一体化净水设备的适用性分析

2021-09-14温雪梅

环境保护与循环经济 2021年6期

温雪梅

（北京燕山玉龙石化工程股份有限公司天津分公司，天津 300450）

1 引言

目前国内外对给水处理机理的研究都比较深入，给水处理工艺在实际应用中也较为成熟，各种一体化式的给水处理设备也越来越被市场所接受。一体化净水设备不管是投资还是运行管理都优于传统的水处理工艺，但是其水处理设备内部构造复杂，多种处理工艺集成于一体，在实际运行中也存在着很多缺点。

2 一体化净水设备的运行原理

2.1 净化工艺流程

净化工艺流程见图1。

图1 净化工艺流程

2.2 工艺运行原理

一体化净水设备如图2 所示（图中箭头方向表示反冲洗时的水流方向），分为配水区、反应区、沉淀区、稳流区、过滤区、清水区。

图2 一体化净水设备示意

原水通过设备底部的进水口进入，装置底部为配水区，通过配水区底部的布水管进行均匀布水，与此同时水流的速度降低，然后水流向上进入混凝区，并在该区域与混凝剂充分反应。之后进入两级斜管沉淀区，水流沿斜管向上，污泥由于重力作用沿斜管向下，滑落到设备底层。经过过滤澄清的清水进入设备顶部的稳流区，然后水流自上而下通过滤层进行过滤，过滤后通过连通管进入清水层，最后流入清水池，并在清水池中使用次氯酸钠（NaClo）消毒。

（1）排泥：当设备运行一定时间后，排泥管上的电动阀通过控制柜所给的信号进行自动排泥一次（排泥周期可调），排泥的同时压力水电磁阀也同时开启，对排污进行助冲。

（2）反冲洗排污：水流经过过滤区过滤一段时间后，过滤水头阻力越来越大，水位上升越来越高，当水位到达一定高度时，系统自动进行反冲洗。水流路线与正常过滤时的路线正好相反（反冲洗路线见图2），反冲洗时间为3～5 min，当清水层水位降低到一定水位时，反冲洗自动结束，反冲洗污水经过污水管排出。

3 与传统处理工艺的对比分析

3.1 一体化净水设备的性能优点

一体化净水设备的运行基本沿用了传统处理工艺的原理，在此基础上对各个处理单元进行了集成耦合，使得处理单元之间的连接更为紧密，从而大大降低了占地面积，节约了投资成本。其性能优点主要表现为：

（1）集水、配水、混凝、过滤、沉淀、反冲洗、排泥等一系列运行程序集成在一套设备中，且能实现自动反冲洗，无需反冲洗水泵或空压机，达到了全自动运行的效果。

（2）水流在混凝区与混凝剂充分接触碰撞，反应生成矾花，进而形成大的颗粒沉降，悬浮物去除效率高。

（3）可调的自动排泥系统，可以保证稳定的去除效果。

（4）占地面积与传统构筑物相比节省约50%；自耗水率约为3%。

（5）建设工期短，节省投资及后续维修保养费用。

3.2 一体化净水设备运行时的缺点

（1）设备备用性差

一体化净水设备结构简单且能全自动运行，避免了传统处理工艺庞大构筑物的繁琐，但也同时带来一个最大的问题，就是任意一个环节出现问题或需设备维修，都需要将整套设备停止运行。而传统处理工艺中的水处理构筑物一般分为两格或者四格，即使其中一个构筑物的一格需要维修，对整个工艺的运行负荷也不致产生太大影响。

（2）混凝效果不能得到保证

根据传统处理工艺中混凝的原理，通过投加混凝剂使得水中的悬浮物或部分溶解态物质凝结为胶粒，进而聚集成较大胶体颗粒，在不断碰撞过程中改变胶体的性质，使其脱稳，称为“凝聚”，脱稳后的颗粒在外界水力扰动下互相碰撞聚结称为“絮凝”［1］。混凝作为水处理中重要的环节，其运行情况直接决定了出水水质。

絮凝区作为第一个工艺单元，不仅承担着絮凝的“责任”，还同时兼有布水、排泥和压力水冲洗的“职责”。底部采用平流均匀布水，布水方向朝底部，不断冲击装置底部以免污泥在底部沉积。在空间有限的情况下，很难保证絮凝区平均速度梯度G 在30～60 s－1之间，GT 值在104～105之间，也很难保证太大的水流冲击不致使絮粒遭到破坏［2］。应用于本项目的原水水质浊度值较小，本身絮凝效果较差，应该采用较长的停留时间，10 min 显然时间太短，因此絮凝区的效果难以得到有效的把控。

（3）斜管沉淀维修成本高

两级斜管沉淀可以起到较好的沉淀效果，但是设备运行时间久了在管壁或管口会积存污泥，严重时不仅不能使水质得到沉淀澄清，甚至能造成原水的二次污染［3］。且时间久了材料容易老化，维修和更换的成本较高。

（4）自动反冲洗灵活性差

自动反冲洗利用的是重力式无阀滤池的工作原理［4］，主要依靠过滤区的阻力水头形成静压，但是在实际运行管理中，有时阻力水头还没有达到最大值就需要进行反冲洗。因此应该设有强制冲洗器，强制冲洗器是利用压力水造成辅助管内产生负压，通过抽气管的作用形成虹吸。