湟水河凈化水系統設計與工業用水水處理技術措施

孫英

摘要：針對青海湟水河河水濁度變化的特殊性和普遍性，通過工程技術措施、創新技術工藝，破解了高海拔高寒區高濁度急流水凈水技術的難題;解決了高濁度湟水河凈化水系統設計與工業用水水質處理技術;檢驗了集成式一體化水處理設備在中小型水廠中的應用狀況;新型凈水工藝操作簡單、不耗電、無機械、出水水質好;同時，采用沉沙池或適當加大清水池容量的工程措施，不僅承擔了調蓄避沙峰的任務，而且還強化了供水的安全性;探索出適應企業自身發展需求的創新供水模式。

關鍵詞：湟水河;濁度;水處理;工藝流程;技術措施

中圖分類號：TQ085+.4? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）14-0038-03

Abstract： Aiming at the particularity and universality of turbidity change of huangshui river in qinghai province， the problem of high turbidity rapid water purification technology in high altitude and cold region was solved through engineering technical measures and innovative technology. The design of purifying water system of Huangshui River with high turbidity and the treatment technology of industrial water quality were solved. The application of integrated water treatment equipment in small and medium scale water plant was tested. The new water purification process was simple in operation， with no power consumption， no machinery， and the effluent quality was good. At the same time， by adopting engineering measures of sinking sand pool or appropriately increasing the capacity of cleaning water tank， it was not only undertook the task of regulating and storing sand peak， but also strengthened the security of water supply. An innovative water supply model was explored to meet the development needs of enterprises.

Key words： Huangshui River; turbidity; water treatment; technological process; technical measures

為深入實施“十三五”規劃，全面推進綠色制造，項目實施單位通過實業投資與資本經營相結合，投資電力資源和新興鋁合金加工項目，發展下游鋁加工產業，形成水電鋁聯營的綠色產業發展模式。項目建設運營年產10萬t新型軌道交通用鋁合金擠壓材項目及與之配套的年產40萬t鋁基合金項目和25萬t陽極炭素項目。項目實施單位因時制宜、合理開發利用資源，就近選擇水源為湟水河河水，采取岸邊取水、凈化、管道輸送滿足供水，具體涉及到高濁度湟水河凈化水系統設計以及工業用水水質處理工藝流程等技術措施。從實際上解決了企業生產供水水量不足，高濁度湟水河河水直接引水凈化處理等難題，實現了節能減排、降本增效、保護環境的可持續發展目標[1-4]。

1? 項目區流域概況

項目實施地民和縣工業園區位于湟水流域，是黃河上游的一級支流，由湟水干流和大通河支流組成。大通河是湟水河的一級支流，發源于青海省天峻縣境內托萊南山的崗格爾肖合合力（海拔5 174 m）東麓，自西北向東南流經青海、甘肅兩省，最后在民和縣享堂鎮匯入湟水河。大通河干流河道全長574.12 km，流域面積15 133 km2，河道平均比降為4.57‰，在民和縣境內流域面積14.02 km2。湟水河年徑流量19.85億m3/s，多年平均流量157.1 m3/s，調查歷史洪水流量2 800 m3/s，20年一遇洪水流量1 790 m3/s，多年平均含沙量11.4 kg/m3。歷史最大含沙量716.0 kg/m3。湟水河為大陸性季風區雨源性河流。項目地表水資源分布不均勻，水土資源結合極為不平衡，受地形、氣候等大自然地理因素影響較大，尤其冬季流量更小，時有干枯現象[5，6]。

1.1? 湟水河水文特點

湟水河在民和水文站河段內的最主要水文特征：一是含沙量高，最高達到716.0 kg/m3（1999年8月5日）;二是持續時間長，含沙量大于100.0 kg/m3的時間最長可達34.5 h（1998年5月31日至6月2日）;三是高含沙量出現頻率高[7，8]。

1.2? 供水安全性計算

綜合湟水河民和段水文資料及湟水河已建工程實例，確保凈水工段生產用水的安全可靠，方案設計中設置新型澄清池3座（2用1備），每座設計產水量312.50 m3/h，正常供水量625.00 m3/h，設計進水含沙量70 kg/m3，當含沙量超過70 kg/m3時，3座同時減量產水，保證30%的產水量。清水池3座，每座5 000 m3，共計15 000 m3的清水貯量。供水安全計算方式見表1。根據水文資料，百年一遇的高含沙量時段，持續時間為21.2 h，表1第1種運行方式可保證，經濟性能好;百年一遇的長時間沙峰，持續時間34.5 h，若減少供水量，第2、第3種運行可以保證;假設這兩種百年一遇狀況相遇，可采用第4種運行方式。

2? 凈化水系統設計

綜合相關水文資料及已建工程實例，為了從凈水工段確保企業生產用水的安全可靠，方案設計中確定設置新型澄清池3座（2用1備），每座設計產水量312.50 m3/h，正常供水量625.00 m3/h，設計進水含沙量70.0 kg/m3，當含沙量超過70.0 kg/m3時，3座同時減量產水，保證30%的產水量。清水池3座，每座5 000.00 m3，共計15 000.00 m3的清水貯量。

2.1? 項目設計規模

水量Q=15 000.00 m3/d=625.00 m3/h。總變化系數K總=1.1，則Qmax=687.50 m3/h。

2.2? 工程項目組成

項目以地表水湟水河水為水源，主要由取水、凈化、 供水三大部分組成，水處理技術采取創新技術、新的凈化工藝，去除原水中各種雜質，使凈化后的水質符合GB5749-2006[8]。

2.3? 取水口選址

工程水源為高濁度黃河水，確定清水池位置的選擇系統設計的核心和關鍵。由于湟水河的水質較差，含沙量大，因此，為了保證生產供水安全可靠，清水池確定設置3座5 000.00 m3鋼筋混凝土清水池，合計容量15 000.00 m3。根據40萬t/年鋁基合金大板錠項目的廠址和供水凈化工程的位置，將3座5 000.00 m3清水池選擇在凈水廠內，其優點是：清水池若設在項目廠區內，則存在二次提升的問題，現設在凈水廠內不需二次提升，以節約能源;清水池設在凈水廠內，管理方便;凈水廠距湟水河近，清水池的溢水、泄水較方便。因此，將3座5 000.00 m3清水池設在凈水廠內較為經濟合理。

2.4? 工程概況

澄清室內設新型澄清池3座，加藥池2座，卸藥罐1個，進水管道設濁度監測儀1臺，以根據進水的濁度確定加藥量;氣浮過濾室內設氣浮過濾池2座;露天設清水池3座，單池有效容積5 000.00 m3;設集泥池1座，設泥沙提升泵房1座，脫水間1座（二期規劃建設項目）;設供水泵房1座，用于給上城區生產供水。另設鍋爐房1座。

3? 水處理工藝技術措施

湟水河水處理技術核心問題主要是排泥沙，年排放量為6.24萬t/年，由于在工程設計中考慮到泥沙排放問題，新型澄清池處理后的泥沙排至集泥池，再提升至泥沙脫水車間脫水后外運至環保部門指定的地點或作建筑原料。

3.1? 凈化水工藝流程

凈化水工藝流程見圖1。該工程的水源為湟水河，經取水泵提升（冬季取水進水口結冰利用電熱閘板解決取水難問題），后進入新型澄清池，經澄清池處理后，流進氣浮濾池，再經氣浮濾池過濾處理后，流入凈水間外的3座5 000 m3清水池;清水池中的清水再經設置在供水泵房內的揚水泵，提升至項目生產區。新型澄清池的污泥排入集泥池，由泥沙提升泵提升至脫水車間。泥沙經離心脫水機脫水后，形成的固體泥餅外運至環保部門指定的地點。

3.2? 水質要求

①進水水質。水源為湟水河水，含沙量≤70.0 kg/m3，溶解性固體516.0 mg/L;②出水水質。達到GB5749-2006中感官性狀和一般化學指標要求，濁度≤1 NTU，色度≤15度，耗氧量≤3 mg/L，細菌總數≤100 CFU/mL，大腸菌群0 CFU/mL[9，10]。

3.3? 新型澄清池工藝

新型澄清池工藝流程包括混合、反應、絮凝、旋流沉淀、懸浮泥渣過濾、澄清分離多個處理過程，在同一池體內進行，內外層共用池壁。新型澄清池是適用于高濁度水一級處理流程的處理構筑物，科學合理控制加藥量直接影響澄清效果。新型澄清池排泥主要通過水力靜壓排泥，系統分為中部排泥和底部排泥兩部分。一級沉淀對原水濁度的去除率因原水濁度不同而不同，經取水樣分析濁度，計算去除率。

綜上所述，新型澄清池工藝與結構設計的創新點，使新工藝與傳統工藝相比，壓縮了工藝流程，節省了工程投資，減少了占地面積;采用重力排泥，不用刮泥機械，降低運行費用;去除污染物COD效果明顯，保證了安全衛生供水。

3.4? 氣浮法凈水工藝

氣浮法凈水是設法在水中通入大量的微細氣泡，使其粘附在雜質絮粒上，造成整體比重小于水的狀態，并依靠浮力使其浮至水面，從而獲得固、液分離的一種凈水法。而比水重的泥沙顆粒下沉至濾池，通過濾料截留在濾池中。當泥渣積累到一定程度時過水阻力增大，水面升高，通過反沖洗凈化濾料[3，5]。周而復始，起到深度凈水作用。氣浮濾池是一種快速、高效的固、液分離裝置，主要功能是去除水中的膠體物質、石油類、有機物，降低水中的色度、濁度，去除水中異味等。

3.5? 混凝處理工藝

水質的混凝處理是向水中投加混凝劑，通過混凝劑水解產物壓縮膠體顆粒的擴散層，達到膠體脫穩而相互聚結，或通過混凝劑的水解和縮聚反應而形成的高聚物的強烈吸附架橋作用，使膠體顆粒被吸附粘結[2，9]，相互凝聚生成大的礬花，加強、加速沉淀。混凝效果的好壞與許多因素有關，如原水中的膠體性質、混凝劑種類和投加量、水的pH和溫度等。通過長期積累的運行經驗，同時通過試驗來確定混凝劑投加量。目前湟水河水水質大多采用堿式氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）兩種處理方式。

3.6? 加氯凈化工藝

加氯凈化工藝是通過二氧化氯發生器，采用化學反應原理，氯酸鈉水溶液與鹽酸在負壓條件下，經供料系統定量輸送到反應系統中，在一定混合條件下經過負壓曝氣反應產生二氧化氯與氯氣的混合氣體，經系統吸收后，形成一定濃度的二氧化氯混合消毒液，然后加入待處理水中。進行二氧化氯消毒是保證水質、確保安全供水的關鍵。

氯酸鈉和鹽酸在一定的比例下，其反應產物為兩份二氧化氯和一份氯氣的混合消毒氣體。該混合消毒氣體具備快速、高效、廣譜的消毒效果，其消毒能力是單一消毒劑能力的3～5倍，是一種理想且安全可靠的消毒藥劑[2，9，10]。

4? 小結

根據實際運行經驗和數據，針對黃河水濁度變化的普遍性和特殊性選擇工藝，結合湟水河民和段水體的特點，運用“新型澄清池預處理+氣浮過濾池”工藝技術，通過工業用水水處理項目的實施，經過實踐運行情況良好，取得了良好的效果，同時該項目的成功實施也為后續中小型水廠水處理方面積累了寶貴的實踐經驗。綜合處理方案成功解決了湟水河河道取水高濁度水處理及高海拔高寒地區冬季水處理技術難題。

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