側向流斜板沉淀工藝在水廠提標改造中的應用:以合肥市某水廠為例

彭 堯，朱 波，周遠航，徐 駿，陳香怡

(合肥供水集團有限公司，安徽合肥 230011)

隨著我國經濟的穩定增長及城鎮規模的不斷擴大，城鎮供水需求量正日益增加，供水水質要求也不斷提升，如何對老舊水廠進行提升改造已成為供水企業面臨的一個重要實際問題[1-3]。基于淺池理論的側向流斜板沉淀工藝因具有占地面積小、改造工程量少、施工工期短等優點，近年來已在老舊平流沉淀池或斜管沉淀池的改造工程中得到了一定應用[4]。但現有報道中的改造工程多針對高濁江河型原水水質的處理[5-7]，對于低濁湖庫型原水水質處理的適應性探究尚顯缺乏。因此，本文以合肥市某制水廠4#混凝沉淀池提升改造工程為例，探討了側向流斜板沉淀工藝對低濁微污染湖庫原水的處理效果及適應性。

1 工程概況

1.1 水廠狀況

合肥市某水廠始建于1961年，取水水源為董鋪水庫，經多年改造、擴建，現設計供水規模為15×104m3/d，采用“混凝-沉淀-過濾-消毒”的常規凈水工藝。其中，4#混凝沉淀池設計規模為2.5×104m3/d，前部為隔板反應池，設計尺寸為L×B=17.3 m×19.6 m；后部為平流沉淀池，設計尺寸為L×B=38.3 m×19.6 m，有效水深為3.1 m。

1.2 原水水質

董鋪水庫位于合肥市西北郊區，平均水深為7.0 m，正常水位為27.0 m，設計總庫容為2.42億m3[8]。水質整體狀況較為良好，符合《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質標準要求，但在夏季高溫期間存在藻類、耗氧量等部分水質指標的季節性污染問題(表1)，屬于典型的低濁微污染原水水質[9-11]。

表1 2018年夏季原水水質Tab.1 Raw Water Quality during the Summer of 2018

1.3 存在問題

(1)4#混凝沉淀池使用年限較久，前部隔板反應池混凝效果下降嚴重，停留時間測量值為9.5 min，低于設計要求的20.0～30.0 min。同時，后部平流沉淀池存在設計缺陷，具有一個180o回轉部位[圖1(a)]，導致礬花在此處破碎較多，加之沉淀池末端異重流作用，集水槽集水末端存在明顯的絮粒上浮現象，出水中帶有大量細碎礬花，嚴重影響出水水質。

(2)隨著合肥經濟社會的快速發展，供水需求量逐年遞增，近年來水廠制水生產一直處于滿負荷運行狀態，實施提量改造迫在眉睫。

(3)由于合肥城區面積不斷擴大，水廠所在區域已從邊緣城郊區轉變為中心城區，周邊建筑物較多，廠區占地面積難以增加，以致于4#混凝沉淀池改造場地受限。

1.4 改造思路

針對董鋪水庫原水水質具體狀況，經技術調查和比較，采用“微阻力管道混合-均衡渦旋混凝-側向流斜板沉淀”工藝，在不新增用地面積及盡量少改動原有土建結構基礎的前提下，從混合、絮凝、沉淀3個工藝段分別進行改造，以提升處理水量及出水水質。

1.5 改造方案

主要改造措施如下，改造后平面布置如圖1(b)所示。

圖1 改造前后平面布置圖Fig.1 Layout Plan before and after Reconstruction

(1)進水管由DN600更改為DN800，并增設微阻力管道混合器(316L不銹鋼材質)。

(2)混合單元由隔板型改為網格型混合絮凝池，將每個混合絮凝池分隔為兩個豎井(流速為0.8 m/s)，分別架設3層均衡渦旋式混合反應裝置，每層尺寸為L×B=1 975 mm×3 950 mm。進水孔及出水孔改為長方形孔洞(每組3個)，尺寸為L×B=917 mm×740 mm，改造后混合停留時間變更為16.5 min(設計要求停留時間為12.0～20.0 min)。

(3)絮凝段由單通道改為雙通道，改造后進水端流速為0.4 m/s，出水端流速為0.18 m/s。絮凝段末端采用穿孔花墻進行均勻配水，并在配水花墻下部轉角處增設兩塊長滑泥板(8.08 m)。

(4)在沉淀池回轉處增設10 m導流墻，將池體分隔成兩個獨立的沉淀區域。每個沉淀區前段仍保持平流式沉淀池結構，縮短原有桁架式吸泥機路程進行排泥，后段安裝兩組側向流斜板裝置(兩組之間間隔0.24 m的導流墻)，單套斜板裝置尺寸為L×B×H=8 080 mm×5 176 mm×2 700 mm，每套斜板裝置由5道緊密連接的斜板組成，每道斜板凈寬度為1 000 mm。斜板安裝固定在不銹鋼方管框架內，采用水平傾角60o安裝，安裝就位后斜板垂直高度為2.73 m，水平間距為90 mm，呈相互平行狀。斜板內水流方向與沉淀池水流方向一致，為水平進水，沉泥方向為向下，與水流方向垂直。同時，為防止出現短流問題，在斜板安裝區域的底部積泥槽處設置3道阻流導流墻。

(5)斜板區域頂部加裝移動式拱形不銹鋼遮陽罩，以避免陽光直射斜板區域造成藻類滋生，每個沉淀區設置2個，單個尺寸為L×B=16 400 mm×5 480 mm。

(6)在沉淀池末端貼壁加裝不銹鋼集水槽，進行溢流式集水。

(7)在斜板及集水區域底部增設斜坡排泥斗，共安裝DN200擴張管嘴排泥管18根。

2 運行效果分析

該工程于2018年12月23日開工，2019年4月5日完成主體工程建設，2020年7月10日完成調整改造，進入最終運行調試階段。

以2020年9月生產數據為例，對改造后的4#混凝沉淀池的運行效果進行分析。

2.1 處理水量

如圖2所示，改造后4#混凝沉淀池平均進水流量為1 192 m3/h，最高進水流量為2 100 m3/h(設計流量為2 083 m3/h)，最低進水流量為400 m3/h。

圖2 改造前后進水水量Fig.2 Inflow Quantity before and after Reconstruction

2.2 出水水質及凈水劑單耗

如表2所示，改造后原水渾濁度為3.26～7.08 NTU，相對較低，但受高溫及汛期影響，原水pH、耗氧量及藻類等水質指標均出現了較大波動，嚴重影響了混凝效果。在此期間，4#混凝沉淀池出水渾濁度為0.52～1.12 NTU，均值為0.75 NTU(圖3)。且凈水劑(液體聚合氯化鋁鐵，Al2O3有效質量分數為10%，Fe2O3有效質量分數為0.5%)單耗為20.8～187.5 mg/L，均值為48.0 mg/L(圖4)，低于水廠整體凈水劑單耗均值(58.8 mg/L)。結果表明，改造后的4#混凝沉淀池的出水水質及凈水劑單耗都得到了一定程度的控制，可以有效應對高藻高pH的原水水質，滿足水廠沉淀池出水水質內控標準。

2.3 排泥效果

在生產運行過程中發現，改造后的4#混凝沉淀池存在排泥效果不佳、沉泥上浮等問題，運行一段時間后(約一個星期)，沉淀區前段滑泥板底部、側向流斜板裝置內部及表面等位置出現較為明顯的積泥現象。當泥量累積到一定程度后，易被水流帶出進入末端集水槽，造成出水渾濁度升高(監測最高值可達2.80 NTU)，使水廠沉淀池出水渾濁度難以穩定達到內控標準(1.20 NTU)。針對上述狀況，采取了以下改進措施：

表2 原水水質(2020年9月)Tab.2 Raw Water Quality (September, 2020)

圖3 原水及出水渾濁度變化(2020年9月)Fig.3 Change of Turbidity of Raw and Treated Water (September, 2020)

圖4 改造前后藥耗Fig.4 Coagulant Consumption before and after Reconstruction

(1)在沉淀區前段桁架式吸泥機底部增設掃水裝置，縮小滑泥板底部的排泥盲區，提高排泥效果；

(2)調整斜板區域底部排泥閥運行參數，增大開啟頻次(12次/d)，縮短每次開啟時間(20～40 s)，在滿足排泥量總體需求的前提下，盡量降低排泥期間的水流擾動，避免造成沉泥上浮；

(3)每隔1～1.5個月進行一次停產沖洗，采用人工沖洗的方式清除沉淀區底部及斜板區域的積泥，每次停產時長約為12 h。

通過上述措施在一定程度上減輕了積泥狀況對出水水質的不利影響，但同時也加大了4#混凝沉淀池的維護工作量，并對其制水生產的連續性也造成了一定不利影響。

3 結論

合肥市某制水廠4#混凝沉淀池改造工程的實例分析表明，采用側向流斜板沉淀工藝可以在不增加建設用地的情況下，改善老舊平流沉淀池的出水水質及水量。但針對低濁微污染水庫原水水質的處理，側流斜板沉淀工藝存在沉泥效果不佳、沉泥易上浮等狀況，繼而引起維護工作量增加、影響制水生產連續性等問題，特別是對夏季供水高峰期的供水生產調度造成了不利影響。因此，建議在后續的水廠改擴建及新建工程中，應當對原水水質、建設用地面積、供水需求量及生產調度等影響因素進行綜合考慮以研判該工藝的適用性及經濟性。