高鐵-高濁度地表滲井水處理工程實例

楊耐

（秦皇島尚品環(huán)保工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

高鐵-高濁度地表滲井水處理工程實例

楊耐

（秦皇島尚品環(huán)保工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

采用機械鼓風曝氣-穿孔旋流反應沉淀池-一級錳砂過濾-中間二次曝氣-二級錳砂過濾的方法，對吉林通化某電廠所在地的地表滲井水進行處理。進水和出水水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果表明，總鐵的去除率可達99.1%，濁度的去除率達97.8%，pH無明顯改變。出水水質(zhì)達到濁度＜5 NTU，pH在6.5～8.5，F(xiàn)e≤0.3 mg/L的要求。系統(tǒng)裝機功率為140.75 kW。運行費用為0.219 元/t。出水水質(zhì)達到預期的設計要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有較好的技術經(jīng)濟指標。

滲井水；曝氣；沉淀池；過濾；工程實例

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.23

水中濁度超標和含有過量的鐵將給生活飲用及工業(yè)用水帶來很大危害。國家規(guī)定生活飲用水中鐵離子含量應≤0.3 mg/L，濁度≤1 NTU，如果超標會對人體健康造成影響。當鍋爐、壓力容器等設備以含鐵量較高的水質(zhì)作為介質(zhì)時，會造成承壓設備結(jié)褐色堅硬的鐵垢，致使其發(fā)生增加熱阻、發(fā)生變形、曝管等事故。吉林省通化A電廠II期新增2臺240 t/h鍋爐，系統(tǒng)要求工業(yè)給水的水量為400m3/h，本工程采用曝氣、沉淀、過濾等主體工藝對高鐵-高濁度地表滲井水進行處理。

1　地表滲井水的水質(zhì)特性

水質(zhì)來源為廠區(qū)的地表滲井水，水質(zhì)隨季節(jié)有一定波動。水中含鐵量和濁度都很高，且二價鐵離子與三價鐵離子共存。

表1　地表滲井水不合格項指標

2　處理工藝及主要處理構筑物、設備

2.1處理工藝

圖1　處理工藝流程

地表滲井水來水通過管路輸送到機械鼓風曝氣塔［1-2］，使水與空氣中的氧充分接觸，使水中的二價鐵離子氧化成絮狀沉淀的三價鐵離子其反應的方程式為：4Fe2+＋O2+2H2O＝4Fe3+＋4OH-。

機械鼓風曝氣塔的出水重力流入原水池，然后由原水泵提升到穿孔旋流反應沉淀池。由于水源為地表滲井水。水的濁度很高且含有一定微生物，所以在原水泵出水母管設有兩個加藥點：一個投加絮凝劑，另一個投加殺菌劑。

通過穿孔旋流反應沉淀池［3-4］使藥劑與水充分混凝反應，然后通過沉淀去除分散性顆粒。清水通過穿孔旋流反應沉淀池的集水堰重力流入一級錳砂濾池［5-6］。通過一級錳砂過濾后鐵去除率在95%以上，濁度的去除率在90%以上。

一級錳砂濾池出水重力流入中間曝氣池。通過中間曝氣池曝氣溶氧后重力流入二級錳砂濾池。經(jīng)過二級過濾池后出水鐵去除率達99.4%以上，濁度去除率達99.8%以上，出水水質(zhì)優(yōu)于預期要求；然后重力流入清水池，通過外供水泵輸出到用水單位。

2.2主要處理構筑物、設備

2.2.1機械鼓風曝氣塔

機械鼓風曝氣塔的主要作用是向水中溶氧［3］，使二價鐵離子氧化成三價鐵離子。設備上部設有進水布水裝置，下部為鼓風進氣口，用離心風機鼓氣，內(nèi)部裝填塑料多面空心球填料。處理水量400 m3/h，整個系統(tǒng)自耗水量按10%計，Q=400 m3/h×1.1=440m3/h；機械鼓風曝氣塔淋水密度K= 40 m3/（m2·h）；填料為塑料多面空心球，比表面積：200m2/m3，直徑：φ=50mm，裝填高度：H= 1 500mm。

設備選取2臺，并聯(lián)同時運行，單臺出水量為220m3/h；

設備直徑D計算：

圓整后取直徑為2.8m。

2.2.2穿孔旋流反應沉淀池

穿孔旋流反應沉淀池分為兩個區(qū)域：一個區(qū)域為旋流反應區(qū)，旋流反應區(qū)一般設有6個格（井），水依次從1#流到6#旋流格 （井），每格（井）中成旋流狀態(tài)流動使水與藥劑充分接觸混合，達到混凝與預沉淀的作用；另一個區(qū)域是沉淀區(qū)，沉淀區(qū)為上向流斜管沉淀。斜管為φ35 mm蜂窩斜管，斜長1 m，水平傾角60°，上升流速采用2.5mm/s。通過斜管加大水池的過水斷面濕周，同時減小水力半徑，因此在同樣的水平流速V時，可大大降低雷諾數(shù)（Re），從而減少水的紊動，使顆粒的沉淀距離縮短，減少沉淀時間。穿孔旋流反應沉淀池采用自動定時排泥，排泥周期根據(jù)進水濁度設定。

系統(tǒng)共設計2個穿孔旋流反應沉淀池，設計單池出水量為200m3/h，水廠自用水量按10%計；混凝反應時間按20～25min取值；設計流量Q=200 m3/h×1.1=220 m3/h=0.061 m3/s；表面負荷取q=2 mm/s；斜管材料采用厚0.4 mm塑料板熱壓成正六角形管，內(nèi)切圓直徑d=35 mm，長1 000 mm，水平傾角θ=60°。

按照公式F=Q/q計算。

式中Q—流量，m3/h；

q—斜管沉淀池表面負荷。

則：F=Q/q=0.061/0.002=30.5m2

采取沉淀池尺寸為： 6.8×4.8 m=32.64 m2。進水設在6.8m長的一側(cè)。

清水區(qū)高度1.4 m，配水區(qū)高度1.0 m，穿孔排泥槽高2.4 m，斜管高度h=1×sinθ=0.87m。

池子總高度：1.4+1.0+2.4+0.87=5.67m；

混凝反應區(qū)容積：220m3/h×20min/60min/h= 73.3m3；設計尺寸為：6.8m×4.2m?？偢邽?.67m。

2.2.3一級錳砂濾池、二級錳砂濾池

濾池內(nèi)部濾料為錳砂，水流自上而下流經(jīng)顆粒濾料層時，水中雜質(zhì)即被截留，而錳砂中的MnO2與水中溶解的Fe2+發(fā)生氧化還原反應，使Fe2+變?yōu)镕e3+并生成Fe（OH）3絮狀沉淀，同樣被錳砂濾料截留，起到去除水中溶解鐵離子和濁度的作用。清水由配水系統(tǒng)匯集流出濾池，隨著濾層中雜質(zhì)截留量的逐漸增加，當運行一定時間時濾池需停止過濾進行反沖洗。反沖洗時，沖洗水經(jīng)配水系統(tǒng)自下而上穿過濾料層使其處于懸浮狀態(tài)，沖洗廢水從沖洗排水槽排走。

一級、二級錳砂濾池均分4組。每組設計出水量為110 m3/h，設計濾速為V=7～8 m/h，采用單層濾料，粒徑為0.4～0.8mm，底部采用卵石墊層布水，墊層高度為700 mm。濾料裝填高度為1 200mm，二氧化錳含量在35%以上，設計運行周期為24 h。

反沖洗采用氣洗和水洗。根據(jù)實際調(diào)節(jié)后氣沖洗強度為18 L/（m2·s），歷時60 s。清水沖洗強度為15 L/（m2·s），歷時300 s上布水到濾料高為1.2m。

濾池面積：F=Q/V=110 m3/h÷8 m/h=13.75 m2。濾池設計為4.5 m×3.3 m=14.85 m2，實際運行濾速為110m3/h÷14.85m2=7.4m/h。

濾池總高度確定：布水高H1=700mm，濾料高H2=800 mm，上布水距濾料層高H3=1 300 mm，進水分配槽高H4=450 mm。濾池總高H=H1+H2+ H3+H4=700+800+1 300+450=3 250 mm=3.25 m。

2.2.4中間曝氣池

設計數(shù)據(jù)：14 m×3 m×3.8 m=160 m3有效使用容積為14m×3 m×3.8 m=113.4m3

有效停留時間為17min，曝氣采用盤式曝氣器，氣源用羅茨風機，參數(shù)為Q=8.7 m3/min，P= 4.9 kPa，N=15 kW。

2.2.5絮凝劑加藥量計算

絮凝劑主要是三氧化二鋁即氧化鋁，分子式：［Al2（OH）nCl6-n·x H2O］m（m≤10，n=1～5），對水中膠體和顆粒物具有高度電中和及橋聯(lián)作用，并可強力去除微有毒物及重金屬離子，性狀穩(wěn)定。

原水濁度在100～500 NTV時，絮凝劑投加量為5～10mg，即每千噸水投量為5～10 kg，用前最好根據(jù)水質(zhì)特性進行小試，選出最佳值，然后投用。

常用污水投放比例見表2：

表2　常用水投放比例（參考值）

絮凝劑制投加量按10 PPM計算，水量為440 m3/h；藥液配比濃度為10%；投加量Q=440m3/h× 10 g/m3÷10%÷1 000=44 kg/h。絮凝劑加藥計量泵選取50 L/h，2臺1用1備。

2.2.6殺菌劑加藥量計算

系統(tǒng)采用二氧化氯殺菌，選用1 500 g/時化學法二氧化氯發(fā)生器。根據(jù)余氯檢測儀自動控制加藥量，控制余氯量為3 PPM。

3　實測出水水質(zhì)指標

經(jīng)過1 a的連續(xù)運行，監(jiān)測進水、出水的主要水質(zhì)指標，結(jié)果如圖2、圖3及表3所示。結(jié)果表明：工藝進水濁度最大（124.87 NTU）時，一級錳砂濾池出水濁度是12.5 NTU，二級錳砂濾池的出水濁度為2.7 NTU。一級錳砂濾池對濁度的去除率為90%，二級錳砂濾池對濁度的去除率為97.8%。進水總鐵為18 465μg/L時，一級錳砂濾池的出水鐵含量為340μg/L，二級錳砂濾池的出水鐵含量為160μg/L。一級錳砂濾池對鐵的去除率為98%，二級錳砂濾池對鐵的去除率為99.1%。上述結(jié)果表明，該水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水的濁度及鐵指標符合《工業(yè)用水標準》 （GB/T 19923-2005）工藝與產(chǎn)品用水要求。

表3　處理前后指標對比

4　投產(chǎn)后的經(jīng)濟運行分析

整個系統(tǒng)設計能力為400 m3/h；設備部分及電控部分（不含廠房、混凝土部分、采暖通風照明） 投資總計為210萬元。系統(tǒng)裝機功率為140.75 kW，折每噸水用電費為0.112元。藥劑消耗費用為每噸水0.026 6元，其他費用折算每噸水為0.08元。每噸水的運行費用約為0.219元。

圖2　不同月份原水與出水濁度對比

圖3　不同月份原水與出水總鐵對比

表4　運行成本分析

5　結(jié)語

本項目于2013年初進入調(diào)運階段。從調(diào)運到3月份正式交付建設單位使用這段時間以來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，工藝設計合理，設備及安裝質(zhì)量良好，系統(tǒng)的各項性能指標全部達到設計的要求，各項重要指標如濁度、pH、鐵含量、出力等全部在合格范圍內(nèi)，自動控制系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)各在線監(jiān)測儀表工作正常。在經(jīng)歷雨季時原水的濁度明顯上升，最高達160 NTU，總鐵含量達19 000μg/L。系統(tǒng)出水各項指標均在合格的范圍內(nèi)。

通過實踐發(fā)現(xiàn)，當?shù)噩F(xiàn)有的資源地表滲井水作為水源時，雖然濁度、鐵量都很高，但針對水質(zhì)的具體情況，選擇合適的處理方法是可以達到預期效果的。所以對于淺層地表滲井水通過合適的工藝處理是可以滿足工業(yè)用水要求的。

［1］李敏.曝氣氧化除鐵錳水處理裝置運行調(diào)試［J］.中氮肥，2012 （6）：21-23.

［2］上海市政工程設計研究院.給排水設計手冊第3冊-城鎮(zhèn)給水［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［3］宋力.絮凝劑在水處理中的應用與展望［J］.工業(yè)水處理，2010，30 （6）：4-7.

［4］李焱.穿孔旋流反應斜管沉淀池工作原理及改進［J］.山西科技，2008（3）：138-139.

［5］CJ/T 3041-1995水處理用天然錳砂濾料［S］.北京：中國標準出版社，1996-06-01.

［6］郭振遠，賀松年，劉宗耀.分層錳砂濾池去除地下水中鐵離子的工程應用［J］.四川環(huán)境，2010，29（3）：20-23.

（編輯：程?。?/p>

Treatment Project Case of Surface Infiltration Water w ith High Turbidity and High Concentration of Fe Irons

Yang Nai
（Qinhuangdao Superior Environmental Engineering CO.，LTD，Qinhuangdao Hebei 066000，China）

The surface leakage water in the spot of Jilin Tonghua electricity plant was treated adopting themethods ofmechanical aeration，reaction sedimentation tank，primary manganese ore filtration，middle second aeration and secondarymanganese ore filtration.Bymonitoring the water quality of filling up and draining，it was found that 99.1%of iron and 97.8%of tubidity can be removed and there was no evident change for PH value.The water quality of draining can be up to the tubidity requirement：＜5 NTU，pH6.5～8.5，F(xiàn)e≤0.3 mg/L.The system engine rate was 140.75 kW.The running expense was 0.219 RMB per ton.The water quality of draining reached the expected design requirement.The operating system was stable and had good technical economy index.

water leakage，aeration，sedimentation tank，filtration，project case

X52

A

1008-813X（2016）04-0090-04

2016-06-14

楊耐（1980-），男，河北秦皇島人，畢業(yè)于滄州師范專科學?；すに噷I(yè)，助理工程師，主要從事環(huán)境保護水處理領域的研究工作。