永安水廠應用新技術改造反應沉淀池實例分析

摘要：文章闡述了應用渦旋混凝小孔網格反應技術和并聯雙孔沉淀池改造方案對穿孔旋流反應斜管沉淀池進行改造的工程實例，并通過對比新舊工藝流程、運行參數，證明了新工藝在給水處理的三個主要環節混合、反應、沉淀中均取得了顯著效果。

關鍵詞：渦旋混凝；網格反應；并聯雙孔；反應沉淀池；給水處理；水廠改造 文獻標識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2015）17-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.021

楚雄市永安自來水廠始建成于1994年，水源地是楚雄市團山水庫，來水年平均濁度為80NTU左右，水廠原設計單池水處理能力是5×103m3/d，水處理工藝采用旋流反應→側向流斜管沉淀→重力無閥濾池過濾。隨著供水區域的擴大，單池供水日平均量為4800m3，高峰值達到300m3/h，遇每年5～9混水期（源水濁度平均為100NTU，峰期可達200NTU），處理較為困難，沉淀池出水濁度在10NTU左右，平均藥耗量為25mg/L。且2001年后國家分布了新的水質標準，對供水水質提出了更高的要求。為此，永安水廠于2012年3月起對該廠原有工藝進行改造，改造目標為反應沉淀池單池水處理量達到7.5×103m3/d，以滿足近期供水需要，且沉淀池出水常年穩定在3NTU以下，并降低藥耗。

1 反應沉淀池原工藝分析及運行狀況

1.1 混合部分

水廠原工藝采用簡單的水力混合，藥劑直接投加至反應池入水管道中，混合效果不佳。

1.2 反應部分

水廠原工藝為水力旋流反應沉淀池，水力旋流反應是從水力學宏觀的水力梯度完成對反應效果的控制，反應強度有限，造成了礬花密實度不足。表現在高濁期表面看來礬花形成較大，但實際藥劑與水體未充分反應，總有部分膠體顆粒未能被脫穩、凝聚，反應效果很差，礬花極易被打碎；而且原反應池為單路串聯結構，水體在反應池中停留時間較短，流速過大，縮短了有效反應時間，使得反應無法充分完成。

1.3 沉淀部分

水廠原沉淀工藝采用斜管沉淀池。主要受處理水量和首部配水不均勻的影響，特別是在供水峰期，沉淀池上升流速過快，部分礬花上浮，導致出水不能達到設計負荷。

2 工藝改造方案

針對水廠工藝存在的問題，同時必須考慮水廠不間斷供水問題，我們提出以下方案進行改造。

2.1 混合部分

混合工藝采用管式微渦混合器，設備外觀為圓形，長2m，直徑0.4m，安裝于反應池進水口前10m處，增加反應時間約6s。

2.2 反應部分

對反應池重新進行速度分級，按產水流量達到360m3/h（比原設計反應池提高50%）調整反應池孔室和孔洞大小，采用小孔網格反應技術，高效快速地完成絮凝反應，在調整后的反應池中按分格數分3段，在1～5分格中共計布設15道格網，網格布設設計參數如表1所示：

高效的格網反應可促進析出的小礬花快速碰撞，能保證反應后礬花顆粒達到一定的尺度和密實度，從而避免了反應的不完善和過反應現象的產生。

2.3 沉淀部分

有兩個方案可選：一是在原有沉淀池內拆除35mm蜂窩斜管，拆除原集水槽，改為尾端集水，重新架設斜板支架并填充小間距斜板，小間距斜板具有布水均勻不短流的優點從而使配水得到一定改善。但該方案沒有從根本上解決沉淀池入口流速過快產生渦動和清水區上升速度問題，且整個改造過程需停水施工。為此我們選用的是另一個更直接的方案，即在原第5格反應室一側并聯新增加一格反應池和一組與原沉淀池面積相同的斜管沉淀池。由于沉淀池改為了兩個并聯入口進水，反應時間增加3.5min，并沉淀池入口流速大大降低，首端水體不再會形成渦流，同時有效沉淀池面積擴大1倍，清水區上升流速降至1.6mm/s，能保證沉淀質量和處理水量得到較大提高。且新增沉淀池土建部分可獨立施工，無需停水，解決了施工停水問題。改造方案如圖1所示：

3 改造后運行狀況對比分析

2012年5月初開始實施工藝改造，6月底改造完成，整個施工過程停水24小時。試運行當月，入廠水濁度平均為100NTU，經實地觀測記錄，在第1個反應室礬花已初步形成，在兩個并聯的第6反應室礬花已明顯長大，上層出現了清水區。這充分說明，小孔網格技術反應良好，提高了反應質量，促進了礬花的長大和密實。且沉淀池改為兩個并聯入口進水，首部渦動不再產生；另外，由于沉淀池面積的擴大，上升流速降低，基本杜絕了礬花上浮的現象，出水穩定。

3.1 出水水質對比

改造后沉淀池出水常年穩定在2NTU以下，大大超過了預期效果，現將2012年7月18日沉淀池出水濁度與去年同期比較，結果如圖2所示：

3.2 藥耗對比分析

永安水廠在混水期投加藥劑為聚合氯化鋁，2012年7月改造工程完成后，在處理與去年同等水量時，平均藥耗由25mg/L降為10mg/L，降低藥耗60%，僅藥劑一項，2012年下半年節約藥劑12t，節約資金3.6萬元。

3.3 產水量對比分析

經實地增加水量試車運行觀測，2012年7月，入廠水濁度平均為100NTU，改造后的反應沉淀池水量增加到330m3/h時，沉淀池出水濁度測定在2NTU以下，試車證明可以確保提高產水量40%。2012年10月，入廠水濁度平均為20NTU，在沉淀池出水穩定在2NTU以下時，水處理可增加至380m3/h，提高產水量60%。

4 技術討論

工藝改造后，經過半年的運行，效果顯著，特別是沉淀池出水水量及水質已超過預期目標，這說明應用渦旋混凝小孔網格反應技術和并聯雙孔沉淀池改造方案在永安水廠原穿孔旋流反應斜管沉淀池（圖集號JSJT-5）改造中取得了良好的效果，主要是以下三個方面的應用取得成功：（1）在水處理工藝中混合反應是關鍵，應用管式微渦混合器造成了高比例、高強度的微渦旋，并充分利用了微小渦旋的離心慣性作用，保證了藥劑在瞬間進入水體細部，使膠體顆體充分脫穩，有效避免了局部藥劑浪費或不足，從而降低藥耗，并為下一步的反應奠定良好的基礎。（2）在反應池布設網格，利用過網水流的慣性作用，使過網水流的渦旋尺度大幅度減少，變成小渦旋，同時由于渦旋的離心慣性增加，按照傳統的速度梯度理論，增加了顆粒的碰撞次數。另外利用網格的剪切作用，使礬花產生了強烈的變形，其變形揉動作用使礬花由吸附能級低的部分達到高能級的部分，在通過網格之后礬花變得更密實，保持了一定的壓實度。同時還能為流動過程中的破碎礬花重新聚集提供了水力條件，使得網格反應的絮凝效果優于傳統反應設備。（3）沉淀池把原設計的單孔入口改為并聯雙孔入口，大大降低了入水流速，減小首部渦動，同時在建筑空地允許情況下直接擴大沉淀面積，降低清水區上升速度，有效地提高了沉淀質量和增加了水處理量。

傳統的穿孔旋流反應斜管沉淀池由于工藝上存在缺陷，按新自來水水質標準運行中無法達到設計負荷，應用新技術進行對舊工藝水池改造不失為大幅度提高水處理量和出水水質行之有效的方法。

參考文獻

[1] 王紹文.慣性效應在絮凝中的動力學作用[J].中國給水排水，1998，（2）.

[2] 胡萬里.混凝·混凝劑·混凝設備[M].北京：化學工業出版社，2001.

作者簡介：趙曉東（1964-），男，云南楚雄人，云南楚雄市水務局水勘隊水利工程高級工程師，研究方向：水利工程設計施工。

（責任編輯：陳 倩）