側(cè)向流斜板沉淀工藝在水廠提標(biāo)改造中的應(yīng)用:以合肥市某水廠為例

彭 堯，朱 波，周遠(yuǎn)航，徐 駿，陳香怡

(合肥供水集團有限公司，安徽合肥 230011)

隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)定增長及城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴大，城鎮(zhèn)供水需求量正日益增加，供水水質(zhì)要求也不斷提升，如何對老舊水廠進(jìn)行提升改造已成為供水企業(yè)面臨的一個重要實際問題[1-3]。基于淺池理論的側(cè)向流斜板沉淀工藝因具有占地面積小、改造工程量少、施工工期短等優(yōu)點，近年來已在老舊平流沉淀池或斜管沉淀池的改造工程中得到了一定應(yīng)用[4]。但現(xiàn)有報道中的改造工程多針對高濁江河型原水水質(zhì)的處理[5-7]，對于低濁湖庫型原水水質(zhì)處理的適應(yīng)性探究尚顯缺乏。因此，本文以合肥市某制水廠4#混凝沉淀池提升改造工程為例，探討了側(cè)向流斜板沉淀工藝對低濁微污染湖庫原水的處理效果及適應(yīng)性。

1 工程概況

1.1 水廠狀況

合肥市某水廠始建于1961年，取水水源為董鋪水庫，經(jīng)多年改造、擴建，現(xiàn)設(shè)計供水規(guī)模為15×104m3/d，采用“混凝-沉淀-過濾-消毒”的常規(guī)凈水工藝。其中，4#混凝沉淀池設(shè)計規(guī)模為2.5×104m3/d，前部為隔板反應(yīng)池，設(shè)計尺寸為L×B=17.3 m×19.6 m；后部為平流沉淀池，設(shè)計尺寸為L×B=38.3 m×19.6 m，有效水深為3.1 m。

1.2 原水水質(zhì)

董鋪水庫位于合肥市西北郊區(qū)，平均水深為7.0 m，正常水位為27.0 m，設(shè)計總庫容為2.42億m3[8]。水質(zhì)整體狀況較為良好，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，但在夏季高溫期間存在藻類、耗氧量等部分水質(zhì)指標(biāo)的季節(jié)性污染問題(表1)，屬于典型的低濁微污染原水水質(zhì)[9-11]。

表1 2018年夏季原水水質(zhì)Tab.1 Raw Water Quality during the Summer of 2018

1.3 存在問題

(1)4#混凝沉淀池使用年限較久，前部隔板反應(yīng)池混凝效果下降嚴(yán)重，停留時間測量值為9.5 min，低于設(shè)計要求的20.0～30.0 min。同時，后部平流沉淀池存在設(shè)計缺陷，具有一個180o回轉(zhuǎn)部位[圖1(a)]，導(dǎo)致礬花在此處破碎較多，加之沉淀池末端異重流作用，集水槽集水末端存在明顯的絮粒上浮現(xiàn)象，出水中帶有大量細(xì)碎礬花，嚴(yán)重影響出水水質(zhì)。

(2)隨著合肥經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，供水需求量逐年遞增，近年來水廠制水生產(chǎn)一直處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，實施提量改造迫在眉睫。

(3)由于合肥城區(qū)面積不斷擴大，水廠所在區(qū)域已從邊緣城郊區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行某菂^(qū)，周邊建筑物較多，廠區(qū)占地面積難以增加，以致于4#混凝沉淀池改造場地受限。

1.4 改造思路

針對董鋪水庫原水水質(zhì)具體狀況，經(jīng)技術(shù)調(diào)查和比較，采用“微阻力管道混合-均衡渦旋混凝-側(cè)向流斜板沉淀”工藝，在不新增用地面積及盡量少改動原有土建結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的前提下，從混合、絮凝、沉淀3個工藝段分別進(jìn)行改造，以提升處理水量及出水水質(zhì)。

1.5 改造方案

主要改造措施如下，改造后平面布置如圖1(b)所示。

圖1 改造前后平面布置圖Fig.1 Layout Plan before and after Reconstruction

(1)進(jìn)水管由DN600更改為DN800，并增設(shè)微阻力管道混合器(316L不銹鋼材質(zhì))。

(2)混合單元由隔板型改為網(wǎng)格型混合絮凝池，將每個混合絮凝池分隔為兩個豎井(流速為0.8 m/s)，分別架設(shè)3層均衡渦旋式混合反應(yīng)裝置，每層尺寸為L×B=1 975 mm×3 950 mm。進(jìn)水孔及出水孔改為長方形孔洞(每組3個)，尺寸為L×B=917 mm×740 mm，改造后混合停留時間變更為16.5 min(設(shè)計要求停留時間為12.0～20.0 min)。

(3)絮凝段由單通道改為雙通道，改造后進(jìn)水端流速為0.4 m/s，出水端流速為0.18 m/s。絮凝段末端采用穿孔花墻進(jìn)行均勻配水，并在配水花墻下部轉(zhuǎn)角處增設(shè)兩塊長滑泥板(8.08 m)。

(4)在沉淀池回轉(zhuǎn)處增設(shè)10 m導(dǎo)流墻，將池體分隔成兩個獨立的沉淀區(qū)域。每個沉淀區(qū)前段仍保持平流式沉淀池結(jié)構(gòu)，縮短原有桁架式吸泥機路程進(jìn)行排泥，后段安裝兩組側(cè)向流斜板裝置(兩組之間間隔0.24 m的導(dǎo)流墻)，單套斜板裝置尺寸為L×B×H=8 080 mm×5 176 mm×2 700 mm，每套斜板裝置由5道緊密連接的斜板組成，每道斜板凈寬度為1 000 mm。斜板安裝固定在不銹鋼方管框架內(nèi)，采用水平傾角60o安裝，安裝就位后斜板垂直高度為2.73 m，水平間距為90 mm，呈相互平行狀。斜板內(nèi)水流方向與沉淀池水流方向一致，為水平進(jìn)水，沉泥方向為向下，與水流方向垂直。同時，為防止出現(xiàn)短流問題，在斜板安裝區(qū)域的底部積泥槽處設(shè)置3道阻流導(dǎo)流墻。

(5)斜板區(qū)域頂部加裝移動式拱形不銹鋼遮陽罩，以避免陽光直射斜板區(qū)域造成藻類滋生，每個沉淀區(qū)設(shè)置2個，單個尺寸為L×B=16 400 mm×5 480 mm。

(6)在沉淀池末端貼壁加裝不銹鋼集水槽，進(jìn)行溢流式集水。

(7)在斜板及集水區(qū)域底部增設(shè)斜坡排泥斗，共安裝DN200擴張管嘴排泥管18根。

2 運行效果分析

該工程于2018年12月23日開工，2019年4月5日完成主體工程建設(shè)，2020年7月10日完成調(diào)整改造，進(jìn)入最終運行調(diào)試階段。

以2020年9月生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，對改造后的4#混凝沉淀池的運行效果進(jìn)行分析。

2.1 處理水量

如圖2所示，改造后4#混凝沉淀池平均進(jìn)水流量為1 192 m3/h，最高進(jìn)水流量為2 100 m3/h(設(shè)計流量為2 083 m3/h)，最低進(jìn)水流量為400 m3/h。

圖2 改造前后進(jìn)水水量Fig.2 Inflow Quantity before and after Reconstruction

2.2 出水水質(zhì)及凈水劑單耗

如表2所示，改造后原水渾濁度為3.26～7.08 NTU，相對較低，但受高溫及汛期影響，原水pH、耗氧量及藻類等水質(zhì)指標(biāo)均出現(xiàn)了較大波動，嚴(yán)重影響了混凝效果。在此期間，4#混凝沉淀池出水渾濁度為0.52～1.12 NTU，均值為0.75 NTU(圖3)。且凈水劑(液體聚合氯化鋁鐵，Al2O3有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，F(xiàn)e2O3有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%)單耗為20.8～187.5 mg/L，均值為48.0 mg/L(圖4)，低于水廠整體凈水劑單耗均值(58.8 mg/L)。結(jié)果表明，改造后的4#混凝沉淀池的出水水質(zhì)及凈水劑單耗都得到了一定程度的控制，可以有效應(yīng)對高藻高pH的原水水質(zhì)，滿足水廠沉淀池出水水質(zhì)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 排泥效果

在生產(chǎn)運行過程中發(fā)現(xiàn)，改造后的4#混凝沉淀池存在排泥效果不佳、沉泥上浮等問題，運行一段時間后(約一個星期)，沉淀區(qū)前段滑泥板底部、側(cè)向流斜板裝置內(nèi)部及表面等位置出現(xiàn)較為明顯的積泥現(xiàn)象。當(dāng)泥量累積到一定程度后，易被水流帶出進(jìn)入末端集水槽，造成出水渾濁度升高(監(jiān)測最高值可達(dá)2.80 NTU)，使水廠沉淀池出水渾濁度難以穩(wěn)定達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)(1.20 NTU)。針對上述狀況，采取了以下改進(jìn)措施：

表2 原水水質(zhì)(2020年9月)Tab.2 Raw Water Quality (September, 2020)

圖3 原水及出水渾濁度變化(2020年9月)Fig.3 Change of Turbidity of Raw and Treated Water (September, 2020)

圖4 改造前后藥耗Fig.4 Coagulant Consumption before and after Reconstruction

(1)在沉淀區(qū)前段桁架式吸泥機底部增設(shè)掃水裝置，縮小滑泥板底部的排泥盲區(qū)，提高排泥效果；

(2)調(diào)整斜板區(qū)域底部排泥閥運行參數(shù)，增大開啟頻次(12次/d)，縮短每次開啟時間(20～40 s)，在滿足排泥量總體需求的前提下，盡量降低排泥期間的水流擾動，避免造成沉泥上浮；

(3)每隔1～1.5個月進(jìn)行一次停產(chǎn)沖洗，采用人工沖洗的方式清除沉淀區(qū)底部及斜板區(qū)域的積泥，每次停產(chǎn)時長約為12 h。

通過上述措施在一定程度上減輕了積泥狀況對出水水質(zhì)的不利影響，但同時也加大了4#混凝沉淀池的維護(hù)工作量，并對其制水生產(chǎn)的連續(xù)性也造成了一定不利影響。

3 結(jié)論

合肥市某制水廠4#混凝沉淀池改造工程的實例分析表明，采用側(cè)向流斜板沉淀工藝可以在不增加建設(shè)用地的情況下，改善老舊平流沉淀池的出水水質(zhì)及水量。但針對低濁微污染水庫原水水質(zhì)的處理，側(cè)流斜板沉淀工藝存在沉泥效果不佳、沉泥易上浮等狀況，繼而引起維護(hù)工作量增加、影響制水生產(chǎn)連續(xù)性等問題，特別是對夏季供水高峰期的供水生產(chǎn)調(diào)度造成了不利影響。因此，建議在后續(xù)的水廠改擴建及新建工程中，應(yīng)當(dāng)對原水水質(zhì)、建設(shè)用地面積、供水需求量及生產(chǎn)調(diào)度等影響因素進(jìn)行綜合考慮以研判該工藝的適用性及經(jīng)濟性。