基于“九三”系統(tǒng)反應(yīng)池運(yùn)行中存在問(wèn)題的分析研究

田惠君，馮令艷

（哈爾濱供排水集團(tuán)制水三廠，哈爾濱 150080）

1 前言

“九三”系統(tǒng)是哈爾濱供排水集團(tuán)制水三廠的一個(gè)生產(chǎn)車(chē)間，投產(chǎn)于1993年，故稱(chēng)“九三”系統(tǒng)。該系統(tǒng)以地表水為水源，采用常規(guī)的處理工藝。該系統(tǒng)總設(shè)計(jì)水量為30萬(wàn)t/d，占全市總供水量的35%。

源水通過(guò)穩(wěn)壓井穩(wěn)流后投加混凝劑，經(jīng)過(guò)管道混合進(jìn)入雙層隔板反應(yīng)池，再流經(jīng)過(guò)渡段進(jìn)入迷宮翼板形斜板沉淀池，而后通過(guò)雙閥普通快濾池進(jìn)行過(guò)濾，然后凈水進(jìn)入清水庫(kù)。

2 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，隨著投產(chǎn)日期的延長(zhǎng)，逐漸發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

1）沉淀池出水濁度不斷地增加，凈水劑投加量特別大，跟實(shí)驗(yàn)室的混凝小試得出的混凝劑單耗指標(biāo)出入很大，并且沉后水挾帶小顆粒。

2）濾池的濾后水濁度增加，為保證合乎國(guó)家頒布的凈水水質(zhì)，濾池的反沖洗周期進(jìn)行了大大的縮短，水廠的自用水率非常高。

在放空水池查找原因的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)池下層積泥深度達(dá)到1 m，反應(yīng)池上層積泥深度達(dá)到0.5 m。

發(fā)生這種情況的主要原因是設(shè)計(jì)時(shí)采用的參數(shù)有問(wèn)題，首先是反應(yīng)設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)，正常的反應(yīng)時(shí)間為20～30 min，而設(shè)計(jì)時(shí)采用了28 min，相對(duì)采用了上限。此參數(shù)的選定又使得本應(yīng)在沉淀池沉積下降的礬花提前在反應(yīng)池內(nèi)沉積，由此造成反應(yīng)池過(guò)水?dāng)嗝婵s小，水流速度加快。其次是流速選定值偏于上限。而且該反應(yīng)池總長(zhǎng)為21 m，寬為16 m，只在下層兩個(gè)間隔廊道中間設(shè)一個(gè)放空管，當(dāng)停水下池子看時(shí)，靠近放空管5～10 m的泥能被放走，遠(yuǎn)處的泥根本帶不到放空管口。

從理論上說(shuō)，整個(gè)凈水過(guò)程的關(guān)鍵在于水中的雜質(zhì)即懸浮物和膠體與凈水藥劑相互混合、反應(yīng)的程度，混凝工藝是沉淀、過(guò)濾過(guò)程的效果前提保證。

混凝工藝要求是要使雜質(zhì)顆粒之間或雜質(zhì)與混凝劑之間發(fā)生凝聚，一個(gè)必要條件是使顆粒相互碰撞接觸。由顆粒布朗運(yùn)動(dòng)造成的顆粒碰撞凝聚稱(chēng)“異向凝聚”;由機(jī)械或水力攪拌造成的顆粒碰撞凝聚，稱(chēng)“同向凝聚”。在微小顆粒逐漸凝聚成大顆粒絮凝體的過(guò)程，總經(jīng)歷著異向凝聚和同向凝聚階段。

在反應(yīng)階段主要依靠機(jī)械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，顆粒碰撞速度梯度G值越大，反應(yīng)效果越好，但隨之而來(lái)的是水流剪力增大，已形成的絮凝體又有破碎的可能。絮凝和破碎同時(shí)隨著顆粒碰撞速率增大而增強(qiáng)。而顆粒碰撞速率G值增大超過(guò)最佳速度梯度時(shí)，絮凝體破碎率將大于反應(yīng)速率，反應(yīng)效果降低，出水水質(zhì)得不到保證。

根據(jù)實(shí)際池體的長(zhǎng)、寬以及隔板間距，進(jìn)行實(shí)際進(jìn)水流速的驗(yàn)算，具體計(jì)算數(shù)值如下：

雙層隔板反應(yīng)池為上下兩層，上層為回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池，下層為往復(fù)式隔板反應(yīng)池，單池設(shè)計(jì)流量為5萬(wàn)t/d，流速參數(shù)選定為7檔，下層流速共分3檔：第一檔 V1=0.5～0.6 m/s，第二檔 V2=0.4～0.5 m/s，第三檔 V3=0.3～0.4 m/s;上層反應(yīng)廊道流速共分4檔：第四檔 V4=0.3～0.35 m/s，第五檔 V5=0.25～0.3 m/s，第六檔 V6=0.2～0.25 m/s，第七檔V7=0.12～0.18 m/s;反應(yīng)池的設(shè)計(jì)有效平均水深為上層H2=2.6 m，下層H1=1.95 m，往復(fù)式隔板間距為a1=620 mm，a2=760 mm，a3=880 mm，回轉(zhuǎn)式隔板間距為 a1=720 mm，a2=870 mm，a3=1 100 mm，a4=920 mm。

積泥后實(shí)際的有效平均水深為上層H2=2.1 m，下層H1=0.95 m，根據(jù)下式可知：

則往復(fù)式隔板反應(yīng)池的實(shí)際流速為：

回轉(zhuǎn)式隔板反應(yīng)池的實(shí)際流速為：

而通過(guò)上式計(jì)算的結(jié)果表明，實(shí)際流速要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)值，而反映混凝效果的指標(biāo)G值與混凝設(shè)備中的水頭損失有關(guān)，水頭損失又與水的流速有關(guān)，具體計(jì)算公式如下：

水頭損失計(jì)算公式為：

速度梯度計(jì)算公式為：

由上式可知，當(dāng)流速增大后，反應(yīng)池總水頭損失因此增加，速度梯度G值也隨之變大，絮凝體破碎率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)反應(yīng)的速率，在反應(yīng)池投加凈水藥劑所形成的礬花和顆粒又被打碎，難以沉淀，并且又被大流速的水流帶入了濾池，增加了濾池的負(fù)荷，引起整個(gè)凈水過(guò)程的惡性循環(huán)。

由于在這種水力條件下生產(chǎn)運(yùn)行，流速過(guò)快使得一次反應(yīng)被破壞，這樣就必須增加凈水藥劑的投加量，使得被打碎的礬花和顆粒再次與藥劑進(jìn)行反應(yīng)、凝聚，形成可沉淀的大顆粒，在沉淀池中去除，保證沉后水達(dá)到6～8 NTU。

濾池在這種情況下也受到很大的影響。過(guò)濾的機(jī)理是懸浮顆粒與濾料顆粒之間黏附作用的結(jié)果。黏附作用是一種物理化學(xué)作用，主要取決于濾料和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)，未經(jīng)脫穩(wěn)的懸浮物顆粒，過(guò)濾效果較差。當(dāng)沉后水的濁度較大時(shí)，超過(guò)10～12 NTU以上時(shí)，濾池的截污強(qiáng)度加大，造成過(guò)濾時(shí)間不長(zhǎng)的情況下，表層濾料間孔隙被堵賽，甚至產(chǎn)生篩率作用而形成泥膜，使過(guò)濾阻力劇增。使得濾池一方面濾速劇減，下層濾料截流懸浮顆粒作用遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮時(shí)，過(guò)濾就停止了，必須進(jìn)行反沖洗;另一方面是因?yàn)V層表面受力不均勻而使泥膜產(chǎn)生裂縫時(shí)，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質(zhì)穿過(guò)濾層而使出水水質(zhì)惡化。這時(shí)過(guò)濾應(yīng)停止，也必須進(jìn)行反沖洗來(lái)進(jìn)行解決。由于反沖洗次數(shù)的增加，頻率的增多，相應(yīng)的電耗、水耗都跟著加大了，整個(gè)的制水成本提高了，并且也是各種能源的浪費(fèi)。

3 解決措施

為了盡可能地避免造成各種不必要的浪費(fèi)，在實(shí)際生產(chǎn)中我們摸索出了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)。首先是把松花江水按季節(jié)的變化分為4個(gè)階段：開(kāi)江期、高溫高濁期、封江期、低溫低濁期。在不同的時(shí)期采用根據(jù)原水濁度、色度、堿度、pH值的不同，確定不同的排泥周期和反沖洗周期，在濁度較低的情況下，一般每天排1次泥，而在濁度較高的情況下，一般每天排3次泥，遇到特殊的情況，如濁度高達(dá)800NTU～1000NTU時(shí)（1998年發(fā)洪水時(shí)出現(xiàn)過(guò)），每4 h排1次泥。而且相應(yīng)地增加水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)頻率，

其次是對(duì)反應(yīng)池進(jìn)行定期的人工清刷，通常選定在每年的五月和九月，因?yàn)榻?jīng)過(guò)了一冬天的沉積，泥量也很多了，為了保證高溫高濁期的水處理工藝正常運(yùn)行，保證出水水質(zhì)符號(hào)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，所以必須進(jìn)行全面徹底地清洗，九月份經(jīng)過(guò)一夏天的高溫高濁期的運(yùn)行，濁度大，含泥量也大，所以為了冬天低溫低濁期的水處理，同樣需要清刷。

最后，我們采用投加助凝劑的方法，在流速過(guò)快使得一次反應(yīng)被破壞的情況下，通過(guò)投加助凝劑，促使和幫助已被打碎的礬花和顆粒再次進(jìn)行凝聚，形成可沉淀的大顆粒，相應(yīng)減少混凝劑的投加量，節(jié)省成本。

此外，我們還有一定的設(shè)想，譬如可否在不停水的情況下進(jìn)行反應(yīng)池的清泥;可否在土建、結(jié)構(gòu)允許的情況下，進(jìn)行排泥形式的改造，可否進(jìn)行一些自動(dòng)化方面的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理模式?？傊?，我們將在生產(chǎn)中不斷探索新的方法，新的技術(shù)，來(lái)解決實(shí)際存在的問(wèn)題，將生產(chǎn)過(guò)程盡量科學(xué)化。

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