基于“九三”系統反應池運行中存在問題的分析研究

田惠君，馮令艷

（哈爾濱供排水集團制水三廠，哈爾濱 150080）

1 前言

“九三”系統是哈爾濱供排水集團制水三廠的一個生產車間，投產于1993年，故稱“九三”系統。該系統以地表水為水源，采用常規的處理工藝。該系統總設計水量為30萬t/d，占全市總供水量的35%。

源水通過穩壓井穩流后投加混凝劑，經過管道混合進入雙層隔板反應池，再流經過渡段進入迷宮翼板形斜板沉淀池，而后通過雙閥普通快濾池進行過濾，然后凈水進入清水庫。

2 生產中存在的問題

在實際生產運行中，隨著投產日期的延長，逐漸發現了該系統存在以下問題：

1）沉淀池出水濁度不斷地增加，凈水劑投加量特別大，跟實驗室的混凝小試得出的混凝劑單耗指標出入很大，并且沉后水挾帶小顆粒。

2）濾池的濾后水濁度增加，為保證合乎國家頒布的凈水水質，濾池的反沖洗周期進行了大大的縮短，水廠的自用水率非常高。

在放空水池查找原因的過程中我們發現，反應池下層積泥深度達到1 m，反應池上層積泥深度達到0.5 m。

發生這種情況的主要原因是設計時采用的參數有問題，首先是反應設計過長，正常的反應時間為20～30 min，而設計時采用了28 min，相對采用了上限。此參數的選定又使得本應在沉淀池沉積下降的礬花提前在反應池內沉積，由此造成反應池過水斷面縮小，水流速度加快。其次是流速選定值偏于上限。而且該反應池總長為21 m，寬為16 m，只在下層兩個間隔廊道中間設一個放空管，當停水下池子看時，靠近放空管5～10 m的泥能被放走，遠處的泥根本帶不到放空管口。

從理論上說，整個凈水過程的關鍵在于水中的雜質即懸浮物和膠體與凈水藥劑相互混合、反應的程度，混凝工藝是沉淀、過濾過程的效果前提保證。

混凝工藝要求是要使雜質顆粒之間或雜質與混凝劑之間發生凝聚，一個必要條件是使顆粒相互碰撞接觸。由顆粒布朗運動造成的顆粒碰撞凝聚稱“異向凝聚”;由機械或水力攪拌造成的顆粒碰撞凝聚，稱“同向凝聚”。在微小顆粒逐漸凝聚成大顆粒絮凝體的過程，總經歷著異向凝聚和同向凝聚階段。

在反應階段主要依靠機械或水力攪拌促使顆粒碰撞凝聚，顆粒碰撞速度梯度G值越大，反應效果越好，但隨之而來的是水流剪力增大，已形成的絮凝體又有破碎的可能。絮凝和破碎同時隨著顆粒碰撞速率增大而增強。而顆粒碰撞速率G值增大超過最佳速度梯度時，絮凝體破碎率將大于反應速率，反應效果降低，出水水質得不到保證。

根據實際池體的長、寬以及隔板間距，進行實際進水流速的驗算，具體計算數值如下：

雙層隔板反應池為上下兩層，上層為回轉式隔板反應池，下層為往復式隔板反應池，單池設計流量為5萬t/d，流速參數選定為7檔，下層流速共分3檔：第一檔 V1=0.5～0.6 m/s，第二檔 V2=0.4～0.5 m/s，第三檔 V3=0.3～0.4 m/s;上層反應廊道流速共分4檔：第四檔 V4=0.3～0.35 m/s，第五檔 V5=0.25～0.3 m/s，第六檔 V6=0.2～0.25 m/s，第七檔V7=0.12～0.18 m/s;反應池的設計有效平均水深為上層H2=2.6 m，下層H1=1.95 m，往復式隔板間距為a1=620 mm，a2=760 mm，a3=880 mm，回轉式隔板間距為 a1=720 mm，a2=870 mm，a3=1 100 mm，a4=920 mm。

積泥后實際的有效平均水深為上層H2=2.1 m，下層H1=0.95 m，根據下式可知：

則往復式隔板反應池的實際流速為：

回轉式隔板反應池的實際流速為：

而通過上式計算的結果表明，實際流速要遠遠超出設計值，而反映混凝效果的指標G值與混凝設備中的水頭損失有關，水頭損失又與水的流速有關，具體計算公式如下：

水頭損失計算公式為：

速度梯度計算公式為：

由上式可知，當流速增大后，反應池總水頭損失因此增加，速度梯度G值也隨之變大，絮凝體破碎率遠遠超過反應的速率，在反應池投加凈水藥劑所形成的礬花和顆粒又被打碎，難以沉淀，并且又被大流速的水流帶入了濾池，增加了濾池的負荷，引起整個凈水過程的惡性循環。

由于在這種水力條件下生產運行，流速過快使得一次反應被破壞，這樣就必須增加凈水藥劑的投加量，使得被打碎的礬花和顆粒再次與藥劑進行反應、凝聚，形成可沉淀的大顆粒，在沉淀池中去除，保證沉后水達到6～8 NTU。

濾池在這種情況下也受到很大的影響。過濾的機理是懸浮顆粒與濾料顆粒之間黏附作用的結果。黏附作用是一種物理化學作用，主要取決于濾料和水中顆粒的表面物理化學性質，未經脫穩的懸浮物顆粒，過濾效果較差。當沉后水的濁度較大時，超過10～12 NTU以上時，濾池的截污強度加大，造成過濾時間不長的情況下，表層濾料間孔隙被堵賽，甚至產生篩率作用而形成泥膜，使過濾阻力劇增。使得濾池一方面濾速劇減，下層濾料截流懸浮顆粒作用遠未得到充分發揮時，過濾就停止了，必須進行反沖洗;另一方面是因濾層表面受力不均勻而使泥膜產生裂縫時，大量水流將自裂縫中流出，以致懸浮雜質穿過濾層而使出水水質惡化。這時過濾應停止，也必須進行反沖洗來進行解決。由于反沖洗次數的增加，頻率的增多，相應的電耗、水耗都跟著加大了，整個的制水成本提高了，并且也是各種能源的浪費。

3 解決措施

為了盡可能地避免造成各種不必要的浪費，在實際生產中我們摸索出了一些寶貴的經驗。首先是把松花江水按季節的變化分為4個階段：開江期、高溫高濁期、封江期、低溫低濁期。在不同的時期采用根據原水濁度、色度、堿度、pH值的不同，確定不同的排泥周期和反沖洗周期，在濁度較低的情況下，一般每天排1次泥，而在濁度較高的情況下，一般每天排3次泥，遇到特殊的情況，如濁度高達800NTU～1000NTU時（1998年發洪水時出現過），每4 h排1次泥。而且相應地增加水質指標的檢測頻率，

其次是對反應池進行定期的人工清刷，通常選定在每年的五月和九月，因為經過了一冬天的沉積，泥量也很多了，為了保證高溫高濁期的水處理工藝正常運行，保證出水水質符號國家飲用水標準，所以必須進行全面徹底地清洗，九月份經過一夏天的高溫高濁期的運行，濁度大，含泥量也大，所以為了冬天低溫低濁期的水處理，同樣需要清刷。

最后，我們采用投加助凝劑的方法，在流速過快使得一次反應被破壞的情況下，通過投加助凝劑，促使和幫助已被打碎的礬花和顆粒再次進行凝聚，形成可沉淀的大顆粒，相應減少混凝劑的投加量，節省成本。

此外，我們還有一定的設想，譬如可否在不停水的情況下進行反應池的清泥;可否在土建、結構允許的情況下，進行排泥形式的改造，可否進行一些自動化方面的建設，實現無人管理模式。總之，我們將在生產中不斷探索新的方法，新的技術，來解決實際存在的問題，將生產過程盡量科學化。

[1]湯鴻霄.羥基聚合氯化鋁的絮凝形態學[J].環境科學學報，1998，18（1）：1-10.

[2]欒兆坤，等.聚合鋁絮凝動態過程研究[J].環境化學，1996，15（6）：523-529..

[3]馮利，湯鴻霄.鋁鹽最佳混凝形態及最佳pH范圍研究[J].環境化學，1998，17（2）：163-169.