微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過濾/氣水反洗過濾技術(shù)應(yīng)用于水廠建設(shè)

劉華

（華容縣水利局 岳陽市 414200）

1 工程背景

華容縣自來水公司自1968年成立，從無到有，從小到大，不斷發(fā)展，目前一、二水廠實際總供水能力為（2.6～2.8）萬m3/d，近年來由于城區(qū)人口和工業(yè)不斷增長，而縣城現(xiàn)在高峰期實際需水量為（4.2～4.5）萬m3/d，供需水量差額較大，自來水公司只能采用早、中、晚定時供水的方式供應(yīng)居民生活用水，面對如此緊迫、嚴峻的供水形勢，2009年3月決定建一座3.0萬m3/d的水處理廠，解決供水的被動局面。該水廠由中機國際設(shè)計研究院設(shè)計，于2010年8月建成投產(chǎn)，主要為華容縣城區(qū)供水，設(shè)計處理能力3萬m3/d。水廠采用微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過濾/氣水反洗過濾工藝，工藝流程見附圖。

2 工藝思路

絮凝、沉淀與過濾是目前主流的供水凈化工藝，可以可靠地運行，去除水中的懸浮與膠體雜質(zhì)，使出水濁度符合國家標準。微渦流絮凝與立式斜板（管）沉淀工藝，目前是世界上最先進的絮凝沉淀工藝，可以適應(yīng)高、中、低各種濁度變化，保證處理效果。微渦流絮凝的效率是傳統(tǒng)工藝的兩倍以上，立式斜板（管）沉淀工藝也是目前世界上平面效率最高的沉淀工藝，在所有沉淀工藝中占地面積最小，且克服了普通斜板（管）沉淀池積泥、易堵塞和易滋生藻類等缺點。

曝氣生物濾池是目前公認處理微污染原水的最佳工藝，其采用具有巨大表面積的生物陶粒濾料，在氧氣作用下可以生長大量生物膜，生態(tài)系豐富，可以高效率地去除各種有機污染物。將曝氣生物濾池放在絮凝沉淀工藝之后，可以保證其不會因濁度高而堵塞，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。在高濁度季節(jié)，除濁度是重點，如果原水有機物含量較低，曝氣生物濾池可以不曝氣運行，相當于濾池的作用，既節(jié)約風(fēng)機運行電費，又實現(xiàn)兩級過濾，確保除濁效果；在低濁度季節(jié)，除有機物是重點，曝氣生物濾池則正常曝氣運行，可以去除水中的有機物。

氣水反洗快濾池是源自法國的V型濾池專利技術(shù)的改進工藝，通過均質(zhì)濾料與氣水聯(lián)合反洗技術(shù)，實現(xiàn)較大防污能力和較好的出水質(zhì)量，且采用全自動控制，保證運行效果。

該工藝中絮凝劑采用PAC（聚合氯化鋁）。消毒劑則采用液氯，這是目前國家規(guī)定允許的最經(jīng)濟和安全的消毒方式。

3 工藝選擇

華容河的水質(zhì)特點是枯水季節(jié)濁度較低，由于源頭污染物的流入，河水受到一定程度的污染，主要污染物為有機物。洪水季節(jié)污染相對較輕，枯水季節(jié)污染相對較重，另外，由于河水流量小，耐受沖擊污染負荷的能力較差，有可能在短時間受到嚴重污染沖擊。長江的水質(zhì)特點是洪水季節(jié)濁度較高，但由于其流量大，容污能力強，水質(zhì)相對較好，也較穩(wěn)定。由于三峽水庫建設(shè)后控制了流量，平時長江流量較均勻，洪峰流量較低，大部分時間水質(zhì)濁度較低。考慮兩個水源具有各自的水質(zhì)特點，選擇適當工藝，使源水通過水處理工藝后，出水水質(zhì)滿足新的規(guī)范（GB5749-2006）要求；因此水處理工藝流程必須同時適合處理兩種特點的源水，經(jīng)過現(xiàn)場實地考察及多次技術(shù)認證，綜合考慮采取以下適應(yīng)高、中、低各種濁度變化及微污染源水處理的工藝流程。即采用微渦流絮凝、立式斜管沉淀、曝氣生物過濾、氣水反洗過濾技術(shù)進行建設(shè)。

4 工藝說明

4.1 工藝選擇原則

（1）遵照國家、省市環(huán)保部門有關(guān)法規(guī)要求。

（2）總結(jié)國內(nèi)外同類供水工程的成功經(jīng)驗，保證處理工藝先進、合理、經(jīng)濟、可靠。

（3）為適應(yīng)水量和水質(zhì)的變化，處理構(gòu)筑物將適當留有余地，以便在高沖擊負荷下，處理效果也將保持穩(wěn)定。

（4）采用適宜的自動化控制，簡化操作程序，減輕工人勞動強度，保證效果穩(wěn)定。

（5）結(jié)合實際情況，提出工程造價和運行費用最低的方案。

（6）保證合理利用土地資源，盡量節(jié)省占地面積。

4.2 工藝流程介紹

（1）混合。混合是原水與混凝劑或助凝劑進行充分混合的工藝過程，是進行絮凝反應(yīng)和沉淀的重要前提。混合過程要求在加藥后迅速完成，混凝的速度要快，藥劑在水流造成劇烈紊動的條件下投入，一般混合時間（10～30）s。根據(jù)凈水工藝布置、水質(zhì)、水量、投加藥劑品種及數(shù)量以及維修條件等因素確定，采用管式靜態(tài)混合器混合；管式混合器具有設(shè)備簡單、不占地和混合效果好等優(yōu)點。

（2）絮凝。絮凝過程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接觸碰撞，從而形成更大的絮粒，以適應(yīng)沉降分離的要求。在凈水構(gòu)筑物中，完成絮凝過程的設(shè)備稱為絮凝池。絮凝過程在整個凈水工藝中是一個十分重要的環(huán)節(jié)。原水與藥劑經(jīng)混合后，通過絮凝設(shè)備應(yīng)形成肉眼可見的大的密實絮凝體。

微渦流技術(shù)原理如下：

當水流穿過微渦流絮凝器壁面的大量孔洞時，形成無數(shù)微水旋渦，根據(jù)現(xiàn)代混凝理論，微渦旋有利于水中細小顆粒的遷移和碰撞凝聚，提高反應(yīng)效率。又由于微旋渦絮凝器為空心殼體，內(nèi)部流速小，大量較大粒徑的絮體（礬花）在微渦流絮凝器內(nèi)積累懸浮于水中，懸浮的絮體稱為泥渣，泥渣對細小絮凝體產(chǎn)生吸附作用——即接觸絮凝。此外，微渦流絮凝器還具有防止水流短路，使水流均勻分布以及提高流速梯度等作用。

由于較傳統(tǒng)工藝增加了接觸絮凝作用，使得絮凝系統(tǒng)有了較高的效率和出水水質(zhì)。同時由于絮凝器內(nèi)部積累的大量活性絮體的緩沖作用，使得凈水系統(tǒng)抗沖擊負荷能力大大增強，克服了折板反應(yīng)器不能適應(yīng)水量變化大的缺點，同時對類似水庫的低溫低濁水的處理能力也得到了一定程度的提高。

微渦流絮凝工藝的核心是微渦流絮凝器，利用微渦流絮凝器促進微渦流凝聚、立體接觸絮凝，生成高密實度的礬花，總反應(yīng)時間（5～8）min。應(yīng)用該技術(shù)可以顯著改善出水水質(zhì)、提高產(chǎn)水量50%～100%，可以節(jié)約反洗水量50%以上、藥劑5%～10%，對于擴能改善更能節(jié)約大量投資。

（3）沉淀。給水處理中的沉淀工藝是指在重力作用下懸浮固體從水中分離的過程。在凈水處理中沉淀擔負著去除90%以上懸浮固體的作用，是主要凈水構(gòu)筑物之一。沉淀池的形式，應(yīng)根據(jù)水源水質(zhì)、水廠規(guī)模、建設(shè)用地情況選擇，并結(jié)合絮凝池結(jié)構(gòu)形式等因素確定。沉淀池一般有平流式沉淀池、輻流式沉淀池、豎流式沉淀池及普通斜板（管）沉淀池等形式。

由于本擴建工程場地面積較小，拆遷困難，用地受到限制，故斜（板）管式沉淀池成為了本次工程設(shè)計的理想選擇。

斜板（管）沉淀是目前最高效率沉淀工藝之一，其沉淀效果好，占地少。斜（板）管式沉淀池的關(guān)鍵設(shè)備為立式斜板（管）沉淀裝置。立式斜板（管）工藝的采用，其不但保持甚至提高了斜板（管）沉淀的高效率，且徹底解決了上述水平斜板（管）沉淀工藝的三大問題。

（4）生物過濾。曝氣生物濾池簡稱BAF，是20世紀80年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（有害物質(zhì)）的作用。

曝氣生物濾池的處理過程包含了物理化學(xué)、生物化學(xué)和水力學(xué)等諸多過程。這種處理技術(shù)是利用生物濾料巨大的比表面積和大量微孔的吸附截污的功能，以及濾料表面形成的一層生物膜的生物降解作用來完成去除污染物的功能。生物膜上的微生物主要是一些好氧貧營養(yǎng)性微生物，這些微生物的重點是能利用各種化合物，產(chǎn)生對代謝產(chǎn)物具有高親和力的轉(zhuǎn)移酶，呼吸速率低，能在有機物濃度極低的環(huán)境下快速生長繁殖。源水在與生物膜接觸時，通過微生物的新陳代謝活動和生物絮凝、吸附等綜合作用，使源水中的氨氮、有機物、鐵和錳等逐漸被氧化和轉(zhuǎn)化，達到凈化水質(zhì)的目的。

該工藝集生物氧化和截留懸浮固體于一體，其容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好；運行能耗低，運行費用省，減輕了后續(xù)濾池的負荷，是目前微污染有機物水源進水廠應(yīng)用較多的技術(shù)。采用國內(nèi)高品質(zhì)生物濾料，因其具有原材料來源豐富，比表面積大（逾100萬m2/m3），對色、嗅、味、農(nóng)藥、氯化物等有著較好的去除率。

（5）過濾。本工程采用均質(zhì)濾料，小阻力配水系統(tǒng)及增加空氣反沖洗系統(tǒng)的改良型快濾池。這樣就克服了V型濾池土建施工較復(fù)雜、池深比普通快濾池深的缺點，同時強化了普通快濾池的優(yōu)點，增加了氣水反沖洗系統(tǒng)，沖洗效果比一般快濾池好。該濾池的特點是：

●氣水反洗快濾池采用均粒濾料，深層截污、容污能力大、工作周期長，可以去除水中的固體雜質(zhì)，進一步提高水質(zhì)，使出水濁度降低到（0.1～0.5）NTU。

●氣水反洗快濾池反洗采用氣水聯(lián)合反沖的方式，不僅能去除濾料層截留的雜質(zhì)，而且節(jié)省反沖洗水量。

●反洗配水采用長柄濾頭，保證布水、布氣均勻。

●各濾池內(nèi)均設(shè)置液位變送器、出水自動控制閥等先進設(shè)備，過濾和反沖洗運行全過程均由計算機自動操作。

5 運行效果

整個建設(shè)工程簡單，施工方便、工期短、建設(shè)費用低。從自來水公司的運行數(shù)據(jù)看，建設(shè)竣工后水廠運行效果比較理想。夏季高濁度原水 （＞250NTU）時濾后水濁度（0.2～0.3）NTU，冬季原水微污染時，污染物指標全部達標，處理水量超過30000m3/d。

6 結(jié)論

微渦流絮凝/立式斜管沉淀/曝氣生物過濾/氣水反洗濾池技術(shù)應(yīng)用于水廠建設(shè)中，可以少占耕地（50%）、節(jié)省投資（35%），增加水量（30%），降低出水濁度；且建設(shè)的周期短，可以短時間內(nèi)滿足缺水地區(qū)對供水的需求，降低了建設(shè)成本；可以適應(yīng)原水的季節(jié)性變化。因此該項技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 王白楊，熊樹林，胡兆吉，等.斜管沉淀技術(shù)用于澄清池的改造[J].中國給水排水，2006，22（14）：19-21.