一体化净水设备在晋中某水厂的工艺设计应用实例

陈 禹

(太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

水是生命之源，人们的生产生活都离不开水，所有的水都是经过城市净水厂经城市管网输送到千家万户中去的，因此，水厂建设是城市给水工程建设和发展的基础，是提高城市供水安全性的需要。随着社会的进步和发展，用水设施和人口不断增加，生活水平日益提高，用水量也逐渐扩大，以至于水厂的运转负荷与日俱增，高峰期用水出现了满负荷甚至超负荷运转，日常的维护清洗也是遇到了极大的困难，因此需要改造或者扩建以提高其负载能力。而现如今，一体化净水设备已经出现在了很多城市和农村的水厂中，因其安装方便、占地小、周期短，功能全受到很多自来水公司的喜爱，特别是给那些用地紧张，资金不足、工期短的单位带来了福音，比起扩建水厂把大量时间精力用在征地、项目审批、土建安装工程的做法，显然一体化净水设备更适宜水厂改造的需要。

2 项目条件及方案比选

2.1 项目条件

本工程设计规模为15 000 m3/d，相应生产构筑物拟建于该水厂过滤车间厂房内。该水厂过滤车间内设V型滤池、超滤处理单元、臭氧接触池、活性炭滤池。目前，过滤车间内现有设备包含V型滤池、臭氧接触池和活性炭滤池，由于目前出水水质已经能够达到出水水质要求，超滤处理单元相关设备并未安装。空出的地方可以作为相关场地。

2.2 工艺方案比选

第一方案：采用常规处理方式，见图1。

第二方案：采用一体化净水设备，见图2。

对以上两种工艺方案进行比较，优缺点见表1。

拟建区域为过滤车间厂房内，占地为长16 m×宽60 m的空地，区域面积狭小，无法满足15 000 m3/d的土建净水构筑物布置所需面积，若采用一体化净水装置，拟建区域面积则会较为富裕。

表1 工艺方案比较

综上所述，本工程所选工艺方案应以安全可靠、操作简单、管理简单、占地小、施工周期短为原则，因此，本次工程设计工艺方案采用第二方案。

3 工程方案介绍

本次供水系统方案采用由松塔水源输水管接水，设置DN500给水管线，沿厂区内道路向西敷设至过滤车间厂房内，最终入一体化净水设备内，经过常规净化处理后接入原水厂V型滤池出水管，再由原水厂臭氧接触池—活性炭滤池处理后进入原水厂清水池中。

3.1 水源概述

松塔水库位于晋中市东寿阳县潇河主流松塔河上，整个水库最大坝高为63 m、正常蓄水位1 027.00万m3，总库容9 820万m3，年平均径流量4 616万m3。其中设计向晋中市供水1 500万m3/年。

据《山西省松塔水电站工程环境影响报告书》(山西省水利水电勘测设计研究院)所列潇河松塔村附近支流汇入后的干流水质监测项目，按GB 5749—2006生活饮用水卫生标准进行评价(标准中没有的项目以GB 3838—2002地表水环境质量标准的Ⅱ类水标准评价)。相关结果表明水库水监测项目中除大肠菌群和悬浮物超标外，其余均符合GB 5749—2006生活饮用水卫生标准，但挥发酚和硫化物已达标准限值，超标和达限值指标可在净水工艺中进行处理。

3.2 管式静态混合器

水质的混凝处理，是向水中加入混凝剂(或絮凝剂)，通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成高聚物，因为其有强烈的架桥作用，使胶粒被吸附粘结。而管式静态混合的作用是使混凝剂的水解产物向水体中的扩散过程将药剂均匀地扩散到所投加的水流中。管式静态混合器在主管壁上的药剂投加区域为螺旋状、缠绕形分布均匀，带有倾角的诸多喷药孔，喷药孔在内管腔呈内外螺旋状双层、双向分布。在进水运行漩流和投药泵压力的双重作用下，将药剂由呈螺旋状分布的喷口以一定角度和喷射力喷入混合器原水中，在混合器外腔漩流层的作用下，使水流形成内外腔混合，汇合管内后段螺旋流，促成药液与源水流体的高效混合，提高混合器管内原水与药剂充分的混凝效果。所以目前给水厂在水力混合形式上采用的更多的是管式静态混合器。

3.3 网格絮凝池

网格絮凝池是传统的絮凝池的一种，其原理为将絮凝池分成许多面积相等的方格，每个方格竖井安装若干层网格，水流自进水开始从一个方格竖井流向下一个方格竖井，每个方格竖井之间上下交错开孔，使水流也上下交错流动，一直到出口。由于其构造简单，絮凝时间短，絮凝效果好，因此较适用于本工程。

3.4 横向分流式斜板沉淀池

横向分流式斜板沉淀池是在侧向流沉淀斜板以及迷宫斜板技术基础上改进而成，由多组包括导流板、沿流体流通方向设置的多片翼板等沉淀部件排列而成，与其他沉淀技术相比有以下特点：介质的流动方向为水平流动，通过设置的多层翼板将水流分层净化，当介质流经其中一层翼板后，即可将其沉降物排入沉淀区。根据沉淀池去除絮凝颗粒的沉淀原理，在池内进水流量一定的情况下，沉淀池的沉淀效率与沉淀池沉淀投影面积成正比，增加横向分流式斜板净化装置后因沉淀投影面积增加，可以提高沉淀池的沉淀能力，较适用于本工程。

3.5 Ⅴ型滤池

Ⅴ型滤池又称均粒滤料滤池，它是我国于20世纪80年代末从法国Degremont公司引进的技术。其主要特点为，恒定水位等速过滤；滤速高，过滤周期长，出水效果好；承托层较薄；冲洗采用气洗、水洗和气水反冲洗，冲洗效果好而且节约了冲洗用水；考虑其特点，本工程采用Ⅴ型滤池。

4 工艺设计

4.1 一体化净水设备

1)一体化净水设备设计处理水量为15 000 m3/d。

2)一体化净水设备为不锈钢箱体，平面尺寸为23.1 m×12.0 m。

3)原水先经过管式静态混合器加混凝剂，使之充分混合后进入一体化净水设备，一体化净水器设备内部按水流顺序分别进入网格絮凝池、横向分流式斜板沉淀池和V型滤池，经过这样一系列常规水处理后，直接接至原水厂V型滤池出水管，再由原水厂臭氧接触池—活性炭滤池处理后加氯进入原水厂清水池中。

4)出水管汇总后分别接入V型滤池出水管。

一体化净水设备工艺参数：

处理能力：Q=15 000 m3/d。

数量：1台。

材质：不锈钢304材质。

主体设备外形平面尺寸：23.1 m×12.0 m×3.6 m。

进水压力不小于0.06 MPa。

絮凝形式：均衡涡旋式混合反应。

反应时间：16.0 min。

沉淀池形式：横向分流式斜板。

滤池形式：V型滤池，分三格，单边V型槽。

滤料：均质石英砂滤料，0.9 mm～1.2 mm，K80<1.4。

滤速：8.6 m/h。

气洗：气冲强度q气=15 L/(s·m2)；

反冲气量Q=23.6 m3/min；

反冲历时T1=2 min。

联洗：气冲强度q气=15 L/(s·m2)；

水冲强度q水=3 L/(s·m2)；

反冲历时T1=5 min。

漂洗：水冲强度q水=6 L/(s·m2)；

反冲水量Q=567 m3/h；

反冲历时T2=6 min。

表扫：表扫强度q扫=2.3 L/(s·m2)，全程。

反冲风机：采用两台三叶罗茨风机，一用一备，风机参数：

Q=25.08 m3/h，H=40 kPa，N=30 kW。

反冲水泵：采用三台管道泵，两用一备，水泵参数：

Q=300 m3/h，H=15 mm,N=18.5 kW。

4.2 加药装置

PAC投加系统

PAC药剂投加在净水装置进水管混合器上，在管道内混合后进入一体化净水设备。

1)设计参数。

设计处理水量为15 000 m3/d。

PAC投加量：最大为30 mg/L，平均为15 mg/L。

投加聚合氯化铝溶液浓度为10%。

2)投加系统设计。

每日耗固体聚合氯化铝量为225 kg，储药量按30 d使用量考虑，约6 750 kg。

10%PAC溶液投加量为2 250 L/d。

3)溶药桶2只，每只V=3 000 L，φ=1 580 mm，H=1 630 mm，各配套搅拌机1台，每台N=0.55 kW。

计量泵：Q=180 L/h；N=0.25 kW(两台，一用一备)。

4.3 加氯装置

有效氯投加量应根据试验和相似条件下的水厂运行经验，按最大用量确定，并应使余氯量符合《生活饮用水卫生规范》的要求。本工程设计规模为15 000 m3/d，设计有效氯投加量为1.0 mg/L，以保证出厂水余氯含量不小于0.3 mg/L(按来水余氯含量为0 mg/L设计)。选用浓度为10%的次氯酸钠成品溶液，投加量为6.3 L/h，设计选用电磁驱动计量泵两台(一用一备)，计量泵参数：q=16 L/h，H=0.30 MPa，N=24 W。

设计次氯酸按储量满足设备运行18 d，选用5 m3次氯酸钠液体储罐两台，罐体设加药管及泄空管路。

加氯间选用一体化智能加氯控制设备，根据来水流量进行自动加氯，该设备具有PLC自动控制系统，计量泵电源控制，泵频率自动调节功能，可实现全自动运行，流量反馈控制，根据出厂余氯控制投加量。

5 结语

一体化净水设备是集絮凝，沉淀，过滤等工艺的一种新型的净水设备，其将众多的功能集于一身，从而实现单体全自动运行。一体化净水设备不仅使用范围广，处理效果好，出水水质优良，而且耗水量少，动力消耗省，占地面积小。本工程以其在晋中某水厂的工艺设计实例，以水厂实际情况为基础，对各个一体化净水设备各个功能区间和其他配套单体进行了设计。