自來水廠中混合池?cái)嚢铏C(jī)改造實(shí)例

摘" 要：深圳市某水廠設(shè)計(jì)規(guī)模23 萬t/d，采用常規(guī)處理工藝，為提高反應(yīng)沉淀效果，該水廠2022年底對二期南混合池加裝攪拌機(jī)，實(shí)現(xiàn)混合池機(jī)械混合。改造后，運(yùn)行效果改善，南池沉后水濁度平均值由改造前的0.70 NTU降低至0.31 NTU，平均濁度降低56%；堿鋁投加量降低0.22 mg/L，根據(jù)2023年該水廠供水量計(jì)算，全年可節(jié)約堿鋁費(fèi)用22 201元。以上結(jié)果表明，自來水廠中采用機(jī)械混合效果優(yōu)于水力混合，有利于提高反應(yīng)沉淀效果，進(jìn)一步改善水質(zhì)，是自來水廠混合池改造中具備可行性和經(jīng)濟(jì)性的改造方案，為自來水廠節(jié)能降耗提供新思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)械混合；水力混合；渾濁度；藥劑單耗；節(jié)能降耗

中圖分類號：TU991.62" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）32-0154-04

Abstract： A water plant in Shenzhen has a design scale of 23 tons/day and adopts conventional treatment processes. In order to improve the reaction and precipitation effect， the water plant installed a mixer in the second phase south mixing pool at the end of 2022 to achieve mechanical mixing in the mixing pool. After the renovation， the operating effect has been improved. The average turbidity of the settled water in Nanchi has been reduced from 0.70 NTU before the renovation to 0.31 NTU， and the average turbidity has been reduced by 56%. The alkali and aluminum dosage has been reduced by 0.22 mg/L. Based on the water supply of the water plant in 2023， the annual alkali and aluminum costs can be saved by 22，201 yuan. The above results show that the effect of mechanical mixing in waterworks is better than that of hydraulic mixing， which is conducive to improving the reaction and precipitation effect and further improving water quality. It is a feasible and economical transformation plan in the renovation of the mixing pool of the waterworks， which is helpful to the waterworks， thus providing new ideas for saving energy and reducing consumption.

Keywords： mechanical mixing; hydraulic mixing; turbidity; drug unit consumption; energy saving and consumption reduction

深圳市某水廠設(shè)計(jì)規(guī)模23萬t/d，分二期建成，其中一期設(shè)計(jì)規(guī)模3萬m3/d，一期工藝流程為“原水次氯酸鈉預(yù)氧化→水力混合→網(wǎng)格絮凝→平流沉淀→虹吸濾池過濾→次氯酸鈉消毒”，于1995年建成投產(chǎn)；二期設(shè)計(jì)規(guī)模20萬m3/d，二期工藝流程為“原水次氯酸鈉預(yù)氧化→機(jī)械混合→折板絮凝→平流沉淀→V型濾池過濾→次氯酸鈉消毒”，于2004年建成投產(chǎn)。

該水廠為東深引水工程北線二期原水，全年水質(zhì)總體穩(wěn)定，由于未經(jīng)水庫調(diào)蓄，偶有原水水質(zhì)突變（濁度、pH、氨氮及臭味），但持續(xù)時(shí)間不長；在雨洪季節(jié)，原水濁度會有大幅突增且能長時(shí)間維持，并由此帶來總鐵、總錳的升高（以不溶性鐵錳為主），為水質(zhì)處理帶來較大困難。

深圳市市場監(jiān)督管理局、國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會先后于2020年、2022年頒布了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求更為嚴(yán)苛的DB4403/T 60—2020《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》及GB 5749—2022《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，對照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，該水廠需加強(qiáng)常規(guī)工藝管理。

混合絮凝是將藥劑充分、均勻地?cái)U(kuò)散于水體的工藝過程，主要是將水體中的病原微生物、懸浮物及膠體去除，對于取得良好的混凝效果具有重要作用，直接關(guān)系出水水質(zhì)[1]。混合絮凝方式有很多種，主要有機(jī)械混合和水力混合，現(xiàn)有水廠設(shè)計(jì)中，多采用機(jī)械混合。同時(shí)，影響混合效果的因素很多，如采用的藥劑品種、投加量、水溫及水中顆粒性質(zhì)等，而采用的混合方式是最主要的影響因素之一[2]。

1" 工藝現(xiàn)狀

深圳市某水廠二期20萬m3/d為常規(guī)處理工藝，分為2條生產(chǎn)線。主要流程為混凝→沉淀→過濾→消毒，原水取用北線管道水，經(jīng)由茜坑泵站輸送至水廠處理，茜坑泵站配備有粉末活性炭及高錳酸鉀投加系統(tǒng)，原水水質(zhì)異常時(shí)可應(yīng)急投加處理。原水由泵站輸送至穩(wěn)壓配水井，此處進(jìn)行預(yù)氧化劑（次氯酸鈉、高錳酸鉀，用于去除有機(jī)物）及pH調(diào)節(jié)劑（石灰、硫酸，用于調(diào)節(jié)pH至混凝反應(yīng)最佳pH）的投加，之后通過管道分別分配至一期反應(yīng)沉淀池和二期反應(yīng)沉淀池南、北池，反應(yīng)沉淀池進(jìn)水管道上投加堿鋁（絮凝劑），通過水力混合及折板反應(yīng)池后形成礬花（絮體）后，進(jìn)入平流沉淀池進(jìn)行沉淀。經(jīng)過沉淀后的出水，直接進(jìn)入一期虹吸濾池、二期V型濾池進(jìn)行過濾，過濾后進(jìn)入清水池，并進(jìn)行次氯酸鈉投加，以提供余氯進(jìn)行消毒，最后通過送水泵房分為高低區(qū)進(jìn)行供水（圖1）。

具體的混合絮凝參數(shù)如下：每個(gè)系統(tǒng)設(shè)2組混合池，每組2格，混合時(shí)間48 s?；旌虾笾琳郯宸磻?yīng)池，折板反應(yīng)池共分3段，第一段采用相對折板，共20個(gè)反應(yīng)室，折板峰速0.35 m/s，谷速0.20 m/s，豎速流速0.25 m/s；第二段采用平行折板，共15個(gè)反應(yīng)室，豎向流速0.1 m/s；第三段不設(shè)折板，共15個(gè)反應(yīng)室，豎向流速0.1 m/s，總絮凝時(shí)間22 min，平均有效水深4.5 m。

1.1" 水廠超負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)械混合效果不明顯

為保障供水片區(qū)用水需求，該水廠長年超負(fù)荷運(yùn)行，最高日供水量達(dá)30.5萬m3/d，超負(fù)荷率達(dá)132%，故其混合池經(jīng)常為滿池運(yùn)行狀態(tài)，夏季高峰時(shí)段取水較大時(shí)，混合池甚至出現(xiàn)溢流，機(jī)械混合作用不明顯，且當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷升高時(shí)，水力混合難以達(dá)到理想的絮凝效果[3]。

1.2" 攪拌機(jī)運(yùn)行年限久，故障頻發(fā)，予以拆除

該水廠二期攪拌機(jī)于建廠時(shí)安裝，攪拌機(jī)電機(jī)功率為5.5 kW，輸出軸轉(zhuǎn)速48～98 r/min，三葉槳式，材質(zhì)為不銹鋼，最大回轉(zhuǎn)直徑1 000 mm，攪拌槳外緣線速度2.62～5.24 m/s，0～50 r/min無極調(diào)速。隨著該攪拌機(jī)運(yùn)行年限延長，故障頻發(fā)，在后期維修量過大，且水廠超負(fù)荷生產(chǎn)情況下，攪拌作用無法充分發(fā)揮，便拆除建廠時(shí)安裝的4臺攪拌機(jī)。故近年來，水廠常規(guī)工藝一直采用水力混合。

隨著周邊區(qū)域加壓泵站的建成投產(chǎn)，該水廠水量供水壓力逐漸緩解，為進(jìn)一步保障水質(zhì)安全，降低沉淀池出水濁度，水廠決定對南池混合池?cái)嚢铏C(jī)進(jìn)行改造，北池暫時(shí)不安裝攪拌機(jī)。研究表明，2個(gè)因素基本決定反應(yīng)絮凝的好壞：一是絮凝劑的種類與投加單耗，絮凝劑投加后在水體中水解，并與水體顆粒物作用使其失穩(wěn)；二是構(gòu)筑物的水力條件，其決定著顆粒物之間發(fā)生碰撞的有效機(jī)率與次數(shù)[4]。本改造中，絮凝劑的種類已定，為水廠常規(guī)使用的藥劑液體聚合氯化鋁（有效含量為10%），聚合氯化鋁易溶于水，可在水體中快速擴(kuò)散，為此，安裝攪拌機(jī)可改變第二個(gè)決定因素，即水力條件，使水中顆粒物在攪拌機(jī)的作用下增加碰撞次數(shù)。

對南北池沉后水濁度進(jìn)行比較，并優(yōu)化堿鋁藥劑投加量，進(jìn)一步研究探討自來水廠機(jī)械混合和水力混合對沉后水濁度的影響，供同類水廠工藝改造及節(jié)能降耗參考。

2" 改造方案及工藝參數(shù)調(diào)整

2.1" 安裝攪拌機(jī)

混合是原水與混凝劑充分均勻混合的工藝過程，是影響后續(xù)絮凝的關(guān)鍵[5]。

該水廠混合池尺寸長×寬×深為2 200 mm×2 200 mm×3 000 mm，有效容積為14.52 m3，本次改造采購2臺攪拌機(jī)，型號為14MRD-7.5，功率5.5 kW，變頻電機(jī)，具體銘牌及規(guī)格詳見表1，現(xiàn)場安裝圖如圖2所示。

2.2" 合理調(diào)整堿鋁投加量

南池2臺攪拌機(jī)安裝調(diào)試運(yùn)行后，正式投入生產(chǎn)。根據(jù)公司精細(xì)化管理及節(jié)能降耗要求，該水廠細(xì)化南北池堿鋁投加量管理，在保證沉后水質(zhì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)燒杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果及以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在加藥系統(tǒng)中設(shè)定南池堿鋁投加量低于北池約0.2 mg/L（表2），并分析沉后水濁度，節(jié)約藥劑成本。

3" 改造后運(yùn)行效果分析

3.1" 安裝攪拌機(jī)前后南池沉后濁度對比分析

安裝攪拌機(jī)后，南池混合池采用機(jī)械混合，在槳板槳葉片的作用下，原水中顆粒物與絮凝藥劑充分碰撞，大大增加了顆粒物的碰撞機(jī)率，得到了更好的絮凝反應(yīng)效果，在同樣的沉淀池流速、參數(shù)情況下，其沉后水水質(zhì)明顯低于改造前，如圖3所示。改造前，南池沉后濁度平均值為0.70 NTU，最大值為2.76 NTU；改造后，南池沉后濁度平均值為0.31 NTU，下降56%，最大值為0.74 NTU，下降73%。

雖然沉后水濁度受原水濁度影響，但該水廠原水整體較為平穩(wěn)，并且在高濁度時(shí)會采用強(qiáng)化混凝或者降低水量的方式保障水質(zhì)安全。由此可知，加裝攪拌機(jī)后，混合池采用機(jī)械混合，有利于去除原水中雜質(zhì)。

3.2" 機(jī)械混合與水力混合沉后濁度對比分析

現(xiàn)將該水廠二期南、北池作為研究對象，對比研究機(jī)械混合與水力混合的效果。由圖4可知，北池沉后濁度整體高于南池，數(shù)據(jù)分析顯示，北池沉后水濁度平均值為0.43 NTU，南池沉后水濁度平均值為0.31 NTU，均值低于北池28%。

3.3" 堿鋁投加量優(yōu)化分析

該水廠堿鋁采用比例投加，南池?cái)嚢铏C(jī)安裝調(diào)試運(yùn)行平穩(wěn)后，根據(jù)公司精細(xì)化管理及節(jié)能降耗要求，該水廠降低南池堿鋁投加量，比北池投加量少約0.2 mg/L，即原水濁度正常情況下（10～25 NTU），南池投加量為1.8～2.0 mg/L，北池投加量約2.0～2.2 mg/L，如圖5所示。數(shù)據(jù)分析顯示，南池堿鋁投加平均值為2.00 mg/L，北池堿鋁投加量平均值為2.22 mg/L，整體節(jié)約藥耗0.22 mg/L。

該水廠堿鋁采購單價(jià)為1 134元/噸，該水廠2023年供水量為8 899萬m3，按堿鋁藥耗降低0.22 mg/L計(jì)算，該年度堿鋁成本降低22 201元。

4" 結(jié)論

該水廠南混合池進(jìn)行了機(jī)械攪拌改造，通過合理調(diào)整堿鋁加藥量，不僅降低了沉后水濁度，還降低了堿鋁藥劑成本，得出以下結(jié)論。

1）機(jī)械混合可以提高原水雜質(zhì)碰撞機(jī)率，使得絮凝劑與水中雜質(zhì)充分接觸，有利于提高礬花的沉降性能。在攪拌機(jī)的作用下，提高了混合池水流的G值，G值越大，水體中顆粒之間碰撞的可能性就越大，進(jìn)而反應(yīng)絮凝的效果更好。

2）改造后的南沉淀池出水濁度為平均值為0.31 NTU，較改造前南沉淀池出水濁度0.70 NTU，下降56%。

3）改造后的南沉淀池堿鋁投加量相較于未改造的北池下降0.22 mg/L，可節(jié)約堿鋁費(fèi)用22 201元/年。

混合效果受很多因素的影響，原水濁度、溫度、處理水量及水體污染物等指標(biāo)的變化都會對堿鋁投加量產(chǎn)生影響，進(jìn)一步影響混合反應(yīng)效果。本文的研究，主要探討了混合池機(jī)械攪拌與水力混合對堿鋁投加量的影響，弱化了其他因素的研究。在后期研究中，將繼續(xù)開展攪拌機(jī)頻率、原水水質(zhì)等對沉后水濁度、堿鋁投加量的影響，以期更全面地了解給水處理中混合方式對水質(zhì)的作用。

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