微渦流絮凝池應(yīng)用于雙水源雙水廠的探討

方 杰，蔡正君

(1.江西省水務(wù)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330013；2.九江市規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江西 九江 332000)

目前飲用水的可靠性及安全問題日益凸顯，而凈水工藝受規(guī)模及投資限制，大多中小規(guī)模水廠只能采用最傳統(tǒng)的凈水工藝，運(yùn)行中缺陷較多[1]，備用水源更是基本缺失，亟待完善。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)狀，供水可靠性及安全性關(guān)系到廣大群眾的切身利益，歷來(lái)受到黨和政府的高度重視。微渦流絮凝池應(yīng)用于雙水源雙水廠工程，具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、投資低、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，是提高供水可靠性及安全性的有效措施，是一項(xiàng)具有廣泛意義的市政工程技術(shù)。

1 微渦流絮凝池的優(yōu)勢(shì)

目前大部分自來(lái)水廠所采用的絮凝工藝包括：機(jī)械絮凝池、隔板絮凝池、折板絮凝池、網(wǎng)格(或柵條)絮凝池等。而絮凝作用是通過多次相互接觸和碰撞，使脫穩(wěn)膠體顆粒形成大而牢固的絮狀顆粒，改善沉降性能，促進(jìn)泥水分離。

微渦流絮凝池工藝的核心是高效微渦流絮凝球，利用高效微渦流絮凝球可促進(jìn)膠體顆粒發(fā)生微渦流凝聚和立體接觸絮凝[2]，生成大而密實(shí)的礬花，總反應(yīng)時(shí)間較短，約20～25min，如圖1所示。

圖1 微渦流絮凝球

水廠改建工程采用微渦流絮凝池工藝，可使出水水質(zhì)明顯改善、產(chǎn)水率提高50%～100%、排泥水量節(jié)約50%以上、混凝藥劑節(jié)約5%～10%；對(duì)水廠新建工程，則具有絮凝時(shí)間短、絮凝效果好、受沖擊負(fù)荷影響小、構(gòu)筑物尺寸小、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便，不容易發(fā)生堵塞。

2 微渦流絮凝池的應(yīng)用

2.1 臨川區(qū)第二水廠概況

目前，江西省撫州市臨川區(qū)現(xiàn)狀自來(lái)水廠供水規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，凈水工藝為“管道混合-折板絮凝-平流沉淀-雙閥濾池-液氯消毒”。根據(jù)上位規(guī)劃，臨川區(qū)供水范圍內(nèi)服務(wù)人口近期為32.71萬(wàn)人，遠(yuǎn)期為39.48萬(wàn)人；預(yù)測(cè)出近期2025年需水量為7.72萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期2030年需水量為12.77萬(wàn)m3/d；故城區(qū)供水量缺口較大，急需擴(kuò)容增產(chǎn)。考慮到現(xiàn)狀自來(lái)水廠供水規(guī)模于2013年擴(kuò)建至3萬(wàn)m3/d后，已沒有再擴(kuò)建的余地，因此需開辟第二水源，建設(shè)第二水廠。

根據(jù)水平衡分析，第二水廠近期建設(shè)規(guī)模為5.0萬(wàn)m3/d，滿足2025上頓渡城區(qū)和溫泉鎮(zhèn)、連城鄉(xiāng)、崇崗鎮(zhèn)的用水需求，同時(shí)預(yù)留第二水廠遠(yuǎn)期擴(kuò)建到10.0萬(wàn)m3/d的用地，以滿足遠(yuǎn)期2030年的用水需求。同時(shí)，以更高的供水安全性及可靠性、較低的管網(wǎng)投資和能源消耗等優(yōu)勢(shì)，來(lái)保障臨川城區(qū)實(shí)現(xiàn)雙水源雙水廠供水。

工程總體設(shè)計(jì)以中心城區(qū)應(yīng)急水源工程作為第二水源，為滿足臨川區(qū)及周邊3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的近遠(yuǎn)期供水要求，將宜黃河原水通過原水管線輸送至臨川區(qū)第二水廠，再經(jīng)第二水廠處理后送至臨川區(qū)市政配水管網(wǎng)。第二水廠新建工程采用微渦流絮凝池作為主要凈水工藝，從絮凝時(shí)間要求、絮凝效果、土建尺寸方面來(lái)看，具有絮凝時(shí)間要求短，絮凝效果好，受沖擊負(fù)荷影響小，土建尺寸小，安裝方便且不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)現(xiàn)狀第一水廠采用豎向折板絮凝池工藝，設(shè)計(jì)運(yùn)行規(guī)模30000m3/d，分為2組。折板采用SS304成品不銹鋼材質(zhì)，單通道3段串聯(lián)構(gòu)造；底部采用DN200穿孔排泥管排泥，并接有DN200壓力水管沖淤，以防堵塞。設(shè)計(jì)參數(shù)為：①絮凝區(qū)。有效絮凝時(shí)間：T=25.65min，第1段流速：V1=0.318～0.255m/s，第2段流速：V2=0.212～0.174m/s，第3段流速：V3=0.096～0.072m/s，GT值：7.08×104。②沉淀區(qū)。沉淀時(shí)間：T=1.8h，水平流速：V=10mm/s，佛勞德數(shù)：1.0×10-5，雷諾數(shù)：10280。

(2)本次第二水廠新建工程采用微渦流絮凝池工藝，設(shè)計(jì)運(yùn)行規(guī)模50000m3/d，分為2組。通過微渦流絮凝池+平流沉淀池合建，減小占地面積，平面總尺寸僅為108.15m×19.70m，總水損為0.8m，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：①絮凝池。絮凝池分為2個(gè)絮凝單元，每個(gè)絮凝單元進(jìn)水區(qū)設(shè)置1個(gè)閘門，共設(shè)4個(gè)閘門，單組絮凝池尺寸為15.2m×9.70m×5.10m(長(zhǎng)×寬×高)，有效水深3.20m，高效微渦流絮凝球總量346m3(采用支架和壓網(wǎng)等安裝)，有效絮凝時(shí)間約25min，并采用快開排泥閥排泥。②配水區(qū)。位于絮凝池與沉淀池之間，采用配水花墻進(jìn)行配水，共開36個(gè)2100mm×200mm的長(zhǎng)條狀孔洞，過孔流速為0.032m/s，保證水流均勻進(jìn)入沉淀池而絮體不會(huì)破碎。③沉淀池。總尺寸為85.00m×19.70m×3.95m(長(zhǎng)×寬×高)，有效水深3.40m，分2組，每組池內(nèi)設(shè)2道導(dǎo)流墻，改善水力條件，采用桁車式吸泥機(jī)將底泥排出。沉淀時(shí)間約2.35h，水平流速約9.84mm/s，雷諾數(shù)Re為6311，弗勞德數(shù)Fr為1.615×10-5。

2.3 構(gòu)筑物施工要點(diǎn)

(1)基坑開挖前應(yīng)有詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，基坑圍護(hù)必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開挖。

(2)施工期間應(yīng)做好基坑監(jiān)測(cè)，基坑底部與頂部均應(yīng)設(shè)置截排水溝，防止地面雨水的流入，確保基坑安全。

(3)所有預(yù)埋件及防水套管在澆混凝土前必須事先埋設(shè)[3]，嚴(yán)禁安裝時(shí)開槽打洞，破壞混凝土整體結(jié)構(gòu)。

(4)洞口應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)鋼筋，當(dāng)D≤300mm孔洞時(shí)，鋼筋應(yīng)繞過，當(dāng)D>300mm孔洞時(shí)，可將鋼筋切斷并加制彎鉤，焊于孔洞加強(qiáng)筋上，其中D為圓孔直徑或矩形洞口邊長(zhǎng)。

(5)池體較大，一般應(yīng)設(shè)水平施工縫，距離底板上表面500mm處(避開孔口)；當(dāng)壁板較高振實(shí)困難或有現(xiàn)澆蓋板時(shí)，可增設(shè)1道施工縫。

2.4 設(shè)備安裝要點(diǎn)

(1)微渦流絮凝反應(yīng)池前段(4/7)安裝高效微渦流絮凝球，為保障填料處于網(wǎng)格豎井的中部，底部采用支架支撐，頂部采用壓網(wǎng)安裝，這樣既不影響排泥，也不會(huì)導(dǎo)致填料流失。

(2)絮凝反應(yīng)池內(nèi)高效微渦流絮凝球數(shù)量隨水流方向遞減[4]，直至反應(yīng)池后段(3/7)內(nèi)無(wú)填料；這樣可使池內(nèi)水流速度梯度G值遞減，絮體不斷密實(shí)增大，并不出現(xiàn)破碎[5]，確保沉淀出水效果。

(3)絮凝反應(yīng)沉淀池出水處應(yīng)設(shè)濁度儀，檢測(cè)出水濁度，用來(lái)優(yōu)化調(diào)整混凝劑投藥量，以確保出水效果，同時(shí)節(jié)約藥劑消耗量，降低運(yùn)行成本。

3 微渦流絮凝沉淀凈水效果

微渦流絮凝反應(yīng)沉淀池在第二水廠整體施工完成后，經(jīng)過了3個(gè)月的試運(yùn)行，再進(jìn)行滿負(fù)荷運(yùn)行(50000m3/d)。通過采用臺(tái)式濁度儀檢測(cè)進(jìn)出水濁度，統(tǒng)計(jì)3個(gè)月運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與同期第一水廠凈水效果對(duì)比，具體見表1—2。

表1 微渦流絮凝沉淀凈水效果 單位：NTU

表2 折板絮凝沉淀凈水效果 單位：NTU

現(xiàn)狀第一水廠的豎向折板絮凝池進(jìn)水濁度約為14.9NTU，絮凝沉淀出水濁度約3.3NTU，出廠水濁度<0.8NTU。新建第二水廠微渦流絮凝池進(jìn)水濁度約為15.3NTU，絮凝沉淀出水濁度約2.6NTU，出廠水濁度<0.5NTU，滿足水廠供水要求(<1.0NTU)。與第一水廠的豎向折板絮凝池工藝相比，微渦流絮凝池凈水效果更好，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，且池底不易積泥。

4 結(jié)語(yǔ)

臨川區(qū)第二水廠采用微渦流絮凝池工藝，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定良好，水質(zhì)滿足供水要求，單位經(jīng)營(yíng)成本約0.8元/t，絮凝沉淀池工程投資約537.69萬(wàn)元，單位投資約107.54元/t，低于傳統(tǒng)折板絮凝沉淀池的120元/t；同時(shí)與第一水廠形成雙水源雙水廠供水模式，凈水供水相互協(xié)調(diào)，有效提高城區(qū)供水可靠性及安全性。工程實(shí)踐表明：微渦流絮凝池應(yīng)用于雙水源雙水廠，具有絮凝時(shí)間短、絮凝效果好、受沖擊負(fù)荷影響小、產(chǎn)水率高、排泥水量少、節(jié)約混凝藥劑、投資省等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的推廣意義及應(yīng)用價(jià)值；但微渦流絮凝球應(yīng)定期沖洗，防止滋生苔蘚、藻類等物質(zhì)，影響出水水質(zhì)。