侧向流斜板沉淀工艺在水厂提标改造中的应用:以合肥市某水厂为例

彭 尧，朱 波，周远航，徐 骏，陈香怡

(合肥供水集团有限公司，安徽合肥 230011)

随着我国经济的稳定增长及城镇规模的不断扩大，城镇供水需求量正日益增加，供水水质要求也不断提升，如何对老旧水厂进行提升改造已成为供水企业面临的一个重要实际问题[1-3]。基于浅池理论的侧向流斜板沉淀工艺因具有占地面积小、改造工程量少、施工工期短等优点，近年来已在老旧平流沉淀池或斜管沉淀池的改造工程中得到了一定应用[4]。但现有报道中的改造工程多针对高浊江河型原水水质的处理[5-7]，对于低浊湖库型原水水质处理的适应性探究尚显缺乏。因此，本文以合肥市某制水厂4#混凝沉淀池提升改造工程为例，探讨了侧向流斜板沉淀工艺对低浊微污染湖库原水的处理效果及适应性。

1 工程概况

1.1 水厂状况

合肥市某水厂始建于1961年，取水水源为董铺水库，经多年改造、扩建，现设计供水规模为15×104m3/d，采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”的常规净水工艺。其中，4#混凝沉淀池设计规模为2.5×104m3/d，前部为隔板反应池，设计尺寸为L×B=17.3 m×19.6 m；后部为平流沉淀池，设计尺寸为L×B=38.3 m×19.6 m，有效水深为3.1 m。

1.2 原水水质

董铺水库位于合肥市西北郊区，平均水深为7.0 m，正常水位为27.0 m，设计总库容为2.42亿m3[8]。水质整体状况较为良好，符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准要求，但在夏季高温期间存在藻类、耗氧量等部分水质指标的季节性污染问题(表1)，属于典型的低浊微污染原水水质[9-11]。

表1 2018年夏季原水水质Tab.1 Raw Water Quality during the Summer of 2018

1.3 存在问题

(1)4#混凝沉淀池使用年限较久，前部隔板反应池混凝效果下降严重，停留时间测量值为9.5 min，低于设计要求的20.0～30.0 min。同时，后部平流沉淀池存在设计缺陷，具有一个180o回转部位[图1(a)]，导致矾花在此处破碎较多，加之沉淀池末端异重流作用，集水槽集水末端存在明显的絮粒上浮现象，出水中带有大量细碎矾花，严重影响出水水质。

(2)随着合肥经济社会的快速发展，供水需求量逐年递增，近年来水厂制水生产一直处于满负荷运行状态，实施提量改造迫在眉睫。

(3)由于合肥城区面积不断扩大，水厂所在区域已从边缘城郊区转变为中心城区，周边建筑物较多，厂区占地面积难以增加，以致于4#混凝沉淀池改造场地受限。

1.4 改造思路

针对董铺水库原水水质具体状况，经技术调查和比较，采用“微阻力管道混合-均衡涡旋混凝-侧向流斜板沉淀”工艺，在不新增用地面积及尽量少改动原有土建结构基础的前提下，从混合、絮凝、沉淀3个工艺段分别进行改造，以提升处理水量及出水水质。

1.5 改造方案

主要改造措施如下，改造后平面布置如图1(b)所示。

图1 改造前后平面布置图Fig.1 Layout Plan before and after Reconstruction

(1)进水管由DN600更改为DN800，并增设微阻力管道混合器(316L不锈钢材质)。

(2)混合单元由隔板型改为网格型混合絮凝池，将每个混合絮凝池分隔为两个竖井(流速为0.8 m/s)，分别架设3层均衡涡旋式混合反应装置，每层尺寸为L×B=1 975 mm×3 950 mm。进水孔及出水孔改为长方形孔洞(每组3个)，尺寸为L×B=917 mm×740 mm，改造后混合停留时间变更为16.5 min(设计要求停留时间为12.0～20.0 min)。

(3)絮凝段由单通道改为双通道，改造后进水端流速为0.4 m/s，出水端流速为0.18 m/s。絮凝段末端采用穿孔花墙进行均匀配水，并在配水花墙下部转角处增设两块长滑泥板(8.08 m)。

(4)在沉淀池回转处增设10 m导流墙，将池体分隔成两个独立的沉淀区域。每个沉淀区前段仍保持平流式沉淀池结构，缩短原有桁架式吸泥机路程进行排泥，后段安装两组侧向流斜板装置(两组之间间隔0.24 m的导流墙)，单套斜板装置尺寸为L×B×H=8 080 mm×5 176 mm×2 700 mm，每套斜板装置由5道紧密连接的斜板组成，每道斜板净宽度为1 000 mm。斜板安装固定在不锈钢方管框架内，采用水平倾角60o安装，安装就位后斜板垂直高度为2.73 m，水平间距为90 mm，呈相互平行状。斜板内水流方向与沉淀池水流方向一致，为水平进水，沉泥方向为向下，与水流方向垂直。同时，为防止出现短流问题，在斜板安装区域的底部积泥槽处设置3道阻流导流墙。

(5)斜板区域顶部加装移动式拱形不锈钢遮阳罩，以避免阳光直射斜板区域造成藻类滋生，每个沉淀区设置2个，单个尺寸为L×B=16 400 mm×5 480 mm。

(6)在沉淀池末端贴壁加装不锈钢集水槽，进行溢流式集水。

(7)在斜板及集水区域底部增设斜坡排泥斗，共安装DN200扩张管嘴排泥管18根。

2 运行效果分析

该工程于2018年12月23日开工，2019年4月5日完成主体工程建设，2020年7月10日完成调整改造，进入最终运行调试阶段。

以2020年9月生产数据为例，对改造后的4#混凝沉淀池的运行效果进行分析。

2.1 处理水量

如图2所示，改造后4#混凝沉淀池平均进水流量为1 192 m3/h，最高进水流量为2 100 m3/h(设计流量为2 083 m3/h)，最低进水流量为400 m3/h。

图2 改造前后进水水量Fig.2 Inflow Quantity before and after Reconstruction

2.2 出水水质及净水剂单耗

如表2所示，改造后原水浑浊度为3.26～7.08 NTU，相对较低，但受高温及汛期影响，原水pH、耗氧量及藻类等水质指标均出现了较大波动，严重影响了混凝效果。在此期间，4#混凝沉淀池出水浑浊度为0.52～1.12 NTU，均值为0.75 NTU(图3)。且净水剂(液体聚合氯化铝铁，Al2O3有效质量分数为10%，Fe2O3有效质量分数为0.5%)单耗为20.8～187.5 mg/L，均值为48.0 mg/L(图4)，低于水厂整体净水剂单耗均值(58.8 mg/L)。结果表明，改造后的4#混凝沉淀池的出水水质及净水剂单耗都得到了一定程度的控制，可以有效应对高藻高pH的原水水质，满足水厂沉淀池出水水质内控标准。

2.3 排泥效果

在生产运行过程中发现，改造后的4#混凝沉淀池存在排泥效果不佳、沉泥上浮等问题，运行一段时间后(约一个星期)，沉淀区前段滑泥板底部、侧向流斜板装置内部及表面等位置出现较为明显的积泥现象。当泥量累积到一定程度后，易被水流带出进入末端集水槽，造成出水浑浊度升高(监测最高值可达2.80 NTU)，使水厂沉淀池出水浑浊度难以稳定达到内控标准(1.20 NTU)。针对上述状况，采取了以下改进措施：

表2 原水水质(2020年9月)Tab.2 Raw Water Quality (September, 2020)

图3 原水及出水浑浊度变化(2020年9月)Fig.3 Change of Turbidity of Raw and Treated Water (September, 2020)

图4 改造前后药耗Fig.4 Coagulant Consumption before and after Reconstruction

(1)在沉淀区前段桁架式吸泥机底部增设扫水装置，缩小滑泥板底部的排泥盲区，提高排泥效果；

(2)调整斜板区域底部排泥阀运行参数，增大开启频次(12次/d)，缩短每次开启时间(20～40 s)，在满足排泥量总体需求的前提下，尽量降低排泥期间的水流扰动，避免造成沉泥上浮；

(3)每隔1～1.5个月进行一次停产冲洗，采用人工冲洗的方式清除沉淀区底部及斜板区域的积泥，每次停产时长约为12 h。

通过上述措施在一定程度上减轻了积泥状况对出水水质的不利影响，但同时也加大了4#混凝沉淀池的维护工作量，并对其制水生产的连续性也造成了一定不利影响。

3 结论

合肥市某制水厂4#混凝沉淀池改造工程的实例分析表明，采用侧向流斜板沉淀工艺可以在不增加建设用地的情况下，改善老旧平流沉淀池的出水水质及水量。但针对低浊微污染水库原水水质的处理，侧流斜板沉淀工艺存在沉泥效果不佳、沉泥易上浮等状况，继而引起维护工作量增加、影响制水生产连续性等问题，特别是对夏季供水高峰期的供水生产调度造成了不利影响。因此，建议在后续的水厂改扩建及新建工程中，应当对原水水质、建设用地面积、供水需求量及生产调度等影响因素进行综合考虑以研判该工艺的适用性及经济性。