低溫低濁原水加砂高速沉淀工藝探析

何際平，胡海旺

（1.黃河萬家寨水務(wù)控股集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012；2.山西黃河呼延建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030023）

1 國內(nèi)水處理工藝現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的提高，居民健康意識增強，對飲用水水質(zhì)要求不斷提高。為遏制大量工業(yè)廢水、生活污水隨意排放及環(huán)境破壞導(dǎo)致的自來水水質(zhì)惡化趨勢。2007 年7 月1 日，國家出臺了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）的強制性標(biāo)準(zhǔn)，出廠水水質(zhì)檢測指標(biāo)由原來的35 項增加到106 項，且要求更加嚴(yán)格。

華北地區(qū)每年有3～5 個月的低溫期，在飲用水給水水源中出現(xiàn)了一種較難處理的水質(zhì)——低溫低濁水，增加了水處理的難度和復(fù)雜性。目前絕大多數(shù)城市自來水廠常規(guī)水處理工藝，采用的是加藥、混合、絮凝、沉淀、過濾、消毒為主的傳統(tǒng)工藝，很難保證低溫期自來水的出水水質(zhì)。其中混合、絮凝、沉淀是飲用水水處理工藝中最關(guān)鍵的處理單元，處理效果的好壞，直接影響后續(xù)處理單元的處理效果，以致影響到出廠水質(zhì)。

2 加砂高速沉淀工藝

2.1 Actiflo加砂高速沉淀池原理

加砂高速沉淀工藝特點：

圖1 Actiflo加砂高速沉淀池原理圖

（2）粒徑80～100 μm 具有較高的比表面積的微砂，投加到絮凝池中，并持續(xù)循環(huán)，可以作為絮體形成的核子。

2.2 加砂高速沉淀池工藝內(nèi)容

加砂高速沉淀池，由混凝池、絮凝池（熟化）和沉淀池三部分組成，工藝流程圖如圖2 所示：

然而，自2016年開始，韋明思毅然放棄了對美好陽光的歌頌，轉(zhuǎn)而面向了陽光的背后那大片的黑色的敘述，《侗寨夜音》系列作品中黑色成了他畫面新的重要的主題。

圖2 加砂高速沉淀池工藝流程圖

混凝池：原水首先進(jìn)入混凝池，在混凝池入口處投加混凝劑（通常是鋁鹽或鐵鹽，在快速攪拌器的作用下使水與混凝劑均勻混合。

絮凝池：加有混凝劑的水隨后進(jìn)入絮凝池，投加微砂和高分子絮凝劑（聚丙烯酰胺）后，慢速攪拌器進(jìn)行動態(tài)混合，提高混凝固體、高分子聚合物與微砂的粘結(jié)幾率。緩慢的混合過程促使絮體熟化，微砂不斷地粘結(jié)成為新形成絮體的核心，絮體逐漸增大加重，污染物沉淀速度加快。

沉淀池：經(jīng)過絮凝后，澄清水經(jīng)上部蜂窩狀斜管，流至不銹鋼集水槽。熟化后的微砂芯絮體，由于重力作用順著斜管底部沉淀于池底，由刮泥機(jī)收集至沉淀池底部的中央?yún)^(qū)域，用微砂循環(huán)泵按一定比例抽出，從循環(huán)管路流至水力旋流器，利用微砂與污泥的質(zhì)量比差異，在水力旋流器內(nèi)進(jìn)行泥砂分離。微砂從旋流器下部再次回到絮凝池循環(huán)使用，污泥從上層流溢管道排放至污泥池，然后通過污泥泵輸送至污泥處理系統(tǒng)。

此工藝絮凝時間只需8 min，沉淀時間少于10 min，處理水的水質(zhì)良好,處理速度較快。

2.3 加砂高速沉淀池工藝設(shè)計參數(shù)

2.3.1 工藝參數(shù)

某水廠供水規(guī)模40 萬m3/d；自用水系數(shù)按6%計算，則設(shè)計計算水流量為17 667 m3/h；設(shè)計原水平均濁度≤3 NTU（最大30 NTU），設(shè)計出水平均濁度＜1.2 NTU（最大≤2），微砂投加參數(shù)如表1。

根據(jù)以上設(shè)計條件，加砂高速沉淀池各水處理構(gòu)筑物工藝參數(shù)如下：混合池總格數(shù)4 格，單池有效容積175 m3，設(shè)計停留時間2.3 min；絮凝池總格數(shù)4 格，單池有效容積605 m3，設(shè)計停留時間8.2 min；沉淀池總格數(shù)4 格，單池有效容積115 m3，上升流速36.8 m/h，沉淀池斜管傾斜角度60°，長度為1 m，間距為40 mm；后混凝池的總格數(shù)2 格，單池有效容積305 m3，設(shè)計停留時間2.06 min。單系混合池-絮凝池-沉淀池的水處理量10 萬m3/d，單格后混凝池的水處理量20 萬m3/d。加砂高速沉淀工藝化學(xué)藥劑消耗量如表2。

表1 微砂投加量參數(shù)表

表2 加砂高速沉淀工藝化學(xué)藥劑消耗量

3 加砂高速沉淀池與折板絮凝斜管沉淀池方案比較

3.1 加砂高速沉淀池概況

加砂高速沉淀池工藝較為復(fù)雜，國內(nèi)建成并運行的系統(tǒng)有兩個：上海臨江水廠擴(kuò)建工程，一期水處理量20 萬t/d（2006 年）。北京水源九廠改造工程，二期A 系列（2005 年）和B 系列（2007 年）共計水處理量68 萬t/d，以上兩座水廠水處理效果很好，特別是北京水源九廠屬于低溫低濁原水，與本研究項目水廠原水類似，采用加砂高速沉淀工藝，水處理效果好，保證了2008 年北京奧運會期間安全供水。

華北地區(qū)某水廠原水為黃河萬家寨水利樞紐和汾河水庫的混合水，原水水質(zhì)基本達(dá)到《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-88）中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。原水年平均渾濁度較低，特別是冬季，水溫0～4℃，濁度1～3 NTU,屬于典型的低溫低濁水質(zhì)?？茖W(xué)地選擇適水廠的凈水工藝，可以提高水處理效果，達(dá)到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，保障市區(qū)長遠(yuǎn)供水安全。某水廠二期工程為市屬重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，是華北地區(qū)建設(shè)規(guī)模較大、自動化程度較高的現(xiàn)代化大型地表水處理廠之一。項目建成投產(chǎn)后總供水規(guī)模可達(dá)80 萬m3/d，不但可以在供水水量和供水品質(zhì)上極大地滿足市區(qū)用水需求，還能很好地保護(hù)地下水資源，具有良好的社會效益。

3.2 技術(shù)方案比較

某水廠二期工程水處理工藝中，加砂高速沉淀池與折板絮凝斜管沉淀池，兩方案技術(shù)比較。

（1）折板絮凝斜管沉淀池，是水處理行業(yè)中一種較為成熟的常規(guī)處理工藝，在國內(nèi)有較多的成功應(yīng)用案例。具有工藝相對簡單，管理方便；配套設(shè)備少，設(shè)備維護(hù)維修量少；運行費用少等優(yōu)點。

缺點是該工藝池型大，占地面積大，同時增加了凈水車間廠房面積，一次性投入高。而且當(dāng)原水藻類含量較高時，需配套投加預(yù)氯或高錳酸鉀等其它綜合手段。

（2）加砂高速沉淀池，加砂高速沉淀工藝中，投加了微砂作為形成高密度絮體的沉降核，絮體更容易被沉淀去除。工藝絮凝時間，較折板絮凝斜管沉淀池縮短了20 多min，且具有良好的去除藻類能力，處理低溫低濁水效果較好。具有池型小，占地少的優(yōu)點，減小了凈水車間廠房面積，降低了項目建設(shè)總投資。

缺點是工藝相對復(fù)雜，設(shè)備比較多，主要配套設(shè)備需進(jìn)口，設(shè)備費較貴；常年投加PAM 助凝劑，易在濾層表面形成粘結(jié)層，對濾池運行有一定影響，但可縮短濾池的過濾周期；微砂投入后加重了設(shè)備磨損，增強了刮泥機(jī)、螺桿泵、沉泥脫水機(jī)等設(shè)備的磨損；所以設(shè)備維修及運行費用較高。

3.3 經(jīng)濟(jì)方案比較

加砂高速沉淀池工藝，主要配套設(shè)備需進(jìn)口，設(shè)備費較貴，但整體池型較小，節(jié)約土建費。與折板絮凝斜管沉淀池工藝相比，池體和凈水車間廠房土建費用有較大節(jié)省，總的工程投資低。

該工藝需投加PAM（常年投加）和微砂，投加化學(xué)藥劑費用高于折板絮凝斜管沉淀池方案，Actiflo沉淀池裝機(jī)容量和電耗也要高一些，常年運行費用高于折板絮凝斜管沉淀池方案。

相對折板絮凝斜管沉淀池，加砂高速沉淀池工藝對原水水質(zhì)變化適應(yīng)性強，具有處理效率高、占地面積少、建設(shè)成本低等優(yōu)勢，尤其是在應(yīng)對低溫低濁原水的能力上更強一些。兩種方案經(jīng)濟(jì)性比較見表3。

表3 加砂與折板絮凝沉淀方案經(jīng)濟(jì)比較

4 結(jié)論

為應(yīng)對日益嚴(yán)重的原水水質(zhì)惡化，確保城市供水安全，根據(jù)低溫低濁原水水質(zhì)特征，并結(jié)合一期工程運行情況，二期工程的混凝、沉淀處理工序，選用加砂高速沉淀工藝。建議調(diào)試及運行過程中，需針對藥劑對原水水質(zhì)的作用效果，選擇最優(yōu)投加量，優(yōu)化處理工藝，節(jié)省藥劑用量，降低運行成本。