一體化凈水設備的適用性分析

溫雪梅

（北京燕山玉龍石化工程股份有限公司天津分公司，天津 300450）

1 引言

目前國內外對給水處理機理的研究都比較深入，給水處理工藝在實際應用中也較為成熟，各種一體化式的給水處理設備也越來越被市場所接受。一體化凈水設備不管是投資還是運行管理都優于傳統的水處理工藝，但是其水處理設備內部構造復雜，多種處理工藝集成于一體，在實際運行中也存在著很多缺點。

2 一體化凈水設備的運行原理

2.1 凈化工藝流程

凈化工藝流程見圖1。

圖1 凈化工藝流程

2.2 工藝運行原理

一體化凈水設備如圖2 所示（圖中箭頭方向表示反沖洗時的水流方向），分為配水區、反應區、沉淀區、穩流區、過濾區、清水區。

圖2 一體化凈水設備示意

原水通過設備底部的進水口進入，裝置底部為配水區，通過配水區底部的布水管進行均勻布水，與此同時水流的速度降低，然后水流向上進入混凝區，并在該區域與混凝劑充分反應。之后進入兩級斜管沉淀區，水流沿斜管向上，污泥由于重力作用沿斜管向下，滑落到設備底層。經過過濾澄清的清水進入設備頂部的穩流區，然后水流自上而下通過濾層進行過濾，過濾后通過連通管進入清水層，最后流入清水池，并在清水池中使用次氯酸鈉（NaClo）消毒。

（1）排泥：當設備運行一定時間后，排泥管上的電動閥通過控制柜所給的信號進行自動排泥一次（排泥周期可調），排泥的同時壓力水電磁閥也同時開啟，對排污進行助沖。

（2）反沖洗排污：水流經過過濾區過濾一段時間后，過濾水頭阻力越來越大，水位上升越來越高，當水位到達一定高度時，系統自動進行反沖洗。水流路線與正常過濾時的路線正好相反（反沖洗路線見圖2），反沖洗時間為3～5 min，當清水層水位降低到一定水位時，反沖洗自動結束，反沖洗污水經過污水管排出。

3 與傳統處理工藝的對比分析

3.1 一體化凈水設備的性能優點

一體化凈水設備的運行基本沿用了傳統處理工藝的原理，在此基礎上對各個處理單元進行了集成耦合，使得處理單元之間的連接更為緊密，從而大大降低了占地面積，節約了投資成本。其性能優點主要表現為：

（1）集水、配水、混凝、過濾、沉淀、反沖洗、排泥等一系列運行程序集成在一套設備中，且能實現自動反沖洗，無需反沖洗水泵或空壓機，達到了全自動運行的效果。

（2）水流在混凝區與混凝劑充分接觸碰撞，反應生成礬花，進而形成大的顆粒沉降，懸浮物去除效率高。

（3）可調的自動排泥系統，可以保證穩定的去除效果。

（4）占地面積與傳統構筑物相比節省約50%；自耗水率約為3%。

（5）建設工期短，節省投資及后續維修保養費用。

3.2 一體化凈水設備運行時的缺點

（1）設備備用性差

一體化凈水設備結構簡單且能全自動運行，避免了傳統處理工藝龐大構筑物的繁瑣，但也同時帶來一個最大的問題，就是任意一個環節出現問題或需設備維修，都需要將整套設備停止運行。而傳統處理工藝中的水處理構筑物一般分為兩格或者四格，即使其中一個構筑物的一格需要維修，對整個工藝的運行負荷也不致產生太大影響。

（2）混凝效果不能得到保證

根據傳統處理工藝中混凝的原理，通過投加混凝劑使得水中的懸浮物或部分溶解態物質凝結為膠粒，進而聚集成較大膠體顆粒，在不斷碰撞過程中改變膠體的性質，使其脫穩，稱為“凝聚”，脫穩后的顆粒在外界水力擾動下互相碰撞聚結稱為“絮凝”［1］。混凝作為水處理中重要的環節，其運行情況直接決定了出水水質。

絮凝區作為第一個工藝單元，不僅承擔著絮凝的“責任”，還同時兼有布水、排泥和壓力水沖洗的“職責”。底部采用平流均勻布水，布水方向朝底部，不斷沖擊裝置底部以免污泥在底部沉積。在空間有限的情況下，很難保證絮凝區平均速度梯度G 在30～60 s－1之間，GT 值在104～105之間，也很難保證太大的水流沖擊不致使絮粒遭到破壞［2］。應用于本項目的原水水質濁度值較小，本身絮凝效果較差，應該采用較長的停留時間，10 min 顯然時間太短，因此絮凝區的效果難以得到有效的把控。

（3）斜管沉淀維修成本高

兩級斜管沉淀可以起到較好的沉淀效果，但是設備運行時間久了在管壁或管口會積存污泥，嚴重時不僅不能使水質得到沉淀澄清，甚至能造成原水的二次污染［3］。且時間久了材料容易老化，維修和更換的成本較高。

（4）自動反沖洗靈活性差

自動反沖洗利用的是重力式無閥濾池的工作原理［4］，主要依靠過濾區的阻力水頭形成靜壓，但是在實際運行管理中，有時阻力水頭還沒有達到最大值就需要進行反沖洗。因此應該設有強制沖洗器，強制沖洗器是利用壓力水造成輔助管內產生負壓，通過抽氣管的作用形成虹吸。

4 問題與建議

本文針對一體化凈水設備的適用性進行了分析，與傳統處理工藝進行比較，其優點較為顯著，但在運行過程中存在一定不足，因此提出以下幾點建議：

（1）對斜管沉淀而言，絮凝的完善和前后布水、出水均勻非常重要。因此反應區絮凝效果可以通過增加格網或穿孔墻加以改善，不僅增大了絮粒間的碰撞幾率，加強絮凝效果，而且作為斜管沉淀的進口處，可以起到均勻布水、整流的作用。

（2）在自動反沖洗的環節增加強制沖洗器，用以應對濾池水頭損失未達到最大值但需要沖洗的情況。

（3）原水的水溫、pH、堿度及懸浮物的濃度都對一體化設備的出水水質產生重要影響，因此需要對進出水水質指標進行監測，通過觀察水質的變化及時對一體化設備的運行進行調整以使出水達標。