常規凈水工藝及新技術在人飲工程中的結合與應用

李 俠

（甘肅省民樂縣農村自來水公司 甘肅 民樂 734500）

1 常規凈水工藝基本原理

常規凈水工藝是針對水質渾濁度、色度、肉眼可見物、臭和味等感官性狀指標、菌落總數等微生物指標超標，而毒理指標和一般化學指標符合行業用水標準的水源，通過傳統的絮凝、沉淀、過濾、消毒處理后，使水質各項指標達到行業標準。常用于工業用水、人飲水的水質凈化。其基本流程為混合——絮凝——沉淀——過濾——消毒。混合是使投加的絮凝劑及助凝劑進入沉淀池前同水均勻混合；絮凝是利用顆粒絮凝作用，在絮凝劑或助凝劑作用下，使水中微小的膠體顆粒和懸浮物顆粒中和表面電荷，減低或者消除顆粒之間的排斥力，使顆粒結合在一起，體積不斷變大，當顆粒聚集體積達到一定程度時（粒徑大約為0.01cm時），便從水中分離出來，形成絮凝體沉淀下去；沉淀是密度大于水的懸浮物在重力作用下從水中分離出去的過程；過濾是水質凈化的關鍵，是水依靠重力通過裝有濾料的設施，過濾出水中留存的細小顆粒及微生物，實現深度納污，并配置反沖洗系統沖洗濾料；消毒是利用消毒劑殺菌消毒。

常規凈水工藝凈水過程分明、功能穩定、處理徹底、節能環保、經濟適用，運行費用低，是較為理想的凈水工藝。

2 凈水領域的新技術、新材料

近年來，隨著科技和水處理工藝的發展，一大批新技術、新材料應用而生，對應常規凈水工藝絮凝、沉淀、過濾、消毒各個環節，主要的新技術、新材料有：混合有管道混合器、漩渦混合器等；絮凝構筑物有隔板式絮凝池、旋流式絮凝池、網格絮凝池等；沉淀池有平流式、輻流式、斜管（板）式等；過濾設施有石英砂濾池，V、D型濾池等；消毒有紫外線、二氧化氯發生器等。其他配套設施有：超聲波流量計、在線濁度儀、余氯檢測器、可調式電動蝶閥、自動化綜合監控系統等。

這些新技術、新材料與常規凈水工藝各個環節充分結合，可使凈水過程提質提速，凈化結構進一步改善，自動化水平顯著提高，運行管理費用及操作難度大大降低。

3 常規凈水工藝及新技術在人飲工程中的應用

2012年民樂縣海潮壩農村飲水安全工程通過省市主管部門批復實施。工程設計解決4個鄉鎮、19個行政村、2.54萬農村人口，以及2個集鎮人口的飲水安全問題。設計供水規模3733m3/d，全日制供水。工程水源為海潮壩水庫水，水庫總庫容735萬m3，庫區水體由雨水、祁連山冰雪融溶水、基巖裂隙水等構成。經民樂縣疾控中心取水化驗，除感官性狀指標和微生物指標超標外，其余指標均符合生活飲用水一級水質標準。水庫水渾濁度長期低于200NTU，瞬間不超過500NTU。設計反應沉淀池出水濁度小于5NTU，濾池出水濁度不大于1NTU，特殊情況不大于3NTU。

工程采用常規凈水工藝，并應用技術領先、性能穩定的管道混合器、網格絮凝池、斜管沉淀池、D型濾池、二氧化氯發生器及自動化儀器儀表等進行優化升級、強化組合，取得了明顯的成效。其凈水工藝如圖1。

3.1 混合

在反應沉淀池前進水主管上設置DN315靜態混合器1臺。靜態混合器是利用在管道內設置的多節固定式分流板使水流成對分流，同時又有交叉入旋渦反向旋轉，使投加的絮凝劑及助凝劑進入沉淀池前能同水均勻混合，以達到混合效果。根據不同水質情況，通過試驗來確定絮凝劑的種類和投加量。計量泵、溶液桶及攪拌機均用一備一。系統的建成實現了藥劑與水的均勻混合及適時適量投加。

3.2 反應沉淀池

該工程反應沉淀池設計為鋼筋砼地上式結構，包括網格絮凝池和斜管沉淀池。

3.2.1 絮凝池

網格絮凝池是近年來應用紊流理論發展起來的新型絮凝池，其平面布置與穿孔旋流絮凝池相類似，由多格豎井串聯而成，水從豎井上部進入、從底部流出，豎井前段網格較密、中間較疏、末端不放網格，確保充分反應絮凝。網格絮凝池為一組，為保證充分反應絮凝，設計參數為：

停留時間為18min。

過網孔流速前段為0.25m/s，豎井平均流速為0.12m/s；中段為0.22m/s，豎井平均流速為0.12m/s；后段不放網格，豎井平均流速為0.12m/s。

前段豎井過孔流速為0.26m/s，中段豎井過孔流速為0.17m/s，末段過孔流速為0.10m/s。

處理水量為：

網格絮凝池的容積為：

網格絮凝池的有效水深為4.1m，則網格絮凝池的面積為：S=50/4.1=12.20m2。

依據豎井理論過流面積，結合現場與沉淀池合建施工的實際，豎井確定為1.1m×1.1m的矩形斷面。

豎井的格數N=S/A=12.20/1.21=10.08格）取11格。積泥區高度0.8m，超高0.3m，總高度為：H=4.1+0.8+0.3=5.2m。網格絮凝池綜合水損為0.4m。

圖1 凈水工藝流程圖

3.2.2 斜管沉淀池

斜管沉淀池是根據淺池理論發展而來的，是一種在沉淀池內裝置許多直徑較小、平行的傾斜管的沉淀池。其特點是沉淀效率高，容積和占地面積小。從改善沉淀池水力條件的角度分析，由于斜管的放入，沉淀池水力半徑大大減小，能滿足水流的穩定性和層流的要求。設計參數如下：

由于水源為低溫低濁水，斜管沉淀區液面負荷按6.0m3/（m2·h）設計，液面上升流速為1.65mm/s；

斜管采用塑料片熱壓蜂窩六邊形，內切圓直徑35mm，斜長1m，安裝角度60°。

沉淀池的有效系數為0.80，配水區高度1.5m，清水區高度1.1m，斜管高度0.87m；水在斜管內停留時間為9min。

斜管沉淀池為1組，處理水能力為：4000t/d=0.046m3/s。

清水區凈面積：

A=Q/V=0.046/0.00165/0.8=34.85m2。

斜管沉淀池結構性水損為0.3m。污泥區高度0.8m，超高0.3m。

斜管沉淀池的高度為：

排泥為重力排泥，排泥管為DN200mm。

水從整流渠中間堰頂過后，從沉淀池底部預留過水花管進入，緩慢從下而上升起，經過斜管沉淀，匯集到清水區，隨著水位上升，清水流入布設好的集水槽，然后進入濾池前配水渠，通過堰頂均勻分配到濾池。濾池進水口處設置可調式自動方形控制閘門，可調節濾池水量。

網格反應池、整流渠與斜管沉淀池連體布置結構緊湊、占地少，有利于節省投資。

3.3 D型濾池

D型濾池是代替傳統石英砂濾池的一種新型凈水設施，是在V型濾池基礎上改造而成的，濾料采用DA863濾料。它采用小阻力配水系統，氣、水反沖洗，恒水位或變水位過濾方式，可以確保濾料達到高效、廣域、變速和自適應。

D型濾池具備傳統快濾池的主要優點，同時運用了DA863過濾技術，其特點是：可實現高濾速、高精度的過濾，提高出水質量，從而減小構筑物體積，節省占地面積，最大程度地節約投資；特有的攔截技術，可保證濾料在反沖洗時不會流失，反沖洗耗水率底（約1%～2%），運行費用省；工藝技術先進，操作簡單，運行方便，經濟合理，并設有化驗及自動凈水、消毒電控系統，是一種實用、新型、高效的濾池。

工程設計7.76m2（1.54×5.04m）濾池3組，過濾速度8m/h。單組濾池設計凈水量62m3/h，除去反沖洗時間30min，3組濾池日凈水能力約為4370m3/d。采用半地下式結構，主要由進水渠、過濾池、水封池和排污溝組成。為保證濾池的正常運行和水質安全，設計定時對濾池進行氣、水反沖洗。

反沖洗分三個階段：

單獨氣洗：歷時3min～5min，氣洗強度20L/（m2·s）～30L/（m2·s）；

氣水同時反沖洗：歷時8min～10min，氣洗強度20L/（m2·s）～30L/（m2·s），水洗強度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

清水漂洗：沖洗歷時3min～5min，沖洗強度8L/（m2·s）～12L/（m2·s）；

反沖洗全過程伴有表面掃洗，表面掃洗強度1.4L/（m2·s）～2.8L/（m2·s）。

3.4 消毒設施

工程采用消毒功能穩定、運行方便的正壓式二氧化氯發生器，利用其流量泵適時適量向水廠清水池進水管道內投加二氧化氯的方式進行消毒。在余氯檢測器的監控下保證各級管網余氯符合設計要求及人飲水標準。

3.5 自動化控制系統

利用信號線把凈水設施儀器儀表、調控設施與控制中心連接，構成有線控制系統；控制中心設立PLC處理系統和總監控屏幕，控制端架設攝像、報警系統。具體操作中，可根據清水池液位控制儀，結合流量計具體數值，自動開啟可調式電動蝶閥，適時增減進水量；根據原水、凈水濁度儀顯示數值，調節絮凝劑流量泵，確保凈水濁度達到設計值；依據清水池余氯檢測器適時掌握出廠水余氯情況，自動調節二氧化氯發生器原料計量泵，確保水中余氯既殺菌徹底又不超出標準；依據進、出水濁度，設定濾池自動反沖洗間隔時間，排泥及調節閥體均為電動蝶閥，可實現自動啟停；通過水廠自控系統，全天候記錄運行情況，準確采集基礎信息和數據。同時，主管部門可通過無線通訊網絡隨時查看水廠水量、水質以及運行情況。

4 結語

該項工程于2012年9月建成投入使用，經過一年多的運行，水廠凈水構筑物各項指標均達到設計要求，運行穩定，水量、水質符合標準。常規凈水工藝與新技術、新材料結合應用后，凈水效果全面徹底、凈水能力明顯提高、運行費用低、自動化程度高，具有明顯的優越性和較高的推廣價值。陜西水利