600 m3/h净水站原水处理系统工艺改进与实施

刘玉安，刘卫东，林开洪，李 成

(1.国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 210032;2.国电泉州热电有限公司，福建 泉州 362804; 3.厦门恩格节能科技有限公司，福建 厦门 361000)

600 m3/h净水站原水处理系统工艺改进与实施

刘玉安1，刘卫东2，林开洪3，李 成1

(1.国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 210032;2.国电泉州热电有限公司，福建 泉州 362804; 3.厦门恩格节能科技有限公司，福建 厦门 361000)

针对电厂制水装置进行了系统改造，提出了一种新工艺并加以实施.介绍了PWT型机械加速澄清池和虹吸滤池的设计改进和实施过程.指出了PWT型机械加速澄清池和虹吸滤池联合处理工艺在低浊度原水处理净水站项目的可行性.结果表明，工艺满足相关技术规程，达到相关国家标准的要求.

PWT型机械加速澄清池;虹吸滤池;净水站;低浊度

国电泉州热电有限公司现有原水处理装置共3套，总制水能力为810 m3/h，平时勉强满足电厂用水要求，若单台装置发生故障或进行检修，总制水量将满足不了电厂用水需求.因此，电厂决定对净水站进行新增扩容，新增一套处理能力为600 m3/h的原水处理系统.该项目产水进入清净水池，分别供应生活水、消防水、化学水及工业水.

电厂净水站原水预处理采用的主要工艺流程为:原水—混凝—沉淀澄清—过滤.混凝和沉淀分别指的是絮凝物的形成和沉降，其中集合混凝和沉淀的澄清器处理在电厂中的应用越来越广泛.［1］PWT型机械加速澄清池过去主要用于石灰法中水处理，由于其施工简单、结构合理等特点，近几年在电厂原水预处理中逐渐被采用，且运行稳定、处理效果好.［2］电厂净水站过滤单元主要采用压力过滤设备和无阀滤池类重力过滤设备.无阀滤池类过滤设备由于处理水量大、无需大型阀门、动力消耗低等特点，被广泛用于电厂净水站.［1］

针对新增净水站原水处理系统，本文提出了一种新工艺，并在设计及调试过程中对其进行了系统优化.

1 系统设计

1.1 系统工艺流程

新增净水站原水处理系统工艺流程如图1所示.图1中，原水池中原水经升压泵提升至澄清池，升压泵至澄清池管路设管式混合器，澄清池出水自动流入滤池，滤池出水进入清净水池备用，澄清池排泥进入原有泥水池，滤池反冲洗水排入原水池.管式混合器为静态管式混合器，澄清池采用PWT型机械加速澄清池，滤池采用虹吸滤池.

图1 系统工艺流程

1.2 系统设计思路

新增净水站原水处理系统设计过程中遵循节能、节水、高效的整体思路.静态管式混合器无需动力，所加药剂经过混合器的静态旋型叶片进行充分混合.混合器中依次加入杀菌剂、碱及混凝剂.杀菌剂主要针对夏季高温季节水体进行杀菌，碱液用于调节雨季水体的pH值，混凝剂用于混凝去浊.PWT型机械加速澄清池结构简单，水力负荷高.机械加速澄清池由于增设内部污泥回流措施较折流通道类澄清池更适合处理低浊度水.虹吸滤池处理水量大，不需要设置大型的自动控制阀门，重力反洗相较水泵反洗节能.虹吸滤池反洗耗水量相对较大，系统反洗排水至原水池，增加原水中絮体含量，对低浊水而言可节约混凝剂加药量.

2 PWT型机械加速澄清池的设计及调试

2.1 澄清池类型的选择

由于叶轮提升内回流装置的存在，我国火电厂中机械加速澄清池广泛应用于低浊度原水处理.传统标准型(S774)机械加速澄清池也在实际运用中，由于其池型复杂，土建施工难度较大，导致集水槽水平度较差、出水偏流，且伞形罩底部回流缝隙宽窄不一，影响水的均匀回流，从而影响泥渣层形成，影响出水水质.［3］PWT型机械加速澄清池构造相对简单，内构件采用钢结构原件，可有效解决上述问题.

PWT型机械加速澄清池引进自英国，目前在我国主要应用于石灰法中水处理项目.由于PWT型机械加速澄清池和传统标准机械加速澄清池作用机理相似，因此在原水处理净水站中也得到一定的应用，例如在华能左权等电厂原水预处理中应用效果较好.在相同池径及高度的情况下，PWT型机械加速澄清池比标准池处理能力提高了约20%，且具有良好的耐冲击能力.［2］

2.2 PWT型机械加速澄清池的构造与特点

PWT型机械加速澄清池包括第一反应区、第二反应区、分离区(含斜板)、搅拌机、刮泥机、集水槽、廊道桥架等，主要构造如图2所示.

进水沿切线方向进入第一反应区，进水和经提升搅拌叶轮回流的污泥在第一反应区内进行混合，发生絮凝反应形成微小絮体.经混凝的水体经第一反应区进入第二反应区，在第二反应区内水体扰动性变弱，微小絮体长大并与回流泥渣颗粒粘附.后经第二反应区进入分离区，沉淀性能好的大颗粒絮体在分离区底部即可有效沉淀，沉淀性能较差的絮体上升到斜板区利用浅层沉降原理进行深度分离.

图2 PWT型机械加速澄清池主要构造示意

本文设计的PWT型机械加速澄清池具有如下特点.

(1)池体内部构件为钢结构，安装简单，工艺可控.池体内构件包括第一反应区直筒，第二反应区直筒(底部裙装)，提升搅拌叶轮和钟形罩，集水槽等.

(2)提升搅拌器采用调速装置，可根据回流需求调整搅拌器转速，水质水量适应性好.

(3)第一反应区、第二反应区设计更符合快速混凝和慢速絮凝的G值要求.PWT型机械加速澄清池第一反应区搅拌强度大，速度梯度高，停留时间短，有利于混凝反应的进行.第二反应区速度梯度低，停留时间长，有利于絮体矾花的形成，避免矾花由于剪切力破碎.

(4)分离区上部设置斜板，以保证出水效果.斜板区利用浅层沉降原理，增强沉淀分离效果.

(5)具体设计参数如下:池体内径Φ为18 m，第一反应区筒体内径Φ1为2.8 m，第二反应区筒体内径Φ2为8 m，搅拌叶轮转速为3～12 r/min.

2.3 PWT型机械加速澄清池的调试

2.3.1 混凝剂加药量的确定

取原水进行烧杯实验确定最佳加药量，加入混凝剂聚合氯化铝以100 r/min的转速快速搅拌1 min，再以30 r/min的转速慢速搅拌8 min，静止10 min，观察加药量变化对上清液效果的影响.加药量和浊度的对应关系如表1所示.

由表1可知，混凝剂的最佳加药量为9 mg/ L，此时的上清液浊度为0.63 NTU.

表1 加药量和浊度的对应关系

2.3.2 PWT机械加速澄清池的启动及调试

低浊度原水采用机械加速澄清池处理时需要投加外来污泥以满足污泥回流的需求.污泥的投加提供矾花的晶核，便于更好地形成大颗粒矾花.本文中PWT机械加速澄清池启动时投加土壤污泥固体0.5 t，经调试运行证明满足启动要求.

调试初期药剂投加量为30 mg/L时，机械加速澄清池出水效果最好，小于或大于30 mg/L时上清液均有矾花絮体存在.分析原因为:加药量小于30 mg/L时因加药量不足导致混凝反应不彻底;加药量大于30 mg/L时因加药量过大导致混凝剂过剩而影响出水效果.随着投加土壤污泥在池体内充分混合，形成矾花的晶核增加，调试期间加药量逐渐减少，在调试连续运行到24 h左右加药量减少至9 mg/L时，出水效果最好，浊度值为0.5～0.6 NTU.运行到18 h左右出水浊度开始变差，浊度值在3 NTU左右.分析原因为:池体中污泥量过大.开启排泥管阀门排泥5～10 min，出水浊度下降至正常值.正常运行期间建议运行12～18 h左右排泥一次，时间为5～10 min.

2.4 调试结果

选择PWT型机械加速澄清池处理低浊水，混凝澄清效果良好.无斜板单元的机械加速澄清池清水区上升流速0.8～1.1 mm/s，有斜板单元时流速可提升至规范值的1.6～2倍.该系统机械加速澄清池在运行出力600 m3/h时清水区上升流速0.82 mm/s，处于《DL/T 5068—2006火力发电厂化学设计技术规程》规定的下限，并留有一定的负荷余量.［4］

3 虹吸滤池的设计及调试

3.1 滤池类型的选择

由于动力消耗小、处理水量大等原因，重力式滤池在火电厂原水处理中应用较为广泛.对于200 m3/h及以下处理量的小型净水站项目一般采用钢制重力无阀滤池，对于200 m3/h以上的净水站项目多采用虹吸滤池、空气擦洗滤池、V型滤池等.由于钢制构筑物结构简单、空气辅助擦洗效果好，近几年空气擦洗滤池在火电厂应用较多.相比较虹吸滤池，空气擦洗滤池也存在如下问题:

(1)空气擦洗滤池存在空气辅助擦洗，因此需要风机动力消耗;

(2)空气擦洗滤池需要配置自动切换阀门，系统配置较虹吸滤池复杂;

(3)空气擦洗滤池每组为单独的圆形池体，占地面积较大;

(4)由于内部封闭构造较多，空气擦洗滤池存在检修困难等问题.［1］

本文中系统原水浊度低，经过机械加速澄清池处理后出水浊度低至1 NTU以下，对滤池的反洗要求相对较低，没有辅助空气擦洗系统也可满足运行要求，因此采用虹吸滤池.

3.2 虹吸滤池的构造与特点

虹吸滤池包括配水进水渠、过滤区、过滤层、清水区、排水槽、排水渠等，主要构造如图3所示.管路阀门包括进水虹吸管、进水虹吸辅助管、进水虹吸破坏管路阀门、进水虹吸强制破坏管路阀门、反洗虹吸管、反洗虹吸辅助管、反洗虹吸抽气管、反洗强制虹吸辅助管路阀门、反洗虹吸破坏计时管路阀门、反洗强制破坏管路阀门、反洗虹吸排气管路阀门.

机械加速澄清池出水自流入虹吸滤池进水配水渠，经进水虹吸管流入过滤区.进入过滤区的水经过滤层过滤后进入中间清水区.随过滤时间推移，滤层阻力逐步增大，过滤区液位升高至反洗排放虹吸管后抽空反洗虹吸管内空气形成反洗.反洗过程中计时水槽中液位下降，当液位下降到反洗虹吸破坏管反洗一定时间(5～10 min)后，计时水槽中液位下降至反洗虹吸破坏管空气联通时，反洗停止.过滤区液位上升至进水虹吸破坏管封闭时，进水虹吸形成，过滤运行重新开始.

本文设计的虹吸滤池在传统标准图集虹吸滤池基础上进行了优化改进，具有如下特点.

(1)过滤系统无大型阀门，无反洗设备，节约工程造价.

(2)重力反洗，反洗时不需要动力设备，节能.

(3)过滤层采用单层石英砂滤料，石英砂粒径0.8～1.4 mm，在保证过滤效果的同时延长了反洗时间.

(4)滤板采用开孔滤板和水帽构造.开孔滤板采用预制钢砼滤板，该滤板结构强度高，表面平整度好，便于安装.水帽采用卫生级小阻力ABS水帽，强度高，不易腐蚀，过水均匀性好.

(5)强制反洗辅助管路进水管分别引至每组滤池，强制反洗形成速度快.

(6)调节堰板采用钢制结构，防腐性好，过水均匀性好.

(7)反洗虹吸管进水处设置新型防涡栅，防止反洗时形成漩涡带入空气.

(8)具体设计参数如下:池体数量为6，两侧2×3布置;滤池总外形尺寸为9.8 m×11.6 m，单池过滤区尺寸为3.5 m×3 m.

图3 虹吸滤池主要构造示意

3.3 虹吸滤池的调试

(1)调整进水堰板的高度，以保证每格滤池均匀进水.

(2)调试期间发现进水虹吸辅助管进水期间对滤料层形成冲击坑，在进水虹吸辅助管末端增设布水挡板，解决对滤料的冲击现象.

(3)调试期间发现反洗虹吸形成慢.分析原因为:反洗虹吸辅助管长度过长造成反洗虹吸管内空气不能及时排出，形成憋压，滤池水位到达反洗虹吸辅助管上端位置也不能快速进入辅助管.若改动辅助管长度则工作量较大，可增设反洗虹吸排气管，有效解决上述问题.反洗虹吸排气管为在反洗虹吸强制破坏管旁设置排气旁路.排气旁路顶端设置自重力密封排气阀.

(4)调试期间发现进水虹吸形成较慢.分析原因为:进水虹吸辅助管顶部进水渠内形成漩涡夹带入空气，影响进水虹吸辅助管的抽气效果.采取在进水虹吸辅助管顶端增设防涡板的措施，可有效解决上述问题.

(5)调试期间观察记录虹吸滤池最佳反洗历时，在保证反洗效果的同时，节约用水.

(6)经过为期一周的调试运行，600 m3/h运行条件下该项目虹吸滤池反洗周期为18～24 h，反洗历时5 min.

3.4 调试结果

选择虹吸滤池处理低浊水，过滤效果良好，并且能达到减少设备投资和运行能耗的目的.该系统虹吸滤池运行出力600 m3/h时过滤速度为9.52 m/h，强制流速为11.43 m/h，满足《DL/T 5068—2006火力发电厂化学设计技术规程》所规定的正常滤速8～10 m/h，强制滤速10～12 m/ h的要求.［4］由于该系统原水经机械加速澄清池处理后浊度仅为0.52 NTU左右，过滤速度可适当放大，滤池处理负荷留有一定的负荷余量.

4 结语

PWT型机械加速澄清池和虹吸滤池联合处理低浊度原水用于电厂净水站项目，出水效果良好.在设计进水流量600 m3/h条件下，净水站的进出水浊度为2.56 NTU，机械加速澄清池出水浊度为0.52 NTU，虹吸滤池最终产水浊度为0.06 NTU，明显小于电厂原有“折流反应沉淀+空擦滤池”工艺装置0.4 NTU的产水浊度值.产水满足《GB 5749—2006生活饮用水卫生标准》中浊度不大于1 NTU的要求.

［1］陈志和.电厂化学设备及系统［M］.北京:中国电力出版社，2006:34-48.

［2］李小军，刘勇，和慧勇，等.新型机械加速澄清池在原水预处理中的应用［J］.山西水利科技，2012(3):90-96.

［3］杨宝红，汪德良，王正江，等.火力发电厂废水处理与回用［M］.北京:化学工业出版社，2006:36-40.

［4］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 5068—2006火力发电厂化学设计技术规程［S］.北京:中国电力出版社.2007:12-62.

(编辑 桂金星)

Technology Improvement＆Implementation of Source Water Treatment System in the 600 m3/h Water-purifying Station Expanding Capacity Project

LIU Yu＇an1，LIU Weidong2，LIN Kaihong3，LI Cheng1
(1.Guodian Nanjing Automation Co.，Ltd，Nanjing210032，China; 2.Guodian Quanzhou Cogeneration Power Plant Co.，Ltd，Quanzhou362804，China; 3.Xiamen Enge Energy Saving Technology Co.，Ltd，Xiamen361000，China)

The source water treatment equipment of power plants is systematically improved and a new process is put forward and implemented.The design improvement and implementation process of the PWT mechanical accelerated clarifier and siphon filter is analyzed.The feasibility of PWT mechanical accelerated clarifier is pointed out and siphon filter processes is used in water-purifying station which has low turbidity.The processes conform with relevant technical regulations，and meet the relevant national standards.

PWTmechanicalacceleratedclarifier;siphonfilter;water-purifyingstation; low turbidity

TU 991.2

A

1006-4729(2015)03-0283-05

10.3969/j.issn.1006-4729.2015.03.019

2015-01-14

刘玉安(1981-)，男，硕士，工程师，山东即墨人.主要研究方向为电厂水处理技术.E-mail: 13851702546@139.com.