微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過(guò)濾/氣水反洗過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用于水廠建設(shè)

劉華

（華容縣水利局 岳陽(yáng)市 414200）

1 工程背景

華容縣自來(lái)水公司自1968年成立，從無(wú)到有，從小到大，不斷發(fā)展，目前一、二水廠實(shí)際總供水能力為（2.6～2.8）萬(wàn)m3/d，近年來(lái)由于城區(qū)人口和工業(yè)不斷增長(zhǎng)，而縣城現(xiàn)在高峰期實(shí)際需水量為（4.2～4.5）萬(wàn)m3/d，供需水量差額較大，自來(lái)水公司只能采用早、中、晚定時(shí)供水的方式供應(yīng)居民生活用水，面對(duì)如此緊迫、嚴(yán)峻的供水形勢(shì)，2009年3月決定建一座3.0萬(wàn)m3/d的水處理廠，解決供水的被動(dòng)局面。該水廠由中機(jī)國(guó)際設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，于2010年8月建成投產(chǎn)，主要為華容縣城區(qū)供水，設(shè)計(jì)處理能力3萬(wàn)m3/d。水廠采用微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過(guò)濾/氣水反洗過(guò)濾工藝，工藝流程見(jiàn)附圖。

2 工藝思路

絮凝、沉淀與過(guò)濾是目前主流的供水凈化工藝，可以可靠地運(yùn)行，去除水中的懸浮與膠體雜質(zhì)，使出水濁度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。微渦流絮凝與立式斜板（管）沉淀工藝，目前是世界上最先進(jìn)的絮凝沉淀工藝，可以適應(yīng)高、中、低各種濁度變化，保證處理效果。微渦流絮凝的效率是傳統(tǒng)工藝的兩倍以上，立式斜板（管）沉淀工藝也是目前世界上平面效率最高的沉淀工藝，在所有沉淀工藝中占地面積最小，且克服了普通斜板（管）沉淀池積泥、易堵塞和易滋生藻類(lèi)等缺點(diǎn)。

曝氣生物濾池是目前公認(rèn)處理微污染原水的最佳工藝，其采用具有巨大表面積的生物陶粒濾料，在氧氣作用下可以生長(zhǎng)大量生物膜，生態(tài)系豐富，可以高效率地去除各種有機(jī)污染物。將曝氣生物濾池放在絮凝沉淀工藝之后，可以保證其不會(huì)因濁度高而堵塞，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。在高濁度季節(jié)，除濁度是重點(diǎn)，如果原水有機(jī)物含量較低，曝氣生物濾池可以不曝氣運(yùn)行，相當(dāng)于濾池的作用，既節(jié)約風(fēng)機(jī)運(yùn)行電費(fèi)，又實(shí)現(xiàn)兩級(jí)過(guò)濾，確保除濁效果；在低濁度季節(jié)，除有機(jī)物是重點(diǎn)，曝氣生物濾池則正常曝氣運(yùn)行，可以去除水中的有機(jī)物。

氣水反洗快濾池是源自法國(guó)的V型濾池專(zhuān)利技術(shù)的改進(jìn)工藝，通過(guò)均質(zhì)濾料與氣水聯(lián)合反洗技術(shù)，實(shí)現(xiàn)較大防污能力和較好的出水質(zhì)量，且采用全自動(dòng)控制，保證運(yùn)行效果。

該工藝中絮凝劑采用PAC（聚合氯化鋁）。消毒劑則采用液氯，這是目前國(guó)家規(guī)定允許的最經(jīng)濟(jì)和安全的消毒方式。

3 工藝選擇

華容河的水質(zhì)特點(diǎn)是枯水季節(jié)濁度較低，由于源頭污染物的流入，河水受到一定程度的污染，主要污染物為有機(jī)物。洪水季節(jié)污染相對(duì)較輕，枯水季節(jié)污染相對(duì)較重，另外，由于河水流量小，耐受沖擊污染負(fù)荷的能力較差，有可能在短時(shí)間受到嚴(yán)重污染沖擊。長(zhǎng)江的水質(zhì)特點(diǎn)是洪水季節(jié)濁度較高，但由于其流量大，容污能力強(qiáng)，水質(zhì)相對(duì)較好，也較穩(wěn)定。由于三峽水庫(kù)建設(shè)后控制了流量，平時(shí)長(zhǎng)江流量較均勻，洪峰流量較低，大部分時(shí)間水質(zhì)濁度較低。考慮兩個(gè)水源具有各自的水質(zhì)特點(diǎn)，選擇適當(dāng)工藝，使源水通過(guò)水處理工藝后，出水水質(zhì)滿足新的規(guī)范（GB5749-2006）要求；因此水處理工藝流程必須同時(shí)適合處理兩種特點(diǎn)的源水，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察及多次技術(shù)認(rèn)證，綜合考慮采取以下適應(yīng)高、中、低各種濁度變化及微污染源水處理的工藝流程。即采用微渦流絮凝、立式斜管沉淀、曝氣生物過(guò)濾、氣水反洗過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。

4 工藝說(shuō)明

4.1 工藝選擇原則

（1）遵照國(guó)家、省市環(huán)保部門(mén)有關(guān)法規(guī)要求。

（2）總結(jié)國(guó)內(nèi)外同類(lèi)供水工程的成功經(jīng)驗(yàn)，保證處理工藝先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠。

（3）為適應(yīng)水量和水質(zhì)的變化，處理構(gòu)筑物將適當(dāng)留有余地，以便在高沖擊負(fù)荷下，處理效果也將保持穩(wěn)定。

（4）采用適宜的自動(dòng)化控制，簡(jiǎn)化操作程序，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證效果穩(wěn)定。

（5）結(jié)合實(shí)際情況，提出工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用最低的方案。

（6）保證合理利用土地資源，盡量節(jié)省占地面積。

4.2 工藝流程介紹

（1）混合?；旌鲜窃c混凝劑或助凝劑進(jìn)行充分混合的工藝過(guò)程，是進(jìn)行絮凝反應(yīng)和沉淀的重要前提?；旌线^(guò)程要求在加藥后迅速完成，混凝的速度要快，藥劑在水流造成劇烈紊動(dòng)的條件下投入，一般混合時(shí)間（10～30）s。根據(jù)凈水工藝布置、水質(zhì)、水量、投加藥劑品種及數(shù)量以及維修條件等因素確定，采用管式靜態(tài)混合器混合；管式混合器具有設(shè)備簡(jiǎn)單、不占地和混合效果好等優(yōu)點(diǎn)。

（2）絮凝。絮凝過(guò)程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接觸碰撞，從而形成更大的絮粒，以適應(yīng)沉降分離的要求。在凈水構(gòu)筑物中，完成絮凝過(guò)程的設(shè)備稱為絮凝池。絮凝過(guò)程在整個(gè)凈水工藝中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。原水與藥劑經(jīng)混合后，通過(guò)絮凝設(shè)備應(yīng)形成肉眼可見(jiàn)的大的密實(shí)絮凝體。

微渦流技術(shù)原理如下：

當(dāng)水流穿過(guò)微渦流絮凝器壁面的大量孔洞時(shí)，形成無(wú)數(shù)微水旋渦，根據(jù)現(xiàn)代混凝理論，微渦旋有利于水中細(xì)小顆粒的遷移和碰撞凝聚，提高反應(yīng)效率。又由于微旋渦絮凝器為空心殼體，內(nèi)部流速小，大量較大粒徑的絮體（礬花）在微渦流絮凝器內(nèi)積累懸浮于水中，懸浮的絮體稱為泥渣，泥渣對(duì)細(xì)小絮凝體產(chǎn)生吸附作用——即接觸絮凝。此外，微渦流絮凝器還具有防止水流短路，使水流均勻分布以及提高流速梯度等作用。

由于較傳統(tǒng)工藝增加了接觸絮凝作用，使得絮凝系統(tǒng)有了較高的效率和出水水質(zhì)。同時(shí)由于絮凝器內(nèi)部積累的大量活性絮體的緩沖作用，使得凈水系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力大大增強(qiáng)，克服了折板反應(yīng)器不能適應(yīng)水量變化大的缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)類(lèi)似水庫(kù)的低溫低濁水的處理能力也得到了一定程度的提高。

微渦流絮凝工藝的核心是微渦流絮凝器，利用微渦流絮凝器促進(jìn)微渦流凝聚、立體接觸絮凝，生成高密實(shí)度的礬花，總反應(yīng)時(shí)間（5～8）min。應(yīng)用該技術(shù)可以顯著改善出水水質(zhì)、提高產(chǎn)水量50%～100%，可以節(jié)約反洗水量50%以上、藥劑5%～10%，對(duì)于擴(kuò)能改善更能節(jié)約大量投資。

（3）沉淀。給水處理中的沉淀工藝是指在重力作用下懸浮固體從水中分離的過(guò)程。在凈水處理中沉淀?yè)?dān)負(fù)著去除90%以上懸浮固體的作用，是主要凈水構(gòu)筑物之一。沉淀池的形式，應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)、水廠規(guī)模、建設(shè)用地情況選擇，并結(jié)合絮凝池結(jié)構(gòu)形式等因素確定。沉淀池一般有平流式沉淀池、輻流式沉淀池、豎流式沉淀池及普通斜板（管）沉淀池等形式。

由于本擴(kuò)建工程場(chǎng)地面積較小，拆遷困難，用地受到限制，故斜（板）管式沉淀池成為了本次工程設(shè)計(jì)的理想選擇。

斜板（管）沉淀是目前最高效率沉淀工藝之一，其沉淀效果好，占地少。斜（板）管式沉淀池的關(guān)鍵設(shè)備為立式斜板（管）沉淀裝置。立式斜板（管）工藝的采用，其不但保持甚至提高了斜板（管）沉淀的高效率，且徹底解決了上述水平斜板（管）沉淀工藝的三大問(wèn)題。

（4）生物過(guò)濾。曝氣生物濾池簡(jiǎn)稱BAF，是20世紀(jì)80年代末在歐美發(fā)展起來(lái)的一種新型生物膜法污水處理工藝。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（有害物質(zhì)）的作用。

曝氣生物濾池的處理過(guò)程包含了物理化學(xué)、生物化學(xué)和水力學(xué)等諸多過(guò)程。這種處理技術(shù)是利用生物濾料巨大的比表面積和大量微孔的吸附截污的功能，以及濾料表面形成的一層生物膜的生物降解作用來(lái)完成去除污染物的功能。生物膜上的微生物主要是一些好氧貧營(yíng)養(yǎng)性微生物，這些微生物的重點(diǎn)是能利用各種化合物，產(chǎn)生對(duì)代謝產(chǎn)物具有高親和力的轉(zhuǎn)移酶，呼吸速率低，能在有機(jī)物濃度極低的環(huán)境下快速生長(zhǎng)繁殖。源水在與生物膜接觸時(shí)，通過(guò)微生物的新陳代謝活動(dòng)和生物絮凝、吸附等綜合作用，使源水中的氨氮、有機(jī)物、鐵和錳等逐漸被氧化和轉(zhuǎn)化，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

該工藝集生物氧化和截留懸浮固體于一體，其容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好；運(yùn)行能耗低，運(yùn)行費(fèi)用省，減輕了后續(xù)濾池的負(fù)荷，是目前微污染有機(jī)物水源進(jìn)水廠應(yīng)用較多的技術(shù)。采用國(guó)內(nèi)高品質(zhì)生物濾料，因其具有原材料來(lái)源豐富，比表面積大（逾100萬(wàn)m2/m3），對(duì)色、嗅、味、農(nóng)藥、氯化物等有著較好的去除率。

（5）過(guò)濾。本工程采用均質(zhì)濾料，小阻力配水系統(tǒng)及增加空氣反沖洗系統(tǒng)的改良型快濾池。這樣就克服了V型濾池土建施工較復(fù)雜、池深比普通快濾池深的缺點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)化了普通快濾池的優(yōu)點(diǎn)，增加了氣水反沖洗系統(tǒng)，沖洗效果比一般快濾池好。該濾池的特點(diǎn)是：

●氣水反洗快濾池采用均粒濾料，深層截污、容污能力大、工作周期長(zhǎng)，可以去除水中的固體雜質(zhì)，進(jìn)一步提高水質(zhì)，使出水濁度降低到（0.1～0.5）NTU。

●氣水反洗快濾池反洗采用氣水聯(lián)合反沖的方式，不僅能去除濾料層截留的雜質(zhì)，而且節(jié)省反沖洗水量。

●反洗配水采用長(zhǎng)柄濾頭，保證布水、布?xì)饩鶆颉?/p>

●各濾池內(nèi)均設(shè)置液位變送器、出水自動(dòng)控制閥等先進(jìn)設(shè)備，過(guò)濾和反沖洗運(yùn)行全過(guò)程均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作。

5 運(yùn)行效果

整個(gè)建設(shè)工程簡(jiǎn)單，施工方便、工期短、建設(shè)費(fèi)用低。從自來(lái)水公司的運(yùn)行數(shù)據(jù)看，建設(shè)竣工后水廠運(yùn)行效果比較理想。夏季高濁度原水 （＞250NTU）時(shí)濾后水濁度（0.2～0.3）NTU，冬季原水微污染時(shí)，污染物指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，處理水量超過(guò)30000m3/d。

6 結(jié)論

微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過(guò)濾/氣水反洗濾池技術(shù)應(yīng)用于水廠建設(shè)中，可以少占耕地（50%）、節(jié)省投資（35%），增加水量（30%），降低出水濁度；且建設(shè)的周期短，可以短時(shí)間內(nèi)滿足缺水地區(qū)對(duì)供水的需求，降低了建設(shè)成本；可以適應(yīng)原水的季節(jié)性變化。因此該項(xiàng)技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 王白楊，熊樹(shù)林，胡兆吉，等.斜管沉淀技術(shù)用于澄清池的改造[J].中國(guó)給水排水，2006，22（14）：19-21.