自来水厂中混合池搅拌机改造实例

摘" 要：深圳市某水厂设计规模23 万t/d，采用常规处理工艺，为提高反应沉淀效果，该水厂2022年底对二期南混合池加装搅拌机，实现混合池机械混合。改造后，运行效果改善，南池沉后水浊度平均值由改造前的0.70 NTU降低至0.31 NTU，平均浊度降低56%；碱铝投加量降低0.22 mg/L，根据2023年该水厂供水量计算，全年可节约碱铝费用22 201元。以上结果表明，自来水厂中采用机械混合效果优于水力混合，有利于提高反应沉淀效果，进一步改善水质，是自来水厂混合池改造中具备可行性和经济性的改造方案，为自来水厂节能降耗提供新思路。

关键词：机械混合；水力混合；浑浊度；药剂单耗；节能降耗

中图分类号：TU991.62" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）32-0154-04

Abstract： A water plant in Shenzhen has a design scale of 23 tons/day and adopts conventional treatment processes. In order to improve the reaction and precipitation effect， the water plant installed a mixer in the second phase south mixing pool at the end of 2022 to achieve mechanical mixing in the mixing pool. After the renovation， the operating effect has been improved. The average turbidity of the settled water in Nanchi has been reduced from 0.70 NTU before the renovation to 0.31 NTU， and the average turbidity has been reduced by 56%. The alkali and aluminum dosage has been reduced by 0.22 mg/L. Based on the water supply of the water plant in 2023， the annual alkali and aluminum costs can be saved by 22，201 yuan. The above results show that the effect of mechanical mixing in waterworks is better than that of hydraulic mixing， which is conducive to improving the reaction and precipitation effect and further improving water quality. It is a feasible and economical transformation plan in the renovation of the mixing pool of the waterworks， which is helpful to the waterworks， thus providing new ideas for saving energy and reducing consumption.

Keywords： mechanical mixing; hydraulic mixing; turbidity; drug unit consumption; energy saving and consumption reduction

深圳市某水厂设计规模23万t/d，分二期建成，其中一期设计规模3万m3/d，一期工艺流程为“原水次氯酸钠预氧化→水力混合→网格絮凝→平流沉淀→虹吸滤池过滤→次氯酸钠消毒”，于1995年建成投产；二期设计规模20万m3/d，二期工艺流程为“原水次氯酸钠预氧化→机械混合→折板絮凝→平流沉淀→V型滤池过滤→次氯酸钠消毒”，于2004年建成投产。

该水厂为东深引水工程北线二期原水，全年水质总体稳定，由于未经水库调蓄，偶有原水水质突变（浊度、pH、氨氮及臭味），但持续时间不长；在雨洪季节，原水浊度会有大幅突增且能长时间维持，并由此带来总铁、总锰的升高（以不溶性铁锰为主），为水质处理带来较大困难。

深圳市市场监督管理局、国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会先后于2020年、2022年颁布了水质标准要求更为严苛的DB4403/T 60—2020《生活饮用水水质标准》及GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》，对照标准进行风险评估，该水厂需加强常规工艺管理。

混合絮凝是将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，主要是将水体中的病原微生物、悬浮物及胶体去除，对于取得良好的混凝效果具有重要作用，直接关系出水水质[1]。混合絮凝方式有很多种，主要有机械混合和水力混合，现有水厂设计中，多采用机械混合。同时，影响混合效果的因素很多，如采用的药剂品种、投加量、水温及水中颗粒性质等，而采用的混合方式是最主要的影响因素之一[2]。

1" 工艺现状

深圳市某水厂二期20万m3/d为常规处理工艺，分为2条生产线。主要流程为混凝→沉淀→过滤→消毒，原水取用北线管道水，经由茜坑泵站输送至水厂处理，茜坑泵站配备有粉末活性炭及高锰酸钾投加系统，原水水质异常时可应急投加处理。原水由泵站输送至稳压配水井，此处进行预氧化剂（次氯酸钠、高锰酸钾，用于去除有机物）及pH调节剂（石灰、硫酸，用于调节pH至混凝反应最佳pH）的投加，之后通过管道分别分配至一期反应沉淀池和二期反应沉淀池南、北池，反应沉淀池进水管道上投加碱铝（絮凝剂），通过水力混合及折板反应池后形成矾花（絮体）后，进入平流沉淀池进行沉淀。经过沉淀后的出水，直接进入一期虹吸滤池、二期V型滤池进行过滤，过滤后进入清水池，并进行次氯酸钠投加，以提供余氯进行消毒，最后通过送水泵房分为高低区进行供水（图1）。

具体的混合絮凝参数如下：每个系统设2组混合池，每组2格，混合时间48 s。混合后至折板反应池，折板反应池共分3段，第一段采用相对折板，共20个反应室，折板峰速0.35 m/s，谷速0.20 m/s，竖速流速0.25 m/s；第二段采用平行折板，共15个反应室，竖向流速0.1 m/s；第三段不设折板，共15个反应室，竖向流速0.1 m/s，总絮凝时间22 min，平均有效水深4.5 m。

1.1" 水厂超负荷运行，机械混合效果不明显

为保障供水片区用水需求，该水厂长年超负荷运行，最高日供水量达30.5万m3/d，超负荷率达132%，故其混合池经常为满池运行状态，夏季高峰时段取水较大时，混合池甚至出现溢流，机械混合作用不明显，且当进水负荷升高时，水力混合难以达到理想的絮凝效果[3]。

1.2" 搅拌机运行年限久，故障频发，予以拆除

该水厂二期搅拌机于建厂时安装，搅拌机电机功率为5.5 kW，输出轴转速48～98 r/min，三叶桨式，材质为不锈钢，最大回转直径1 000 mm，搅拌桨外缘线速度2.62～5.24 m/s，0～50 r/min无极调速。随着该搅拌机运行年限延长，故障频发，在后期维修量过大，且水厂超负荷生产情况下，搅拌作用无法充分发挥，便拆除建厂时安装的4台搅拌机。故近年来，水厂常规工艺一直采用水力混合。

随着周边区域加压泵站的建成投产，该水厂水量供水压力逐渐缓解，为进一步保障水质安全，降低沉淀池出水浊度，水厂决定对南池混合池搅拌机进行改造，北池暂时不安装搅拌机。研究表明，2个因素基本决定反应絮凝的好坏：一是絮凝剂的种类与投加单耗，絮凝剂投加后在水体中水解，并与水体颗粒物作用使其失稳；二是构筑物的水力条件，其决定着颗粒物之间发生碰撞的有效机率与次数[4]。本改造中，絮凝剂的种类已定，为水厂常规使用的药剂液体聚合氯化铝（有效含量为10%），聚合氯化铝易溶于水，可在水体中快速扩散，为此，安装搅拌机可改变第二个决定因素，即水力条件，使水中颗粒物在搅拌机的作用下增加碰撞次数。

对南北池沉后水浊度进行比较，并优化碱铝药剂投加量，进一步研究探讨自来水厂机械混合和水力混合对沉后水浊度的影响，供同类水厂工艺改造及节能降耗参考。

2" 改造方案及工艺参数调整

2.1" 安装搅拌机

混合是原水与混凝剂充分均匀混合的工艺过程，是影响后续絮凝的关键[5]。

该水厂混合池尺寸长×宽×深为2 200 mm×2 200 mm×3 000 mm，有效容积为14.52 m3，本次改造采购2台搅拌机，型号为14MRD-7.5，功率5.5 kW，变频电机，具体铭牌及规格详见表1，现场安装图如图2所示。

2.2" 合理调整碱铝投加量

南池2台搅拌机安装调试运行后，正式投入生产。根据公司精细化管理及节能降耗要求，该水厂细化南北池碱铝投加量管理，在保证沉后水质的基础上，根据烧杯实验结果及以往运行经验，在加药系统中设定南池碱铝投加量低于北池约0.2 mg/L（表2），并分析沉后水浊度，节约药剂成本。

3" 改造后运行效果分析

3.1" 安装搅拌机前后南池沉后浊度对比分析

安装搅拌机后，南池混合池采用机械混合，在桨板桨叶片的作用下，原水中颗粒物与絮凝药剂充分碰撞，大大增加了颗粒物的碰撞机率，得到了更好的絮凝反应效果，在同样的沉淀池流速、参数情况下，其沉后水水质明显低于改造前，如图3所示。改造前，南池沉后浊度平均值为0.70 NTU，最大值为2.76 NTU；改造后，南池沉后浊度平均值为0.31 NTU，下降56%，最大值为0.74 NTU，下降73%。

虽然沉后水浊度受原水浊度影响，但该水厂原水整体较为平稳，并且在高浊度时会采用强化混凝或者降低水量的方式保障水质安全。由此可知，加装搅拌机后，混合池采用机械混合，有利于去除原水中杂质。

3.2" 机械混合与水力混合沉后浊度对比分析

现将该水厂二期南、北池作为研究对象，对比研究机械混合与水力混合的效果。由图4可知，北池沉后浊度整体高于南池，数据分析显示，北池沉后水浊度平均值为0.43 NTU，南池沉后水浊度平均值为0.31 NTU，均值低于北池28%。

3.3" 碱铝投加量优化分析

该水厂碱铝采用比例投加，南池搅拌机安装调试运行平稳后，根据公司精细化管理及节能降耗要求，该水厂降低南池碱铝投加量，比北池投加量少约0.2 mg/L，即原水浊度正常情况下（10～25 NTU），南池投加量为1.8～2.0 mg/L，北池投加量约2.0～2.2 mg/L，如图5所示。数据分析显示，南池碱铝投加平均值为2.00 mg/L，北池碱铝投加量平均值为2.22 mg/L，整体节约药耗0.22 mg/L。

该水厂碱铝采购单价为1 134元/吨，该水厂2023年供水量为8 899万m3，按碱铝药耗降低0.22 mg/L计算，该年度碱铝成本降低22 201元。

4" 结论

该水厂南混合池进行了机械搅拌改造，通过合理调整碱铝加药量，不仅降低了沉后水浊度，还降低了碱铝药剂成本，得出以下结论。

1）机械混合可以提高原水杂质碰撞机率，使得絮凝剂与水中杂质充分接触，有利于提高矾花的沉降性能。在搅拌机的作用下，提高了混合池水流的G值，G值越大，水体中颗粒之间碰撞的可能性就越大，进而反应絮凝的效果更好。

2）改造后的南沉淀池出水浊度为平均值为0.31 NTU，较改造前南沉淀池出水浊度0.70 NTU，下降56%。

3）改造后的南沉淀池碱铝投加量相较于未改造的北池下降0.22 mg/L，可节约碱铝费用22 201元/年。

混合效果受很多因素的影响，原水浊度、温度、处理水量及水体污染物等指标的变化都会对碱铝投加量产生影响，进一步影响混合反应效果。本文的研究，主要探讨了混合池机械搅拌与水力混合对碱铝投加量的影响，弱化了其他因素的研究。在后期研究中，将继续开展搅拌机频率、原水水质等对沉后水浊度、碱铝投加量的影响，以期更全面地了解给水处理中混合方式对水质的作用。

参考文献：

[1] 张信，王军.进水方式和搅拌旋转方向对机械絮凝池絮凝效果的影响[J].给水排水，2016，52（S1）：20-24.

[2] 给水排水设计手册（第3册） 城镇给水[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3] 肖刚，袁本松，贺晓娟，等.地表水厂絮凝池改造及运行优化研究[J].给水排水，2018，44（10）：19-22.

[4] LI X L，YAN J L，GANG R，et al.Study on influence factors in flocculation conditionsof bioflocculant[C]//International conference on chemical engineering， metallurgical engineering and metallic materials，2012.

[5] 赵安瑜，沈晓锋.机械搅拌频率对混凝的影响研究[J].给水排水，2013，49（1）：41-43.