氣浮工藝在低溫、低濁原水處理中的應用
——以嘉善千島湖水廠為例

包相闈 蔡一潤

（杭州市城建設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 項目背景

根據嘉興市和杭州市達成的框架協議，杭州從千島湖引水9.78 億m3/年。為改善嘉善人民飲水品質，在嘉興市獲得國家相關部門審批水量前，嘉善從中取水為2735萬m3/年，經千島湖水廠凈水處理后，達到直飲水標準。

嘉善千島湖水廠設計規模為8.0 萬m3/d，常規處理采用混合-絮凝-氣浮工藝，深度處理采用超濾+紫外消毒工藝。為節省空間，清水池疊于氣浮池下方。

2 嘉善千島湖水廠原水特點

2.1 水質

根據嘉善縣千島湖引水項目水質分析論證報告[1]，千島湖水源水質如表1。

表1 千島湖水源水質

從檢測狀況可見，千島湖水源水質各項均優于《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅰ類水的標準，屬于優質水源。

2.2 水溫

相關資料顯示，新安江水庫水溫從湖底到湖面分為三層：水面以下10m 范圍內為變溫層，水溫為10～30℃；10-25m 之間為溫躍層，水溫隨深度大約從26℃降至10℃；湖面以下25m 為滯溫層，水溫常年保持穩定，為10℃左右[2]。千島湖配水工程取水口采用分層取水，由于中層水質最穩定，故主要打開中層兩孔。中層取水口按水面下20m 考慮，則年平均水溫為18.34℃，最低為9.1℃，最高19.6℃。

根據千島湖配水工程和本工程原水隧洞及管線布局，雖然千島湖取水口至本工程距離較遠，但沿途大部分為隧洞和埋地管道輸水，對水溫影響較小。因此本工程原水全年水溫基本在9-20℃之間，全年溫差不大，水溫總體較地表水偏低較多，冬季可能略高于當地地表水。

2.3 低溫低濁水水質特點

低濁水中的雜質是以細小的膠體分散體系溶于水中，而且膠體顆粒比較均勻，膠體微粒具有很強的動力穩定性和凝聚穩定性，因此形成的絮體細、少、輕，難于沉淀。而低溫水的黏度增大，使水中雜質顆粒布朗運動強度減弱，碰撞機會減少不利于顆粒脫穩絮凝。同時，水的黏度大，水流剪力增大，影響絮凝體的成型。另外，無機鹽混凝劑水解反應為吸熱反應，水溫低易造成水解不徹底[3]。

3 方案比選

為對比氣浮對水體的處理效果，曾在《杭州市錢塘新區東沙湖水環境保護工程》中將氣浮法、磁混凝法、微砂沉淀法進行中試，試驗結果如圖1-3，表2-4。

圖1 氣浮裝置

圖2 磁分離裝置

圖3 微砂沉淀裝置

表2 氣浮裝置中試結果

表3 磁分離裝置中試結果

表4 微砂沉淀裝置中試結果

根據中試結果，氣浮對氨氮、總氮及總磷的處理效果最好，出水濁度最低，雖SS 出水濃度較磁分離和微砂沉淀稍高，但仍滿足出水要求。

考慮到東沙湖循環水進水總磷僅為0.1mg/L，氣浮處理更有優勢。

3.1 方案對比

水質方面，本項目原水特點為低溫低濁，根據清泰水廠實地調研及建德水司咨詢，在加藥混凝后形成的礬花極不明顯，不易沉降，需要較長的沉淀時間、較低的水平流速和溢流率，但又易受如異重流、溫差和風力等的影響，加大水的紊動，影響絮粒沉降。

用地方面，本工程凈水廠須利用魏塘水廠五期預留地建設，該地塊約7-8 畝，用地極為緊張。針對本工程水質特點及魏塘水廠四期平流池實際運行工況，本項目如采用平流沉淀池，則停留時間須在2-2.5h，絮凝反應時間也須適當延長。根據廠區現狀情況，廠區現狀預留用地無法滿足要求，須遷移現有液氧儲罐，平流沉淀池達到118m，詳見圖4；而絮凝氣浮池占地較小，平面尺寸僅為29.60×29.28m，比平流沉淀池縮短近80m，詳見圖5。

圖4 反應、沉淀、清水池平面布置圖（示意）

圖5 絮凝氣浮清水池平面布置圖（示意）

由于早期氣浮技術的溶氣水回流比高、能耗大，噸水電耗最高達0.2kWh，且運行管理較沉淀池復雜，故在本省的給水處理中運用較少。

近年來隨著高效溶氣設備及技術的開發，氣浮技術的回流比及能耗出現了大幅度的降低，最低噸水電耗降低至約0.02kWh，隨著水泵、空壓機技術和產品的日益可靠和自動控制的普及，氣浮技術在處理低溫低濁水方面的優勢日益明顯，在國內外以湖泊水、水庫水為原水的自來水廠中已得到廣泛運用。如15 萬m3/d 的廣西北海凈水廠、中石化山東東營水廠等。

考慮到千島湖原水的特點，本省已有相關水務集團開展了氣浮澄清的試驗研究，在不投加PAM 助凝劑，反應時間2-3min，表面負荷25m3/m2·hr 的工況下，取得了較為理想的運行效果。

從本省以千島湖為原水的建德自來水廠實際運行情況看，正常進水水濁度在1 度左右，平流沉淀池往往采用超越或不加藥的方式運行，即直接過濾，當洪水季節進水濁度上升時才啟用平流沉淀池的加藥運行，在進行加藥絮凝沉淀時雖然出水指標仍有保障，但民眾反映口感明顯變差。

本工程取水口在千島湖內采用不同深度的多個進水口，且經多級調蓄、輸送，千島湖豐水期對原水濁度的影響可基本排除，進水濁度將可穩定地保持在低位。綜合用地情況，氣浮較沉淀工藝占地節省巨大，且能有效應對藻類風險。故采用氣浮工藝更適合本工程的水質特點，并應通過試驗探索藥劑及助凝劑種類，盡量減少加藥量。

3.2 排渣方式比選

3.2.1 水力排渣

在出水區設置出水活動堰板，正常出水時降低堰板，使經氣浮池處理后的水溢流入出水渠；排渣時抬高堰板，逼高反應區內水位，迫使浮渣溢流至出泥渠,見圖6。

圖6 水力排渣示意圖

3.2.2 機械排渣

鏈條式刮泥機，兩條平行封閉的牽引鏈上裝有多塊刮板，在驅動裝置的帶動下，鏈和刮板沿導輪和導軌組成的四邊形軌道循環運行，將液面漂浮的泥渣刮入出渣渠,見圖7。

圖7 機械排渣示意圖

3.2.3 排渣比選

對于給水工程，為了盡量減少排渣時對浮渣層的擾動，一般采用水力排渣。針對本項目，氣浮工藝后采用膜處理來保證出水，故浮渣層擾動對最終的出水水質影響不大。但水力排渣存在出渣濃度較低的問題，為提高出渣濃度，減輕污泥脫水壓力，故本工程采用鏈條式刮泥機進行機械排泥。

4 氣浮池設計

共2 組，單組平面尺寸為14.8m×13.78m，表面負荷為21.2m3/m2·h，最大回流比為13.2%。每組設置高效微氧化強溶溶氣裝置、微氣泡發生裝置、布水裝置、紊流集水裝置各一套。回流水泵和空氣制備系統置于超濾膜車間內，回流水泵從膜車間原水池抽水后輸送至高效微氧化強溶溶氣裝置。排泥采用鏈條式刮泥機進行機械排泥，見圖8-9。

圖8 氣浮處理流程

圖9 氣浮池剖面圖

5 結論

本文總結了氣浮工藝在嘉善千島湖水廠設計中的應用，有效解決低溫低濁水難處理，用地緊張的問題，預計將于2023 年投產，可為同類型水處理項目提供參考。