寧河縣除氟給水廠的設(shè)計

趙 洋 王舜和*

(天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051)

天津市寧河縣地下水水質(zhì)分析主要為氟化物超標(biāo)，約為3.0 mg/L(標(biāo)準(zhǔn)為1 mg/L以下)，若長期飲用，會造成骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，引起氟骨病等癥狀;此外pH值偏堿性，約為8.5。為此，該縣新建除氟給水廠1座，一期工程水源為地下水，規(guī)模2萬m3/d，二期計劃改造為地表水廠，設(shè)計總規(guī)模為6萬m3/d。

1 總平面布置及工藝流程

本工程規(guī)劃廠區(qū)總面積為5 ha，一期工程占地約1.8 ha，場地較平整。根據(jù)取水點(diǎn)和送水方向，水處理流程為自西向東布置，辦公區(qū)位于廠區(qū)東部，主要構(gòu)(建)筑物包括:綜合辦公樓、傳達(dá)室、酸調(diào)池、酸堿車間、V型濾池、加氯間/過濾操作間、清水池、送水泵房/變配電室?？傮w布局見圖1，工藝流程見圖2。

圖1 水廠平面布置圖

2 設(shè)計方案

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況，工藝主要處理目標(biāo)為氟化合物，通常采用的方法有:吸附過濾法、反滲透法、混凝沉淀法和電滲析法等。根據(jù)投資和運(yùn)行費(fèi)用分析，工程最終采用活性氧化鋁法?；钚匝趸X是一種白色顆粒狀多孔吸附劑，是由各種含水氧化鋁煅燒而成，當(dāng)水的pH值小于9.5時可吸附陰離子，其吸附交換能力隨著比表面積的增大而強(qiáng)化。

2.1 酸調(diào)池

原水的pH值是影響活性氧化鋁吸附能力的主要因素，較高時會降低吸附容量，通?？刂圃?.0～7.0之間。本工程進(jìn)水值為8.5，設(shè)計采用投加二氧化碳?xì)怏w來降低pH值，具有使用安全、不影響水質(zhì)口感等特點(diǎn)。工程按近期水量設(shè)計(考慮5%自用水)，停留時間15 min，設(shè)矩形水池一座，9 m×7 m×7 m，有效水深6.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。池設(shè)CO2曝氣器16個，每個通氣量為3 m3/h～5 m3/h，酸堿車間內(nèi)設(shè)10 t CO2儲罐2個，每日需CO2量約為2 100 kg。

2.2 吸附濾池

采用V型濾池，濾料活性氧化鋁的粒徑采用0.4 mm～1.5 mm，工程設(shè)計濾速為6 m/h，設(shè)計吸附容量取3 g(F)/kg(Al2O3)，設(shè)計濾層厚度為1.6 m。為保證濾池的穩(wěn)定運(yùn)行，工程設(shè)計反沖洗系統(tǒng)，包括反沖洗管路及反沖洗泵、風(fēng)機(jī)等。系統(tǒng)反沖洗為周期運(yùn)行(時間間隔為48 h)。反沖水可利用原水或濾后水，沖洗后的廢水通過重力自流排放。

近期設(shè)計2座濾池，預(yù)留遠(yuǎn)期4座濾池位置，總尺寸21 m×9 m×5 m，過濾面積154 m2，活性氧化鋁濾料體積246 m3，濾頭:55個/m2，反沖洗分三個階段:第一階段:氣沖強(qiáng)度15 L/(s·m2)，沖洗歷時2 min。第二階段:氣水反沖氣反沖強(qiáng)度15 L/(s·m2)，水反沖強(qiáng)度4 L/(s·m2)，沖洗歷時4 min。第三階段:水沖強(qiáng)度8 L/(s·m2)，沖洗歷時 10 min。

2.3 過濾操作間

結(jié)構(gòu)尺寸30 m×10 m×5 m，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。主要設(shè)有反沖洗泵 Q=850 m3/h，H=17 m，55 kW，2用1備;羅茨風(fēng)機(jī)Q=35 m3/min，H=5.5 m，40 kW，2 用1 備。

2.4 酸堿車間

當(dāng)濾池出水含氟量達(dá)到終點(diǎn)含氟量值時，表明濾池吸附容量已達(dá)到飽和，此時濾池應(yīng)停止工作，濾料應(yīng)立即再生處理。再生劑采用氫氧化鈉溶液，再生過程可分為首次沖洗、再生、二次沖洗(或淋洗)及中和四個階段。再生過程采用的藥品設(shè)在酸堿車間，結(jié)構(gòu)尺寸38 m×11 m×5 m，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)再生池2個，5 m×5 m×5 m;廢液池1個，5 m×5 m×5 m;中和池1個，5 m×5 m×2.5 m。需要去除氟離子濃度3.0 mg/L，每日除氟量53 kg/d，Al2O3吸附容量3 g/kg，單池吸附量258 kg，再生周期8 d。采用1%氫氧化鈉溶液濃度，再生劑與除氟量之比10∶1，再生液體積210 m3，1%硫酸溶液總量504 kg。

再生過程包括:

首次氣水反沖:氣沖強(qiáng)度15 L/(s·m2)，水沖強(qiáng)度3 L/(s·m2)，沖洗歷時15 min;再生液沖洗:設(shè)計流速3 m/h，再生歷時2 h;二次反沖:水沖強(qiáng)度6 L/(s·m2)，沖洗歷時60 min;用1%硫酸溶液中和，中和時間60 min。

2.5 加氯間

為保證出廠水水質(zhì)符合國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，采用二氧化氯消毒，加氯點(diǎn)設(shè)在清水池前，加氯量為2 mg/L。結(jié)構(gòu)尺寸為10 m×10 m×5 m，同過濾操作間聯(lián)建。主要設(shè)備為2 kg/h二氧化氯消毒器及配套儲罐，1用1備。

2.6 清水池

清水池調(diào)節(jié)容積按供水量的10%～20%計算，本工程近期擬建矩形清水池1座，預(yù)留遠(yuǎn)期2座位置，結(jié)構(gòu)尺寸27 m×19 m×4.5 m，有效水深4 m。

2.7 送水泵房

按遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)計，設(shè)備按近期規(guī)模安裝，結(jié)構(gòu)尺寸為10 m×10 m×5 m，近期設(shè)計規(guī)模為2萬m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)計規(guī)模為6萬m3/d，時變化系數(shù)為1.5。主要設(shè)備包括:3臺水泵，Q=420 m3/h，H=44 m，75 kW，3用 1備，遠(yuǎn)期增加 5臺水泵，Q=520 m3/h，H=44 m，120 kW，4用1備。

3 工程設(shè)計總結(jié)

1)設(shè)計水源為地下水，主要處理目標(biāo)為除氟，設(shè)計除氟量為3 mg/L。2)工程采用活性氧化鋁除氟工藝，并設(shè)有濾料沖洗、再生等系統(tǒng)，消毒采用二氧化氯工藝。3)根據(jù)工藝情況設(shè)有必要的自動控制系統(tǒng)，水廠可實現(xiàn)自動化運(yùn)行管理。4)平面布局按功能分區(qū)，根據(jù)水力流程確定各單體位置，避免水流迂回，降低水頭損失。

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