針對古城水廠原水低溫低濁特點的凈水工藝設(shè)計探討

李文職

合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司 安徽 合肥 230000

引言

低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、黏度大等特點是比較難處理的水質(zhì)之一，本文通過水平管沉淀實際運行效果的分析，為解決低溫低濁水絮凝沉淀問題提供了一種新的方法。

1 工程概況

古城水廠為滿足古城鎮(zhèn)、陳集鎮(zhèn)等城鎮(zhèn)用水，設(shè)計總規(guī)模2萬m3/d，一期新建規(guī)模1萬m3/d。水源取自岱山湖水庫，水源水質(zhì)較好。該水源從每年11月下旬到次年4月上旬水溫低于10℃，長年濁度低于1ONTU。低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、黏度大等特點，對混凝的影響主要有以下幾點：

①低溫水中，分子熱運動減慢，介質(zhì)的黏度提高，不利于被處理水體中初始膠體在熱運動影響下的顆粒濃度自動均布，介質(zhì)黏稠度高，顆粒碰撞機會減少，導致混凝遲緩；②混凝劑水解速度降低，水解不完全，藥劑利用不充分；③水溫低時形成的絮狀物，在沉淀池中的沉降速度減慢；④低濁水由于固相濃度很小，其空間網(wǎng)絡(luò)沒有交聯(lián)的鍵，因而容易破壞；⑤低濁度水造成混凝劑需要量的增加。

2 設(shè)計原則

（1）在保證出水達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》106項要求前提下，確保水廠正常、穩(wěn)定、連續(xù)運行；

（2）水廠能適應(yīng)岱山湖水庫不同時期的不同水質(zhì)變化；

（3）采用技術(shù)先進且有成功案例的工藝、設(shè)備、材料，達到節(jié)能降耗減排、節(jié)約建設(shè)投資的原則。

3 技術(shù)方案設(shè)計

3.1 技術(shù)工藝流程

本工程方案設(shè)計時主要面臨兩個問題：

（1）廠址面積有限，由于位于景區(qū)，廠址總面積僅有20畝。

（2）低溫低濁水庫水的處理工藝的選擇。

方案設(shè)計時結(jié)合岱山湖水庫低溫低濁水的一些特點，沉淀工藝在異向流斜管浮沉池與水平管沉淀池之間做了比選 。

本工程遠期規(guī)模2×104m3/d，采用異向流斜管浮沉池，單座尺寸為L8.5×W8.5×H4.7m，考慮構(gòu)筑物壁厚，單體面積約83m2，本工程廠址面積有限，由于位于景區(qū)，廠址總面積僅有20畝，無法滿足要求，需尋求更高效的處理工藝。

由于異向流斜管流速受到絮體下滑速度的限制，液面負荷一般在7～9m3/(m2·h)，而水平管沉淀技術(shù)由于管道水平放置的，懸浮物沉淀方向與水流方向呈垂直狀態(tài)，流速不受絮體下滑速度的限制，參照設(shè)計手冊液面負荷宜為25～40m3/(m2·h)，本工程考慮水庫低溫低濁水的特征，負荷取低值25m3/(m2·h)。經(jīng)計算，其占地面積約為異向流斜管浮沉池的1/2。

如何解決水溫低時形成的細、小絮體在低速下沉淀是處理水庫低溫低濁水的難點，根據(jù)室外給水設(shè)計規(guī)范中規(guī)定顆粒沉降速度一般0.16～3mm/s，北方寒冷地區(qū)取低值0.16mm/s。

水平管最接近淺池理論，本次設(shè)計L=7000mm，V=7.28mm/s，H=35mm，根據(jù)公式LV=HU0，可求得U0=0.0364mm/s，其理論數(shù)值遠遠小于一般絮凝體的沉降速度。

同時為進一步提高絮凝物的形成，在絮凝前增加高效絮核塔，原水進入內(nèi)層絮核裝置，絮核裝置的反應(yīng)區(qū)內(nèi)部填充填料，將水流分割成無數(shù)股細小的水流，增大了水與藥劑接觸反應(yīng)的面積，提供更大的水力紊動，提高顆粒碰撞概率[1]。

本工程最終采用的工藝為：高效絮核塔+網(wǎng)格絮凝池+水平管沉淀池+普快濾池+消毒。

3.2 主要工藝設(shè)計說明及參數(shù)：

（1）網(wǎng)格絮凝池

設(shè)計流量 Q=0.127m3/s。

設(shè)計參數(shù)選?。?/p>

絮凝時間：T=15min=900s，有效水深3.9m（與后續(xù)沉淀池水深相配合）， 超高0.5m，池底設(shè)泥斗及快開排泥閥排泥，泥斗高0.6m，考慮水庫水低溫低濁情況，在絮凝池第一格豎井增設(shè)高效絮核裝置，在其他豎井中增設(shè)篩板裝置。

（2）水平管沉淀池

水平管沉淀池的設(shè)計分為三個部分：布水區(qū)、水平管沉淀區(qū)和集水區(qū)。

布水區(qū)

原水經(jīng)絮凝池絮凝后流入沉淀池，首先需要布水，使整個沉淀斷面的水流速度一致，更好地進行下一步水平管沉淀。

水平管沉淀區(qū)

水平管沉淀裝置置于水平管沉淀區(qū)，憑借盡可能短的沉淀距離和不堵塞的排泥流道，使得水平管沉淀技術(shù)具有理想的沉淀效果[2]。

沉淀池中央為水平管沉淀分離裝置的安裝區(qū)域。水平管裝置由兩塊混凝土墻支撐（也可采用槽鋼固定），水平管邊緣用角鋼固定，保證水平管的安全穩(wěn)定。

圖1

設(shè)計參數(shù)：水平流速：7～14 mm/s；

每套水平管尺寸：7.0×2.5×2.0m；

數(shù)量：1套；

材質(zhì)：不銹鋼

配套設(shè)備：沉淀池內(nèi)部配套設(shè)置布水裝置、集水裝置及自動沖洗裝置。

（3）濾池

普通快濾池設(shè)計濾速采用6.5m/h，總過濾面積72m2，分為3格，每格24m2，一格沖洗時其他2格強制濾速為9.55m/h。

4 實際運行效果

古城水廠自2016年10月建成通水運行，將近1年多的時間，水廠對原水及出水水質(zhì)進行了在線監(jiān)測：

圖2 水廠原水及濾前、濾后出水濁度曲線圖

根據(jù)2018年1月份的水體濁度監(jiān)測，古城水廠的濾前濁度穩(wěn)定在0.5～1.5NTU，出廠水濁度穩(wěn)定在0.03～0.2NTU，水體濁度保持長期穩(wěn)定達標。

5 結(jié)束語

通過古城水廠的實例分析表明：

（1）水平管沉淀池通過降低沉降距離，增大沉淀面積，使沉淀過程更符合“淺池理論”，沉淀效率更高，并減少了占地面積，減輕濾池負荷，確保出水達到國家標準。

（2）低溫低濁水是比較難處理的水質(zhì)之一，通過水平管沉淀很好地解決了低溫低濁水絮凝沉淀問題，為水廠新建提供了可鑒之處。