宁河县除氟给水厂的设计

赵 洋 王舜和*

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

天津市宁河县地下水水质分析主要为氟化物超标，约为3.0 mg/L(标准为1 mg/L以下)，若长期饮用，会造成骨质结构的改变，引起氟骨病等症状;此外pH值偏碱性，约为8.5。为此，该县新建除氟给水厂1座，一期工程水源为地下水，规模2万m3/d，二期计划改造为地表水厂，设计总规模为6万m3/d。

1 总平面布置及工艺流程

本工程规划厂区总面积为5 ha，一期工程占地约1.8 ha，场地较平整。根据取水点和送水方向，水处理流程为自西向东布置，办公区位于厂区东部，主要构(建)筑物包括:综合办公楼、传达室、酸调池、酸碱车间、V型滤池、加氯间/过滤操作间、清水池、送水泵房/变配电室。总体布局见图1，工艺流程见图2。

图1 水厂平面布置图

2 设计方案

根据进水水质情况，工艺主要处理目标为氟化合物，通常采用的方法有:吸附过滤法、反渗透法、混凝沉淀法和电渗析法等。根据投资和运行费用分析，工程最终采用活性氧化铝法。活性氧化铝是一种白色颗粒状多孔吸附剂，是由各种含水氧化铝煅烧而成，当水的pH值小于9.5时可吸附阴离子，其吸附交换能力随着比表面积的增大而强化。

2.1 酸调池

原水的pH值是影响活性氧化铝吸附能力的主要因素，较高时会降低吸附容量，通常控制在6.0～7.0之间。本工程进水值为8.5，设计采用投加二氧化碳气体来降低pH值，具有使用安全、不影响水质口感等特点。工程按近期水量设计(考虑5%自用水)，停留时间15 min，设矩形水池一座，9 m×7 m×7 m，有效水深6.5 m，钢筋混凝土结构。池设CO2曝气器16个，每个通气量为3 m3/h～5 m3/h，酸碱车间内设10 t CO2储罐2个，每日需CO2量约为2 100 kg。

2.2 吸附滤池

采用V型滤池，滤料活性氧化铝的粒径采用0.4 mm～1.5 mm，工程设计滤速为6 m/h，设计吸附容量取3 g(F)/kg(Al2O3)，设计滤层厚度为1.6 m。为保证滤池的稳定运行，工程设计反冲洗系统，包括反冲洗管路及反冲洗泵、风机等。系统反冲洗为周期运行(时间间隔为48 h)。反冲水可利用原水或滤后水，冲洗后的废水通过重力自流排放。

近期设计2座滤池，预留远期4座滤池位置，总尺寸21 m×9 m×5 m，过滤面积154 m2，活性氧化铝滤料体积246 m3，滤头:55个/m2，反冲洗分三个阶段:第一阶段:气冲强度15 L/(s·m2)，冲洗历时2 min。第二阶段:气水反冲气反冲强度15 L/(s·m2)，水反冲强度4 L/(s·m2)，冲洗历时4 min。第三阶段:水冲强度8 L/(s·m2)，冲洗历时 10 min。

2.3 过滤操作间

结构尺寸30 m×10 m×5 m，钢筋混凝土框架结构。主要设有反冲洗泵 Q=850 m3/h，H=17 m，55 kW，2用1备;罗茨风机Q=35 m3/min，H=5.5 m，40 kW，2 用1 备。

2.4 酸碱车间

当滤池出水含氟量达到终点含氟量值时，表明滤池吸附容量已达到饱和，此时滤池应停止工作，滤料应立即再生处理。再生剂采用氢氧化钠溶液，再生过程可分为首次冲洗、再生、二次冲洗(或淋洗)及中和四个阶段。再生过程采用的药品设在酸碱车间，结构尺寸38 m×11 m×5 m，钢筋混凝土框架结构，内设再生池2个，5 m×5 m×5 m;废液池1个，5 m×5 m×5 m;中和池1个，5 m×5 m×2.5 m。需要去除氟离子浓度3.0 mg/L，每日除氟量53 kg/d，Al2O3吸附容量3 g/kg，单池吸附量258 kg，再生周期8 d。采用1%氢氧化钠溶液浓度，再生剂与除氟量之比10∶1，再生液体积210 m3，1%硫酸溶液总量504 kg。

再生过程包括:

首次气水反冲:气冲强度15 L/(s·m2)，水冲强度3 L/(s·m2)，冲洗历时15 min;再生液冲洗:设计流速3 m/h，再生历时2 h;二次反冲:水冲强度6 L/(s·m2)，冲洗历时60 min;用1%硫酸溶液中和，中和时间60 min。

2.5 加氯间

为保证出厂水水质符合国家饮用水卫生标准，采用二氧化氯消毒，加氯点设在清水池前，加氯量为2 mg/L。结构尺寸为10 m×10 m×5 m，同过滤操作间联建。主要设备为2 kg/h二氧化氯消毒器及配套储罐，1用1备。

2.6 清水池

清水池调节容积按供水量的10%～20%计算，本工程近期拟建矩形清水池1座，预留远期2座位置，结构尺寸27 m×19 m×4.5 m，有效水深4 m。

2.7 送水泵房

按远期规模设计，设备按近期规模安装，结构尺寸为10 m×10 m×5 m，近期设计规模为2万m3/d，远期设计规模为6万m3/d，时变化系数为1.5。主要设备包括:3台水泵，Q=420 m3/h，H=44 m，75 kW，3用 1备，远期增加 5台水泵，Q=520 m3/h，H=44 m，120 kW，4用1备。

3 工程设计总结

1)设计水源为地下水，主要处理目标为除氟，设计除氟量为3 mg/L。2)工程采用活性氧化铝除氟工艺，并设有滤料冲洗、再生等系统，消毒采用二氧化氯工艺。3)根据工艺情况设有必要的自动控制系统，水厂可实现自动化运行管理。4)平面布局按功能分区，根据水力流程确定各单体位置，避免水流迂回，降低水头损失。

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