農(nóng)村飲水工程的高濁度水應(yīng)急處理技術(shù)研究

王鋼

摘 要：暴雨洪水是形成水源地高濁度水的重要因素之一。沿海臺(tái)風(fēng)暴雨期所形成的原水濁度高達(dá)1 000 NTU，有時(shí)甚至能夠保持在5 000～10 000 NTU。農(nóng)村供水工程水處理能力較差，高濁度水對(duì)村鎮(zhèn)水廠的影響非常大。針對(duì)農(nóng)村高濁度水的處理，本文主要從預(yù)處理工藝、強(qiáng)化處理工藝和后續(xù)處理工藝三個(gè)環(huán)節(jié)開展研究，提出解決方案，以期為農(nóng)村飲水的設(shè)計(jì)、科研和生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：高濁度;應(yīng)急處理;水處理工藝;農(nóng)村飲水工程

Abstract： Rainstorm flood is one of the important factors to form high turbidity water in water source. The turbidity of the raw water formed during the typhoon during the coastal typhoon is as high as 1 000 NTU， and sometimes it can even be maintained at 5 000～10 000 NTU. Rural water supply projects have poor water treatment capacity， and high turbidity water has a great impact on village and town water plants. For the treatment of high turbidity water in rural areas， this paper mainly conducted research from three links， namely pretreatment process， enhanced treatment process and subsequent treatment process， and proposed solutions to provide technical support for the design， scientific research and production of rural drinking water.

Keywords： high turbidity;emergency treatment;water treatment process;rural drinking water project

臺(tái)風(fēng)是影響我國(guó)沿海地區(qū)河口近海水環(huán)境最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。由于臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)降雨會(huì)使得入海河流的徑流量快速增加，大量的陸源物質(zhì)被不斷地沖刷帶入河口近海地區(qū)，造成河流、湖泊、山澗溪流等地表水體濁度明顯上升，形成含有高濃度泥沙和細(xì)顆粒的高濁度水，嚴(yán)重威脅農(nóng)村居民的飲水安全[1]，臺(tái)風(fēng)暴雨對(duì)于農(nóng)村水質(zhì)處理造成的最大問題是使原水濁度顯著上升，高達(dá)1 000 NTU，有時(shí)甚至可以保持在5 000～10 000 NTU。地表水體濁度突增，同時(shí)含泥沙量大幅增加，對(duì)給水廠的原水處理帶來較大困難，尤其是農(nóng)村地區(qū)的水廠和其他處理設(shè)施。農(nóng)村飲水處理設(shè)施往往處理量小、工藝簡(jiǎn)陋，大多數(shù)的污水處理構(gòu)筑物適應(yīng)濁度變化的能力都比較弱，高濁度水處理難度較大，很難保證出廠水質(zhì)，甚至導(dǎo)致停廠。因此，加強(qiáng)對(duì)福建省農(nóng)村飲水工程高濁度水應(yīng)急處理的研究非常有必要。高濁度水的處理效果會(huì)受到水溫、原水濁度、含沙特性、處理工藝的規(guī)模和特點(diǎn)以及混凝劑的種類、用量、投加方式等一系列因素的共同影響[2]，僅采用一種工藝難以有效處理高濁度水。因此，本文根據(jù)農(nóng)村高濁水的不同原水特點(diǎn)，提出高濁水處理中預(yù)處理、強(qiáng)化處理和后續(xù)處理工藝，為農(nóng)村高濁水的處理提供借鑒與參考。

1 高濁度水應(yīng)急預(yù)處理方案

1.1 調(diào)蓄水池和調(diào)蓄水庫(kù)

1.1.1 調(diào)蓄水池。當(dāng)遭遇臺(tái)風(fēng)、特大暴雨或其他自然災(zāi)害使水源泥沙含量變大，形成高濁度原水時(shí)，設(shè)置調(diào)蓄水池，不僅能對(duì)水質(zhì)起到緩沖和調(diào)節(jié)的作用，還能減輕水廠后續(xù)工藝設(shè)備處理高濁度水的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，設(shè)置調(diào)蓄水池，可以提高原水的預(yù)沉淀處理效果，減少后續(xù)處理流程的加藥量，達(dá)到節(jié)約運(yùn)行成本的目的。設(shè)置與不設(shè)置調(diào)蓄水池的方案綜合分析結(jié)果如表1所示。

1.1.2 調(diào)蓄水庫(kù)。有的水廠利用自身獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)，將水池與水源間的水庫(kù)作為調(diào)蓄水池，對(duì)原水進(jìn)行預(yù)沉、均質(zhì)處理，這就是調(diào)蓄水庫(kù)。當(dāng)原水水質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，調(diào)蓄水庫(kù)可以利用自身巨大的調(diào)蓄容積對(duì)原水水質(zhì)進(jìn)行輕易調(diào)節(jié)，如圖1所示。

1.2 預(yù)沉池（沉砂池）

設(shè)置預(yù)沉池（沉砂池），不僅可以提高原水的沉淀處理效果，還能減少后續(xù)處理流程，的加藥量，達(dá)到節(jié)約運(yùn)行成本的目的[3]。在水廠總進(jìn)水端設(shè)置預(yù)沉池，這是應(yīng)對(duì)高濁度進(jìn)水的較好方案。預(yù)沉池主要有平流式預(yù)沉池、輻流式預(yù)沉池及異向流斜管沉淀池等種類，主要考慮新建或利用原水廠預(yù)沉池進(jìn)行改造。預(yù)沉池進(jìn)水濁度高于500 NTU，最高原水濁度按10 000 NTU設(shè)計(jì)，最大出水濁度為500 NTU。水廠要合理估算不同濁度進(jìn)水的含沙量，以確定排泥方式和排泥量。預(yù)沉池刮泥機(jī)采用變頻工作，水廠要根據(jù)原水濁度調(diào)節(jié)刮泥機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

2 強(qiáng)化處理方案

目前，生活用水處理主流工藝為混凝沉淀過濾消毒，常規(guī)處理方案能有效地去除水體中的懸浮物、膠體顆粒、細(xì)菌等，但難以去除水體中的溶解性有機(jī)物，運(yùn)行工藝較為復(fù)雜。強(qiáng)化處理工藝包括強(qiáng)化混凝、強(qiáng)化沉淀、強(qiáng)化過濾階段。

2.1 強(qiáng)化混凝

強(qiáng)化混凝是控制有機(jī)物污染最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝之一，其側(cè)重于對(duì)有機(jī)物的去除。強(qiáng)化混凝主要是從工藝研究的角度，改進(jìn)現(xiàn)有水處理工藝和設(shè)施。這種強(qiáng)化可以通過改善混凝和絮凝條件、合理篩選混凝劑、調(diào)節(jié)混凝劑投加量等來實(shí)現(xiàn)。強(qiáng)化混凝旨在加強(qiáng)高濁度水中顆粒物的凝聚與絮凝，以達(dá)到除濁目的。強(qiáng)化混凝過程主要是通過增加混凝劑投量、改善混凝劑效能、調(diào)節(jié)pH、投加助凝劑以及優(yōu)化水力條件等方式來增強(qiáng)混凝過程的污染處理效果，提升有機(jī)物去除率。強(qiáng)化混凝有多種方式，混凝劑包括聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、復(fù)配混凝劑等。由于原水水質(zhì)和工藝的不同，采取的強(qiáng)化混凝方式不同。

強(qiáng)化混凝是應(yīng)對(duì)高濁度水切實(shí)可行的方法。針對(duì)嘉陵江夏季水濁度高的問題，賴?yán)騕4]研究了聚合氯化鋁與聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）復(fù)配混凝劑的強(qiáng)化混凝技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)配混凝劑與單獨(dú)投加的PAC相比，不僅可以節(jié)約較多的投藥量，而且混凝效果較好。采用復(fù)配混凝劑處理后，出廠水剩余鋁的平均濃度為0.034 mg/L;CODMn平均濃度為1.37 mg/L，平均去除率為66.82%;沉淀池出水氨氮平均濃度為0.11 mg/L，平均去除率為34.81%。

針對(duì)突發(fā)的高濁度水，趙榮[5]使用PAC與PAM的聯(lián)合投加，采取單級(jí)絮凝，投加次序?yàn)橄萈AC后PAM，間隔時(shí)間為60～90 s，這種投加方式對(duì)高濁度原水的濁度變化具有良好的適應(yīng)性，如圖2所示。

陽旭[6]考察了混凝劑、助凝劑以及磁粉投加量對(duì)濁度去除效率的影響，進(jìn)行了常規(guī)混凝沉淀和磁加載混凝沉淀對(duì)比試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，磁加載混凝工藝對(duì)高濁度水的處理效果最好。

2.2 強(qiáng)化沉淀

強(qiáng)化沉淀可以采用新型輻流式沉淀池、渦旋低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)、高密度澄清池等方式。輻流式沉淀池是我國(guó)處理高濁度原水的傳統(tǒng)池型[7]。渦旋低脈動(dòng)沉淀給水處理技術(shù)是一種由微渦旋流混凝工藝、小間距斜板沉淀池和小孔眼網(wǎng)格絮凝池構(gòu)成的高濁度水處理技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用廣泛，適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)于低溫低濁水、汛期高濁水以及微污染原水均有較好的處理效果。高密度澄清池（DENSADEG）集平流沉淀池、斜管沉淀池、機(jī)械攪拌澄清池優(yōu)點(diǎn)于一身，由法國(guó)得利滿公司研制開發(fā)。它是應(yīng)用載體絮凝技術(shù)的池型之一[8]，表面水力負(fù)荷可達(dá)23 m3/（m2·h）。相比機(jī)械攪拌澄清池，DENSADEG可以減少占地面積，水質(zhì)適應(yīng)性和抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，效率高，出水水質(zhì)好。

2.3 強(qiáng)化過濾

強(qiáng)化過濾主要通過微絮凝強(qiáng)化過濾實(shí)現(xiàn)對(duì)濁度的去除。龔淑艷[9]等研究指出，天津塘沽中法供水有限公司所轄水廠采用二次微絮凝工藝（見圖3），在原有加藥方式的基礎(chǔ)上增加了沉淀后二次投藥點(diǎn)。結(jié)果表明，采用FeCl3作為二次微絮凝混凝劑，可以降低40%的濾后水濁度和18%左右的制水藥劑單耗。

當(dāng)前，人們可以使用改性濾料，應(yīng)對(duì)高濁度水處理的挑戰(zhàn)。雷國(guó)元[10]等的研究結(jié)果表明，涂氧化鈦的改性濾料去除濁度的能力比普通石英砂濾料強(qiáng)。除了使用改性濾料外，還可以針對(duì)高濁水設(shè)定特殊的濾料布置方案，例如，原石英砂作為單層濾料，其上部可以增加密度較小的輕質(zhì)濾料，底層可以增設(shè)密度大、粒徑小的重質(zhì)濾料。

3 后續(xù)處理工藝

近年來，各種新型膜材料不斷涌現(xiàn)。作為一種綠色物理分離技術(shù)，超濾技術(shù)不僅能夠有效去除水體中的濁度、致病微生物等污染物，還能降低后續(xù)消毒加氯量，減少消毒副產(chǎn)物的生成，近幾年來，被廣泛應(yīng)用于污水處理中。在高濁度水后續(xù)處理過程中，改進(jìn)的超濾技術(shù)能夠有效降低預(yù)處理后的水濁度，極大地提升濁度去除率，使其達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。超濾可單獨(dú)使用，也可組合使用，如超濾-反滲透雙膜一體化工藝，內(nèi)、外壓超濾膜工藝，混凝-沉淀-超濾一體化工藝等。

4 組合工藝應(yīng)用

4.1 預(yù)處理+常規(guī)凈水工藝

進(jìn)廠原水濁度超過預(yù)沉池最高進(jìn)水濁度，而且出水濁度要求低（應(yīng)急供水），進(jìn)水由預(yù)沉池直接處理，處理構(gòu)筑物設(shè)置超濾處理單元。設(shè)置調(diào)蓄水庫(kù)的常規(guī)處理工藝流程如圖4所示。

進(jìn)廠原水濁度不超過預(yù)沉池最高進(jìn)水濁度，而且出水濁度要求低（應(yīng)急供水），進(jìn)水由預(yù)沉池直接處理，處理構(gòu)筑物不包括超濾處理單元。設(shè)置調(diào)蓄水庫(kù)的常規(guī)處理工藝流程如圖5所示。

4.2 預(yù)處理+常規(guī)凈水工藝+深度處理工藝

進(jìn)廠原水濁度超過預(yù)沉池最高進(jìn)水濁度，而且出水濁度要求高，原水引自調(diào)蓄水庫(kù)且需要設(shè)超濾處理單元，如圖6所示。

進(jìn)廠原水濁度不超過預(yù)沉池最高進(jìn)水濁度，而且出水濁度要求高，由預(yù)沉池直接處理，需要設(shè)超濾處理單元，如圖7所示。

5 結(jié)論

當(dāng)前，我國(guó)東部沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)、暴雨和山洪多發(fā)，部分山區(qū)原水濁度高，農(nóng)村生活飲用水安全無法有效保障。人們要加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村飲用水的預(yù)處理、深化處理及后續(xù)深度處理，有效治理農(nóng)村高濁度水，為保障臺(tái)風(fēng)暴雨過后的農(nóng)村飲水安全提供技術(shù)支撐。

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