微絮凝直接過濾工藝在自來水廠擴建工程中的應用

朱昭福

（崇義源水工程建設有限公司，江西 崇義341300）

1 引言

在微絮凝直接過濾技術的施工流程中，絮凝劑的加入需在水進入濾池之前完成，而后在濾池中進行絮凝反應并產生沉淀，這2 步工序直接在濾池中完成即可。若以傳統的絮凝過濾技術進行，則需經過反應池及沉淀池才可完成。由此可知，該種工藝技術能夠帶來較好的成效，且施工所需的占地空間較小。在水中加入絮凝劑能夠有效地使自來水中的磷形成絮體，進而產生沉淀被過濾。

2 工程概況

以崇義縣舊自來水廠的改擴建工程為研究案例，該舊水廠有逾20a 的歷史，輸水管道全長有9.24km。由于城區擴大用水人口增加，該水廠目前正在實施輸水管擴建工程，擴建后日輸水能力可達5.0×104t/d，依據改擴建新自來水廠的實際需求，結合區域范圍內的實際環境，將新水廠的位置設于舊自來水廠的西側，新水廠的占地面積約8 704.16m2，經由改擴建，將水廠的制供水規模由2×104t/d 增加至5.0×104t/d。

3 微絮凝過濾

微絮凝過濾能夠使過濾池中過濾材料的含污能力大幅提升。相較而言，該種過濾工藝在絮凝體微小且多的自來水中使用效果更佳。由于微絮凝體自身的特點，其能夠進入過濾層內部，進而使更多的過濾料能夠吸附微絮凝體。基于此，其能夠使含污層的厚度提升，進而使過濾池的過濾效果增強。使用微絮凝的方式進行過濾，會使過濾周期變長，進而降低反沖次數，提升過濾后自來水的質量，且能夠過濾更濁的水體【2】。

為了使微絮凝體的整體性能增強，可運用以下2 種方式實現：（1）若待過濾水較為渾濁，待加入絮凝劑之后，則使水直接排入過濾池中，也可等待絮凝劑發生反應形成一定量的微絮凝體后再排入過濾池，該種過濾技術即微絮凝的直接過濾法；（2）若待過濾水較為渾濁，或濁度雖低但變化情況多，水中存在的藻類數量較多，則需在沉淀池中先產生絮凝體并沉淀過濾，使自來水中的藻類及濁度減小，而后再排入過濾池，并再次加入絮凝劑，此時加入的絮凝劑通常會增加一定量的高分子凝聚劑。過濾池中的水由于絮凝劑的再次加入，會形成一定數量的微絮凝體，進而被水中的過濾料所吸附。這種過濾工序需加設過濾池，主要目的在于降低水的濁度，使二次加入的絮凝劑能夠較好地發揮性能。該種過濾方式在國外也被運用于濁度偏低的自來水過濾中。

4 原水水質及處理工藝

結合該水廠的水質檢測結果可知，水廠原水的水質符合相關規定中地表水的工類水質要求。水的溫度四季均維持于14～17℃，且水的濁度低于15NTU。該水廠的溫度及濁度均處于標準值內，且存在較少的藻類。

由于溫度及濁度較低，該水廠的水質具有黏度大、水內微粒小且大小差異不大等特點，因此產生絮凝的時間較長，形成的絮凝體體積小，因而難以沉淀，成為一大施工難點。經相關研究結果可知，具有該種特點的水體較適用于微絮凝直接過濾，運用該種過濾技術能夠提升整體效率。此外，該種過濾技術的操作方式簡便、施工占地少，且能夠在一定程度上減低工程總投資成本【3】。

結合舊水廠的水質溫度、濁度及施工環境，擬使用微絮凝直接過濾技術進行水體的過濾。具體流程如下：原水（重力）→管道混合器（加藥）→反應（網格）→沉淀（斜管）→過濾（翻板）（氣水反沖洗）→消毒→清水池→管網。

5 主要構筑物選型與設計參數

5.1 混合與加藥

由于施工場地環境的限制，以管式靜態混合器來完成水體的混合作業。該種混合器具有占地空間較小、無須另外的動能、安裝方式簡單等優勢。本工程運用2 組三段式管式靜態混合器，管的直徑規格為DN700mm，以1.26m/s 的混合速度進行3.0s。

以堿式氯化鋁作為絮凝劑，依據方案參數，加入量設定為20mg/L，借助隔膜計量泵來實現絮凝劑自動添加。若施工時間為冬季，則會降低絮凝效果，因此，需結合實際情況添加聚丙烯酞胺助凝劑，加入量設定為20mg/L，同樣借助設備來實現自動添加。

5.2 微絮凝池

案例中的絮凝池為網格形式。該種絮凝池的設計源于紊流理論，在與流程相距規定距離的過水斷面內架設網格，以借由網格能量來產生絮凝。該種方式的優點在于，網格所產生的能量分布平均，因此水中微絮凝體會受到均等的撞擊。此外，若水體溫度及濁度較低，網格形式能夠促進絮凝體的形成，進而一定程度上減少藥劑的使用量，降低絮凝所需的時間，有效地解決了由于溫度及濁度較低所面臨的施工難點。圖1 為網格微絮凝池。

圖1 網絡微絮凝池

將絮凝池與過濾池設計為一體式，前者為網格絮凝池，后者為過濾池。將網格絮凝池分2 處，二者之間相互獨立，一組有16 格，每小格的面積為4m2，池中水深控制為4m，發生絮凝的時間設定為8.8min。將絮凝池以網格分為3 段：前段、中斷、后段，其中，前2 段占據的格數分別為6 格、5 格，每格中的網格數量為3 層，后段不設置網格。運用的網格材質為不銹鋼，規格為1.9m×1.9m，網格中小格的規格為100mm×100mm，為滿足不同時期的不同需求，在進水處設置不銹鋼可調堰板，以控制水深。

5.3 氣水反沖快濾池

結合水廠占地空間、過濾標準及管理等不同因素，案例工程的過濾池設計為氣水反沖形式。運用該種過濾池能夠提升濾床的過濾能力，使截污量增加，且能夠減少水的使用量。該種方式較適用于規模不大的工程，投入成本低，且施工方式簡便。將氣水反沖快濾池與絮凝池設計為一體式，總規模達到8.0×104m3/d，總占地空間約為66.1m×237m。

過濾池內網格小格的內壁規格，為8.4m×6.4m，格與格之間以中央排水渠相隔，排水渠的寬度為1m，在其下方安設有配水配氣渠，配水配氣渠內設有規格不同的配氣孔（24+24）個，規格分別為φ50mm 及φ100mm。

網格中小格的過濾網中設有規格為3.5m 長的不銹鋼洗砂排水槽。過濾池中使用的過濾料為石英砂，規格為1.0mm，鋪設厚度達到1.3m。并且運用規格約3mm 的粗砂來作為承托層，鋪設厚為0.1m。為保證水體的水質，運用濾板精度較高的、濾頭為長柄且阻力小的配水系統，其中，濾板規格為114cm×105cm，在過濾池中設置36 塊。

自來水經由中央排水渠而后排水槽進入過濾池中，再依次由過濾料進行過濾，最后進入氣水室，而后過濾結束的水經由管道流入清水池。進行反沖洗的過程則與過濾流程相反，最后反沖洗的水從排水槽流入排水渠，而后由管道送入廢水池中。

過濾池中進出水、進出氣及排水的氣動閥門，均設定為自動形式，也可通過手動形式進行調節。在濾池中每格分別設有排水閥，以便初濾水能夠排斥，依據過濾池中初濾水的水質變化情況調節排水時間，初濾水隨反沖洗廢水進入廢水池中。

通過PLC 來控制過濾池，依據池內水的深度變化來調整水管的氣動蝶閥，以保證過濾池中的水量符合標準。若過濾池中過濾后的水質未達到設定參數，則會開始反沖洗程序，將氣水反沖洗的時間設定為12h。

5.4 反沖洗機房

在反沖洗機房中設置有工序必備的反沖洗泵房及鼓風機房，整體規模為8×104m3/d。機房占地面積約為315.36m2。此外，在機房外部設置有吸水井，為使資源使用效率最大化，將吸水井與反沖洗泵房二者建在一起，吸水井內壁的規格設定為12.0m×4.5m，井內水的高度約為3.2m。

6 結語

在案例的舊自來水廠的改擴建工程中，由于水廠水質溫度低及濁度低的特點，本文選用微絮凝直接過濾工藝進行自來水過濾，能夠有效地解決水質特點所帶來的施工難點，并且保證水質達到標準，此外，該種技術操作方式簡便、占地空間較小且投入成本低，具有一定的參考意義。