蔡正君

(九江市規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江西 九江 332000)

1 新型微渦流澄清技術(shù)

新型微渦流澄清技術(shù)的核心是渦流反應(yīng)器[1]，其為多孔空心球結(jié)構(gòu)，如圖1所示，具有以下特點(diǎn)：①無(wú)方向性，材質(zhì)輕便，安裝簡(jiǎn)單；②可根據(jù)水質(zhì)情況選擇不同孔徑反應(yīng)器配比，達(dá)到填料要求的孔隙率；③當(dāng)水流穿過(guò)反應(yīng)器上的小孔，會(huì)形成大量微小的渦旋，增加水流紊動(dòng)性。

圖1 渦流反應(yīng)器

新型微渦流澄清技術(shù)的原理主要是微渦旋凝聚和立體接觸絮凝[2]，通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)澄清技術(shù)的混凝反應(yīng)，在混凝區(qū)加設(shè)渦流反應(yīng)器，產(chǎn)生微小渦旋，使原水中較小雜質(zhì)顆粒間的碰撞機(jī)率增加，產(chǎn)生同向凝聚，同時(shí)增加雜質(zhì)與泥渣的接觸絮凝[3]；還可以通過(guò)改變渦流反應(yīng)器的投配比，達(dá)到合理的混凝G值和GT值[4]。另外，在沉淀區(qū)安裝斜管沉淀系統(tǒng)，依靠“淺池理論”成倍提高沉淀效率，進(jìn)一步提高凈水水質(zhì)。

2 工程背景

本工程為儀征市某公司水務(wù)中心的改造項(xiàng)目，以生化裝置達(dá)標(biāo)排放尾水作為原水，輸送至中水廠，經(jīng)加礬混合后進(jìn)入水力循環(huán)澄清池，再流入無(wú)閥濾池，并經(jīng)投加二氧化氯殺菌、除味后進(jìn)入清水池，最后經(jīng)中水泵房提升至中水用戶。原水多數(shù)時(shí)段為低濁度，屬低濁水處理。水力循環(huán)澄清池的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為9600m3/d，即400m3/h；池體規(guī)格：直徑約12.5m，池高約6.5m，池容約500m3。

目前主要存在3個(gè)問(wèn)題：①水處理能力不能滿足生產(chǎn)用水需要；②低溫低濁原水時(shí)，出水水質(zhì)時(shí)不夠穩(wěn)定；③水力循環(huán)澄清池配水轉(zhuǎn)盤(pán)部分因受力不均導(dǎo)致軸承磨損，進(jìn)而影響配水效果，同時(shí)也增加運(yùn)行維護(hù)的難度。

3 改造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為解決供需矛盾以及水質(zhì)問(wèn)題，要求擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，使產(chǎn)水量達(dá)到14400m3/d，同時(shí)要求澄清池出水水質(zhì)穩(wěn)定，濁度低于3.0NTU，以保證濾后水濁度在1.0NTU及以下。由于新建一座水廠工期長(zhǎng)、投資大，而且廠區(qū)地理位置受限，擴(kuò)建一組構(gòu)筑物的可能性也較小，故只能對(duì)原有各構(gòu)筑物進(jìn)行改造，達(dá)到提高產(chǎn)量及水質(zhì)的要求。

新型微渦流澄清技術(shù)適用于對(duì)傳統(tǒng)水力循環(huán)澄清池的改造，通過(guò)只換“內(nèi)臟”不換“外殼”的方法改造[5]，在節(jié)約大量投資的情況下，可使澄清池產(chǎn)水量增加50%，且出水水質(zhì)更好，非常適合解決本中水廠的問(wèn)題。

3.1 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

首先進(jìn)水流量增加50%，則流速也會(huì)相應(yīng)增加，為了保證足夠的水力停留時(shí)間，只有延長(zhǎng)水流路徑，故將原來(lái)的混凝反應(yīng)區(qū)分成3個(gè)反應(yīng)室，通過(guò)反應(yīng)室橫截面積的遞增，由3.8m2—7.54m2—12.93m2；形成流速遞減的梯度，由0.044m/s—0.022m/s—0.013m/s，提升混凝反應(yīng)效果。

其次在3個(gè)混凝反應(yīng)室投加不同型號(hào)的渦流反應(yīng)器，進(jìn)一步提升混凝反應(yīng)效果[6]。其中第一反應(yīng)室上段為HJTM2型渦流反應(yīng)器14m3，第一反應(yīng)室下端為HJTM1型渦流反應(yīng)器1m3(避免水流方向改變導(dǎo)致絮體破壞)，第二、三反應(yīng)室為HJTM1型渦流反應(yīng)器75m3。

然后在沉淀區(qū)水面以下1000mm處，安裝PP六角形蜂窩斜管，斜管斜長(zhǎng)為1000mm，安裝后高度為833mm，口徑為50mm，安裝傾角為60°。

最后將原穿孔集水管改為三角堰出水系統(tǒng)，采用8根輻射出水槽加上環(huán)向出水槽，三角堰總長(zhǎng)度為86m，堰口負(fù)荷滿足規(guī)范要求。

具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

(1)設(shè)計(jì)處理規(guī)模：14400m3/d，即600m3/h；

(2)混凝反應(yīng)區(qū)體積：94m3，其中有效體積為89.8m3；

(3)混凝反應(yīng)時(shí)間：T=H/v=537s；

(4)沉淀區(qū)面積：有效面積約80m2；

(5)沉淀區(qū)上升流速：約8.3m/h；

(6)出水堰堰口負(fù)荷：約6.96m3/(m·h)。

第一反應(yīng)室：G1=60.4s-1

第二反應(yīng)室：G2=35.8s-1

第三反應(yīng)室：G3=19.9s-1

3.2 改造內(nèi)容

(1)進(jìn)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及改造

原水力循環(huán)澄清池如圖2所示。由于水量增大50%，原有DN300mm的進(jìn)水管滿足不了水量要求，故把進(jìn)水管管徑增大到DN400mm。同時(shí)為盡可能均勻進(jìn)水，在進(jìn)水管出口處安裝擋流板。為防止澄清池剛開(kāi)始進(jìn)水時(shí)反應(yīng)區(qū)與沉淀區(qū)水壓平衡問(wèn)題，在進(jìn)水管處考慮接變徑三通，接DN150mm的管子直接進(jìn)水至沉淀區(qū)。

圖2 原水力循環(huán)澄清池

(2)渦流反應(yīng)區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

拆除原水力循環(huán)澄清池反應(yīng)系統(tǒng)(水力轉(zhuǎn)盤(pán)、水力旋轉(zhuǎn)噴管)，設(shè)計(jì)及加工3個(gè)不銹鋼渦流反應(yīng)區(qū)及鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，即第一反應(yīng)室、第二反應(yīng)室及第三反應(yīng)室；第一、第二反應(yīng)室配套污泥斗、排泥管等；按設(shè)計(jì)的配比(約1∶5)安裝不同型號(hào)的渦流反應(yīng)器。

(3)沉淀系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

在沉淀區(qū)增設(shè)斜管，采用斜管沉淀系統(tǒng)，設(shè)計(jì)及加工斜管鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，然后安裝并固定斜管。斜管配套清洗系統(tǒng)，沉淀區(qū)排泥管設(shè)置反沖吸系統(tǒng)。

(4)出水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

拆除原水力循環(huán)澄清池8根DN200mm穿孔集水管，并在其相應(yīng)位置制作并安裝不銹鋼集水槽及三角堰。因產(chǎn)水量增大，此中應(yīng)適當(dāng)提高出水系統(tǒng)的液位標(biāo)高，但始終保持環(huán)形出水槽三角堰與輻射槽中三角堰的標(biāo)高一致，以保證均勻出水。

改造后的高效微渦流澄清池如圖3所示。

圖3 高效微渦流澄清池

4 調(diào)試運(yùn)行情況

中水廠澄清池的改造從2015年8月10日開(kāi)始，到2015年9月18日全部完工，整個(gè)改造工程簡(jiǎn)單、施工方便、工期短。在澄清池改造后兩個(gè)多月的調(diào)試運(yùn)行期間，對(duì)其出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，記錄其排泥周期及濾池工作周期，并與改造前進(jìn)行比較分析。澄清池改造后的運(yùn)行情況較改造前有明顯改善，具體表現(xiàn)在：①在混凝反應(yīng)區(qū)，生成的礬花清晰，顆粒明顯，而改造前在混凝反應(yīng)區(qū)基本看不見(jiàn)礬花顆粒。②沉淀區(qū)呈碧綠色，而改造前沉淀區(qū)呈淺黃色，水質(zhì)明顯改善。③重力無(wú)閥濾池工作周期延長(zhǎng)，反沖洗時(shí)間縮短，反洗耗水量減少，表明待濾水(澄清池出水)濁度降低，即礬花絮凝質(zhì)量提高。

在72h考核運(yùn)行期間，產(chǎn)水量及水質(zhì)情況見(jiàn)表1，可以看出采用新型高效微渦流澄清技術(shù)后，產(chǎn)水量增加，出水濁度降低，滿足中水廠的改造要求，且后期運(yùn)行非常穩(wěn)定。

表1 考核運(yùn)行流量及濁度情況

5 經(jīng)濟(jì)分析

(1)改造后的澄清池排泥周期延長(zhǎng)了，由原先12h排泥一次提升為現(xiàn)在24h排泥一次。每次排泥3min，每分鐘排泥耗水5m3，則每次排泥耗水為15m3，故每天節(jié)約排泥耗水30m3。

(2)澄清池對(duì)應(yīng)的3#重力無(wú)閥濾池，反沖洗周期延長(zhǎng)50%，由原先的12h提升為18h。濾池單格水箱尺寸為：長(zhǎng)×寬=4m×4m，每格沖洗1次按5min計(jì)算，沖洗強(qiáng)度為15L/(s·m2)，則耗水72m3。3#濾池為2格，合計(jì)為每天節(jié)約反沖洗水96m3。

(3)澄清池投加的混凝劑是聚合氯化鋁，濃度為10%，改造前單位投藥量為15.6mg/L，改造后單位投藥量為10.4mg/L。按照澄清池目前的單位投藥量計(jì)算，每天節(jié)約投藥量75kg。中水廠產(chǎn)水成本為1.0元/t，混凝劑聚合氯化鋁價(jià)格為700元/t，則改造后的經(jīng)濟(jì)收益65152.5元/年。

根據(jù)相關(guān)工程資料可知，采用高密度澄清池噸水投資約200元/m3(不考慮用地成本)，且規(guī)模越小單位投資越大。而本項(xiàng)目中，在保持原有澄清池外形尺寸不變情況下(即不新增用地)，新增水量4800m3/d，總投資63萬(wàn)元，噸水投資約130元/m3，低于高密度澄清池投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

儀征市某中水廠應(yīng)用新型微渦流澄清技術(shù)，對(duì)原水力循環(huán)澄清池進(jìn)行改造，使產(chǎn)水量增加50%，且出水水質(zhì)更好，滿足中水廠擴(kuò)能改造要求。經(jīng)工程應(yīng)用證明，新型微渦流澄清技術(shù)不僅能提高絮凝反應(yīng)效率、縮短絮凝時(shí)間、減少水頭損失、降低藥耗，還能提高沉淀效率及污泥含固率；同時(shí)具有占地面積小、耐沖擊負(fù)荷、節(jié)省工程投資、降低制水成本、安裝使用方便、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在中水廠擴(kuò)能改造中具有較高的經(jīng)濟(jì)效益及推廣應(yīng)用價(jià)值。但渦流反應(yīng)器應(yīng)定期沖洗，防止滋生苔蘚、藻類(lèi)等物質(zhì)，影響出水水質(zhì)[3]。