水平管沉淀綜合技術(shù)在嘉陵江原水處理中的應(yīng)用

方素梅，張建國，周 密

水平管沉淀綜合技術(shù)在嘉陵江原水處理中的應(yīng)用

方素梅，張建國，周 密

重慶某水廠原水取自嘉陵江，因嘉陵江水冬春兩季濁度較低、暴雨時(shí)期泥沙量大濁度較高，針對(duì)該情況采用“旋流除砂器+管式靜態(tài)混合器+高效絮核塔+改良型絮凝池+水平管沉淀池”的凈水綜合技術(shù)，經(jīng)過1年多運(yùn)行，在沉淀池滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行工況下，出水濁度均穩(wěn)定在3NTU以下。與常規(guī)技術(shù)相比，該綜合技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)工程量小、施工周期短、調(diào)試運(yùn)行方便及運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

工程概況

重慶某水廠取水水源為重慶地區(qū)嘉陵江水，現(xiàn)有一套處理規(guī)模為2萬m3/d的處理工藝，主體工藝為“機(jī)械攪拌澄清池+虹吸濾池”。由于近幾年供水需求量不斷增長，水廠長期超負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)供水水量與水質(zhì)產(chǎn)生影響。

為緩解供水壓力、提高供水能力，供水公司擬在廠區(qū)內(nèi)新增設(shè)計(jì)規(guī)模為5000m3/d的反應(yīng)沉淀池，自用水量按5％計(jì)，設(shè)計(jì)處理水量為5250m3/d。

技術(shù)難點(diǎn)

（1）嘉陵江原水在冬春兩季原水濁度低，水中微粒尺寸小且粒徑分布均勻，具有動(dòng)力穩(wěn)定性與凝聚穩(wěn)定性。絮凝反應(yīng)慢，形成的絮體細(xì)、小、輕，難以沉淀，過濾時(shí)易穿透濾層，出水水質(zhì)不能達(dá)到飲用水新國標(biāo)的要求。

（2）在夏季暴雨時(shí)期，雨水將地表的泥沙沖入嘉陵江中，導(dǎo)致濁度急劇上升，且泥的顆粒直徑極細(xì)，不易下沉。常規(guī)處理高濁度原水時(shí)，一般采用預(yù)沉池或兩級(jí)混凝沉淀，均存在占地面積過大、投資費(fèi)用較高等問題。

（3）水廠地處半山坡，廠區(qū)構(gòu)筑物布置緊湊，可利用的建設(shè)場(chǎng)地較小，采用常規(guī)工藝無法進(jìn)行擴(kuò)建。

設(shè)計(jì)原則

（1）濾前水濁度≤3NTU，確保水廠正常、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。

（2）能適應(yīng)嘉陵江原水不同時(shí)期的水質(zhì)變化。

（3）經(jīng)濟(jì)合理，操作簡單，管理方便。

（4）采用經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)成功的國內(nèi)新工藝、新設(shè)備、新材料，達(dá)到節(jié)能減排、節(jié)約投資的目的。

工藝方案說明

根據(jù)嘉陵江原水冬春低濁、夏季高濁的水質(zhì)情況，經(jīng)多方技術(shù)調(diào)查和比較，供水公司選用“旋流除砂技術(shù)、高效絮核技術(shù)及水平管沉淀分離技術(shù)”作為核心技術(shù)，節(jié)省預(yù)沉池投入，并能適應(yīng)原水不同時(shí)期的不同水質(zhì)變化，采用的工藝流程如圖1。

濾前主要工藝單元設(shè)計(jì)如下：

圖1　水處理工藝流程圖

1.預(yù)處理單元

由于該原水水質(zhì)季節(jié)性變化大，夏季洪水期濁度上升至9000NTU以上，所以增加了旋流除砂器，用以去除直徑≥0.1mm的顆粒。設(shè)備規(guī)格：處理量250m3/h，工作壓力大于≥0.2MPa，最小分離粒徑0.1mm，平均除砂率≥90％。

2.高效絮核單元

高效絮核塔的反應(yīng)區(qū)內(nèi)部填充填料，將水流分割成無數(shù)股細(xì)小水流，增大了水與藥劑接觸反應(yīng)的面積，提供更大的水力紊動(dòng)，提高顆粒碰撞概率。因此，高效絮核塔能使原水中的懸浮物充分與藥劑反應(yīng)并能相互碰撞，增大晶核的粒徑，增強(qiáng)絮體密實(shí)度，提高絮凝效果，尤其在出現(xiàn)低濁或高濁現(xiàn)象時(shí)效果更明顯。

本工程中采用1套高效絮核塔，設(shè)計(jì)處理能力5250m3/d，筒體規(guī)格：φ600×φ1000×4500mm 。

3.改良型絮凝單元

改良型絮凝池是在網(wǎng)格絮凝池中采用篩板替換網(wǎng)格，設(shè)計(jì)了孔眼絮凝裝置，孔眼尺寸依次為30mm、40mm、50mm，可有效地提高絮凝效果。本工程絮凝反應(yīng)池共設(shè)置1組，單組改良型絮凝池尺寸為： 長×寬×高=5000 mm×5000 mm×4500mm，其中，超高300mm，泥斗區(qū)高680mm，有效水深3520mm。改良型絮凝池停留時(shí)間為18min，G值為30s-1，GT值為3.24×104。

4. 沉淀處理單元

為更好地解決濁度夏季高、冬春季低的問題，引入“水平管沉淀分離技術(shù)”。基于“水平管沉淀分離技術(shù)”的沉淀池，裝填的水平管沉淀分離裝置是將許多管式沉淀單元次序并聯(lián)水平放置，將豎直的過水?dāng)嗝娣指畛沙两稻嚯x相等的若干單元沉淀裝置。管式沉淀單元中的水平行流動(dòng)，懸浮物垂直沉淀，沉淀下來的懸浮物從獨(dú)立滑泥道下滑進(jìn)入沉淀池下部的污泥區(qū)，沉淀的懸浮物與水流即時(shí)分離，水走水道、泥走泥道。

（1）由于水平管沉淀池用菱形管束沿水深方向分隔了N行，實(shí)現(xiàn)了平流沉淀池的微分化，降低了懸浮物沉降距離，絮凝物下滑最遠(yuǎn)距離為40mm，沉淀效率成倍提升，解決了冬春季低濁度絮凝體輕、少、不易沉淀，夏季高濁度細(xì)泥難以去除等問題。

（2）菱形管束間設(shè)置兩端封閉的獨(dú)立滑泥道，形成靜水區(qū)，使水平放置的菱形管中沉淀的泥及時(shí)與水流分離，杜絕了斜管沉淀池沉淀后的污泥下滑時(shí)與水流共用同一流道，導(dǎo)致跑礬及堵塞等現(xiàn)象的發(fā)生。設(shè)計(jì)水平管沉淀池1座，水量為5250m3/d。沉淀池尺寸：長×寬×高=6000 mm×5000 mm×4500mm。沉淀池內(nèi)設(shè)置3個(gè)區(qū)域，分別為布水區(qū)、沉淀區(qū)和集水區(qū)，池內(nèi)配套自動(dòng)沖洗裝置，可對(duì)水平管沉淀分離裝置進(jìn)行在線沖洗。

圖2　試運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線圖

圖3　處理水量曲線圖

圖4　原水濁度曲線圖

圖5　濾前水濁度曲線圖

圖6　藥耗曲線圖

調(diào)試與運(yùn)行

1.調(diào)試及試運(yùn)行

調(diào)試及試運(yùn)行共花費(fèi)一周時(shí)間。藥劑采用PAC液體商品（Al2O3有效含量為10％），藥劑投加濃度為4％。調(diào)試時(shí)，初始進(jìn)水量為100m3/h，參考水廠內(nèi)原有加藥量進(jìn)行投加，經(jīng)過4小時(shí)對(duì)加藥量的調(diào)整，沉淀池出水穩(wěn)定合格。第5個(gè)小時(shí)將水量調(diào)整至滿負(fù)荷218m3/h，1小時(shí)后出水合格。隨后進(jìn)入72小時(shí)試運(yùn)行。試運(yùn)行期間，原水濁度在6～12NTU之間，原水溫度21℃。

為驗(yàn)證系統(tǒng)超負(fù)荷能力，將水量提高至260m3/h，對(duì)加藥量調(diào)整使沉淀池出水合格后進(jìn)入72小時(shí)試運(yùn)行。在滿負(fù)荷和超負(fù)荷試運(yùn)行期間，水平管沉淀池出水濁度均穩(wěn)定低于2NTU。試運(yùn)行期間運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖2。

試運(yùn)行期間，確定水平管沉淀池滿負(fù)荷運(yùn)行藥耗（本文中藥耗以P A C計(jì)，A l2O3有效含量為3 0％）為5.0 p p m，超負(fù)荷運(yùn)行藥耗為7.0ppm。

藥劑量確定后，在72小時(shí)試運(yùn)行期間，設(shè)定自動(dòng)沖洗裝置運(yùn)行時(shí)間，觀察自動(dòng)沖洗裝置在線反沖洗情況，最終確定反沖洗周期為24h。同時(shí)，根據(jù)排泥管上的視鏡觀察排泥濃度，調(diào)整排泥時(shí)間和排泥頻率，不同區(qū)域設(shè)置不同的排泥時(shí)間和排泥頻率，確保沉淀池中排泥干凈，避免積泥，并且最大限度節(jié)約排水能耗。

自動(dòng)沖洗裝置反沖洗周期和排泥周期確定后，水平管沉淀池通過PLC控制進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行中。

2.運(yùn)行效果

工程交接后，近一年來運(yùn)行平穩(wěn)。水廠對(duì)水平管沉淀池的處理效果進(jìn)行了在線監(jiān)測(cè)，結(jié)果如下：

①自2014年5月14日至2015年4月30日（共計(jì)352天），水平管平均進(jìn)水流量239m3/h，超負(fù)荷天數(shù)254天，最高流量300m3/h，最低流量200m3/h，超負(fù)荷高達(dá)40％。處理水量記錄如圖3。

②原水濁度波動(dòng)較大，全年平均濁度55.54NTU，冬春季平均濁度為9.22NTU，汛期原水濁度較高。高濁度原水持續(xù)時(shí)間較短，濁度1000NTU以上持續(xù)5天，100～1000NTU持續(xù)22天，最高濁度3200NTU。原水濁度如圖4。

③設(shè)備投入使用后，沉淀出水濁度長期穩(wěn)定＜3 N T U，基本穩(wěn)定＜2NTU（86％），滿足濾前水質(zhì)要求，達(dá)到建設(shè)預(yù)期效果，如圖5。

④運(yùn)行期間，水平管平均藥耗10.1ppm。當(dāng)原水濁度超過1000NTU時(shí)，適當(dāng)提高藥耗至25～35ppm，可保證濾前水質(zhì)。正常進(jìn)水水質(zhì)和低濁度運(yùn)行期間，無需投加PAM，高濁度期可考慮適量投加PAM，如圖6。

⑤經(jīng)過一年的運(yùn)行，經(jīng)檢查，水平管沉淀池各區(qū)排泥干凈，未出現(xiàn)積泥現(xiàn)象。

⑥水平管沉淀池可通過PLC程序完成排泥和自動(dòng)反沖洗的控制，簡單易學(xué)，管理方便，只需定時(shí)巡檢即可。

（作者單位：珠海九通水務(wù)股份有限公司）