針對古城水廠原水低溫低濁特點的凈水工藝設計探討

李文職

合肥市市政設計研究總院有限公司 安徽 合肥 230000

引言

低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、黏度大等特點是比較難處理的水質之一，本文通過水平管沉淀實際運行效果的分析，為解決低溫低濁水絮凝沉淀問題提供了一種新的方法。

1 工程概況

古城水廠為滿足古城鎮、陳集鎮等城鎮用水，設計總規模2萬m3/d，一期新建規模1萬m3/d。水源取自岱山湖水庫，水源水質較好。該水源從每年11月下旬到次年4月上旬水溫低于10℃，長年濁度低于1ONTU。低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、黏度大等特點，對混凝的影響主要有以下幾點：

①低溫水中，分子熱運動減慢，介質的黏度提高，不利于被處理水體中初始膠體在熱運動影響下的顆粒濃度自動均布，介質黏稠度高，顆粒碰撞機會減少，導致混凝遲緩；②混凝劑水解速度降低，水解不完全，藥劑利用不充分；③水溫低時形成的絮狀物，在沉淀池中的沉降速度減慢；④低濁水由于固相濃度很小，其空間網絡沒有交聯的鍵，因而容易破壞；⑤低濁度水造成混凝劑需要量的增加。

2 設計原則

（1）在保證出水達到《生活飲用水衛生標準》106項要求前提下，確保水廠正常、穩定、連續運行；

（2）水廠能適應岱山湖水庫不同時期的不同水質變化；

（3）采用技術先進且有成功案例的工藝、設備、材料，達到節能降耗減排、節約建設投資的原則。

3 技術方案設計

3.1 技術工藝流程

本工程方案設計時主要面臨兩個問題：

（1）廠址面積有限，由于位于景區，廠址總面積僅有20畝。

（2）低溫低濁水庫水的處理工藝的選擇。

方案設計時結合岱山湖水庫低溫低濁水的一些特點，沉淀工藝在異向流斜管浮沉池與水平管沉淀池之間做了比選 。

本工程遠期規模2×104m3/d，采用異向流斜管浮沉池，單座尺寸為L8.5×W8.5×H4.7m，考慮構筑物壁厚，單體面積約83m2，本工程廠址面積有限，由于位于景區，廠址總面積僅有20畝，無法滿足要求，需尋求更高效的處理工藝。

由于異向流斜管流速受到絮體下滑速度的限制，液面負荷一般在7～9m3/(m2·h)，而水平管沉淀技術由于管道水平放置的，懸浮物沉淀方向與水流方向呈垂直狀態，流速不受絮體下滑速度的限制，參照設計手冊液面負荷宜為25～40m3/(m2·h)，本工程考慮水庫低溫低濁水的特征，負荷取低值25m3/(m2·h)。經計算，其占地面積約為異向流斜管浮沉池的1/2。

如何解決水溫低時形成的細、小絮體在低速下沉淀是處理水庫低溫低濁水的難點，根據室外給水設計規范中規定顆粒沉降速度一般0.16～3mm/s，北方寒冷地區取低值0.16mm/s。

水平管最接近淺池理論，本次設計L=7000mm，V=7.28mm/s，H=35mm，根據公式LV=HU0，可求得U0=0.0364mm/s，其理論數值遠遠小于一般絮凝體的沉降速度。

同時為進一步提高絮凝物的形成，在絮凝前增加高效絮核塔，原水進入內層絮核裝置，絮核裝置的反應區內部填充填料，將水流分割成無數股細小的水流，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[1]。

本工程最終采用的工藝為：高效絮核塔+網格絮凝池+水平管沉淀池+普快濾池+消毒。

3.2 主要工藝設計說明及參數：

（1）網格絮凝池

設計流量 Q=0.127m3/s。

設計參數選取：

絮凝時間：T=15min=900s，有效水深3.9m（與后續沉淀池水深相配合）， 超高0.5m，池底設泥斗及快開排泥閥排泥，泥斗高0.6m，考慮水庫水低溫低濁情況，在絮凝池第一格豎井增設高效絮核裝置，在其他豎井中增設篩板裝置。

（2）水平管沉淀池

水平管沉淀池的設計分為三個部分：布水區、水平管沉淀區和集水區。

布水區

原水經絮凝池絮凝后流入沉淀池，首先需要布水，使整個沉淀斷面的水流速度一致，更好地進行下一步水平管沉淀。

水平管沉淀區

水平管沉淀裝置置于水平管沉淀區，憑借盡可能短的沉淀距離和不堵塞的排泥流道，使得水平管沉淀技術具有理想的沉淀效果[2]。

沉淀池中央為水平管沉淀分離裝置的安裝區域。水平管裝置由兩塊混凝土墻支撐（也可采用槽鋼固定），水平管邊緣用角鋼固定，保證水平管的安全穩定。

圖1

設計參數：水平流速：7～14 mm/s；

每套水平管尺寸：7.0×2.5×2.0m；

數量：1套；

材質：不銹鋼

配套設備：沉淀池內部配套設置布水裝置、集水裝置及自動沖洗裝置。

（3）濾池

普通快濾池設計濾速采用6.5m/h，總過濾面積72m2，分為3格，每格24m2，一格沖洗時其他2格強制濾速為9.55m/h。

4 實際運行效果

古城水廠自2016年10月建成通水運行，將近1年多的時間，水廠對原水及出水水質進行了在線監測：

圖2 水廠原水及濾前、濾后出水濁度曲線圖

根據2018年1月份的水體濁度監測，古城水廠的濾前濁度穩定在0.5～1.5NTU，出廠水濁度穩定在0.03～0.2NTU，水體濁度保持長期穩定達標。

5 結束語

通過古城水廠的實例分析表明：

（1）水平管沉淀池通過降低沉降距離，增大沉淀面積，使沉淀過程更符合“淺池理論”，沉淀效率更高，并減少了占地面積，減輕濾池負荷，確保出水達到國家標準。

（2）低溫低濁水是比較難處理的水質之一，通過水平管沉淀很好地解決了低溫低濁水絮凝沉淀問題，為水廠新建提供了可鑒之處。