金海水廠TGV濾池濁度升高現象的研究與改善

沈 虹，倪曉波

(上海浦東威立雅自來水有限公司金海水廠，上海 200137)

因我國在政治、經濟、文化等多方面凸顯出來的舉足輕重的國際地位以及人們對健康的日益關注催生著不斷更新的生活飲用水水質標準［1］，如何進一步改善生活飲用水的水質已迫在眉睫。要使渾濁度和其他水質指標達到生活飲用水衛生指標，對于任何一個取用地表水的水廠，濾池是必不可省的工藝之一［2］。過濾是原水(沉淀水)通過顆粒介質(如無煙煤、石英砂、硅藻土等，總稱濾料)以去除水中懸浮雜質使水澄清的過程［3］。過濾的目的是要去除沉淀或澄清后水中的剩余濁度，它是水廠常規凈化工藝中去除懸浮物質的最后一道工序［4］，過濾作為給水處理工藝的最后一道工序，占有至關重要的地位［5］。因此，采取適當措施提高濾池的過濾效率對改善出廠水水質有著十分重要的意義。本文通過調查分析影響TGV濾池濁度上升的原因，研究在目前不能改變生產現場工藝設備的情況下如何采取有效措施來改善濾池過濾性能，確保出廠水質符合飲用水衛生指標要求。

1 調查內容與試驗方法

1．1 調查內容

2013年11月起，金海水廠10組TGV濾池先后出現水頭損失偏低、濾后濁度偏高的現象。特別在運行24 h后，單格濾池濁度就明顯上升(個別最大值達到1 NTU持續幾小時)，甚至直接影響到了出廠水濁度。

1．2 試驗依據與方法

(1)快濾池進水預處理效果試驗

混凝完善的礬花易被濾粒吸附和篩濾。如果混凝效果不好，一些細小的懸浮物在濾料表面沒有足夠的黏附力，容易穿透濾層。用燒杯攪拌試驗測試青草沙原水在不同混凝劑加注量時，沉后濁度的變化。

(2)水溫的影響試驗

通常水溫低，水的黏度大，水中雜質不易分離，混凝效果就不好。影響了進濾池的水預處理效果，濾層的截留能力就越低，雜質也更容易穿透濾層［6］。記錄積累原水水溫與濾池出水濁度的變化并作比較。

(3)水源的影響試驗

如以青草沙水庫水作水源時，會有很多藻類，不但堵塞濾層，而且會使濾后水產生色度［6］。金海水廠以青草沙水庫為飲用水源，因此藻類生長是影響水庫水質的重要因素［7］。目前對藻類每日檢測仍無法實現，只能以原水濁度及氨氮變化做參考。但需要指出的是，在11～12月間，浦東地區啟用青草沙原水的水廠都有不同程度沉淀池或濾池濁度升高的現象。所以，對原水濁度與出水濁度作比對尋找是否存在規律。

(4)濾料粒徑的影響試驗

一般而言，濾料粒徑越大，濾層中孔隙率也越大，相應雜質的穿透深度也越深，濾層中含污能力隨之增大，水頭損失在過濾過程中增加緩慢，濾池工作周期也可以延長。含污能力增大，表示整個濾層所發揮的作用也越大［6］。對金海水廠運行狀況相對較差的3#、5#、9#濾池進行測試，主要包括濾砂d10、k80、砂層厚度等參數，來判斷TGV濾池濾砂是否符合過濾要求。

(5)濾池反沖洗的影響試驗

隨著過濾時間的延續，濾層中截留的雜質不斷增加，濾層空隙率逐漸減小，因此，總的水頭損失也在不斷增加。水頭損失是指濾池過濾時濾層上面水位與濾后水在集水管出口處的高差，用水柱高度(m)表示［8］。水頭損失是決定濾池沖洗的指標，一般快濾池的沖洗前的期終水頭損失在2．5～3．0 m左右。

金海水廠TGV濾池反沖洗參數:氣沖300 s—氣水沖650 s—水沖300 s—初濾水停留450 s。通過對相同運行周期時各濾池水頭損失情況排摸，來研究進水分配不均勻是否會直接影響到過濾效果。

1．3 用生產性調試來改善TGV濾池濁度上升的情況

(1)進水量控制

通過調整用水高峰和夜間的進水量，盡量減少因水量波動而造成的濁度上升。

(2)調整加氯方式

以燒杯試驗為基礎，充分利用次氯酸鈉的助凝作用，調整加氯，提升混凝效果。

(3)PID調整

在工業過程控制中，對于連續系統，目前采用最多的控制方法是PID方式。常規的PID調節以消除誤差和減少外擾為目的，最佳整定參數一般包括KP、Ti、Td三個常用的控制參數，準確有效的選定是關于PID控制器是否有效的關鍵部分。

(4)濾池運行周期(參數)調整

從過濾開始到沖洗前(過濾終止)，這段實際過濾運行時間，也就是濾池水頭損失接近期終水頭損失所需的時間，或者說濾池兩次沖洗間隔的實際時間，稱為工作周期，又稱過濾周期。過濾周期受濾速、濾前水質、水溫及濾料性質、濾層結構等因素影響。

(5)停加后加礬

助凝劑的作用是改變進水中顆?；驗V料的表面性質和大小，以提高顆粒在濾層中的移動速度，防止濾速突然變化引起的濾池泄漏，延長濾池的工作周期，降低出水渾濁度，保證濾后水水質［18］。

在渾水中投加混凝劑之后，使膠體產生脫穩，促使顆粒在靜電引力的作用下結合，使細小顆粒變成較大絮體。再加入PAM，利用PAM的架橋作用，使較大絮體之間形成“膠粒-PAM-膠?！钡慕Y構，形成更大的絮體，在重力作用下更易沉淀。但是在已經形成較好的絮體之后再次添加混凝劑，則可能產生混凝劑的正電離子中和了PAM的負電離子，導致原有的“膠粒-PAM-膠?！苯Y構被破壞。

實踐證明，當不改變原有凈水設備的負荷，在濾池進水前投加一定量的凝聚劑(助凝劑)，能明顯改善濾后水質，但也增加了濾池負荷，使濾池工作周期明顯縮短［19］。

金海水廠使用聚硫氯化鋁作為混凝劑，加注量在8～28 mg/L之間;聚丙烯酰胺作為助凝劑，一般加注量在0．15 mg/L以下。

2 結果與討論

2．1 影響過濾效果的幾個因素

(1)快濾池進水預處理效果

由表1可知沉后濁度與混凝劑的加注量有著直接的聯系，但并不是加得越多越好，只是在某個點(范圍)混凝效果相對較好。金海水廠在試驗階段的最佳投藥量為15～20 mg/L。

表1 混凝劑加注量與沉后濁度的關系Tab．1 Relationship between Coagulant Added Amount and Turbidity after Filter

(2)水溫的影響

表2為原水水溫與濾后濁度的關系。

表2 原水水溫與濾后濁度的關系Tab．2 Relationship between Turbidity after Filter and Water Temperature

由表2可知12月原水水溫逐步下降直接導致濾后濁度上升，說明了水溫影響混凝效果，與濾池去除效率有著必然聯系。

(3)水源的影響

表3為原水濁度與出水濁度的關系。

表3 原水濁度與出水濁度的關系Tab．3 Relationship between Effluent Turbidity and Raw Water Turbidity

由表3可知12月原水濁度較11月上升了24．4%，沉后濁度雖然沒有太大上升，但濾池去除率明顯下降。

(4)濾料粒徑的影響

由表4可知設計參數中，濾砂有效粒徑為1．35 mm，不均勻系數小于1．3。但是從平均值看，9#濾池的不均勻系數已超出設計約10%，即在有效粒徑接近的情況下，通過總重量80%的濾料顆粒大于設計值，也就是說濾砂變細了。同時，砂層厚度較運行初期下降了5% ～10%，對過濾效果有一定的影響。

表4 濾砂測試數據Tab．4 Date of Sand Filter Test

(5)濾池進水分配的影響

表5為濾池水頭損失。

表5 1-10#濾池水頭損失Tab．5 1-10#Filter Head Loss

由表5可知濾池水頭損失均為同一周期內運行40 h的數據。由此可看出TGV濾池進水分配存在較大的不均勻度。

6#和10#濾池濾后水鏡檢圖如圖1所示。

圖1 6#和10#濾池濾后水鏡檢圖Fig．1 Microscopic Examination of Water after 6#and 10#Filter

由圖1可知9#濾池反沖時，其附近6#、10#濾池的即時濁度分別為0．06和0．20 NTU。經威立雅公司水質中心檢測后發現10#濾池中明顯存在著大量透明顆粒(顆粒成分至今不明)，雖然最終確定不是藻類，但該顆粒卻對光電濁度儀有反應，即說明這會造成濁度測定值偏高。

2．2 用生產性調試來降低上述影響過濾效果的因素所帶來的濁度波動

(1)進水量控制

調整高峰時最大進水量1．6萬 t/h，夜間1．2萬t/h，即每日出水量32萬t左右。每次加減水量時，控制2 000 t/次，盡量減少大水量波動對濾池濁度的影響。

(2)水庫保持高水位

在夜間11點至次日凌晨5點之間將清水庫的水位做到4．5 m，然后在用水早高峰的時候通過利用清水庫的庫存水來填充進出水量的差值，減少進水量的大幅度波動，從而穩定濾池的進水水量，防止出水由于水量驟變引起的波動。

(3)調整加氯

表6為不同加氯量下的沉后濁度比較。

表6 不同加氯量下的沉后濁度比較Tab．6 Turbidity Comparison after Different Chlorine Content Added

12月23日燒杯試驗，同一原水條件下，增加前加氯對混凝效果有改善，如表7所示。

12月24日起，調整原來的前加氯-后加氨后加氯方式，改為前加氯-后加氨，使一步到位活氯加氨生成化合氯，如表8所示。

表7 12月23日10點～24點濁度情況Tab．7 Turbidity on 10 a．m．～24 p．m．，23rd Dec．

續 表

表8 12月24日10點～24點調整加氯后濁度變化Tab．8 Turbidity Change after the Adjustment of Chlorine during 10 a．m．～ 24 p．m．on 24th Dec．

由表7、表8可知在水量無明顯波動情況下，前加氯做高雖然對沉淀池出口濁度無明顯降低，但是濾后濁度明顯下降，對出廠濁度穩定帶來效果。

(4)PID調整

圖2為10#濾池調整PID后閥門開啟度48 h變化曲線。

圖2 10#濾池調整PID后閥門開啟度48 h變化曲線Fig．2 48 h Curve of Valve Opening after PID Adjustment on 10#Filter

由圖2可知對濾池PID調整后，閥門開啟度波動明顯減小，趨勢平穩，這也可以說明在閥門波動小的情況下對濁度的波動影響也相應減小。

(5)濾池運行周期調整

由圖3可知10#濾池反沖洗周期從原來的40 h調整到24 h后，濾后濁度明顯好轉且穩定。

圖3 10#濾池反沖洗周期調整為24 h后的7天曲線Fig．3 7 days Curve after Adjustment the Backwash Cycle to 24 h on 10#Filter

(6)停后加礬

1月8日起停加單邊后混凝，即1#～5#繼續投加后混凝，6#～10#停止投加。然后，兩邊都停止后加礬。

表9為停止后加礬對濾池水頭損失及濁度的影響。

表9 停止后加礬對濾池水頭損失及濁度的影響Tab．9 Influence of Turbidity and Head Loss after Stopped Alum Adding to the Filter

結果:由表9可以看出，停止單邊投加后混凝后，1#～5#濾池與6#～10#濾池相近時間的水頭損失有較大的差別，停止投加后混凝的濾池水頭損失趨于設計理論，從數值上可以判斷其水中雜質已被濾池中的濾砂截留，濾后濁度也相應降低。

3 結論

調查發現金海水廠存在以下問題而導致TGV濾池濁度升高。

(1)濾砂粒徑太大導致無法濾除較小雜質。

(2)原水水量波動較大時影響濾池出水穩定性。

(3)由于構筑物沉降或其他原因造成各個濾池水力分布不均。

(4)原水公司對青草沙水源進行間歇性加氯、加粉碳，對原水水質有影響造成水廠常規工藝不能及時頻繁調整。

(5)對原水藻類和其他水質參數(或水體中不明物質)知之甚少，不能滿足制水工藝調整需要。

(6)反沖洗廢水池液位下降速度無法跟上需要減少濾池反沖洗間隔的時間，導致濾池反沖洗達不到要求而無法反洗。但需要考慮到實際生產運行中反沖洗廢水池的液位限制，有溢流向外排放的可能。

在2013年11月～2014年1月的針對性試驗中有明顯改善的措施。

(1)調整加藥能降低TGV濾池濁度

停加后混凝能有效增加濾池水頭損失，避免濾池砂層穿透。

(2)調整進水負荷能降低TGV濾池濁度

調整濾池清水閥限位，通過控制出水流量來抑制進水流量，使多余的進水能比較均勻地分配至其他濾池。

(3)調整濾池運行參數能降低TGV濾池濁度

縮短濾池運行周期，增加反沖洗頻率，可以有效降低濾后水濁度。

所以，在經過三個月的調查和階段性試驗后發現，在目前常規凈水工藝的生產條件下，特別是低溫季，金海水廠需要通過控制前后加藥方式(量)搭配，并采取小水量、多沖洗的多項措施，來改善TGV濾池的過濾效果，使濾池濁度在控制要求的范圍內。

［1］GB 5749—2006，生活飲用水衛生標準［S］．北京:中國標準出版社，2007．

［2］同濟大學環境工程系．給水工程基本知識［M］．北京:中國建筑工業出版社，1987．

［3］嚴煦世，范瑾初．給水工程［M］．北京:中國建筑工業出版社，1999．

［4］路釗，吳克宏，丁志斌，等．陶瓷膜強化過濾技術的應用［J］．凈水技術，2012，31(6):20-23，43．

［5］同濟大學．給水工程［M］．北京:中國建筑工業出版社，1980．

［6］鄧曉燕，唐德翠，朱學峰，等．水廠過濾工藝水頭損失計算與試驗［J］．凈水技術，2011，30(1):80-83．

［7］周超，高乃云，趙世嘏，等．上海青草沙水庫水質調查與評價［J］．同濟大學學報(自然科學版)，2012，57(6):73-77，102．