金海水廠TGV濾池濁度升高現(xiàn)象的研究與改善

沈 虹，倪曉波

(上海浦東威立雅自來(lái)水有限公司金海水廠，上海 200137)

因我國(guó)在政治、經(jīng)濟(jì)、文化等多方面凸顯出來(lái)的舉足輕重的國(guó)際地位以及人們對(duì)健康的日益關(guān)注催生著不斷更新的生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［1］，如何進(jìn)一步改善生活飲用水的水質(zhì)已迫在眉睫。要使渾濁度和其他水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生指標(biāo)，對(duì)于任何一個(gè)取用地表水的水廠，濾池是必不可省的工藝之一［2］。過(guò)濾是原水(沉淀水)通過(guò)顆粒介質(zhì)(如無(wú)煙煤、石英砂、硅藻土等，總稱濾料)以去除水中懸浮雜質(zhì)使水澄清的過(guò)程［3］。過(guò)濾的目的是要去除沉淀或澄清后水中的剩余濁度，它是水廠常規(guī)凈化工藝中去除懸浮物質(zhì)的最后一道工序［4］，過(guò)濾作為給水處理工藝的最后一道工序，占有至關(guān)重要的地位［5］。因此，采取適當(dāng)措施提高濾池的過(guò)濾效率對(duì)改善出廠水水質(zhì)有著十分重要的意義。本文通過(guò)調(diào)查分析影響TGV濾池濁度上升的原因，研究在目前不能改變生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的情況下如何采取有效措施來(lái)改善濾池過(guò)濾性能，確保出廠水質(zhì)符合飲用水衛(wèi)生指標(biāo)要求。

1 調(diào)查內(nèi)容與試驗(yàn)方法

1．1 調(diào)查內(nèi)容

2013年11月起，金海水廠10組TGV濾池先后出現(xiàn)水頭損失偏低、濾后濁度偏高的現(xiàn)象。特別在運(yùn)行24 h后，單格濾池濁度就明顯上升(個(gè)別最大值達(dá)到1 NTU持續(xù)幾小時(shí))，甚至直接影響到了出廠水濁度。

1．2 試驗(yàn)依據(jù)與方法

(1)快濾池進(jìn)水預(yù)處理效果試驗(yàn)

混凝完善的礬花易被濾粒吸附和篩濾。如果混凝效果不好，一些細(xì)小的懸浮物在濾料表面沒(méi)有足夠的黏附力，容易穿透濾層。用燒杯攪拌試驗(yàn)測(cè)試青草沙原水在不同混凝劑加注量時(shí)，沉后濁度的變化。

(2)水溫的影響試驗(yàn)

通常水溫低，水的黏度大，水中雜質(zhì)不易分離，混凝效果就不好。影響了進(jìn)濾池的水預(yù)處理效果，濾層的截留能力就越低，雜質(zhì)也更容易穿透濾層［6］。記錄積累原水水溫與濾池出水濁度的變化并作比較。

(3)水源的影響試驗(yàn)

如以青草沙水庫(kù)水作水源時(shí)，會(huì)有很多藻類(lèi)，不但堵塞濾層，而且會(huì)使濾后水產(chǎn)生色度［6］。金海水廠以青草沙水庫(kù)為飲用水源，因此藻類(lèi)生長(zhǎng)是影響水庫(kù)水質(zhì)的重要因素［7］。目前對(duì)藻類(lèi)每日檢測(cè)仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只能以原水濁度及氨氮變化做參考。但需要指出的是，在11～12月間，浦東地區(qū)啟用青草沙原水的水廠都有不同程度沉淀池或?yàn)V池濁度升高的現(xiàn)象。所以，對(duì)原水濁度與出水濁度作比對(duì)尋找是否存在規(guī)律。

(4)濾料粒徑的影響試驗(yàn)

一般而言，濾料粒徑越大，濾層中孔隙率也越大，相應(yīng)雜質(zhì)的穿透深度也越深，濾層中含污能力隨之增大，水頭損失在過(guò)濾過(guò)程中增加緩慢，濾池工作周期也可以延長(zhǎng)。含污能力增大，表示整個(gè)濾層所發(fā)揮的作用也越大［6］。對(duì)金海水廠運(yùn)行狀況相對(duì)較差的3#、5#、9#濾池進(jìn)行測(cè)試，主要包括濾砂d10、k80、砂層厚度等參數(shù)，來(lái)判斷TGV濾池濾砂是否符合過(guò)濾要求。

(5)濾池反沖洗的影響試驗(yàn)

隨著過(guò)濾時(shí)間的延續(xù)，濾層中截留的雜質(zhì)不斷增加，濾層空隙率逐漸減小，因此，總的水頭損失也在不斷增加。水頭損失是指濾池過(guò)濾時(shí)濾層上面水位與濾后水在集水管出口處的高差，用水柱高度(m)表示［8］。水頭損失是決定濾池沖洗的指標(biāo)，一般快濾池的沖洗前的期終水頭損失在2．5～3．0 m左右。

金海水廠TGV濾池反沖洗參數(shù):氣沖300 s—?dú)馑疀_650 s—水沖300 s—初濾水停留450 s。通過(guò)對(duì)相同運(yùn)行周期時(shí)各濾池水頭損失情況排摸，來(lái)研究進(jìn)水分配不均勻是否會(huì)直接影響到過(guò)濾效果。

1．3 用生產(chǎn)性調(diào)試來(lái)改善TGV濾池濁度上升的情況

(1)進(jìn)水量控制

通過(guò)調(diào)整用水高峰和夜間的進(jìn)水量，盡量減少因水量波動(dòng)而造成的濁度上升。

(2)調(diào)整加氯方式

以燒杯試驗(yàn)為基礎(chǔ)，充分利用次氯酸鈉的助凝作用，調(diào)整加氯，提升混凝效果。

(3)PID調(diào)整

在工業(yè)過(guò)程控制中，對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)，目前采用最多的控制方法是PID方式。常規(guī)的PID調(diào)節(jié)以消除誤差和減少外擾為目的，最佳整定參數(shù)一般包括KP、Ti、Td三個(gè)常用的控制參數(shù)，準(zhǔn)確有效的選定是關(guān)于PID控制器是否有效的關(guān)鍵部分。

(4)濾池運(yùn)行周期(參數(shù))調(diào)整

從過(guò)濾開(kāi)始到?jīng)_洗前(過(guò)濾終止)，這段實(shí)際過(guò)濾運(yùn)行時(shí)間，也就是濾池水頭損失接近期終水頭損失所需的時(shí)間，或者說(shuō)濾池兩次沖洗間隔的實(shí)際時(shí)間，稱為工作周期，又稱過(guò)濾周期。過(guò)濾周期受濾速、濾前水質(zhì)、水溫及濾料性質(zhì)、濾層結(jié)構(gòu)等因素影響。

(5)停加后加礬

助凝劑的作用是改變進(jìn)水中顆?；?yàn)V料的表面性質(zhì)和大小，以提高顆粒在濾層中的移動(dòng)速度，防止濾速突然變化引起的濾池泄漏，延長(zhǎng)濾池的工作周期，降低出水渾濁度，保證濾后水水質(zhì)［18］。

在渾水中投加混凝劑之后，使膠體產(chǎn)生脫穩(wěn)，促使顆粒在靜電引力的作用下結(jié)合，使細(xì)小顆粒變成較大絮體。再加入PAM，利用PAM的架橋作用，使較大絮體之間形成“膠粒-PAM-膠?！钡慕Y(jié)構(gòu)，形成更大的絮體，在重力作用下更易沉淀。但是在已經(jīng)形成較好的絮體之后再次添加混凝劑，則可能產(chǎn)生混凝劑的正電離子中和了PAM的負(fù)電離子，導(dǎo)致原有的“膠粒-PAM-膠?！苯Y(jié)構(gòu)被破壞。

實(shí)踐證明，當(dāng)不改變?cè)袃羲O(shè)備的負(fù)荷，在濾池進(jìn)水前投加一定量的凝聚劑(助凝劑)，能明顯改善濾后水質(zhì)，但也增加了濾池負(fù)荷，使濾池工作周期明顯縮短［19］。

金海水廠使用聚硫氯化鋁作為混凝劑，加注量在8～28 mg/L之間;聚丙烯酰胺作為助凝劑，一般加注量在0．15 mg/L以下。

2 結(jié)果與討論

2．1 影響過(guò)濾效果的幾個(gè)因素

(1)快濾池進(jìn)水預(yù)處理效果

由表1可知沉后濁度與混凝劑的加注量有著直接的聯(lián)系，但并不是加得越多越好，只是在某個(gè)點(diǎn)(范圍)混凝效果相對(duì)較好。金海水廠在試驗(yàn)階段的最佳投藥量為15～20 mg/L。

表1 混凝劑加注量與沉后濁度的關(guān)系Tab．1 Relationship between Coagulant Added Amount and Turbidity after Filter

(2)水溫的影響

表2為原水水溫與濾后濁度的關(guān)系。

表2 原水水溫與濾后濁度的關(guān)系Tab．2 Relationship between Turbidity after Filter and Water Temperature

由表2可知12月原水水溫逐步下降直接導(dǎo)致濾后濁度上升，說(shuō)明了水溫影響混凝效果，與濾池去除效率有著必然聯(lián)系。

(3)水源的影響

表3為原水濁度與出水濁度的關(guān)系。

表3 原水濁度與出水濁度的關(guān)系Tab．3 Relationship between Effluent Turbidity and Raw Water Turbidity

由表3可知12月原水濁度較11月上升了24．4%，沉后濁度雖然沒(méi)有太大上升，但濾池去除率明顯下降。

(4)濾料粒徑的影響

由表4可知設(shè)計(jì)參數(shù)中，濾砂有效粒徑為1．35 mm，不均勻系數(shù)小于1．3。但是從平均值看，9#濾池的不均勻系數(shù)已超出設(shè)計(jì)約10%，即在有效粒徑接近的情況下，通過(guò)總重量80%的濾料顆粒大于設(shè)計(jì)值，也就是說(shuō)濾砂變細(xì)了。同時(shí)，砂層厚度較運(yùn)行初期下降了5% ～10%，對(duì)過(guò)濾效果有一定的影響。

表4 濾砂測(cè)試數(shù)據(jù)Tab．4 Date of Sand Filter Test

(5)濾池進(jìn)水分配的影響

表5為濾池水頭損失。

表5 1-10#濾池水頭損失Tab．5 1-10#Filter Head Loss

由表5可知濾池水頭損失均為同一周期內(nèi)運(yùn)行40 h的數(shù)據(jù)。由此可看出TGV濾池進(jìn)水分配存在較大的不均勻度。

6#和10#濾池濾后水鏡檢圖如圖1所示。

圖1 6#和10#濾池濾后水鏡檢圖Fig．1 Microscopic Examination of Water after 6#and 10#Filter

由圖1可知9#濾池反沖時(shí)，其附近6#、10#濾池的即時(shí)濁度分別為0．06和0．20 NTU。經(jīng)威立雅公司水質(zhì)中心檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)10#濾池中明顯存在著大量透明顆粒(顆粒成分至今不明)，雖然最終確定不是藻類(lèi)，但該顆粒卻對(duì)光電濁度儀有反應(yīng)，即說(shuō)明這會(huì)造成濁度測(cè)定值偏高。

2．2 用生產(chǎn)性調(diào)試來(lái)降低上述影響過(guò)濾效果的因素所帶來(lái)的濁度波動(dòng)

(1)進(jìn)水量控制

調(diào)整高峰時(shí)最大進(jìn)水量1．6萬(wàn) t/h，夜間1．2萬(wàn)t/h，即每日出水量32萬(wàn)t左右。每次加減水量時(shí)，控制2 000 t/次，盡量減少大水量波動(dòng)對(duì)濾池濁度的影響。

(2)水庫(kù)保持高水位

在夜間11點(diǎn)至次日凌晨5點(diǎn)之間將清水庫(kù)的水位做到4．5 m，然后在用水早高峰的時(shí)候通過(guò)利用清水庫(kù)的庫(kù)存水來(lái)填充進(jìn)出水量的差值，減少進(jìn)水量的大幅度波動(dòng)，從而穩(wěn)定濾池的進(jìn)水水量，防止出水由于水量驟變引起的波動(dòng)。

(3)調(diào)整加氯

表6為不同加氯量下的沉后濁度比較。

表6 不同加氯量下的沉后濁度比較Tab．6 Turbidity Comparison after Different Chlorine Content Added

12月23日燒杯試驗(yàn)，同一原水條件下，增加前加氯對(duì)混凝效果有改善，如表7所示。

12月24日起，調(diào)整原來(lái)的前加氯-后加氨后加氯方式，改為前加氯-后加氨，使一步到位活氯加氨生成化合氯，如表8所示。

表7 12月23日10點(diǎn)～24點(diǎn)濁度情況Tab．7 Turbidity on 10 a．m．～24 p．m．，23rd Dec．

續(xù) 表

表8 12月24日10點(diǎn)～24點(diǎn)調(diào)整加氯后濁度變化Tab．8 Turbidity Change after the Adjustment of Chlorine during 10 a．m．～ 24 p．m．on 24th Dec．

由表7、表8可知在水量無(wú)明顯波動(dòng)情況下，前加氯做高雖然對(duì)沉淀池出口濁度無(wú)明顯降低，但是濾后濁度明顯下降，對(duì)出廠濁度穩(wěn)定帶來(lái)效果。

(4)PID調(diào)整

圖2為10#濾池調(diào)整PID后閥門(mén)開(kāi)啟度48 h變化曲線。

圖2 10#濾池調(diào)整PID后閥門(mén)開(kāi)啟度48 h變化曲線Fig．2 48 h Curve of Valve Opening after PID Adjustment on 10#Filter

由圖2可知對(duì)濾池PID調(diào)整后，閥門(mén)開(kāi)啟度波動(dòng)明顯減小，趨勢(shì)平穩(wěn)，這也可以說(shuō)明在閥門(mén)波動(dòng)小的情況下對(duì)濁度的波動(dòng)影響也相應(yīng)減小。

(5)濾池運(yùn)行周期調(diào)整

由圖3可知10#濾池反沖洗周期從原來(lái)的40 h調(diào)整到24 h后，濾后濁度明顯好轉(zhuǎn)且穩(wěn)定。

圖3 10#濾池反沖洗周期調(diào)整為24 h后的7天曲線Fig．3 7 days Curve after Adjustment the Backwash Cycle to 24 h on 10#Filter

(6)停后加礬

1月8日起停加單邊后混凝，即1#～5#繼續(xù)投加后混凝，6#～10#停止投加。然后，兩邊都停止后加礬。

表9為停止后加礬對(duì)濾池水頭損失及濁度的影響。

表9 停止后加礬對(duì)濾池水頭損失及濁度的影響Tab．9 Influence of Turbidity and Head Loss after Stopped Alum Adding to the Filter

結(jié)果:由表9可以看出，停止單邊投加后混凝后，1#～5#濾池與6#～10#濾池相近時(shí)間的水頭損失有較大的差別，停止投加后混凝的濾池水頭損失趨于設(shè)計(jì)理論，從數(shù)值上可以判斷其水中雜質(zhì)已被濾池中的濾砂截留，濾后濁度也相應(yīng)降低。

3 結(jié)論

調(diào)查發(fā)現(xiàn)金海水廠存在以下問(wèn)題而導(dǎo)致TGV濾池濁度升高。

(1)濾砂粒徑太大導(dǎo)致無(wú)法濾除較小雜質(zhì)。

(2)原水水量波動(dòng)較大時(shí)影響濾池出水穩(wěn)定性。

(3)由于構(gòu)筑物沉降或其他原因造成各個(gè)濾池水力分布不均。

(4)原水公司對(duì)青草沙水源進(jìn)行間歇性加氯、加粉碳，對(duì)原水水質(zhì)有影響造成水廠常規(guī)工藝不能及時(shí)頻繁調(diào)整。

(5)對(duì)原水藻類(lèi)和其他水質(zhì)參數(shù)(或水體中不明物質(zhì))知之甚少，不能滿足制水工藝調(diào)整需要。

(6)反沖洗廢水池液位下降速度無(wú)法跟上需要減少濾池反沖洗間隔的時(shí)間，導(dǎo)致濾池反沖洗達(dá)不到要求而無(wú)法反洗。但需要考慮到實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中反沖洗廢水池的液位限制，有溢流向外排放的可能。

在2013年11月～2014年1月的針對(duì)性試驗(yàn)中有明顯改善的措施。

(1)調(diào)整加藥能降低TGV濾池濁度

停加后混凝能有效增加濾池水頭損失，避免濾池砂層穿透。

(2)調(diào)整進(jìn)水負(fù)荷能降低TGV濾池濁度

調(diào)整濾池清水閥限位，通過(guò)控制出水流量來(lái)抑制進(jìn)水流量，使多余的進(jìn)水能比較均勻地分配至其他濾池。

(3)調(diào)整濾池運(yùn)行參數(shù)能降低TGV濾池濁度

縮短濾池運(yùn)行周期，增加反沖洗頻率，可以有效降低濾后水濁度。

所以，在經(jīng)過(guò)三個(gè)月的調(diào)查和階段性試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在目前常規(guī)凈水工藝的生產(chǎn)條件下，特別是低溫季，金海水廠需要通過(guò)控制前后加藥方式(量)搭配，并采取小水量、多沖洗的多項(xiàng)措施，來(lái)改善TGV濾池的過(guò)濾效果，使濾池濁度在控制要求的范圍內(nèi)。

［1］GB 5749—2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007．

［2］同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程系．給水工程基本知識(shí)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987．

［3］嚴(yán)煦世，范瑾初．給水工程［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999．

［4］路釗，吳克宏，丁志斌，等．陶瓷膜強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)的應(yīng)用［J］．凈水技術(shù)，2012，31(6):20-23，43．

［5］同濟(jì)大學(xué)．給水工程［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1980．

［6］鄧曉燕，唐德翠，朱學(xué)峰，等．水廠過(guò)濾工藝水頭損失計(jì)算與試驗(yàn)［J］．凈水技術(shù)，2011，30(1):80-83．

［7］周超，高乃云，趙世嘏，等．上海青草沙水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，57(6):73-77，102．