逆流式氣浮過濾一體化凈水技術(shù)的應(yīng)用

趙海翔，王 麗，于海波

(雞西市自來水公司，黑龍江雞西158100)

雞西市自來水公司第一凈水廠原設(shè)計供水能力1.2萬t/d，該廠以穆棱河水為原水，采用滲渠取水、加氯消毒處理工藝。因設(shè)備陳舊，工藝落后，供水能力逐年下降，特別在冬季枯水期季節(jié)，日供水量僅為0.5萬t/d。另外，由于穆棱河水質(zhì)近年來污染嚴(yán)重，一水廠加氯消毒過程中投氯量偏高，增加了氯與水中的有機污染物反應(yīng)生成三鹵甲烷(THMs)等三致(致癌、致突變、致畸)物質(zhì)的可能性，嚴(yán)重威脅用水安全。為徹底解決一水廠水質(zhì)超標(biāo)問題，根據(jù)原水水質(zhì)特點和現(xiàn)有條件，經(jīng)與哈工大環(huán)境學(xué)院合作研究，選用了微絮凝、氣浮過濾一體化、二氧化氯消毒水處理工藝。下面將該工藝流程的氣浮過濾一體化及氣浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用情況介紹如下:

1 凈水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

逆流式氣浮過濾一體化凈水系統(tǒng)主要由氣、液流量計，EDOR多項流溶氣泵，壓力罐，穿孔釋放管和氣浮池(濾池)等組成，其中濾池采用均質(zhì)濾料(濾料粒徑0.8～1.0 mm)，氣水反沖洗，恒水位過濾方式。其工藝結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 逆流式氣浮過濾一體化凈水工藝結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作過程

在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下，部分經(jīng)氣浮過濾處理的清水回流至溶氣泵，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣管上截止閥，使泵進(jìn)口管道呈負(fù)壓，空氣自動吸入泵前管道和水一起進(jìn)入泵內(nèi)，又有溶氣泵的特殊結(jié)構(gòu)和功能，在泵內(nèi)建立壓力的過程中，產(chǎn)生氣液兩相的充分混合，并使空氣在水中溶解達(dá)到飽和狀態(tài)，形成溶氣水(溶氣泵產(chǎn)生的溶氣水的流量和壓力可通過截止閥1和3進(jìn)行調(diào)節(jié)，空氣吸入量通過截止閥2調(diào)節(jié))。

溶氣水出泵口后，在容器管段和壓力罐內(nèi)流動狀態(tài)進(jìn)一步穩(wěn)定，進(jìn)入溶氣水干管(要求溶氣水在管道內(nèi)的總停留時間≥1 min)，經(jīng)過截止閥3減壓后，進(jìn)入濾池內(nèi)穿孔釋放管，溶氣水通過管上均布的孔眼(直徑φ5 mm)均勻分布在池內(nèi)，其釋放出的微氣泡與原水加藥后形成的微小絮粒互相碰撞、接觸黏附，形成氣浮體，上浮至池面形成浮渣層，清水向下進(jìn)入濾料層進(jìn)行過濾，從而實現(xiàn)泥水分離的過程，池表面的浮渣層待濾池進(jìn)行反沖洗時隨沖洗水一起排出。

2 凈水技術(shù)應(yīng)用及研究情況

2.1 生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

逆流式氣浮過濾一體化凈水工藝具有水質(zhì)適應(yīng)性強，運行方式靈活的優(yōu)點。根據(jù)原水水質(zhì)特點，既可以微絮凝過濾單獨運行，也可以過濾氣浮工藝串聯(lián)運行，在制水生產(chǎn)實踐中根據(jù)原水時期和水質(zhì)不同，分別采用了不加藥直接過濾，加藥微絮凝過濾及氣浮過濾3種運行方式，各種生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)及其分析見表1。

表1 原水直接過濾(不加藥)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)表

由表1可見，在原水濁度＜12NTU時，采用原水不加藥直接過濾的方式運行，濾后水濁度就能達(dá)標(biāo)，而制水成本卻沒有多大增加。

表2 微絮凝過濾(加藥)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)表

當(dāng)原水在12～50NTU時，采用微絮凝過濾方式，硫酸鋁藥單耗在10～20 mg/L，即可將出廠水濁度控制在3NTU以內(nèi)，與常規(guī)混凝、沉淀、過濾水處理工藝相比，硫酸鋁藥單耗僅為其1/4～1/2(在相同原水水質(zhì)條件下，常規(guī)水處理工藝硫酸鋁藥單耗一般為30～40 mg/L)，微絮凝過濾在保證水質(zhì)的前提下，可節(jié)省投藥量25% ～50%，具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 氣浮過濾(與過濾對比)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)表

由表3可見，當(dāng)原水濁度超過50NTU時，單獨微絮凝過濾運行出水濁度已超標(biāo)，且過濾周期也已明顯縮短，采用氣浮過濾串聯(lián)運行后，水質(zhì)處理效果明顯好轉(zhuǎn)，在原水濁度50～150NTU，仍能將出水濁度控制在3NTU以內(nèi)，且過濾周期明顯延長，為單獨微絮凝過濾的2倍，投藥單耗也有所降低，可節(jié)省投藥量20% ～30%，扣除氣浮系統(tǒng)運行動力費用，制水成本仍大幅降低，水質(zhì)處理效果和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。

2.2 運行中掌握的技術(shù)參數(shù)及注意事項

2.2.1 溶氣泵吸水管真空度

溶氣泵啟動運行穩(wěn)定后，應(yīng)緩緩開啟進(jìn)氣閥，使泵吸水管真空度達(dá)到－0.01～－0.02 MPa，以保證空氣順利吸入溶氣泵內(nèi)與水混合，形成溶氣水。

2.2.2 溶氣壓力

溶氣壓力與空氣在水中的溶解度和溶氣水釋放微氣泡直徑大小有關(guān)，一般將溶氣壓力調(diào)節(jié)到0.45 MPa以上，以提高空氣在水中的溶解度，使之達(dá)到飽和，并使溶氣水釋放時形成直徑＜30 μm的超微氣泡，提高氣浮效果。

2.2.3 回流比

回流比是指回流水量站處理水量的比例。新型氣浮系統(tǒng)的回流比要比傳統(tǒng)的壓力溶氣系統(tǒng)高2～3倍，一般控制在25% ～35%，以保證氣浮效果的實現(xiàn)。

2.2.4 氣液比

氣液比是指水中溶解的空氣量與回流水量的比值。只有保證足夠的空氣吸入量，才能達(dá)到要求的空氣溶解度，氣液比一般控制在10%左右。

2.2.5 藥單耗

藥單耗是指水處理是單位水量所投加的混凝劑量。一般控制≤30 mg/L，對于微絮凝過濾和氣浮工藝來說，只要求形成微小的絨體，若藥單耗達(dá)形成大顆粒，反而會引起濾料表面堵塞和氣浮失敗。

2.2.6濾速

濾速是指每平方米濾料單位時間內(nèi)通過的水量。一般應(yīng)控制在8 m/h以下，以免過濾是雜質(zhì)穿透過深造成濾池出水水質(zhì)超標(biāo)或?qū)馀輲霝V料形成氣阻。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

逆流式氣浮過濾一體化凈水技術(shù)能有效地提高水質(zhì)，降低制水成本?，F(xiàn)將經(jīng)濟(jì)效益分析如下:

3.1 延長過濾周期，節(jié)省反沖洗水費用

按每個濾池每周期反沖洗水量200 t計，一水廠共有6個濾池，過濾周期延長2倍，反沖洗數(shù)量節(jié)省200 t×6個/d×50%=600 t/d。按現(xiàn)一水廠制水成本0.5元/t計，每日可節(jié)省反沖洗水費用600 t/d×0.5元/t=300元。

3.2 降低混凝劑藥單耗，節(jié)省藥劑費用

現(xiàn)一水廠產(chǎn)水量2萬t/d，單獨過濾是混凝劑硫酸鋁單耗一般30～40 mg/L，采用微絮凝氣浮過濾可將硫酸鋁藥單耗降至 10～20 mg/L，節(jié)藥率近 50%，每日可節(jié)省藥劑20 000 t/d×35 kg/kt(mg/L)=350 kg，硫酸鋁現(xiàn)價約2 000元/t，則每日可節(jié)省藥劑費用350 kg×2 000元/t=700元。

3.3 氣浮系統(tǒng)(溶氣泵)動力費用

溶氣泵電機功率為18.5 kW，按每日運行24 h計，每日耗電量為 18.5×24 h=444 kW·h，按雞西現(xiàn)行工業(yè)電價0.65元/kW·h，每日溶氣泵動力費用為444 kW·h×0.65元/kW·h=288.6元/d。

3.4 年綜合費用

應(yīng)用逆流式氣浮過濾一體化凈水技術(shù)，每日降低制水成本(300+700－288.6)=711.4元，每年可節(jié)約制水成本711.4元/d×365 d=25.96萬元。

4 結(jié)束語

采用逆流式氣浮過濾一體化凈水技術(shù)，無論在處理效果，投資占地，運行管理，適應(yīng)水質(zhì)變化等方面，都較以往的氣浮過濾技術(shù)優(yōu)越。它與傳統(tǒng)的氣浮池不同之處在于:①溶氣水釋放的位置從外面的排水渠改到池內(nèi)，在池內(nèi)均勻分布溶氣水，投藥混合的原水和溶氣水逆流接觸，在池內(nèi)形成一層均勻、濃厚的氣泡層，表面脫穩(wěn)的氣泡顆粒有再被黏附的機會。②具有濾池運行水位自動控制裝置，采用恒水位過濾，氣浮工藝不受濾池水位的影響，保證了氣浮工藝穩(wěn)定運行，防止浮渣層破壞，使已被氣泡吸附的顆粒脫落。③采用新型溶氣技術(shù)，溶氣泵邊吸水邊吸氣，水和氣在泵內(nèi)被加壓混合，氣液溶解效率高，形成直徑10～20μm的超微氣泡，在氣浮池中上升速度慢，對池擾動小。④整個氣浮工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，無需其他加壓泵、空壓機及釋放器等設(shè)備，操作管理方便，易于控制。

[1]雞西市自來水公司.給排水設(shè)計手冊[M].雞西:雞西市自來水公司，2008.