寧河縣除氟給水廠的設計

趙 洋 王舜和*

(天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

天津市寧河縣地下水水質分析主要為氟化物超標，約為3.0 mg/L(標準為1 mg/L以下)，若長期飲用，會造成骨質結構的改變，引起氟骨病等癥狀;此外pH值偏堿性，約為8.5。為此，該縣新建除氟給水廠1座，一期工程水源為地下水，規模2萬m3/d，二期計劃改造為地表水廠，設計總規模為6萬m3/d。

1 總平面布置及工藝流程

本工程規劃廠區總面積為5 ha，一期工程占地約1.8 ha，場地較平整。根據取水點和送水方向，水處理流程為自西向東布置，辦公區位于廠區東部，主要構(建)筑物包括:綜合辦公樓、傳達室、酸調池、酸堿車間、V型濾池、加氯間/過濾操作間、清水池、送水泵房/變配電室。總體布局見圖1，工藝流程見圖2。

圖1 水廠平面布置圖

2 設計方案

根據進水水質情況，工藝主要處理目標為氟化合物，通常采用的方法有:吸附過濾法、反滲透法、混凝沉淀法和電滲析法等。根據投資和運行費用分析，工程最終采用活性氧化鋁法。活性氧化鋁是一種白色顆粒狀多孔吸附劑，是由各種含水氧化鋁煅燒而成，當水的pH值小于9.5時可吸附陰離子，其吸附交換能力隨著比表面積的增大而強化。

2.1 酸調池

原水的pH值是影響活性氧化鋁吸附能力的主要因素，較高時會降低吸附容量，通常控制在6.0～7.0之間。本工程進水值為8.5，設計采用投加二氧化碳氣體來降低pH值，具有使用安全、不影響水質口感等特點。工程按近期水量設計(考慮5%自用水)，停留時間15 min，設矩形水池一座，9 m×7 m×7 m，有效水深6.5 m，鋼筋混凝土結構。池設CO2曝氣器16個，每個通氣量為3 m3/h～5 m3/h，酸堿車間內設10 t CO2儲罐2個，每日需CO2量約為2 100 kg。

2.2 吸附濾池

采用V型濾池，濾料活性氧化鋁的粒徑采用0.4 mm～1.5 mm，工程設計濾速為6 m/h，設計吸附容量取3 g(F)/kg(Al2O3)，設計濾層厚度為1.6 m。為保證濾池的穩定運行，工程設計反沖洗系統，包括反沖洗管路及反沖洗泵、風機等。系統反沖洗為周期運行(時間間隔為48 h)。反沖水可利用原水或濾后水，沖洗后的廢水通過重力自流排放。

近期設計2座濾池，預留遠期4座濾池位置，總尺寸21 m×9 m×5 m，過濾面積154 m2，活性氧化鋁濾料體積246 m3，濾頭:55個/m2，反沖洗分三個階段:第一階段:氣沖強度15 L/(s·m2)，沖洗歷時2 min。第二階段:氣水反沖氣反沖強度15 L/(s·m2)，水反沖強度4 L/(s·m2)，沖洗歷時4 min。第三階段:水沖強度8 L/(s·m2)，沖洗歷時 10 min。

2.3 過濾操作間

結構尺寸30 m×10 m×5 m，鋼筋混凝土框架結構。主要設有反沖洗泵 Q=850 m3/h，H=17 m，55 kW，2用1備;羅茨風機Q=35 m3/min，H=5.5 m，40 kW，2 用1 備。

2.4 酸堿車間

當濾池出水含氟量達到終點含氟量值時，表明濾池吸附容量已達到飽和，此時濾池應停止工作，濾料應立即再生處理。再生劑采用氫氧化鈉溶液，再生過程可分為首次沖洗、再生、二次沖洗(或淋洗)及中和四個階段。再生過程采用的藥品設在酸堿車間，結構尺寸38 m×11 m×5 m，鋼筋混凝土框架結構，內設再生池2個，5 m×5 m×5 m;廢液池1個，5 m×5 m×5 m;中和池1個，5 m×5 m×2.5 m。需要去除氟離子濃度3.0 mg/L，每日除氟量53 kg/d，Al2O3吸附容量3 g/kg，單池吸附量258 kg，再生周期8 d。采用1%氫氧化鈉溶液濃度，再生劑與除氟量之比10∶1，再生液體積210 m3，1%硫酸溶液總量504 kg。

再生過程包括:

首次氣水反沖:氣沖強度15 L/(s·m2)，水沖強度3 L/(s·m2)，沖洗歷時15 min;再生液沖洗:設計流速3 m/h，再生歷時2 h;二次反沖:水沖強度6 L/(s·m2)，沖洗歷時60 min;用1%硫酸溶液中和，中和時間60 min。

2.5 加氯間

為保證出廠水水質符合國家飲用水衛生標準，采用二氧化氯消毒，加氯點設在清水池前，加氯量為2 mg/L。結構尺寸為10 m×10 m×5 m，同過濾操作間聯建。主要設備為2 kg/h二氧化氯消毒器及配套儲罐，1用1備。

2.6 清水池

清水池調節容積按供水量的10%～20%計算，本工程近期擬建矩形清水池1座，預留遠期2座位置，結構尺寸27 m×19 m×4.5 m，有效水深4 m。

2.7 送水泵房

按遠期規模設計，設備按近期規模安裝，結構尺寸為10 m×10 m×5 m，近期設計規模為2萬m3/d，遠期設計規模為6萬m3/d，時變化系數為1.5。主要設備包括:3臺水泵，Q=420 m3/h，H=44 m，75 kW，3用 1備，遠期增加 5臺水泵，Q=520 m3/h，H=44 m，120 kW，4用1備。

3 工程設計總結

1)設計水源為地下水，主要處理目標為除氟，設計除氟量為3 mg/L。2)工程采用活性氧化鋁除氟工藝，并設有濾料沖洗、再生等系統，消毒采用二氧化氯工藝。3)根據工藝情況設有必要的自動控制系統，水廠可實現自動化運行管理。4)平面布局按功能分區，根據水力流程確定各單體位置，避免水流迂回，降低水頭損失。

[1] 李 莉，王業耀，孟凡生.含氟地下水飲用處理技術[J].地下水，2007，20(5):85-86.

[2] 朱其順，許光泉.中國地下水氟污染的現狀及研究進展[J].環境科學與管理，2009，34(1):42-44.

[3] 譚岡訓，李 滿，武道吉，等.武城縣除氟水廠的設計與運行[J].給水排水，2008，34(3):25-27.