水平管沉淀綜合技術在嘉陵江原水處理中的應用

方素梅，張建國，周 密

水平管沉淀綜合技術在嘉陵江原水處理中的應用

方素梅，張建國，周 密

重慶某水廠原水取自嘉陵江，因嘉陵江水冬春兩季濁度較低、暴雨時期泥沙量大濁度較高，針對該情況采用“旋流除砂器+管式靜態混合器+高效絮核塔+改良型絮凝池+水平管沉淀池”的凈水綜合技術，經過1年多運行，在沉淀池滿負荷或超負荷運行工況下，出水濁度均穩定在3NTU以下。與常規技術相比，該綜合技術具有結構簡單、建設工程量小、施工周期短、調試運行方便及運行費用低等優點。

工程概況

重慶某水廠取水水源為重慶地區嘉陵江水，現有一套處理規模為2萬m3/d的處理工藝，主體工藝為“機械攪拌澄清池+虹吸濾池”。由于近幾年供水需求量不斷增長，水廠長期超負荷運行，對供水水量與水質產生影響。

為緩解供水壓力、提高供水能力，供水公司擬在廠區內新增設計規模為5000m3/d的反應沉淀池，自用水量按5％計，設計處理水量為5250m3/d。

技術難點

（1）嘉陵江原水在冬春兩季原水濁度低，水中微粒尺寸小且粒徑分布均勻，具有動力穩定性與凝聚穩定性。絮凝反應慢，形成的絮體細、小、輕，難以沉淀，過濾時易穿透濾層，出水水質不能達到飲用水新國標的要求。

（2）在夏季暴雨時期，雨水將地表的泥沙沖入嘉陵江中，導致濁度急劇上升，且泥的顆粒直徑極細，不易下沉。常規處理高濁度原水時，一般采用預沉池或兩級混凝沉淀，均存在占地面積過大、投資費用較高等問題。

（3）水廠地處半山坡，廠區構筑物布置緊湊，可利用的建設場地較小，采用常規工藝無法進行擴建。

設計原則

（1）濾前水濁度≤3NTU，確保水廠正常、穩定、連續運行。

（2）能適應嘉陵江原水不同時期的水質變化。

（3）經濟合理，操作簡單，管理方便。

（4）采用經過實踐檢驗成功的國內新工藝、新設備、新材料，達到節能減排、節約投資的目的。

工藝方案說明

根據嘉陵江原水冬春低濁、夏季高濁的水質情況，經多方技術調查和比較，供水公司選用“旋流除砂技術、高效絮核技術及水平管沉淀分離技術”作為核心技術，節省預沉池投入，并能適應原水不同時期的不同水質變化，采用的工藝流程如圖1。

濾前主要工藝單元設計如下：

圖1　水處理工藝流程圖

1.預處理單元

由于該原水水質季節性變化大，夏季洪水期濁度上升至9000NTU以上，所以增加了旋流除砂器，用以去除直徑≥0.1mm的顆粒。設備規格：處理量250m3/h，工作壓力大于≥0.2MPa，最小分離粒徑0.1mm，平均除砂率≥90％。

2.高效絮核單元

高效絮核塔的反應區內部填充填料，將水流分割成無數股細小水流，增大了水與藥劑接觸反應的面積，提供更大的水力紊動，提高顆粒碰撞概率。因此，高效絮核塔能使原水中的懸浮物充分與藥劑反應并能相互碰撞，增大晶核的粒徑，增強絮體密實度，提高絮凝效果，尤其在出現低濁或高濁現象時效果更明顯。

本工程中采用1套高效絮核塔，設計處理能力5250m3/d，筒體規格：φ600×φ1000×4500mm 。

3.改良型絮凝單元

改良型絮凝池是在網格絮凝池中采用篩板替換網格，設計了孔眼絮凝裝置，孔眼尺寸依次為30mm、40mm、50mm，可有效地提高絮凝效果。本工程絮凝反應池共設置1組，單組改良型絮凝池尺寸為： 長×寬×高=5000 mm×5000 mm×4500mm，其中，超高300mm，泥斗區高680mm，有效水深3520mm。改良型絮凝池停留時間為18min，G值為30s-1，GT值為3.24×104。

4. 沉淀處理單元

為更好地解決濁度夏季高、冬春季低的問題，引入“水平管沉淀分離技術”。基于“水平管沉淀分離技術”的沉淀池，裝填的水平管沉淀分離裝置是將許多管式沉淀單元次序并聯水平放置，將豎直的過水斷面分割成沉降距離相等的若干單元沉淀裝置。管式沉淀單元中的水平行流動，懸浮物垂直沉淀，沉淀下來的懸浮物從獨立滑泥道下滑進入沉淀池下部的污泥區，沉淀的懸浮物與水流即時分離，水走水道、泥走泥道。

（1）由于水平管沉淀池用菱形管束沿水深方向分隔了N行，實現了平流沉淀池的微分化，降低了懸浮物沉降距離，絮凝物下滑最遠距離為40mm，沉淀效率成倍提升，解決了冬春季低濁度絮凝體輕、少、不易沉淀，夏季高濁度細泥難以去除等問題。

（2）菱形管束間設置兩端封閉的獨立滑泥道，形成靜水區，使水平放置的菱形管中沉淀的泥及時與水流分離，杜絕了斜管沉淀池沉淀后的污泥下滑時與水流共用同一流道，導致跑礬及堵塞等現象的發生。設計水平管沉淀池1座，水量為5250m3/d。沉淀池尺寸：長×寬×高=6000 mm×5000 mm×4500mm。沉淀池內設置3個區域，分別為布水區、沉淀區和集水區，池內配套自動沖洗裝置，可對水平管沉淀分離裝置進行在線沖洗。

圖2　試運行數據曲線圖

圖3　處理水量曲線圖

圖4　原水濁度曲線圖

圖5　濾前水濁度曲線圖

圖6　藥耗曲線圖

調試與運行

1.調試及試運行

調試及試運行共花費一周時間。藥劑采用PAC液體商品（Al2O3有效含量為10％），藥劑投加濃度為4％。調試時，初始進水量為100m3/h，參考水廠內原有加藥量進行投加，經過4小時對加藥量的調整，沉淀池出水穩定合格。第5個小時將水量調整至滿負荷218m3/h，1小時后出水合格。隨后進入72小時試運行。試運行期間，原水濁度在6～12NTU之間，原水溫度21℃。

為驗證系統超負荷能力，將水量提高至260m3/h，對加藥量調整使沉淀池出水合格后進入72小時試運行。在滿負荷和超負荷試運行期間，水平管沉淀池出水濁度均穩定低于2NTU。試運行期間運行數據如圖2。

試運行期間，確定水平管沉淀池滿負荷運行藥耗（本文中藥耗以P A C計，A l2O3有效含量為3 0％）為5.0 p p m，超負荷運行藥耗為7.0ppm。

藥劑量確定后，在72小時試運行期間，設定自動沖洗裝置運行時間，觀察自動沖洗裝置在線反沖洗情況，最終確定反沖洗周期為24h。同時，根據排泥管上的視鏡觀察排泥濃度，調整排泥時間和排泥頻率，不同區域設置不同的排泥時間和排泥頻率，確保沉淀池中排泥干凈，避免積泥，并且最大限度節約排水能耗。

自動沖洗裝置反沖洗周期和排泥周期確定后，水平管沉淀池通過PLC控制進入全自動運行中。

2.運行效果

工程交接后，近一年來運行平穩。水廠對水平管沉淀池的處理效果進行了在線監測，結果如下：

①自2014年5月14日至2015年4月30日（共計352天），水平管平均進水流量239m3/h，超負荷天數254天，最高流量300m3/h，最低流量200m3/h，超負荷高達40％。處理水量記錄如圖3。

②原水濁度波動較大，全年平均濁度55.54NTU，冬春季平均濁度為9.22NTU，汛期原水濁度較高。高濁度原水持續時間較短，濁度1000NTU以上持續5天，100～1000NTU持續22天，最高濁度3200NTU。原水濁度如圖4。

③設備投入使用后，沉淀出水濁度長期穩定＜3 N T U，基本穩定＜2NTU（86％），滿足濾前水質要求，達到建設預期效果，如圖5。

④運行期間，水平管平均藥耗10.1ppm。當原水濁度超過1000NTU時，適當提高藥耗至25～35ppm，可保證濾前水質。正常進水水質和低濁度運行期間，無需投加PAM，高濁度期可考慮適量投加PAM，如圖6。

⑤經過一年的運行，經檢查，水平管沉淀池各區排泥干凈，未出現積泥現象。

⑥水平管沉淀池可通過PLC程序完成排泥和自動反沖洗的控制，簡單易學，管理方便，只需定時巡檢即可。

（作者單位：珠海九通水務股份有限公司）