減少10萬t/d的進水量。原水濁度儀濁度指標小于20 NTU時，原水中的雜質(zhì)顆粒物較少，絮凝混合反應物就會存在不足，絮凝后懸浮物的重量會變輕，大量懸浮物穿過斜管隨水流出池外，可減少10萬t/d的進水量，降低運行負荷，觀察出水攜帶懸浮物是否變少，如連續(xù)1～2小時出水仍有懸浮物，則再減少10萬t/d的進水量保證出水水質(zhì)。

3.2吸泥機運行優(yōu)化

行車式吸泥機一般停駐在沉淀池的出水端，吸泥管一端伸人沉淀池池底，另一端伸入住滿水的水封箱內(nèi)，形似倒“U”，在沉淀池兩端來回行走吸泥。在吸泥機的運行中，由于機器底部的吸泥口到不了池底最兩端的位置，造成兩端泥沙堆積，堆積到一定程度會出現(xiàn)坡面會塌陷，影響吸泥機的工作行程距離，吸泥機觸碰不到固定點位的行程檔位裝置，自動吸泥將會停止。（見圖4）

由于原固定點位的行程檔位裝置僅有一個檔位塊焊接在鋼軌一側(cè)，如遇到吸泥機運行觸碰不到固定點位的行程檔位裝置時，需要切割調(diào)整吸泥機與檔位塊的距離，重新焊接新的觸碰點。為了改進這一運行問題，通過改變原檔位裝置，將其拆分為二部分，水平部分與底板通過螺栓連接固定，垂直部分接觸吸泥機行程開關(guān)。底板為長1.5米*寬12厘米*厚1厘米的鋼板，鋼板上按每隔8厘米間距打二排長圓孔φ10*30毫米，底板與吸泥機導軌一側(cè)電焊固定，檔位裝置的水平部分可以左右調(diào)整位置。檔位裝置的垂直部分支撐板中心位置打長圓孔φ10*100毫米，可與水平部分用螺絲連接固定，檔位裝置可以上下調(diào)整高度。（見圖5）

改動后的檔位裝置能夠方便快捷地在空間上前后左右上下都可以調(diào)整位置，水平位置有2米的操作調(diào)整距離來解決吸泥機被池底泥沙堆阻擋不能前行的問題，檔位裝置左右上下的空間位置的調(diào)整，也能更好讓行程開關(guān)觸碰點在檔位裝置最有效的范圍內(nèi)。

3.3藥劑投加的控制優(yōu)化

西湖引配水工程絮凝沉淀工藝采用藥劑為聚合氯化鋁，通過多次試驗和長期實際運行情況得出，聚合氯化鋁藥劑投加量不足，絮凝體小難以沉降，懸浮物會穿過斜管影響出水水質(zhì)，水體會呈現(xiàn)淡白色；投加過量，不僅運行成本會增大，而且會發(fā)生絮凝顆粒和懸浮物“再穩(wěn)”現(xiàn)象，影響絮凝效果和出水的pH值，使水質(zhì)再次變得渾濁。在制配好比重為1.035左右的聚合氯化鋁藥劑后，需根據(jù)進水濁度的大小來調(diào)整加藥量，進水濁度在0～30 NTU，加藥流量控制在500 m³／h；進水濁度在30～100 NTU，加藥流量控制在650 m³／h；進水濁度在100～300 NTU，加藥流量控制在800 m³／h；進水濁度在300～1000 NTU，加藥流量控制在1000m³／h；進水濁度大于1000 NTU，加藥流量控制在1200 m³／h。

3.4脫氮工藝反沖洗優(yōu)化

由于機械截流以及絮凝作用的影響，在生物濾池運行的過程中，膠體顆粒、懸浮物在濾料空隙積累、生物體增殖等都會引起生物膜的加厚，一系列問題將導致濾料有效比表面積減小，降解效率降低。為有效更新生物膜，增加濾料間隙，提升降解效率，在降氮工藝運行過程中應開展反沖洗工作。

在西湖脫氮工藝運行過程中，為優(yōu)化降氮工藝反沖洗步驟，將反沖洗分為三種情況：正常反沖洗，小洗和強制反洗，對反沖洗參數(shù)進行細化。

正常反洗：第一步，單獨氣洗；第二步，氣水聯(lián)合沖洗；第三步，單獨水洗，反洗水流速60m³／h，反洗氣流速12 Nm³／h，每次反沖洗水量472.5m³，每天反洗次數(shù)5次，每天反沖洗水量2363 m³/d。

小洗：在兩次正常反洗之間，根據(jù)堵塞率或者水頭損失情況可以啟動小洗，小洗可以采用單獨氣洗和單獨水洗相結(jié)合的方法。

在異常情況下，若出現(xiàn)濾料膨脹率太高、達到最大堵塞率等情況時，可以采取強制反洗。

3.5降氮工藝水力負荷的優(yōu)化控制

在生物濾池運行過程中，濾池微生物與水體相互作用的反應時間可以由水力負荷率的大小體現(xiàn)出來。較高的水力負荷可以促進濾池內(nèi)基質(zhì)與生物量的均勻分布，也可以控制生物膜厚度，但水力負荷過高也會造成生物膜的流失，水力負荷過低又會帶來有機物及營養(yǎng)物不足的問題，影響微生物生長反應，在不同溫度條件下改變水力負荷，運行情況見表1。

從表1不同運行情況得知，保證碳源條件充足（C/N =6：1）的前提下，濾池反沖洗狀態(tài)一致，低溫狀態(tài)下，低水力負荷運行有利于反硝化運行，硝態(tài)氮的去除率能達到要求；高水力負荷運行，膜上微生物不活躍且反應時間短，基本上沒有進行反硝化作用。在常溫狀態(tài)下，低水力負荷和高水力負荷狀態(tài)下運行，出水溶解氧均能控制在1mg/L以下，能給反硝化保證了無氧的環(huán)境，硝態(tài)氮去除率能保證在40%以上，出水COD_cr一般都低于15 mg/L。

3.6降氮工程進水分配井防跌水系統(tǒng)優(yōu)化

降氮工藝溢流井底部連接管道直通濾池，水在溢流井內(nèi)從上至下是跌落式的，這一過程會導致進入反硝化濾池的水體溶解氧遠大于反硝化要求的水體無氧或者低氧的條件，進而加大碳源投放量；水體跌落會導致七個溢流井的液位不同，進而導致出水水流流速不一，增大去濾池之間運行差異；同時溢流井上下端落差較大，水流跌落聲音可以到50～60分貝音量，存在噪音污染。

以設定的上位機目標液位值5.2米為主的工作原則，系統(tǒng)控制圍繞PLC接收到反饋溢流井超聲波液位計液位信號，進行判斷識別，然后內(nèi)部進行PID運算后輸出控制閥島，隨時自動調(diào)節(jié)閥門開度大小，使之實際液位值始終在設定的液位值上限位至下限位的范圍內(nèi)工作，趨向于目標值，達到恒液位的控制效果。如果配水井底部進水變大，溢流口流量也變大，設定液位值不變，液位會不斷升高，系統(tǒng)根據(jù)一定的時間內(nèi)判斷，將進水管道閥門開度開大，溢流井底部出水加快，溢流井液位下降指至液位接近目標值，系統(tǒng)以恒液位工作，溢流井不產(chǎn)生跌水狀態(tài)。

4結(jié)論

錢塘江原水濁度在100～300 NTU時，加藥流量控制在800m₃／h可保證絮凝沉淀效果。通過改進吸泥機檔位裝置，保證行程開關(guān)碰觸點在檔位裝置有效范圍內(nèi)，可解決吸泥機軌道兩端易造成泥沙堆積的問題。通過生物濾池進行反硝化，在反沖洗過程中應細化反沖洗順序及流速。冬季水力負荷小于1.4m³／m²？ h，春秋季水力負荷小于3.1m³／m²·h，硝態(tài)氮的去除率能達到要求；夏季，低水力負荷和高水力負荷狀態(tài)下運行，硝氮去除率均可達40%以上。根據(jù)運行經(jīng)驗，以設定的上位機目標液位值5.2米為主的工作原則，系統(tǒng)控制圍繞PLC接收到反饋溢流井超聲波液位計液位信號，進行判斷識別，然后內(nèi)部進行PID運算后輸出控制閥島，隨時自動調(diào)節(jié)閥門開度大小，保證系統(tǒng)以恒液位工作，溢流井不產(chǎn)生跌水狀態(tài)。