一體化凈水設(shè)備的適用性分析

溫雪梅

（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司天津分公司，天津 300450）

1 引言

目前國內(nèi)外對給水處理機理的研究都比較深入，給水處理工藝在實際應(yīng)用中也較為成熟，各種一體化式的給水處理設(shè)備也越來越被市場所接受。一體化凈水設(shè)備不管是投資還是運行管理都優(yōu)于傳統(tǒng)的水處理工藝，但是其水處理設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，多種處理工藝集成于一體，在實際運行中也存在著很多缺點。

2 一體化凈水設(shè)備的運行原理

2.1 凈化工藝流程

凈化工藝流程見圖1。

圖1 凈化工藝流程

2.2 工藝運行原理

一體化凈水設(shè)備如圖2 所示（圖中箭頭方向表示反沖洗時的水流方向），分為配水區(qū)、反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)、穩(wěn)流區(qū)、過濾區(qū)、清水區(qū)。

圖2 一體化凈水設(shè)備示意

原水通過設(shè)備底部的進(jìn)水口進(jìn)入，裝置底部為配水區(qū)，通過配水區(qū)底部的布水管進(jìn)行均勻布水，與此同時水流的速度降低，然后水流向上進(jìn)入混凝區(qū)，并在該區(qū)域與混凝劑充分反應(yīng)。之后進(jìn)入兩級斜管沉淀區(qū)，水流沿斜管向上，污泥由于重力作用沿斜管向下，滑落到設(shè)備底層。經(jīng)過過濾澄清的清水進(jìn)入設(shè)備頂部的穩(wěn)流區(qū)，然后水流自上而下通過濾層進(jìn)行過濾，過濾后通過連通管進(jìn)入清水層，最后流入清水池，并在清水池中使用次氯酸鈉（NaClo）消毒。

（1）排泥：當(dāng)設(shè)備運行一定時間后，排泥管上的電動閥通過控制柜所給的信號進(jìn)行自動排泥一次（排泥周期可調(diào)），排泥的同時壓力水電磁閥也同時開啟，對排污進(jìn)行助沖。

（2）反沖洗排污：水流經(jīng)過過濾區(qū)過濾一段時間后，過濾水頭阻力越來越大，水位上升越來越高，當(dāng)水位到達(dá)一定高度時，系統(tǒng)自動進(jìn)行反沖洗。水流路線與正常過濾時的路線正好相反（反沖洗路線見圖2），反沖洗時間為3～5 min，當(dāng)清水層水位降低到一定水位時，反沖洗自動結(jié)束，反沖洗污水經(jīng)過污水管排出。

3 與傳統(tǒng)處理工藝的對比分析

3.1 一體化凈水設(shè)備的性能優(yōu)點

一體化凈水設(shè)備的運行基本沿用了傳統(tǒng)處理工藝的原理，在此基礎(chǔ)上對各個處理單元進(jìn)行了集成耦合，使得處理單元之間的連接更為緊密，從而大大降低了占地面積，節(jié)約了投資成本。其性能優(yōu)點主要表現(xiàn)為：

（1）集水、配水、混凝、過濾、沉淀、反沖洗、排泥等一系列運行程序集成在一套設(shè)備中，且能實現(xiàn)自動反沖洗，無需反沖洗水泵或空壓機，達(dá)到了全自動運行的效果。

（2）水流在混凝區(qū)與混凝劑充分接觸碰撞，反應(yīng)生成礬花，進(jìn)而形成大的顆粒沉降，懸浮物去除效率高。

（3）可調(diào)的自動排泥系統(tǒng)，可以保證穩(wěn)定的去除效果。

（4）占地面積與傳統(tǒng)構(gòu)筑物相比節(jié)省約50%；自耗水率約為3%。

（5）建設(shè)工期短，節(jié)省投資及后續(xù)維修保養(yǎng)費用。

3.2 一體化凈水設(shè)備運行時的缺點

（1）設(shè)備備用性差

一體化凈水設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單且能全自動運行，避免了傳統(tǒng)處理工藝龐大構(gòu)筑物的繁瑣，但也同時帶來一個最大的問題，就是任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或需設(shè)備維修，都需要將整套設(shè)備停止運行。而傳統(tǒng)處理工藝中的水處理構(gòu)筑物一般分為兩格或者四格，即使其中一個構(gòu)筑物的一格需要維修，對整個工藝的運行負(fù)荷也不致產(chǎn)生太大影響。

（2）混凝效果不能得到保證

根據(jù)傳統(tǒng)處理工藝中混凝的原理，通過投加混凝劑使得水中的懸浮物或部分溶解態(tài)物質(zhì)凝結(jié)為膠粒，進(jìn)而聚集成較大膠體顆粒，在不斷碰撞過程中改變膠體的性質(zhì)，使其脫穩(wěn)，稱為“凝聚”，脫穩(wěn)后的顆粒在外界水力擾動下互相碰撞聚結(jié)稱為“絮凝”［1］。混凝作為水處理中重要的環(huán)節(jié)，其運行情況直接決定了出水水質(zhì)。

絮凝區(qū)作為第一個工藝單元，不僅承擔(dān)著絮凝的“責(zé)任”，還同時兼有布水、排泥和壓力水沖洗的“職責(zé)”。底部采用平流均勻布水，布水方向朝底部，不斷沖擊裝置底部以免污泥在底部沉積。在空間有限的情況下，很難保證絮凝區(qū)平均速度梯度G 在30～60 s－1之間，GT 值在104～105之間，也很難保證太大的水流沖擊不致使絮粒遭到破壞［2］。應(yīng)用于本項目的原水水質(zhì)濁度值較小，本身絮凝效果較差，應(yīng)該采用較長的停留時間，10 min 顯然時間太短，因此絮凝區(qū)的效果難以得到有效的把控。

（3）斜管沉淀維修成本高

兩級斜管沉淀可以起到較好的沉淀效果，但是設(shè)備運行時間久了在管壁或管口會積存污泥，嚴(yán)重時不僅不能使水質(zhì)得到沉淀澄清，甚至能造成原水的二次污染［3］。且時間久了材料容易老化，維修和更換的成本較高。

（4）自動反沖洗靈活性差

自動反沖洗利用的是重力式無閥濾池的工作原理［4］，主要依靠過濾區(qū)的阻力水頭形成靜壓，但是在實際運行管理中，有時阻力水頭還沒有達(dá)到最大值就需要進(jìn)行反沖洗。因此應(yīng)該設(shè)有強制沖洗器，強制沖洗器是利用壓力水造成輔助管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，通過抽氣管的作用形成虹吸。

4 問題與建議

本文針對一體化凈水設(shè)備的適用性進(jìn)行了分析，與傳統(tǒng)處理工藝進(jìn)行比較，其優(yōu)點較為顯著，但在運行過程中存在一定不足，因此提出以下幾點建議：

（1）對斜管沉淀而言，絮凝的完善和前后布水、出水均勻非常重要。因此反應(yīng)區(qū)絮凝效果可以通過增加格網(wǎng)或穿孔墻加以改善，不僅增大了絮粒間的碰撞幾率，加強絮凝效果，而且作為斜管沉淀的進(jìn)口處，可以起到均勻布水、整流的作用。

（2）在自動反沖洗的環(huán)節(jié)增加強制沖洗器，用以應(yīng)對濾池水頭損失未達(dá)到最大值但需要沖洗的情況。

（3）原水的水溫、pH、堿度及懸浮物的濃度都對一體化設(shè)備的出水水質(zhì)產(chǎn)生重要影響，因此需要對進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，通過觀察水質(zhì)的變化及時對一體化設(shè)備的運行進(jìn)行調(diào)整以使出水達(dá)標(biāo)。