常规净水工艺及新技术在人饮工程中的结合与应用

2014-07-25李侠

陕西水利 2014年5期

李侠

（甘肃省民乐县农村自来水公司甘肃民乐 734500）

1 常规净水工艺基本原理

常规净水工艺是针对水质浑浊度、色度、肉眼可见物、臭和味等感官性状指标、菌落总数等微生物指标超标，而毒理指标和一般化学指标符合行业用水标准的水源，通过传统的絮凝、沉淀、过滤、消毒处理后，使水质各项指标达到行业标准。常用于工业用水、人饮水的水质净化。其基本流程为混合——絮凝——沉淀——过滤——消毒。混合是使投加的絮凝剂及助凝剂进入沉淀池前同水均匀混合；絮凝是利用颗粒絮凝作用，在絮凝剂或助凝剂作用下，使水中微小的胶体颗粒和悬浮物颗粒中和表面电荷，减低或者消除颗粒之间的排斥力，使颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集体积达到一定程度时（粒径大约为0.01cm时），便从水中分离出来，形成絮凝体沉淀下去；沉淀是密度大于水的悬浮物在重力作用下从水中分离出去的过程；过滤是水质净化的关键，是水依靠重力通过装有滤料的设施，过滤出水中留存的细小颗粒及微生物，实现深度纳污，并配置反冲洗系统冲洗滤料；消毒是利用消毒剂杀菌消毒。

常规净水工艺净水过程分明、功能稳定、处理彻底、节能环保、经济适用，运行费用低，是较为理想的净水工艺。

2 净水领域的新技术、新材料

近年来，随着科技和水处理工艺的发展，一大批新技术、新材料应用而生，对应常规净水工艺絮凝、沉淀、过滤、消毒各个环节，主要的新技术、新材料有：混合有管道混合器、漩涡混合器等；絮凝构筑物有隔板式絮凝池、旋流式絮凝池、网格絮凝池等；沉淀池有平流式、辐流式、斜管（板）式等；过滤设施有石英砂滤池，V、D型滤池等；消毒有紫外线、二氧化氯发生器等。其他配套设施有：超声波流量计、在线浊度仪、余氯检测器、可调式电动蝶阀、自动化综合监控系统等。

这些新技术、新材料与常规净水工艺各个环节充分结合，可使净水过程提质提速，净化结构进一步改善，自动化水平显著提高，运行管理费用及操作难度大大降低。

3 常规净水工艺及新技术在人饮工程中的应用

2012年民乐县海潮坝农村饮水安全工程通过省市主管部门批复实施。工程设计解决4个乡镇、19个行政村、2.54万农村人口，以及2个集镇人口的饮水安全问题。设计供水规模3733m3/d，全日制供水。工程水源为海潮坝水库水，水库总库容735万m3，库区水体由雨水、祁连山冰雪融溶水、基岩裂隙水等构成。经民乐县疾控中心取水化验，除感官性状指标和微生物指标超标外，其余指标均符合生活饮用水一级水质标准。水库水浑浊度长期低于200NTU，瞬间不超过500NTU。设计反应沉淀池出水浊度小于5NTU，滤池出水浊度不大于1NTU，特殊情况不大于3NTU。

工程采用常规净水工艺，并应用技术领先、性能稳定的管道混合器、网格絮凝池、斜管沉淀池、D型滤池、二氧化氯发生器及自动化仪器仪表等进行优化升级、强化组合，取得了明显的成效。其净水工艺如图1。

3.1 混合

在反应沉淀池前进水主管上设置DN315静态混合器1台。静态混合器是利用在管道内设置的多节固定式分流板使水流成对分流，同时又有交叉入旋涡反向旋转，使投加的絮凝剂及助凝剂进入沉淀池前能同水均匀混合，以达到混合效果。根据不同水质情况，通过试验来确定絮凝剂的种类和投加量。计量泵、溶液桶及搅拌机均用一备一。系统的建成实现了药剂与水的均匀混合及适时适量投加。

3.2 反应沉淀池

该工程反应沉淀池设计为钢筋砼地上式结构，包括网格絮凝池和斜管沉淀池。

3.2.1 絮凝池

网格絮凝池是近年来应用紊流理论发展起来的新型絮凝池，其平面布置与穿孔旋流絮凝池相类似，由多格竖井串联而成，水从竖井上部进入、从底部流出，竖井前段网格较密、中间较疏、末端不放网格，确保充分反应絮凝。网格絮凝池为一组，为保证充分反应絮凝，设计参数为：

停留时间为18min。

过网孔流速前段为0.25m/s，竖井平均流速为0.12m/s；中段为0.22m/s，竖井平均流速为0.12m/s；后段不放网格，竖井平均流速为0.12m/s。

前段竖井过孔流速为0.26m/s，中段竖井过孔流速为0.17m/s，末段过孔流速为0.10m/s。

处理水量为：

网格絮凝池的容积为：

网格絮凝池的有效水深为4.1m，则网格絮凝池的面积为：S=50/4.1=12.20m2。

依据竖井理论过流面积，结合现场与沉淀池合建施工的实际，竖井确定为1.1m×1.1m的矩形断面。

竖井的格数N=S/A=12.20/1.21=10.08格）取11格。积泥区高度0.8m，超高0.3m，总高度为：H=4.1+0.8+0.3=5.2m。网格絮凝池综合水损为0.4m。

图1 净水工艺流程图

3.2.2 斜管沉淀池

斜管沉淀池是根据浅池理论发展而来的，是一种在沉淀池内装置许多直径较小、平行的倾斜管的沉淀池。其特点是沉淀效率高，容积和占地面积小。从改善沉淀池水力条件的角度分析，由于斜管的放入，沉淀池水力半径大大减小，能满足水流的稳定性和层流的要求。设计参数如下：

由于水源为低温低浊水，斜管沉淀区液面负荷按6.0m3/（m2·h）设计，液面上升流速为1.65mm/s；

斜管采用塑料片热压蜂窝六边形，内切圆直径35mm，斜长1m，安装角度60°。

沉淀池的有效系数为0.80，配水区高度1.5m，清水区高度1.1m，斜管高度0.87m；水在斜管内停留时间为9min。

斜管沉淀池为1组，处理水能力为：4000t/d=0.046m3/s。

清水区净面积：

A=Q/V=0.046/0.00165/0.8=34.85m2。

斜管沉淀池结构性水损为0.3m。污泥区高度0.8m，超高0.3m。

斜管沉淀池的高度为：

排泥为重力排泥，排泥管为DN200mm。

水从整流渠中间堰顶过后，从沉淀池底部预留过水花管进入，缓慢从下而上升起，经过斜管沉淀，汇集到清水区，随着水位上升，清水流入布设好的集水槽，然后进入滤池前配水渠，通过堰顶均匀分配到滤池。滤池进水口处设置可调式自动方形控制闸门，可调节滤池水量。

网格反应池、整流渠与斜管沉淀池连体布置结构紧凑、占地少，有利于节省投资。

3.3 D型滤池

D型滤池是代替传统石英砂滤池的一种新型净水设施，是在V型滤池基础上改造而成的，滤料采用DA863滤料。它采用小阻力配水系统，气、水反冲洗，恒水位或变水位过滤方式，可以确保滤料达到高效、广域、变速和自适应。

D型滤池具备传统快滤池的主要优点，同时运用了DA863过滤技术，其特点是：可实现高滤速、高精度的过滤，提高出水质量，从而减小构筑物体积，节省占地面积，最大程度地节约投资；特有的拦截技术，可保证滤料在反冲洗时不会流失，反冲洗耗水率底（约1%～2%），运行费用省；工艺技术先进，操作简单，运行方便，经济合理，并设有化验及自动净水、消毒电控系统，是一种实用、新型、高效的滤池。

工程设计7.76m2（1.54×5.04m）滤池3组，过滤速度8m/h。单组滤池设计净水量62m3/h，除去反冲洗时间30min，3组滤池日净水能力约为4370m3/d。采用半地下式结构，主要由进水渠、过滤池、水封池和排污沟组成。为保证滤池的正常运行和水质安全，设计定时对滤池进行气、水反冲洗。

反冲洗分三个阶段：

单独气洗：历时3min～5min，气洗强度20L/（m2·s）～30L/（m2·s）；

气水同时反冲洗：历时8min～10min，气洗强度20L/（m2·s）～30L/（m2·s），水洗强度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

清水漂洗：冲洗历时3min～5min，冲洗强度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

反冲洗全过程伴有表面扫洗，表面扫洗强度1.4L/（m2·s）～2.8L/（m2·s）。

3.4 消毒设施

工程采用消毒功能稳定、运行方便的正压式二氧化氯发生器，利用其流量泵适时适量向水厂清水池进水管道内投加二氧化氯的方式进行消毒。在余氯检测器的监控下保证各级管网余氯符合设计要求及人饮水标准。

3.5 自动化控制系统

利用信号线把净水设施仪器仪表、调控设施与控制中心连接，构成有线控制系统；控制中心设立PLC处理系统和总监控屏幕，控制端架设摄像、报警系统。具体操作中，可根据清水池液位控制仪，结合流量计具体数值，自动开启可调式电动蝶阀，适时增减进水量；根据原水、净水浊度仪显示数值，调节絮凝剂流量泵，确保净水浊度达到设计值；依据清水池余氯检测器适时掌握出厂水余氯情况，自动调节二氧化氯发生器原料计量泵，确保水中余氯既杀菌彻底又不超出标准；依据进、出水浊度，设定滤池自动反冲洗间隔时间，排泥及调节阀体均为电动蝶阀，可实现自动启停；通过水厂自控系统，全天候记录运行情况，准确采集基础信息和数据。同时，主管部门可通过无线通讯网络随时查看水厂水量、水质以及运行情况。