水廠凈水構筑物技改實例

李義順

福建省水務發展集團東山水務有限公司，中國·福建 漳州 363400

1 引言

論文針對水廠運行的現狀、絮凝池問題和濾池問題等出現的原因和技改方案為主題展開探討。

2 水廠運行的現狀

水廠設計規模5.0 萬m3/d。采用的工藝流程是：原水→管道靜態混合器→折板絮凝池→斜管沉淀池→V 型濾池→加壓泵房→市政管網，絮凝池和沉淀池分為兩組，每組設計流量2.75 萬m3/d，濾池分為四格獨立運行。水廠投產初期，產水量較少，運行基本正常，后來隨著產水量的增加出現了這兩個問題，一是絮凝效果較差，礬花細小，斜管上面堆積厚厚的絮狀泥渣，嚴重影響沉淀池正常運行。二是濾池進水量約3.0 萬m3/d（1300m3/h）時，沉后水開始從進水渠溢出，無法達到5.0 萬m3/d 的設計規模。

針對出現的問題，我們反復探討，查找原因，最后認定絮凝池工作不能有效處理低濁的原水。濾池的進水口過小，屬于設計失誤的問題。因此，對出現問題的構筑物進行改造勢在必行，才能保證水廠的正常運行[1]。

3 絮凝池問題出現的原因和技改方案

3.1 原有情況分析

根據原水水質的濁度檢測資料年平均值小于10°約330天（大部分在五度左右），大于10°約35 天，屬于低濁度的原水，處理難度較大。根據現場出現的情況分析，導致礬花生成滯后大量出現在沉淀池從而影響出水水質的原因一是加藥后混合強度不夠，絮凝劑和水沒有充分混合，混合是混凝沉淀的前提，混合效果的好壞直接關系到后續的混凝沉淀效果。

目前，中國新設計的水廠多采用管式靜態混合器和快速機械攪拌，管式靜態混合器內置多節固定葉片，使水流成對分流，同時還產生渦旋反向旋轉及交叉流動，能獲得較好的混合效果。但是，管式靜態混合器是按特定的水量設計，選用固定的水頭損失，一旦運行水量發生變化，水頭損失的變化也較大。其最大優點為其本身幾乎不需維護工作，沒有運行費用。機械攪拌混合池一般效率較高，可隨水量變化進行調整，而不影響混合效果，但有一定的電耗。二是反應區水頭損失小，反應時間不夠。過分縮短絮凝時間會造成藥耗增加，絮凝不完善。從當前提高水質要求考慮，完善絮凝應放在首位，而不應以縮短絮凝時間為目標[2]。

3.2 改造方案

針對本工程的具體情況和特點，這次改造方案采用簡單、成熟、穩定、實用、經濟合理的處理工藝，以達到節省投資和降低運行管理費用的目的，處理系統運行有一定的靈活性和調節余地，以適應水質水量的變化，盡量考慮采用管理方便、運行穩定、使用壽命長的材料及配件進行改造修復，以減少操作勞動強度。設備及材料選型采用通用產品，產品應是技術先進、質量保證、性能穩定可靠、工作效率高、管理方便、維修維護工作量少、價格適中。在保證處理效率的同時工程改造緊湊合理、節省工程費用、減少占地面積、減少運行費用。利用目前水廠現有系統采用水力絮凝運行的情況和上述原因分析，具體改造內容如下：

①利用濾池反沖洗的活性泥渣水，回流到絮凝池進水端，增加原水的濁度。

②在進水第一格增加一臺框式絮凝反應攪拌機，在攪拌過程中使混凝劑水解產物迅速地擴散到水中的每一個細部，使所有膠體顆粒幾乎在同一瞬間脫穩并凝聚，這樣才能得到好的絮凝效果。因為在混合過程中同時產生膠體顆粒脫穩與凝聚，攪拌機特點是運轉平穩且攪拌均勻，絮凝效果好。此外，攪拌槳葉、攪拌軸材質是304 不銹鋼，功率1.5kW，轉速30rpm。

③由于目前的折板反應池間距過大，效果較差，在折板間增加網格反應器。這種反應池基于亞微觀水力學原理，全程布設網格，有利于析出的小礬花快速有效碰撞，使礬花顆粒由小變大，由松散到密實，既保證了反應后礬花顆粒達到一定的尺度和密實度，又增強了礬花抗剪切的能力，從而避免了反應的不完全和過反應現象的產生。該種反應池在中國已有廣泛應用，技術成熟，當流經各種反應裝置過程中，由于水流通道的不斷改變，使固、液相質點不僅具有主體流動，還具有上、下、左、右的脈動，且伴有渦漩，形成對流擴散，這樣將更有利于源水中雜質顆粒間碰撞的概率大大增加，促使礬花更好地形成。網格材料選用SUS304 不銹鋼。

4 濾池問題出現的原因和技改方案

4.1 存在的問題的原因

日產五萬噸水廠，包括廠用水日產水應在5.50 萬t 以上，平均產水約2200m3/h。分配到四個濾池，經計算單池的平均濾速實際為8.7m/h，根據設計規范要求，濾速可達8～14m/h，因此濾池過濾水量達日產5 萬t 是綽綽有余的。從圖1可以看出，現在水廠達不到設計產水量，不是濾池過濾面積不夠的問題，而是在進水、配水及出水環節上出現差錯造成的，對照設計規范，可以計算出濾池在進水的環節上出現了錯誤。只要對此部分進行改造，是可以達到設計的流量。

圖1 濾池剖面示意圖

單池進水口的流速根據規范應在0.8～1.2m/h。流量考慮是其中一個濾池反沖洗時其他三個池分配的流量，約為730m3/h，單池進水口的過水面積在0.16～0.2m2。而現有濾池的進水口只有300×300mm≈0.09m2（圖示標200×200，現場尺寸為300×300），明顯過小，而且進水孔的布置也不合理，根據V 型濾池的設計規范，進水孔一般應有兩個，即主進水孔和掃洗進水孔。設計的掃洗強度為8.0m3/h·m2，可計算出掃洗孔的面積約0.04m2。綜上分析，設計有失誤，進水口尺寸偏小只有0.09m2，離計算復核的最小進水截面0.16m2還有差距。因此，技改的方案首先是加大進水孔尺寸。

4.2 改造方案

考慮到現有濾池擔負全縣的供水任務，不可能長時間停水改造。因此施工方案的選擇和組織尤為重要，本著節約投資，減少工程量，不破壞主體結構的原則，確定加高溢水堰高約25cm，來增加進水流速，減少開孔的面積，經計算和比較，采用機械鉆孔的施工工藝，單池鉆二個dn200 的孔，新增過水面積為0.06m2，總進水面積為0.15m2，原有的進水孔作為主進水口，新開的孔洞作為掃洗孔，當濾池過濾時，主進水孔及掃洗進水孔均開啟，當濾池沖洗時，主進水孔關閉、掃洗孔保持開啟。主進水孔進行自動控制，掃洗孔一般常開，只有在濾池檢修時才關閉。施工速度快，單池施工半個小時可以完成，供水基本不受到影響[3]。

5 絮凝池和濾池改造后運行情況

①絮凝池通過改造后，絮凝效果得到很大的改善，斜管上積泥現象基本消失，由于廢水回用，以及減少清洗沉淀池的用水，每天可多供水800t 左右。

②濾池通過以上改造后，達到了日產五萬噸的規模，濾池各項運行指標正常，同時把掃洗孔和主進水孔分開控制，濾池反沖洗時可節省大量的沖洗水。由于改造后掃洗進水孔變為二個，后續準備在掃洗孔加裝閥門，根據流程實現自動控制。通過本次改造，投入不大，見效快，濾池可以滿負荷生產。

6 結語

通過此次的技術改造，投資少，停水時間短，沒有破壞構筑物的主體結構，使有缺陷的水廠重新煥發生機，取得良好的經濟效益和社會效益。

改造后出水水質得到提高，節省大量流失的水量，相應增加供水量，得到領導和同行的肯定，對于過程中給以指導的前輩和同行表示感謝。