常規(guī)凈水工藝及新技術(shù)在人飲工程中的結(jié)合與應(yīng)用

李 俠

（甘肅省民樂縣農(nóng)村自來水公司 甘肅 民樂 734500）

1 常規(guī)凈水工藝基本原理

常規(guī)凈水工藝是針對(duì)水質(zhì)渾濁度、色度、肉眼可見物、臭和味等感官性狀指標(biāo)、菌落總數(shù)等微生物指標(biāo)超標(biāo)，而毒理指標(biāo)和一般化學(xué)指標(biāo)符合行業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)的水源，通過傳統(tǒng)的絮凝、沉淀、過濾、消毒處理后，使水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。常用于工業(yè)用水、人飲水的水質(zhì)凈化。其基本流程為混合——絮凝——沉淀——過濾——消毒?；旌鲜鞘雇都拥男跄齽┘爸齽┻M(jìn)入沉淀池前同水均勻混合；絮凝是利用顆粒絮凝作用，在絮凝劑或助凝劑作用下，使水中微小的膠體顆粒和懸浮物顆粒中和表面電荷，減低或者消除顆粒之間的排斥力，使顆粒結(jié)合在一起，體積不斷變大，當(dāng)顆粒聚集體積達(dá)到一定程度時(shí)（粒徑大約為0.01cm時(shí)），便從水中分離出來，形成絮凝體沉淀下去；沉淀是密度大于水的懸浮物在重力作用下從水中分離出去的過程；過濾是水質(zhì)凈化的關(guān)鍵，是水依靠重力通過裝有濾料的設(shè)施，過濾出水中留存的細(xì)小顆粒及微生物，實(shí)現(xiàn)深度納污，并配置反沖洗系統(tǒng)沖洗濾料；消毒是利用消毒劑殺菌消毒。

常規(guī)凈水工藝凈水過程分明、功能穩(wěn)定、處理徹底、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用，運(yùn)行費(fèi)用低，是較為理想的凈水工藝。

2 凈水領(lǐng)域的新技術(shù)、新材料

近年來，隨著科技和水處理工藝的發(fā)展，一大批新技術(shù)、新材料應(yīng)用而生，對(duì)應(yīng)常規(guī)凈水工藝絮凝、沉淀、過濾、消毒各個(gè)環(huán)節(jié)，主要的新技術(shù)、新材料有：混合有管道混合器、漩渦混合器等；絮凝構(gòu)筑物有隔板式絮凝池、旋流式絮凝池、網(wǎng)格絮凝池等；沉淀池有平流式、輻流式、斜管（板）式等；過濾設(shè)施有石英砂濾池，V、D型濾池等；消毒有紫外線、二氧化氯發(fā)生器等。其他配套設(shè)施有：超聲波流量計(jì)、在線濁度儀、余氯檢測器、可調(diào)式電動(dòng)蝶閥、自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)等。

這些新技術(shù)、新材料與常規(guī)凈水工藝各個(gè)環(huán)節(jié)充分結(jié)合，可使凈水過程提質(zhì)提速，凈化結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，自動(dòng)化水平顯著提高，運(yùn)行管理費(fèi)用及操作難度大大降低。

3 常規(guī)凈水工藝及新技術(shù)在人飲工程中的應(yīng)用

2012年民樂縣海潮壩農(nóng)村飲水安全工程通過省市主管部門批復(fù)實(shí)施。工程設(shè)計(jì)解決4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、19個(gè)行政村、2.54萬農(nóng)村人口，以及2個(gè)集鎮(zhèn)人口的飲水安全問題。設(shè)計(jì)供水規(guī)模3733m3/d，全日制供水。工程水源為海潮壩水庫水，水庫總庫容735萬m3，庫區(qū)水體由雨水、祁連山冰雪融溶水、基巖裂隙水等構(gòu)成。經(jīng)民樂縣疾控中心取水化驗(yàn)，除感官性狀指標(biāo)和微生物指標(biāo)超標(biāo)外，其余指標(biāo)均符合生活飲用水一級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水庫水渾濁度長期低于200NTU，瞬間不超過500NTU。設(shè)計(jì)反應(yīng)沉淀池出水濁度小于5NTU，濾池出水濁度不大于1NTU，特殊情況不大于3NTU。

工程采用常規(guī)凈水工藝，并應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)先、性能穩(wěn)定的管道混合器、網(wǎng)格絮凝池、斜管沉淀池、D型濾池、二氧化氯發(fā)生器及自動(dòng)化儀器儀表等進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)、強(qiáng)化組合，取得了明顯的成效。其凈水工藝如圖1。

3.1 混合

在反應(yīng)沉淀池前進(jìn)水主管上設(shè)置DN315靜態(tài)混合器1臺(tái)。靜態(tài)混合器是利用在管道內(nèi)設(shè)置的多節(jié)固定式分流板使水流成對(duì)分流，同時(shí)又有交叉入旋渦反向旋轉(zhuǎn)，使投加的絮凝劑及助凝劑進(jìn)入沉淀池前能同水均勻混合，以達(dá)到混合效果。根據(jù)不同水質(zhì)情況，通過試驗(yàn)來確定絮凝劑的種類和投加量。計(jì)量泵、溶液桶及攪拌機(jī)均用一備一。系統(tǒng)的建成實(shí)現(xiàn)了藥劑與水的均勻混合及適時(shí)適量投加。

3.2 反應(yīng)沉淀池

該工程反應(yīng)沉淀池設(shè)計(jì)為鋼筋砼地上式結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)格絮凝池和斜管沉淀池。

3.2.1 絮凝池

網(wǎng)格絮凝池是近年來應(yīng)用紊流理論發(fā)展起來的新型絮凝池，其平面布置與穿孔旋流絮凝池相類似，由多格豎井串聯(lián)而成，水從豎井上部進(jìn)入、從底部流出，豎井前段網(wǎng)格較密、中間較疏、末端不放網(wǎng)格，確保充分反應(yīng)絮凝。網(wǎng)格絮凝池為一組，為保證充分反應(yīng)絮凝，設(shè)計(jì)參數(shù)為：

停留時(shí)間為18min。

過網(wǎng)孔流速前段為0.25m/s，豎井平均流速為0.12m/s；中段為0.22m/s，豎井平均流速為0.12m/s；后段不放網(wǎng)格，豎井平均流速為0.12m/s。

前段豎井過孔流速為0.26m/s，中段豎井過孔流速為0.17m/s，末段過孔流速為0.10m/s。

處理水量為：

網(wǎng)格絮凝池的容積為：

網(wǎng)格絮凝池的有效水深為4.1m，則網(wǎng)格絮凝池的面積為：S=50/4.1=12.20m2。

依據(jù)豎井理論過流面積，結(jié)合現(xiàn)場與沉淀池合建施工的實(shí)際，豎井確定為1.1m×1.1m的矩形斷面。

豎井的格數(shù)N=S/A=12.20/1.21=10.08格）取11格。積泥區(qū)高度0.8m，超高0.3m，總高度為：H=4.1+0.8+0.3=5.2m。網(wǎng)格絮凝池綜合水損為0.4m。

圖1 凈水工藝流程圖

3.2.2 斜管沉淀池

斜管沉淀池是根據(jù)淺池理論發(fā)展而來的，是一種在沉淀池內(nèi)裝置許多直徑較小、平行的傾斜管的沉淀池。其特點(diǎn)是沉淀效率高，容積和占地面積小。從改善沉淀池水力條件的角度分析，由于斜管的放入，沉淀池水力半徑大大減小，能滿足水流的穩(wěn)定性和層流的要求。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

由于水源為低溫低濁水，斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷按6.0m3/（m2·h）設(shè)計(jì)，液面上升流速為1.65mm/s；

斜管采用塑料片熱壓蜂窩六邊形，內(nèi)切圓直徑35mm，斜長1m，安裝角度60°。

沉淀池的有效系數(shù)為0.80，配水區(qū)高度1.5m，清水區(qū)高度1.1m，斜管高度0.87m；水在斜管內(nèi)停留時(shí)間為9min。

斜管沉淀池為1組，處理水能力為：4000t/d=0.046m3/s。

清水區(qū)凈面積：

A=Q/V=0.046/0.00165/0.8=34.85m2。

斜管沉淀池結(jié)構(gòu)性水損為0.3m。污泥區(qū)高度0.8m，超高0.3m。

斜管沉淀池的高度為：

排泥為重力排泥，排泥管為DN200mm。

水從整流渠中間堰頂過后，從沉淀池底部預(yù)留過水花管進(jìn)入，緩慢從下而上升起，經(jīng)過斜管沉淀，匯集到清水區(qū)，隨著水位上升，清水流入布設(shè)好的集水槽，然后進(jìn)入濾池前配水渠，通過堰頂均勻分配到濾池。濾池進(jìn)水口處設(shè)置可調(diào)式自動(dòng)方形控制閘門，可調(diào)節(jié)濾池水量。

網(wǎng)格反應(yīng)池、整流渠與斜管沉淀池連體布置結(jié)構(gòu)緊湊、占地少，有利于節(jié)省投資。

3.3 D型濾池

D型濾池是代替?zhèn)鹘y(tǒng)石英砂濾池的一種新型凈水設(shè)施，是在V型濾池基礎(chǔ)上改造而成的，濾料采用DA863濾料。它采用小阻力配水系統(tǒng)，氣、水反沖洗，恒水位或變水位過濾方式，可以確保濾料達(dá)到高效、廣域、變速和自適應(yīng)。

D型濾池具備傳統(tǒng)快濾池的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)運(yùn)用了DA863過濾技術(shù)，其特點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)高濾速、高精度的過濾，提高出水質(zhì)量，從而減小構(gòu)筑物體積，節(jié)省占地面積，最大程度地節(jié)約投資；特有的攔截技術(shù)，可保證濾料在反沖洗時(shí)不會(huì)流失，反沖洗耗水率底（約1%～2%），運(yùn)行費(fèi)用?。还に嚰夹g(shù)先進(jìn)，操作簡單，運(yùn)行方便，經(jīng)濟(jì)合理，并設(shè)有化驗(yàn)及自動(dòng)凈水、消毒電控系統(tǒng)，是一種實(shí)用、新型、高效的濾池。

工程設(shè)計(jì)7.76m2（1.54×5.04m）濾池3組，過濾速度8m/h。單組濾池設(shè)計(jì)凈水量62m3/h，除去反沖洗時(shí)間30min，3組濾池日凈水能力約為4370m3/d。采用半地下式結(jié)構(gòu)，主要由進(jìn)水渠、過濾池、水封池和排污溝組成。為保證濾池的正常運(yùn)行和水質(zhì)安全，設(shè)計(jì)定時(shí)對(duì)濾池進(jìn)行氣、水反沖洗。

反沖洗分三個(gè)階段：

單獨(dú)氣洗：歷時(shí)3min～5min，氣洗強(qiáng)度20L/（m2·s）～30L/（m2·s）；

氣水同時(shí)反沖洗：歷時(shí)8min～10min，氣洗強(qiáng)度20L/（m2·s）～30L/（m2·s），水洗強(qiáng)度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

清水漂洗：沖洗歷時(shí)3min～5min，沖洗強(qiáng)度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

反沖洗全過程伴有表面掃洗，表面掃洗強(qiáng)度1.4L/（m2·s）～2.8L/（m2·s）。

3.4 消毒設(shè)施

工程采用消毒功能穩(wěn)定、運(yùn)行方便的正壓式二氧化氯發(fā)生器，利用其流量泵適時(shí)適量向水廠清水池進(jìn)水管道內(nèi)投加二氧化氯的方式進(jìn)行消毒。在余氯檢測器的監(jiān)控下保證各級(jí)管網(wǎng)余氯符合設(shè)計(jì)要求及人飲水標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

利用信號(hào)線把凈水設(shè)施儀器儀表、調(diào)控設(shè)施與控制中心連接，構(gòu)成有線控制系統(tǒng)；控制中心設(shè)立PLC處理系統(tǒng)和總監(jiān)控屏幕，控制端架設(shè)攝像、報(bào)警系統(tǒng)。具體操作中，可根據(jù)清水池液位控制儀，結(jié)合流量計(jì)具體數(shù)值，自動(dòng)開啟可調(diào)式電動(dòng)蝶閥，適時(shí)增減進(jìn)水量；根據(jù)原水、凈水濁度儀顯示數(shù)值，調(diào)節(jié)絮凝劑流量泵，確保凈水濁度達(dá)到設(shè)計(jì)值；依據(jù)清水池余氯檢測器適時(shí)掌握出廠水余氯情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)二氧化氯發(fā)生器原料計(jì)量泵，確保水中余氯既殺菌徹底又不超出標(biāo)準(zhǔn)；依據(jù)進(jìn)、出水濁度，設(shè)定濾池自動(dòng)反沖洗間隔時(shí)間，排泥及調(diào)節(jié)閥體均為電動(dòng)蝶閥，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停；通過水廠自控系統(tǒng)，全天候記錄運(yùn)行情況，準(zhǔn)確采集基礎(chǔ)信息和數(shù)據(jù)。同時(shí)，主管部門可通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)查看水廠水量、水質(zhì)以及運(yùn)行情況。

4 結(jié)語

該項(xiàng)工程于2012年9月建成投入使用，經(jīng)過一年多的運(yùn)行，水廠凈水構(gòu)筑物各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行穩(wěn)定，水量、水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)凈水工藝與新技術(shù)、新材料結(jié)合應(yīng)用后，凈水效果全面徹底、凈水能力明顯提高、運(yùn)行費(fèi)用低、自動(dòng)化程度高，具有明顯的優(yōu)越性和較高的推廣價(jià)值。陜西水利