絮凝沉淀法在城市內河水質凈化中的應用

李 林

（福州城建設計研究院有限公司，福州 350001）

目前，我國城市內河污染嚴重，城市河段亂修亂建的現象相當普遍，特別是南方許多大中型城市，垃圾、污水等污染物未經處理直接排向內河，堵塞河道，嚴重影響到城市景觀、內澇防治和小氣候調節，制約了城市的品質提升和安全發展。因此，研究如何凈化城市內河水質具有現實意義。

1 各內河水質凈化方法的優缺點分析

城市內河水質凈化的方法分物化法和生物生態法。常用的物化法有環境調水沖污、源頭截污、疏浚底泥和絮凝沉淀；常見的生物生態法有河道曝氣充氧、投加生物制劑、草坪和水生植物生態護岸、生態浮島和漂浮式人工濕地、生物修復底泥等。

環境調水沖污主要通過河閘和抽水泵房等水利設施實現清、污水的交換，因此，該工程需要提高水利樞紐的質量，如加固水閘等，同時還要整治河道[1]。運行費用也較昂貴，如福州內河調水沖污工程日運行費用為3萬～5萬元[2]。

源頭截污是從根本上解決河湖污染的關鍵，只有污染源從源頭上得到控制，才能真正使河湖水質狀況得到改善。但截污治理需要理清城市污水管網，大量修補斷頭管，必要時還需增加一定數量的污水泵站來保證污水的輸送，因此，截污治理工程工作量大，難度大，投資成本高。

疏浚底泥是治理污染河流及湖泊污染源的重要措施，其改善內河水質的效果明顯，如我國滇池草海一期工程疏浚底泥400萬m3后，水體透明度由原來的不足0.37m提高到0.8m[3]。但清淤工程量大，且惡臭污泥處置不當會造成二次污染，另外，過度清淤還會破壞內河現有的生物鏈系統。

河道曝氣有鼓風曝氣、純氧曝氣和機械曝氣，去除內河水質污染物的效果較好、無二次污染，如北京清河曝氣充氧后BOD去除率為74.7%～88.2%，SS去除率為76.7%～81.9%，NH3-N去除率為15.8%～45%[4]，但河道曝氣采用鼓風或純氧曝氣時需建設鼓風機房或液氧站，設備投資費用高，設備運行時電耗大，運行成本也較高。

絮凝沉淀法在制水工藝中的應用較多，技術成熟可靠。該方法可消除水體中的藻類和其他懸浮物質，凈化原水，降低濁度，作用時間短、見效快，且運行成本低。

生物制劑投加法應用簡單、見效快，但持效期短，連續使用還會導致水中微生物處理水質能力下降，且必須定期進行微生物篩選培育、保存、復壯等一系列專業處理過程。

生態護岸不僅水質凈化效果好，還能營造濕地景觀。如我國汾河太原城區段利用格賓網箱來修筑護岸[5]，江西德安的博陽河下游利用了自嵌式植生擋土墻[6]，均取得了很好的效果。由于生態護岸既要考慮河水與地下水之間的交換，又要考慮護岸耐河水的沖刷能力，因此，其投資成本高、建設周期長，且建成后需要專業性維護。生態浮島、生物修復底泥等其他生物生態法均存在同樣的問題。

2 絮凝沉淀法凈化內河水質的優勢

各種內河水質凈化方法中，源頭截污是內河整治必不可缺的，但其投資成本高、河道截污難以徹底，尤其是老城區污水管線錯綜復雜，更是增加了截污的難度；環境調水和曝氣充氧都存在運行成本高的問題；疏浚底泥存在二次污染的風險；生物生態法雖然運行成本低，可美化環境，但其投資高、見效慢，還需專業性的維護。絮凝沉淀法相對其它內河水質凈化方法的優勢在于見效快、運行成本一般，適宜于在短期內需改善內河水質、提高河水透明度的地方。

3 絮凝劑投加和絮凝沉淀設備選用要點

3.1 絮凝劑的選用及投加

絮凝劑一般分無機絮凝劑和有機絮凝劑。無機絮凝劑常作為混凝劑使用，常見的有鋁鹽和鐵鹽兩大類，鐵鹽腐蝕性大，不易貯藏、保管，對濁度較低的原水混凝效果不好，而鋁鹽中聚合氯化鋁（PAC）能以各種聚合物種和Al(OH)3的形式直接存在于水中，可獲得比用同劑量的硫酸鋁處理更佳的效果，因此，PAC在凈水工程中常作為混凝劑使用。有機絮凝劑主要是高分子絮凝劑，它常作為助凝劑與混凝劑聯用，以應對混凝劑處理低溫低濁度原水時效果不明顯的問題[7]。目前使用的比較多的助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM）。由于城市內河一般濁度不高，在內河水質凈化工程設計中，常將PAC和PAM聯用，其中PAC投加量為10～20mg/L，PAM投加量為0.1mg/L。PAM在投PAC之后投加，且兩者的時間間隔為1～5min[8]。

3.2 絮凝形式的選用

常用的絮凝設備有：隔板絮凝池、折板絮凝池、網格絮凝池及機械絮凝池，其中除機械絮凝池外，其余均屬水力絮凝池。各絮凝設備的優缺點比較見表1。

表1 各種絮凝設備優缺點比較一覽表

在內河水質凈化工程中，一般要求投資省，管理維護簡單，另外，由于取水規模固定，因此，多采用隔板絮凝和網格絮凝的方式，而網格絮凝可與斜管/斜板沉淀合建，更具節約用地的優勢。

3.3 沉淀形式的選用

常用的沉淀池型式有：平流式沉淀池、斜板沉淀池、機械攪拌澄清池和高密度澄清池等。各種沉淀設備的優缺點見表2。

按投資和運行費用省、管理維護簡單的原則，內河水質凈化工程中多采用平流沉淀池和斜管/板沉淀池。其中斜管/板沉淀池在用地緊張的項目中更具優勢。

表2 各種沉淀設備優缺點比較一覽表

4 應用實例——福州安泰河水質凈化工程

4.1 工程背景及工程內容

福州市安泰河位于白馬河東側，是一條東西走向貫穿福州市著名的舊城區三坊七巷的河道。受三坊七巷的影響，該項目需在3個月實現安泰河“水清”的任務。由于工期短，且要求見效快，安泰河水質凈化工程采用了絮凝沉淀的處理工藝。

該工程選址于白馬河與安泰河交叉處的道路旁，用地面積約200多m2（總平面布置示意見圖1）。工程取水白馬河，設計取水規模1萬m3/d，出水要求濁度＜5NTU。由于工期緊、用地面積小，推薦采用網格混凝+斜管沉淀的處理工藝，設備采用一體式不銹鋼設備。

圖1 總平面布置示意圖

4.2 生產構筑物設計

該工程的生產構筑物主要有取水泵井、絮凝沉淀池、加藥間等。

（1）取水泵房

構筑物類型為地下式，平面尺寸5.2×5.2（m），高度6.8m。水泵設計為3臺（2用1庫存），技術參數為：流量Qmax= 220m3/h，揚程H = 10m，功率P = 11kW。

（2）絮凝沉淀池

構筑物尺寸及類型為：平面尺寸13.36 × 9.52（m），高度4.5m。地下式。絮凝沉淀設備為不銹鋼之成套設備。

絮凝沉淀池設計參數為：絮凝池平均分成25格絮凝豎井，每格尺寸800×800（mm），每格絮凝單元上升（下降）流速0.1m/s；總反應時間16.67min；G=57.48/s；GT = 5.75×104； 其中1～8格為第一級，每格5層網格，每層81個50×50（mm）方孔，網孔流速0.316m/s；水頭損失0.2844m；G=92.96/s；停留時間t1=5.33min，GT= 2.7×104；9～16格為第二級，每格4層網格，每層49個80×80（mm）方孔，網孔流速0.204m/s；水頭損失0.0467m；G =37.67/s；停留時間t2=5.33min，GT=1.63×104；17～25格為第三級，不放網格，水頭損失0.027m；G=27/s；停留時間t3=6.0min，GT=0.97×104。

斜管沉淀池設計參數為：蜂窩斜管斜長1000mm，內切圓直徑30mm；斜管沉淀區清水區上升流速：V=2.5mm/s。

（3）加藥間

構筑物尺寸及類型為：平面尺寸5.2×3.8（m），高度4.0m。一層磚混結構。

主要設備有：隔膜計量泵2臺（1用1備），Q=100L/h，N=0.25kW，Pnmax=0.3MPa，吸程3m；PAC溶藥裝置，有效容積1.0m3，N=0.37kW，配置濃度10%。螺桿泵2臺（1用1備），Q=100L/h，N=0.37kW，Pnmax=0.8MPa，吸程3m；PAM三槽式自動溶藥裝置，N總= 0.65kW。

PAC投加量按20ppm設計，藥耗為200kg/d；PAM按0.1ppm設計，藥耗為1kg/d。

4.3 工程效益

該工程建設投資約700萬元，運行成本約0.17元/m3。

該工程建成投產后的出水濁度幾乎都在1NTU以下，遠遠超出了預期效果。處理尾水排入安泰河后，改善了安泰河的濁度，實現了“水清”的目的，同時安泰河水質凈化工程通過對處理構筑物進行了加蓋密封和景觀設計，形成了休閑廣場和景觀帶，取得了良好的環境效益和社會效益（見圖2）。

圖2 安泰河水質凈化工程加蓋后的景觀效果

5 結語

絮凝沉淀法凈化內河水質具有建設工期短、見效快、投資省、運行費用低等優勢，但同時也存在絮凝污泥排放、出水Al3+殘留等二次污染問題。因此，建議內河治理應以源頭截污為根本，在條件允許的情況下，盡可能采用工程安全、無二次污染的生物生態技術進行內河水質凈化。

[1]鄒叢陽，等.城市河道水質恢復技術及發展趨勢[J].環境科學與技術，2007 （8）：100.

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[5]樊建鋒.格賓網在汾河太原城區段治理美化二期工程中的應用[J].水利水電技術，2007（5）：31-33.

[6]寧健，黃仁興.淺析德安附城圩自嵌式生態景觀擋土墻的施工[J].江西水利科技，2008（9）：34-35.

[7]吳欽明.低濁度原水處理中沉淀池內礬花上浮現象的原因分析及處理方法[J].廣西城鎮建設，2006，（12）：45-47.

[8]陳宏景，江家登.高分子聚合物投加系統在給水廠的應用[J].中國給排水，2005 （21）：85-87.