農村飲水工程的高濁度水應急處理技術研究

王鋼

摘 要：暴雨洪水是形成水源地高濁度水的重要因素之一。沿海臺風暴雨期所形成的原水濁度高達1 000 NTU，有時甚至能夠保持在5 000～10 000 NTU。農村供水工程水處理能力較差，高濁度水對村鎮水廠的影響非常大。針對農村高濁度水的處理，本文主要從預處理工藝、強化處理工藝和后續處理工藝三個環節開展研究，提出解決方案，以期為農村飲水的設計、科研和生產提供技術支撐。

關鍵詞：高濁度;應急處理;水處理工藝;農村飲水工程

Abstract： Rainstorm flood is one of the important factors to form high turbidity water in water source. The turbidity of the raw water formed during the typhoon during the coastal typhoon is as high as 1 000 NTU， and sometimes it can even be maintained at 5 000～10 000 NTU. Rural water supply projects have poor water treatment capacity， and high turbidity water has a great impact on village and town water plants. For the treatment of high turbidity water in rural areas， this paper mainly conducted research from three links， namely pretreatment process， enhanced treatment process and subsequent treatment process， and proposed solutions to provide technical support for the design， scientific research and production of rural drinking water.

Keywords： high turbidity;emergency treatment;water treatment process;rural drinking water project

臺風是影響我國沿海地區河口近海水環境最嚴重的自然災害之一。由于臺風引起的強降雨會使得入海河流的徑流量快速增加，大量的陸源物質被不斷地沖刷帶入河口近海地區，造成河流、湖泊、山澗溪流等地表水體濁度明顯上升，形成含有高濃度泥沙和細顆粒的高濁度水，嚴重威脅農村居民的飲水安全[1]，臺風暴雨對于農村水質處理造成的最大問題是使原水濁度顯著上升，高達1 000 NTU，有時甚至可以保持在5 000～10 000 NTU。地表水體濁度突增，同時含泥沙量大幅增加，對給水廠的原水處理帶來較大困難，尤其是農村地區的水廠和其他處理設施。農村飲水處理設施往往處理量小、工藝簡陋，大多數的污水處理構筑物適應濁度變化的能力都比較弱，高濁度水處理難度較大，很難保證出廠水質，甚至導致停廠。因此，加強對福建省農村飲水工程高濁度水應急處理的研究非常有必要。高濁度水的處理效果會受到水溫、原水濁度、含沙特性、處理工藝的規模和特點以及混凝劑的種類、用量、投加方式等一系列因素的共同影響[2]，僅采用一種工藝難以有效處理高濁度水。因此，本文根據農村高濁水的不同原水特點，提出高濁水處理中預處理、強化處理和后續處理工藝，為農村高濁水的處理提供借鑒與參考。

1 高濁度水應急預處理方案

1.1 調蓄水池和調蓄水庫

1.1.1 調蓄水池。當遭遇臺風、特大暴雨或其他自然災害使水源泥沙含量變大，形成高濁度原水時，設置調蓄水池，不僅能對水質起到緩沖和調節的作用，還能減輕水廠后續工藝設備處理高濁度水的負擔。同時，設置調蓄水池，可以提高原水的預沉淀處理效果，減少后續處理流程的加藥量，達到節約運行成本的目的。設置與不設置調蓄水池的方案綜合分析結果如表1所示。

1.1.2 調蓄水庫。有的水廠利用自身獨特的地理優勢，將水池與水源間的水庫作為調蓄水池，對原水進行預沉、均質處理，這就是調蓄水庫。當原水水質發生變化時，調蓄水庫可以利用自身巨大的調蓄容積對原水水質進行輕易調節，如圖1所示。

1.2 預沉池（沉砂池）

設置預沉池（沉砂池），不僅可以提高原水的沉淀處理效果，還能減少后續處理流程，的加藥量，達到節約運行成本的目的[3]。在水廠總進水端設置預沉池，這是應對高濁度進水的較好方案。預沉池主要有平流式預沉池、輻流式預沉池及異向流斜管沉淀池等種類，主要考慮新建或利用原水廠預沉池進行改造。預沉池進水濁度高于500 NTU，最高原水濁度按10 000 NTU設計，最大出水濁度為500 NTU。水廠要合理估算不同濁度進水的含沙量，以確定排泥方式和排泥量。預沉池刮泥機采用變頻工作，水廠要根據原水濁度調節刮泥機的運轉速度。

2 強化處理方案

目前，生活用水處理主流工藝為混凝沉淀過濾消毒，常規處理方案能有效地去除水體中的懸浮物、膠體顆粒、細菌等，但難以去除水體中的溶解性有機物，運行工藝較為復雜。強化處理工藝包括強化混凝、強化沉淀、強化過濾階段。

2.1 強化混凝

強化混凝是控制有機物污染最經濟實用的工藝之一，其側重于對有機物的去除。強化混凝主要是從工藝研究的角度，改進現有水處理工藝和設施。這種強化可以通過改善混凝和絮凝條件、合理篩選混凝劑、調節混凝劑投加量等來實現。強化混凝旨在加強高濁度水中顆粒物的凝聚與絮凝，以達到除濁目的。強化混凝過程主要是通過增加混凝劑投量、改善混凝劑效能、調節pH、投加助凝劑以及優化水力條件等方式來增強混凝過程的污染處理效果，提升有機物去除率。強化混凝有多種方式，混凝劑包括聚合氯化鋁（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）、復配混凝劑等。由于原水水質和工藝的不同，采取的強化混凝方式不同。

強化混凝是應對高濁度水切實可行的方法。針對嘉陵江夏季水濁度高的問題，賴莉[4]研究了聚合氯化鋁與聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDMDAAC）復配混凝劑的強化混凝技術，試驗結果表明，復配混凝劑與單獨投加的PAC相比，不僅可以節約較多的投藥量，而且混凝效果較好。采用復配混凝劑處理后，出廠水剩余鋁的平均濃度為0.034 mg/L;CODMn平均濃度為1.37 mg/L，平均去除率為66.82%;沉淀池出水氨氮平均濃度為0.11 mg/L，平均去除率為34.81%。

針對突發的高濁度水，趙榮[5]使用PAC與PAM的聯合投加，采取單級絮凝，投加次序為先PAC后PAM，間隔時間為60～90 s，這種投加方式對高濁度原水的濁度變化具有良好的適應性，如圖2所示。

陽旭[6]考察了混凝劑、助凝劑以及磁粉投加量對濁度去除效率的影響，進行了常規混凝沉淀和磁加載混凝沉淀對比試驗研究。研究結果表明，磁加載混凝工藝對高濁度水的處理效果最好。

2.2 強化沉淀

強化沉淀可以采用新型輻流式沉淀池、渦旋低脈動沉淀給水處理技術、高密度澄清池等方式。輻流式沉淀池是我國處理高濁度原水的傳統池型[7]。渦旋低脈動沉淀給水處理技術是一種由微渦旋流混凝工藝、小間距斜板沉淀池和小孔眼網格絮凝池構成的高濁度水處理技術。該技術應用廣泛，適應能力強，對于低溫低濁水、汛期高濁水以及微污染原水均有較好的處理效果。高密度澄清池（DENSADEG）集平流沉淀池、斜管沉淀池、機械攪拌澄清池優點于一身，由法國得利滿公司研制開發。它是應用載體絮凝技術的池型之一[8]，表面水力負荷可達23 m3/（m2·h）。相比機械攪拌澄清池，DENSADEG可以減少占地面積，水質適應性和抗沖擊負荷能力強，效率高，出水水質好。

2.3 強化過濾

強化過濾主要通過微絮凝強化過濾實現對濁度的去除。龔淑艷[9]等研究指出，天津塘沽中法供水有限公司所轄水廠采用二次微絮凝工藝（見圖3），在原有加藥方式的基礎上增加了沉淀后二次投藥點。結果表明，采用FeCl3作為二次微絮凝混凝劑，可以降低40%的濾后水濁度和18%左右的制水藥劑單耗。

當前，人們可以使用改性濾料，應對高濁度水處理的挑戰。雷國元[10]等的研究結果表明，涂氧化鈦的改性濾料去除濁度的能力比普通石英砂濾料強。除了使用改性濾料外，還可以針對高濁水設定特殊的濾料布置方案，例如，原石英砂作為單層濾料，其上部可以增加密度較小的輕質濾料，底層可以增設密度大、粒徑小的重質濾料。

3 后續處理工藝

近年來，各種新型膜材料不斷涌現。作為一種綠色物理分離技術，超濾技術不僅能夠有效去除水體中的濁度、致病微生物等污染物，還能降低后續消毒加氯量，減少消毒副產物的生成，近幾年來，被廣泛應用于污水處理中。在高濁度水后續處理過程中，改進的超濾技術能夠有效降低預處理后的水濁度，極大地提升濁度去除率，使其達到出水標準。超濾可單獨使用，也可組合使用，如超濾-反滲透雙膜一體化工藝，內、外壓超濾膜工藝，混凝-沉淀-超濾一體化工藝等。

4 組合工藝應用

4.1 預處理+常規凈水工藝

進廠原水濁度超過預沉池最高進水濁度，而且出水濁度要求低（應急供水），進水由預沉池直接處理，處理構筑物設置超濾處理單元。設置調蓄水庫的常規處理工藝流程如圖4所示。

進廠原水濁度不超過預沉池最高進水濁度，而且出水濁度要求低（應急供水），進水由預沉池直接處理，處理構筑物不包括超濾處理單元。設置調蓄水庫的常規處理工藝流程如圖5所示。

4.2 預處理+常規凈水工藝+深度處理工藝

進廠原水濁度超過預沉池最高進水濁度，而且出水濁度要求高，原水引自調蓄水庫且需要設超濾處理單元，如圖6所示。

進廠原水濁度不超過預沉池最高進水濁度，而且出水濁度要求高，由預沉池直接處理，需要設超濾處理單元，如圖7所示。

5 結論

當前，我國東部沿海地區臺風、暴雨和山洪多發，部分山區原水濁度高，農村生活飲用水安全無法有效保障。人們要加強對農村飲用水的預處理、深化處理及后續深度處理，有效治理農村高濁度水，為保障臺風暴雨過后的農村飲水安全提供技術支撐。

參考文獻：

[1]曲久輝.對未來中國飲用水水質主要問題的思考[J].給水排水，2011（4）：1-3.

[2]修春海，李玲，楊月杰.高濁度水作為城市供水原水的水處理工藝淺析[J].城鎮供水，2011（2）：27-29.

[3]蔣難先，姚昕.蘭州高濁度水預沉處理運行要點[J].凈水技術，2001（1）：24-27.

[4]賴莉.復配混凝劑（PAC-PDMDAAC）處理嘉陵江水源水試驗研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[5]趙榮.常規處理工藝對突發性高濁度原水的適應性研究[D].西安：西安建筑科技大學，2011.

[6]陽旭.高濁度原水磁加載混凝應急飲用水處理試驗研究及工藝設計[D].杭州：浙江大學，2017.

[7]劉玉玲，張沛，魏文禮，等.輻流式沉淀池液固兩相流力學特性三維數值模擬[J].水資源與水工程學報，2013（4）：25-27.

[8]謝欽.高密度澄清池工藝簡介[J].給水排水，2006（1）：38-39.

[9]龔淑艷，鄭君，王曉紅，等.二次微絮凝工藝在飲用水生產中的應用[J].供水技術，2014（1）：15-18.

[10]雷國元，劉巍，李永成，等.改性濾料強化過濾處理微污染水[J].凈水技術，2005（6）：18-21.