高铁-高浊度地表渗井水处理工程实例

杨耐

（秦皇岛尚品环保工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

高铁-高浊度地表渗井水处理工程实例

杨耐

（秦皇岛尚品环保工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

采用机械鼓风曝气-穿孔旋流反应沉淀池-一级锰砂过滤-中间二次曝气-二级锰砂过滤的方法，对吉林通化某电厂所在地的地表渗井水进行处理。进水和出水水质的监测结果表明，总铁的去除率可达99.1%，浊度的去除率达97.8%，pH无明显改变。出水水质达到浊度＜5 NTU，pH在6.5～8.5，Fe≤0.3 mg/L的要求。系统装机功率为140.75 kW。运行费用为0.219 元/t。出水水质达到预期的设计要求，系统运行稳定，具有较好的技术经济指标。

渗井水；曝气；沉淀池；过滤；工程实例

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.04.23

水中浊度超标和含有过量的铁将给生活饮用及工业用水带来很大危害。国家规定生活饮用水中铁离子含量应≤0.3 mg/L，浊度≤1 NTU，如果超标会对人体健康造成影响。当锅炉、压力容器等设备以含铁量较高的水质作为介质时，会造成承压设备结褐色坚硬的铁垢，致使其发生增加热阻、发生变形、曝管等事故。吉林省通化A电厂II期新增2台240 t/h锅炉，系统要求工业给水的水量为400m3/h，本工程采用曝气、沉淀、过滤等主体工艺对高铁-高浊度地表渗井水进行处理。

1　地表渗井水的水质特性

水质来源为厂区的地表渗井水，水质随季节有一定波动。水中含铁量和浊度都很高，且二价铁离子与三价铁离子共存。

表1　地表渗井水不合格项指标

2　处理工艺及主要处理构筑物、设备

2.1处理工艺

图1　处理工艺流程

地表渗井水来水通过管路输送到机械鼓风曝气塔［1-2］，使水与空气中的氧充分接触，使水中的二价铁离子氧化成絮状沉淀的三价铁离子其反应的方程式为：4Fe2+＋O2+2H2O＝4Fe3+＋4OH-。

机械鼓风曝气塔的出水重力流入原水池，然后由原水泵提升到穿孔旋流反应沉淀池。由于水源为地表渗井水。水的浊度很高且含有一定微生物，所以在原水泵出水母管设有两个加药点：一个投加絮凝剂，另一个投加杀菌剂。

通过穿孔旋流反应沉淀池［3-4］使药剂与水充分混凝反应，然后通过沉淀去除分散性颗粒。清水通过穿孔旋流反应沉淀池的集水堰重力流入一级锰砂滤池［5-6］。通过一级锰砂过滤后铁去除率在95%以上，浊度的去除率在90%以上。

一级锰砂滤池出水重力流入中间曝气池。通过中间曝气池曝气溶氧后重力流入二级锰砂滤池。经过二级过滤池后出水铁去除率达99.4%以上，浊度去除率达99.8%以上，出水水质优于预期要求；然后重力流入清水池，通过外供水泵输出到用水单位。

2.2主要处理构筑物、设备

2.2.1机械鼓风曝气塔

机械鼓风曝气塔的主要作用是向水中溶氧［3］，使二价铁离子氧化成三价铁离子。设备上部设有进水布水装置，下部为鼓风进气口，用离心风机鼓气，内部装填塑料多面空心球填料。处理水量400 m3/h，整个系统自耗水量按10%计，Q=400 m3/h×1.1=440m3/h；机械鼓风曝气塔淋水密度K= 40 m3/（m2·h）；填料为塑料多面空心球，比表面积：200m2/m3，直径：φ=50mm，装填高度：H= 1 500mm。

设备选取2台，并联同时运行，单台出水量为220m3/h；

设备直径D计算：

圆整后取直径为2.8m。

2.2.2穿孔旋流反应沉淀池

穿孔旋流反应沉淀池分为两个区域：一个区域为旋流反应区，旋流反应区一般设有6个格（井），水依次从1#流到6#旋流格 （井），每格（井）中成旋流状态流动使水与药剂充分接触混合，达到混凝与预沉淀的作用；另一个区域是沉淀区，沉淀区为上向流斜管沉淀。斜管为φ35 mm蜂窝斜管，斜长1 m，水平倾角60°，上升流速采用2.5mm/s。通过斜管加大水池的过水断面湿周，同时减小水力半径，因此在同样的水平流速V时，可大大降低雷诺数（Re），从而减少水的紊动，使颗粒的沉淀距离缩短，减少沉淀时间。穿孔旋流反应沉淀池采用自动定时排泥，排泥周期根据进水浊度设定。

系统共设计2个穿孔旋流反应沉淀池，设计单池出水量为200m3/h，水厂自用水量按10%计；混凝反应时间按20～25min取值；设计流量Q=200 m3/h×1.1=220 m3/h=0.061 m3/s；表面负荷取q=2 mm/s；斜管材料采用厚0.4 mm塑料板热压成正六角形管，内切圆直径d=35 mm，长1 000 mm，水平倾角θ=60°。

按照公式F=Q/q计算。

式中Q—流量，m3/h；

q—斜管沉淀池表面负荷。

则：F=Q/q=0.061/0.002=30.5m2

采取沉淀池尺寸为： 6.8×4.8 m=32.64 m2。进水设在6.8m长的一侧。

清水区高度1.4 m，配水区高度1.0 m，穿孔排泥槽高2.4 m，斜管高度h=1×sinθ=0.87m。

池子总高度：1.4+1.0+2.4+0.87=5.67m；

混凝反应区容积：220m3/h×20min/60min/h= 73.3m3；设计尺寸为：6.8m×4.2m。总高为5.67m。

2.2.3一级锰砂滤池、二级锰砂滤池

滤池内部滤料为锰砂，水流自上而下流经颗粒滤料层时，水中杂质即被截留，而锰砂中的MnO2与水中溶解的Fe2+发生氧化还原反应，使Fe2+变为Fe3+并生成Fe（OH）3絮状沉淀，同样被锰砂滤料截留，起到去除水中溶解铁离子和浊度的作用。清水由配水系统汇集流出滤池，随着滤层中杂质截留量的逐渐增加，当运行一定时间时滤池需停止过滤进行反冲洗。反冲洗时，冲洗水经配水系统自下而上穿过滤料层使其处于悬浮状态，冲洗废水从冲洗排水槽排走。

一级、二级锰砂滤池均分4组。每组设计出水量为110 m3/h，设计滤速为V=7～8 m/h，采用单层滤料，粒径为0.4～0.8mm，底部采用卵石垫层布水，垫层高度为700 mm。滤料装填高度为1 200mm，二氧化锰含量在35%以上，设计运行周期为24 h。

反冲洗采用气洗和水洗。根据实际调节后气冲洗强度为18 L/（m2·s），历时60 s。清水冲洗强度为15 L/（m2·s），历时300 s上布水到滤料高为1.2m。

滤池面积：F=Q/V=110 m3/h÷8 m/h=13.75 m2。滤池设计为4.5 m×3.3 m=14.85 m2，实际运行滤速为110m3/h÷14.85m2=7.4m/h。

滤池总高度确定：布水高H1=700mm，滤料高H2=800 mm，上布水距滤料层高H3=1 300 mm，进水分配槽高H4=450 mm。滤池总高H=H1+H2+ H3+H4=700+800+1 300+450=3 250 mm=3.25 m。

2.2.4中间曝气池

设计数据：14 m×3 m×3.8 m=160 m3有效使用容积为14m×3 m×3.8 m=113.4m3

有效停留时间为17min，曝气采用盘式曝气器，气源用罗茨风机，参数为Q=8.7 m3/min，P= 4.9 kPa，N=15 kW。

2.2.5絮凝剂加药量计算

絮凝剂主要是三氧化二铝即氧化铝，分子式：［Al2（OH）nCl6-n·x H2O］m（m≤10，n=1～5），对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定。

原水浊度在100～500 NTV时，絮凝剂投加量为5～10mg，即每千吨水投量为5～10 kg，用前最好根据水质特性进行小试，选出最佳值，然后投用。

常用污水投放比例见表2：

表2　常用水投放比例（参考值）

絮凝剂制投加量按10 PPM计算，水量为440 m3/h；药液配比浓度为10%；投加量Q=440m3/h× 10 g/m3÷10%÷1 000=44 kg/h。絮凝剂加药计量泵选取50 L/h，2台1用1备。

2.2.6杀菌剂加药量计算

系统采用二氧化氯杀菌，选用1 500 g/时化学法二氧化氯发生器。根据余氯检测仪自动控制加药量，控制余氯量为3 PPM。

3　实测出水水质指标

经过1 a的连续运行，监测进水、出水的主要水质指标，结果如图2、图3及表3所示。结果表明：工艺进水浊度最大（124.87 NTU）时，一级锰砂滤池出水浊度是12.5 NTU，二级锰砂滤池的出水浊度为2.7 NTU。一级锰砂滤池对浊度的去除率为90%，二级锰砂滤池对浊度的去除率为97.8%。进水总铁为18 465μg/L时，一级锰砂滤池的出水铁含量为340μg/L，二级锰砂滤池的出水铁含量为160μg/L。一级锰砂滤池对铁的去除率为98%，二级锰砂滤池对铁的去除率为99.1%。上述结果表明，该水处理系统运行稳定，出水的浊度及铁指标符合《工业用水标准》 （GB/T 19923-2005）工艺与产品用水要求。

表3　处理前后指标对比

4　投产后的经济运行分析

整个系统设计能力为400 m3/h；设备部分及电控部分（不含厂房、混凝土部分、采暖通风照明） 投资总计为210万元。系统装机功率为140.75 kW，折每吨水用电费为0.112元。药剂消耗费用为每吨水0.026 6元，其他费用折算每吨水为0.08元。每吨水的运行费用约为0.219元。

图2　不同月份原水与出水浊度对比

图3　不同月份原水与出水总铁对比

表4　运行成本分析

5　结语

本项目于2013年初进入调运阶段。从调运到3月份正式交付建设单位使用这段时间以来，系统运行平稳，工艺设计合理，设备及安装质量良好，系统的各项性能指标全部达到设计的要求，各项重要指标如浊度、pH、铁含量、出力等全部在合格范围内，自动控制系统运行正常，系统各在线监测仪表工作正常。在经历雨季时原水的浊度明显上升，最高达160 NTU，总铁含量达19 000μg/L。系统出水各项指标均在合格的范围内。

通过实践发现，当地现有的资源地表渗井水作为水源时，虽然浊度、铁量都很高，但针对水质的具体情况，选择合适的处理方法是可以达到预期效果的。所以对于浅层地表渗井水通过合适的工艺处理是可以满足工业用水要求的。

［1］李敏.曝气氧化除铁锰水处理装置运行调试［J］.中氮肥，2012 （6）：21-23.

［2］上海市政工程设计研究院.给排水设计手册第3册-城镇给水［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［3］宋力.絮凝剂在水处理中的应用与展望［J］.工业水处理，2010，30 （6）：4-7.

［4］李焱.穿孔旋流反应斜管沉淀池工作原理及改进［J］.山西科技，2008（3）：138-139.

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［6］郭振远，贺松年，刘宗耀.分层锰砂滤池去除地下水中铁离子的工程应用［J］.四川环境，2010，29（3）：20-23.

（编辑：程俊）

Treatment Project Case of Surface Infiltration Water w ith High Turbidity and High Concentration of Fe Irons

Yang Nai
（Qinhuangdao Superior Environmental Engineering CO.，LTD，Qinhuangdao Hebei 066000，China）

The surface leakage water in the spot of Jilin Tonghua electricity plant was treated adopting themethods ofmechanical aeration，reaction sedimentation tank，primary manganese ore filtration，middle second aeration and secondarymanganese ore filtration.Bymonitoring the water quality of filling up and draining，it was found that 99.1%of iron and 97.8%of tubidity can be removed and there was no evident change for PH value.The water quality of draining can be up to the tubidity requirement：＜5 NTU，pH6.5～8.5，Fe≤0.3 mg/L.The system engine rate was 140.75 kW.The running expense was 0.219 RMB per ton.The water quality of draining reached the expected design requirement.The operating system was stable and had good technical economy index.

water leakage，aeration，sedimentation tank，filtration，project case

X52

A

1008-813X（2016）04-0090-04

2016-06-14

杨耐（1980-），男，河北秦皇岛人，毕业于沧州师范专科学校化工工艺专业，助理工程师，主要从事环境保护水处理领域的研究工作。