高效節(jié)能新工藝在無棣明湖水廠的應(yīng)用

馮秀彩 李樹寅 李洪川

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和人民生活水平的提高，山東省無棣縣需水量日益增長，再加上縣城工業(yè)園的形成，原有月湖水廠的供水能力將無法滿足供水需求，無棣縣水務(wù)局和無棣縣自來水公司決定采用明湖水庫水作為水源，新建一座5.0萬m3/d的供水廠，一期實施2.5萬m3/d的構(gòu)筑物。

方案比較

目前用得最多的常規(guī)工藝是平流式沉淀池和網(wǎng)格反應(yīng)斜管沉淀池，其中平流式沉淀池具有占地面積大，易因流速與晝夜溫差產(chǎn)生異重流和局部紊動流，刮、吸泥機(jī)運行時在污泥沉淀層上表面形成穩(wěn)流而使得該時段內(nèi)出水水質(zhì)不穩(wěn)定，以及沉淀池兩頭吸泥死角污泥堆積腐化等缺點，從該工藝在水源為水庫水的應(yīng)用情況來看，出水量一般難以達(dá)到設(shè)計水量。而“網(wǎng)格反應(yīng)+斜管沉淀”工藝中，目前通常采用的穿孔排泥管排泥不徹底，且排泥自耗水量大，需定期將池內(nèi)水放空進(jìn)行沖洗，否則污泥腐化會產(chǎn)生厭氧，引起異味，導(dǎo)致水質(zhì)達(dá)不到要求。經(jīng)過方案比較，最終決定在明湖水廠采用高效節(jié)能新工藝。

新工藝的應(yīng)用

工藝流程

為保證城市安全供水，明湖水廠采用明湖水庫的水源，在水庫內(nèi)建一座一級取水泵房，取水泵設(shè)3臺潛水泵，通過DN600管道流入供水能力為5.0萬m3/d的配水樓頂部的分配水箱，送至高效澄清池，經(jīng)澄清、過濾后與高純二氧化氯充分混合殺菌、滅病毒自流進(jìn)清水池。同時在出水管上安裝壓力傳感器、電磁流量計、殘余二氧化氯分析儀和濁度儀。全程自動控制并以采集屏顯示運行指標(biāo)，電腦指令儲存、記錄及打印。

取水工藝

在水庫內(nèi)建一座3.5m×5.6m的一級泵池，泵池高10.9m，內(nèi)設(shè)2臺一級取水泵（一用一備）?？紤]到上層水含藻類、油污，夏天水面呈綠帶狀；下層水含腐質(zhì)嚴(yán)重，特別是鹽堿地，含鹽量高；泵池前面建一三角形不銹鋼網(wǎng)和浮動滑程式閘門，確保不受高低水位的影響始終抽取中層水，有效隔離魚蝦蚌螺、浮萍藻類、浮油等雜物。

高效節(jié)能澄清池

原水經(jīng)最佳投加混凝劑后，當(dāng)藥劑溶解到pH值低于4而呈酸性時，即產(chǎn)生電荷與水中懸浮濁泥等膠體物化反應(yīng)，并充分混合進(jìn)入澄清池內(nèi)的第一反應(yīng)室，通過擾流裝置，使脫穩(wěn)并聚核密實。擾流裝置使能量均勻分散，分段慢速自由紊動達(dá)到多次能量轉(zhuǎn)換，經(jīng)高效容積絮凝為初始粒子，形成礬花的輕絮體（有機(jī)物藻類）上浮，含泥絮體重粒子進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)，形成高體積濃度活性泥漿層繼續(xù)接觸碰撞絮凝，隨后再輻流至澄清區(qū)，在導(dǎo)流裝置的作用下形成懸浮云層，產(chǎn)生泥、水界面，同時利用上升流與斜管下滑的活性泥漿在懸浮層中順流向拋甩而摩擦和擠壓，使絮體密度成為球體的結(jié)團(tuán)絮凝體，并吸附水中的微量金屬元素，（像云層氣霧凝聚成水珠而降），比重增大的密實體形成泥、水分離。衰老泥渣經(jīng)滑泥板快速滑入泥碴濃縮室，清水通過強(qiáng)制出水管與清水集水系統(tǒng)匯集進(jìn)入濾池過濾，而沉于濃縮室內(nèi)多余的泥渣在自動虹吸排泥管的導(dǎo)流下，在電腦巡檢泥渣濃度界面控排儀控制下，適時適量地排出池外。合理地排渣，使池內(nèi)泥漿量趨于平衡，這是高效澄清池保證出水水質(zhì)的首要條件。故在處理能力達(dá)設(shè)計值時，遇用水高峰兩、三小時時段，該工藝水量的變化可達(dá)±50%。

排泥工藝

經(jīng)配水樓的曝氣裝置形成氣浮且通過紊流裝置和“智能電腦巡檢泥漿濃度控排儀”將藻類、油污等對人體有害的藻毒素相關(guān)的懸浮物在第一反應(yīng)室托起，由排渣系統(tǒng)先期排除，減少因藻類、油污進(jìn)入沉淀區(qū)而腐化產(chǎn)生水腥味。根據(jù)泥漿濃度適時適量排除沉積在底部的泥渣，有效確保池內(nèi)的活性泥漿持續(xù)結(jié)團(tuán)絮凝，從而確保提高濾前水質(zhì)，減少濾池反沖水耗。

針對內(nèi)河水、水庫水低溫低濁、礬花較輕易堆積的特點，首先該工藝設(shè)計泥水回流池，將澄清池排出的含聚合氯化鋁的活性泥漿回收利用，增加絮凝碰撞面積，使泥漿迅速沉降，節(jié)約藥劑成本；其次設(shè)計自動沖洗斜管裝置，每天用水低谷時關(guān)閉原水，采用壓力水自動沖洗斜管上面的絮狀礬花。這些措施均有效保證了澄清工藝的良好高效運行。

高效重力均粒濾池

原水通過高效澄清后，其水中的剩余濁度在10mg/L以下（通常3～5NTU），絮體的尺寸一般不大于40～60μm流入總配水渠，由進(jìn)水小虹吸分配給各格濾池過濾。沖洗時采用低水頭共用水箱供給濾后水，濾池的濾料為單層石英砂均粒濾料，為保證濾后水質(zhì)，濾層深度與粒徑之比≥1100，配水系統(tǒng)采用小阻力，其各格濾池的進(jìn)水量由進(jìn)水小虹吸及量水堰控制，反洗則由上升及下降大虹吸管及強(qiáng)度調(diào)節(jié)器控制。

其作用機(jī)理是經(jīng)高效澄清池泥水分離后剩余絮體顆粒在濾層孔隙水流遷移過程中發(fā)生5種基本效能：沉淀、慣性、截阻、擴(kuò)散、水動力效應(yīng)。由于濾料的組成具有特殊功效（這是高效重力均粒濾池和傳統(tǒng)濾池的關(guān)鍵區(qū)別）過濾水頭損失小，反洗水耗低（≤1%）濾速大，出水水質(zhì)好。

在提高水質(zhì)方面，還有一個重要工藝與眾不同，即濾池組合中起到曝氣作用，其濾池的截污能力較強(qiáng)，在濾料的選擇方面，濾料最容易產(chǎn)生活性膜，其粒徑大小也很關(guān)鍵，然而選擇濾料的空隙率一般為47%～51%。由于阻截效果好，通常在江河水源其濾后水濁度一般為0.15～0.3NTU左右，北方水庫水一般為0.3～0.6NTU左右，達(dá)到西方發(fā)達(dá)國家濾后的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而傳統(tǒng)工藝的粒徑較小，空隙率也較低一般為31%～37%左右，截污量小，易形成表面截濾結(jié)團(tuán)而影響過濾周期和過濾水質(zhì)。

二氧化氯消毒方法

巧妙地殺菌消毒也能提升水質(zhì)，該研究采用二段投加純二氧化氯法，2/3藥劑投加于取水頭部，它能發(fā)揮三個作用：①充當(dāng)清道夫滅殺渾水管道內(nèi)沾附在管壁上的蜉螺及細(xì)菌，并減少阻力適度節(jié)能；②提前滅藻使藻類進(jìn)入第一反應(yīng)室能輕易被夾氣托起先期排除，研究說明藻毒素有害人體；③始終保持濾池濾床無細(xì)菌及賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲的滋生。其1/3經(jīng)充分混合投加至清水池，與常規(guī)一樣由測量儀測定合格結(jié)果，保持一定的殘余量，殺除供水管道中的細(xì)菌及病毒。

二級泵房及自動控制系統(tǒng)

首先確定二級潛水泵的選擇原則，通常有恒壓恒量供水、恒壓變量供水、變壓變量供水3種方式。為了管理方便，本工程采用恒壓變量供水方式，即在供水壓力一定的情況下保證用戶的水量。泵池內(nèi)安裝4臺200QGW360-40-75潛水泵及2臺250QGW420-40-90潛水泵，根據(jù)供水壓力和流量控制水泵運行。其安裝方式均為自動耦合式裝置，泵與耦合裝置相連，耦合底座固定于泵坑底部，泵可在導(dǎo)軌（導(dǎo)桿）中上下移動，當(dāng)泵放下時，耦合裝置自動與耦合底座耦合，而提升時泵與耦合底座自動脫落。所有水泵附件全套安裝完畢。

水泵控制均為變頻調(diào)速恒壓變量供水。集中顯示、管理、分散控制。系統(tǒng)各部分相對獨立，分散了危險性，增加了整個系統(tǒng)的可靠性。具有良好的擴(kuò)展能力，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成系統(tǒng)的縱向擴(kuò)展和橫向擴(kuò)展。管理維護(hù)方便，可維護(hù)性好，系統(tǒng)中的任一部分因故脫離系統(tǒng)，不會影響系統(tǒng)其他部分正常運行。

自控系統(tǒng)采用集散型控制方式，由設(shè)在中心控制室計算機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)和分別設(shè)在取水、供水系統(tǒng)的可編程邏輯控制器下位機(jī)系統(tǒng)所組成，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線，將上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程顯示，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，使系統(tǒng)更安全。

計算機(jī)完成水廠生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制、存儲及顯示生產(chǎn)信息、打印報表等工作。操作人員通過人機(jī)交互界面控制相關(guān)設(shè)備的工作狀況。

與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝占地面積小，投資成本少、自動化程度高、自耗水量少。不計節(jié)省土地、閥門耗用、相關(guān)維修費用以及減少的人工等運行成本，其自耗水約占2%，而傳統(tǒng)工藝為5%～10%。高效節(jié)能新工藝在無棣縣水廠成功應(yīng)用證明，研究并把握好每個制水環(huán)節(jié)，通過強(qiáng)化常規(guī)水處理工藝也能處理好水。該水廠的投產(chǎn)運行可為其他新建或改造自來水廠提供借鑒。