微絮凝直接過濾工藝在自來水廠擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

朱昭福

（崇義源水工程建設(shè)有限公司，江西 崇義341300）

1 引言

在微絮凝直接過濾技術(shù)的施工流程中，絮凝劑的加入需在水進(jìn)入濾池之前完成，而后在濾池中進(jìn)行絮凝反應(yīng)并產(chǎn)生沉淀，這2 步工序直接在濾池中完成即可。若以傳統(tǒng)的絮凝過濾技術(shù)進(jìn)行，則需經(jīng)過反應(yīng)池及沉淀池才可完成。由此可知，該種工藝技術(shù)能夠帶來較好的成效，且施工所需的占地空間較小。在水中加入絮凝劑能夠有效地使自來水中的磷形成絮體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀被過濾。

2 工程概況

以崇義縣舊自來水廠的改擴(kuò)建工程為研究案例，該舊水廠有逾20a 的歷史，輸水管道全長有9.24km。由于城區(qū)擴(kuò)大用水人口增加，該水廠目前正在實施輸水管擴(kuò)建工程，擴(kuò)建后日輸水能力可達(dá)5.0×104t/d，依據(jù)改擴(kuò)建新自來水廠的實際需求，結(jié)合區(qū)域范圍內(nèi)的實際環(huán)境，將新水廠的位置設(shè)于舊自來水廠的西側(cè)，新水廠的占地面積約8 704.16m2，經(jīng)由改擴(kuò)建，將水廠的制供水規(guī)模由2×104t/d 增加至5.0×104t/d。

3 微絮凝過濾

微絮凝過濾能夠使過濾池中過濾材料的含污能力大幅提升。相較而言，該種過濾工藝在絮凝體微小且多的自來水中使用效果更佳。由于微絮凝體自身的特點(diǎn)，其能夠進(jìn)入過濾層內(nèi)部，進(jìn)而使更多的過濾料能夠吸附微絮凝體?；诖?，其能夠使含污層的厚度提升，進(jìn)而使過濾池的過濾效果增強(qiáng)。使用微絮凝的方式進(jìn)行過濾，會使過濾周期變長，進(jìn)而降低反沖次數(shù)，提升過濾后自來水的質(zhì)量，且能夠過濾更濁的水體【2】。

為了使微絮凝體的整體性能增強(qiáng)，可運(yùn)用以下2 種方式實現(xiàn)：（1）若待過濾水較為渾濁，待加入絮凝劑之后，則使水直接排入過濾池中，也可等待絮凝劑發(fā)生反應(yīng)形成一定量的微絮凝體后再排入過濾池，該種過濾技術(shù)即微絮凝的直接過濾法；（2）若待過濾水較為渾濁，或濁度雖低但變化情況多，水中存在的藻類數(shù)量較多，則需在沉淀池中先產(chǎn)生絮凝體并沉淀過濾，使自來水中的藻類及濁度減小，而后再排入過濾池，并再次加入絮凝劑，此時加入的絮凝劑通常會增加一定量的高分子凝聚劑。過濾池中的水由于絮凝劑的再次加入，會形成一定數(shù)量的微絮凝體，進(jìn)而被水中的過濾料所吸附。這種過濾工序需加設(shè)過濾池，主要目的在于降低水的濁度，使二次加入的絮凝劑能夠較好地發(fā)揮性能。該種過濾方式在國外也被運(yùn)用于濁度偏低的自來水過濾中。

4 原水水質(zhì)及處理工藝

結(jié)合該水廠的水質(zhì)檢測結(jié)果可知，水廠原水的水質(zhì)符合相關(guān)規(guī)定中地表水的工類水質(zhì)要求。水的溫度四季均維持于14～17℃，且水的濁度低于15NTU。該水廠的溫度及濁度均處于標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，且存在較少的藻類。

由于溫度及濁度較低，該水廠的水質(zhì)具有黏度大、水內(nèi)微粒小且大小差異不大等特點(diǎn)，因此產(chǎn)生絮凝的時間較長，形成的絮凝體體積小，因而難以沉淀，成為一大施工難點(diǎn)。經(jīng)相關(guān)研究結(jié)果可知，具有該種特點(diǎn)的水體較適用于微絮凝直接過濾，運(yùn)用該種過濾技術(shù)能夠提升整體效率。此外，該種過濾技術(shù)的操作方式簡便、施工占地少，且能夠在一定程度上減低工程總投資成本【3】。

結(jié)合舊水廠的水質(zhì)溫度、濁度及施工環(huán)境，擬使用微絮凝直接過濾技術(shù)進(jìn)行水體的過濾。具體流程如下：原水（重力）→管道混合器（加藥）→反應(yīng)（網(wǎng)格）→沉淀（斜管）→過濾（翻板）（氣水反沖洗）→消毒→清水池→管網(wǎng)。

5 主要構(gòu)筑物選型與設(shè)計參數(shù)

5.1 混合與加藥

由于施工場地環(huán)境的限制，以管式靜態(tài)混合器來完成水體的混合作業(yè)。該種混合器具有占地空間較小、無須另外的動能、安裝方式簡單等優(yōu)勢。本工程運(yùn)用2 組三段式管式靜態(tài)混合器，管的直徑規(guī)格為DN700mm，以1.26m/s 的混合速度進(jìn)行3.0s。

以堿式氯化鋁作為絮凝劑，依據(jù)方案參數(shù)，加入量設(shè)定為20mg/L，借助隔膜計量泵來實現(xiàn)絮凝劑自動添加。若施工時間為冬季，則會降低絮凝效果，因此，需結(jié)合實際情況添加聚丙烯酞胺助凝劑，加入量設(shè)定為20mg/L，同樣借助設(shè)備來實現(xiàn)自動添加。

5.2 微絮凝池

案例中的絮凝池為網(wǎng)格形式。該種絮凝池的設(shè)計源于紊流理論，在與流程相距規(guī)定距離的過水?dāng)嗝鎯?nèi)架設(shè)網(wǎng)格，以借由網(wǎng)格能量來產(chǎn)生絮凝。該種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，網(wǎng)格所產(chǎn)生的能量分布平均，因此水中微絮凝體會受到均等的撞擊。此外，若水體溫度及濁度較低，網(wǎng)格形式能夠促進(jìn)絮凝體的形成，進(jìn)而一定程度上減少藥劑的使用量，降低絮凝所需的時間，有效地解決了由于溫度及濁度較低所面臨的施工難點(diǎn)。圖1 為網(wǎng)格微絮凝池。

圖1 網(wǎng)絡(luò)微絮凝池

將絮凝池與過濾池設(shè)計為一體式，前者為網(wǎng)格絮凝池，后者為過濾池。將網(wǎng)格絮凝池分2 處，二者之間相互獨(dú)立，一組有16 格，每小格的面積為4m2，池中水深控制為4m，發(fā)生絮凝的時間設(shè)定為8.8min。將絮凝池以網(wǎng)格分為3 段：前段、中斷、后段，其中，前2 段占據(jù)的格數(shù)分別為6 格、5 格，每格中的網(wǎng)格數(shù)量為3 層，后段不設(shè)置網(wǎng)格。運(yùn)用的網(wǎng)格材質(zhì)為不銹鋼，規(guī)格為1.9m×1.9m，網(wǎng)格中小格的規(guī)格為100mm×100mm，為滿足不同時期的不同需求，在進(jìn)水處設(shè)置不銹鋼可調(diào)堰板，以控制水深。

5.3 氣水反沖快濾池

結(jié)合水廠占地空間、過濾標(biāo)準(zhǔn)及管理等不同因素，案例工程的過濾池設(shè)計為氣水反沖形式。運(yùn)用該種過濾池能夠提升濾床的過濾能力，使截污量增加，且能夠減少水的使用量。該種方式較適用于規(guī)模不大的工程，投入成本低，且施工方式簡便。將氣水反沖快濾池與絮凝池設(shè)計為一體式，總規(guī)模達(dá)到8.0×104m3/d，總占地空間約為66.1m×237m。

過濾池內(nèi)網(wǎng)格小格的內(nèi)壁規(guī)格，為8.4m×6.4m，格與格之間以中央排水渠相隔，排水渠的寬度為1m，在其下方安設(shè)有配水配氣渠，配水配氣渠內(nèi)設(shè)有規(guī)格不同的配氣孔（24+24）個，規(guī)格分別為φ50mm 及φ100mm。

網(wǎng)格中小格的過濾網(wǎng)中設(shè)有規(guī)格為3.5m 長的不銹鋼洗砂排水槽。過濾池中使用的過濾料為石英砂，規(guī)格為1.0mm，鋪設(shè)厚度達(dá)到1.3m。并且運(yùn)用規(guī)格約3mm 的粗砂來作為承托層，鋪設(shè)厚為0.1m。為保證水體的水質(zhì)，運(yùn)用濾板精度較高的、濾頭為長柄且阻力小的配水系統(tǒng)，其中，濾板規(guī)格為114cm×105cm，在過濾池中設(shè)置36 塊。

自來水經(jīng)由中央排水渠而后排水槽進(jìn)入過濾池中，再依次由過濾料進(jìn)行過濾，最后進(jìn)入氣水室，而后過濾結(jié)束的水經(jīng)由管道流入清水池。進(jìn)行反沖洗的過程則與過濾流程相反，最后反沖洗的水從排水槽流入排水渠，而后由管道送入廢水池中。

過濾池中進(jìn)出水、進(jìn)出氣及排水的氣動閥門，均設(shè)定為自動形式，也可通過手動形式進(jìn)行調(diào)節(jié)。在濾池中每格分別設(shè)有排水閥，以便初濾水能夠排斥，依據(jù)過濾池中初濾水的水質(zhì)變化情況調(diào)節(jié)排水時間，初濾水隨反沖洗廢水進(jìn)入廢水池中。

通過PLC 來控制過濾池，依據(jù)池內(nèi)水的深度變化來調(diào)整水管的氣動蝶閥，以保證過濾池中的水量符合標(biāo)準(zhǔn)。若過濾池中過濾后的水質(zhì)未達(dá)到設(shè)定參數(shù)，則會開始反沖洗程序，將氣水反沖洗的時間設(shè)定為12h。

5.4 反沖洗機(jī)房

在反沖洗機(jī)房中設(shè)置有工序必備的反沖洗泵房及鼓風(fēng)機(jī)房，整體規(guī)模為8×104m3/d。機(jī)房占地面積約為315.36m2。此外，在機(jī)房外部設(shè)置有吸水井，為使資源使用效率最大化，將吸水井與反沖洗泵房二者建在一起，吸水井內(nèi)壁的規(guī)格設(shè)定為12.0m×4.5m，井內(nèi)水的高度約為3.2m。

6 結(jié)語

在案例的舊自來水廠的改擴(kuò)建工程中，由于水廠水質(zhì)溫度低及濁度低的特點(diǎn)，本文選用微絮凝直接過濾工藝進(jìn)行自來水過濾，能夠有效地解決水質(zhì)特點(diǎn)所帶來的施工難點(diǎn)，并且保證水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，此外，該種技術(shù)操作方式簡便、占地空間較小且投入成本低，具有一定的參考意義。