摘要：文章闡述了應(yīng)用渦旋混凝小孔網(wǎng)格反應(yīng)技術(shù)和并聯(lián)雙孔沉淀池改造方案對(duì)穿孔旋流反應(yīng)斜管沉淀池進(jìn)行改造的工程實(shí)例，并通過對(duì)比新舊工藝流程、運(yùn)行參數(shù)，證明了新工藝在給水處理的三個(gè)主要環(huán)節(jié)混合、反應(yīng)、沉淀中均取得了顯著效果。

關(guān)鍵詞：渦旋混凝；網(wǎng)格反應(yīng)；并聯(lián)雙孔；反應(yīng)沉淀池；給水處理；水廠改造 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X703 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.021

楚雄市永安自來水廠始建成于1994年，水源地是楚雄市團(tuán)山水庫(kù)，來水年平均濁度為80NTU左右，水廠原設(shè)計(jì)單池水處理能力是5×103m3/d，水處理工藝采用旋流反應(yīng)→側(cè)向流斜管沉淀→重力無閥濾池過濾。隨著供水區(qū)域的擴(kuò)大，單池供水日平均量為4800m3，高峰值達(dá)到300m3/h，遇每年5～9混水期（源水濁度平均為100NTU，峰期可達(dá)200NTU），處理較為困難，沉淀池出水濁度在10NTU左右，平均藥耗量為25mg/L。且2001年后國(guó)家分布了新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)供水水質(zhì)提出了更高的要求。為此，永安水廠于2012年3月起對(duì)該廠原有工藝進(jìn)行改造，改造目標(biāo)為反應(yīng)沉淀池單池水處理量達(dá)到7.5×103m3/d，以滿足近期供水需要，且沉淀池出水常年穩(wěn)定在3NTU以下，并降低藥耗。

1 反應(yīng)沉淀池原工藝分析及運(yùn)行狀況

1.1 混合部分

水廠原工藝采用簡(jiǎn)單的水力混合，藥劑直接投加至反應(yīng)池入水管道中，混合效果不佳。

1.2 反應(yīng)部分

水廠原工藝為水力旋流反應(yīng)沉淀池，水力旋流反應(yīng)是從水力學(xué)宏觀的水力梯度完成對(duì)反應(yīng)效果的控制，反應(yīng)強(qiáng)度有限，造成了礬花密實(shí)度不足。表現(xiàn)在高濁期表面看來礬花形成較大，但實(shí)際藥劑與水體未充分反應(yīng)，總有部分膠體顆粒未能被脫穩(wěn)、凝聚，反應(yīng)效果很差，礬花極易被打碎；而且原反應(yīng)池為單路串聯(lián)結(jié)構(gòu)，水體在反應(yīng)池中停留時(shí)間較短，流速過大，縮短了有效反應(yīng)時(shí)間，使得反應(yīng)無法充分完成。

1.3 沉淀部分

水廠原沉淀工藝采用斜管沉淀池。主要受處理水量和首部配水不均勻的影響，特別是在供水峰期，沉淀池上升流速過快，部分礬花上浮，導(dǎo)致出水不能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷。

2 工藝改造方案

針對(duì)水廠工藝存在的問題，同時(shí)必須考慮水廠不間斷供水問題，我們提出以下方案進(jìn)行改造。

2.1 混合部分

混合工藝采用管式微渦混合器，設(shè)備外觀為圓形，長(zhǎng)2m，直徑0.4m，安裝于反應(yīng)池進(jìn)水口前10m處，增加反應(yīng)時(shí)間約6s。

2.2 反應(yīng)部分

對(duì)反應(yīng)池重新進(jìn)行速度分級(jí)，按產(chǎn)水流量達(dá)到360m3/h（比原設(shè)計(jì)反應(yīng)池提高50%）調(diào)整反應(yīng)池孔室和孔洞大小，采用小孔網(wǎng)格反應(yīng)技術(shù)，高效快速地完成絮凝反應(yīng)，在調(diào)整后的反應(yīng)池中按分格數(shù)分3段，在1～5分格中共計(jì)布設(shè)15道格網(wǎng)，網(wǎng)格布設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示：

高效的格網(wǎng)反應(yīng)可促進(jìn)析出的小礬花快速碰撞，能保證反應(yīng)后礬花顆粒達(dá)到一定的尺度和密實(shí)度，從而避免了反應(yīng)的不完善和過反應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3 沉淀部分

有兩個(gè)方案可選：一是在原有沉淀池內(nèi)拆除35mm蜂窩斜管，拆除原集水槽，改為尾端集水，重新架設(shè)斜板支架并填充小間距斜板，小間距斜板具有布水均勻不短流的優(yōu)點(diǎn)從而使配水得到一定改善。但該方案沒有從根本上解決沉淀池入口流速過快產(chǎn)生渦動(dòng)和清水區(qū)上升速度問題，且整個(gè)改造過程需停水施工。為此我們選用的是另一個(gè)更直接的方案，即在原第5格反應(yīng)室一側(cè)并聯(lián)新增加一格反應(yīng)池和一組與原沉淀池面積相同的斜管沉淀池。由于沉淀池改為了兩個(gè)并聯(lián)入口進(jìn)水，反應(yīng)時(shí)間增加3.5min，并沉淀池入口流速大大降低，首端水體不再會(huì)形成渦流，同時(shí)有效沉淀池面積擴(kuò)大1倍，清水區(qū)上升流速降至1.6mm/s，能保證沉淀質(zhì)量和處理水量得到較大提高。且新增沉淀池土建部分可獨(dú)立施工，無需停水，解決了施工停水問題。改造方案如圖1所示：

3 改造后運(yùn)行狀況對(duì)比分析

2012年5月初開始實(shí)施工藝改造，6月底改造完成，整個(gè)施工過程停水24小時(shí)。試運(yùn)行當(dāng)月，入廠水濁度平均為100NTU，經(jīng)實(shí)地觀測(cè)記錄，在第1個(gè)反應(yīng)室礬花已初步形成，在兩個(gè)并聯(lián)的第6反應(yīng)室礬花已明顯長(zhǎng)大，上層出現(xiàn)了清水區(qū)。這充分說明，小孔網(wǎng)格技術(shù)反應(yīng)良好，提高了反應(yīng)質(zhì)量，促進(jìn)了礬花的長(zhǎng)大和密實(shí)。且沉淀池改為兩個(gè)并聯(lián)入口進(jìn)水，首部渦動(dòng)不再產(chǎn)生；另外，由于沉淀池面積的擴(kuò)大，上升流速降低，基本杜絕了礬花上浮的現(xiàn)象，出水穩(wěn)定。

3.1 出水水質(zhì)對(duì)比

改造后沉淀池出水常年穩(wěn)定在2NTU以下，大大超過了預(yù)期效果，現(xiàn)將2012年7月18日沉淀池出水濁度與去年同期比較，結(jié)果如圖2所示：

3.2 藥耗對(duì)比分析

永安水廠在混水期投加藥劑為聚合氯化鋁，2012年7月改造工程完成后，在處理與去年同等水量時(shí)，平均藥耗由25mg/L降為10mg/L，降低藥耗60%，僅藥劑一項(xiàng)，2012年下半年節(jié)約藥劑12t，節(jié)約資金3.6萬元。

3.3 產(chǎn)水量對(duì)比分析

經(jīng)實(shí)地增加水量試車運(yùn)行觀測(cè)，2012年7月，入廠水濁度平均為100NTU，改造后的反應(yīng)沉淀池水量增加到330m3/h時(shí)，沉淀池出水濁度測(cè)定在2NTU以下，試車證明可以確保提高產(chǎn)水量40%。2012年10月，入廠水濁度平均為20NTU，在沉淀池出水穩(wěn)定在2NTU以下時(shí)，水處理可增加至380m3/h，提高產(chǎn)水量60%。

4 技術(shù)討論

工藝改造后，經(jīng)過半年的運(yùn)行，效果顯著，特別是沉淀池出水水量及水質(zhì)已超過預(yù)期目標(biāo)，這說明應(yīng)用渦旋混凝小孔網(wǎng)格反應(yīng)技術(shù)和并聯(lián)雙孔沉淀池改造方案在永安水廠原穿孔旋流反應(yīng)斜管沉淀池（圖集號(hào)JSJT-5）改造中取得了良好的效果，主要是以下三個(gè)方面的應(yīng)用取得成功：（1）在水處理工藝中混合反應(yīng)是關(guān)鍵，應(yīng)用管式微渦混合器造成了高比例、高強(qiáng)度的微渦旋，并充分利用了微小渦旋的離心慣性作用，保證了藥劑在瞬間進(jìn)入水體細(xì)部，使膠體顆體充分脫穩(wěn)，有效避免了局部藥劑浪費(fèi)或不足，從而降低藥耗，并為下一步的反應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)。（2）在反應(yīng)池布設(shè)網(wǎng)格，利用過網(wǎng)水流的慣性作用，使過網(wǎng)水流的渦旋尺度大幅度減少，變成小渦旋，同時(shí)由于渦旋的離心慣性增加，按照傳統(tǒng)的速度梯度理論，增加了顆粒的碰撞次數(shù)。另外利用網(wǎng)格的剪切作用，使礬花產(chǎn)生了強(qiáng)烈的變形，其變形揉動(dòng)作用使礬花由吸附能級(jí)低的部分達(dá)到高能級(jí)的部分，在通過網(wǎng)格之后礬花變得更密實(shí)，保持了一定的壓實(shí)度。同時(shí)還能為流動(dòng)過程中的破碎礬花重新聚集提供了水力條件，使得網(wǎng)格反應(yīng)的絮凝效果優(yōu)于傳統(tǒng)反應(yīng)設(shè)備。（3）沉淀池把原設(shè)計(jì)的單孔入口改為并聯(lián)雙孔入口，大大降低了入水流速，減小首部渦動(dòng)，同時(shí)在建筑空地允許情況下直接擴(kuò)大沉淀面積，降低清水區(qū)上升速度，有效地提高了沉淀質(zhì)量和增加了水處理量。

傳統(tǒng)的穿孔旋流反應(yīng)斜管沉淀池由于工藝上存在缺陷，按新自來水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中無法達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行對(duì)舊工藝水池改造不失為大幅度提高水處理量和出水水質(zhì)行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡萬里.混凝·混凝劑·混凝設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

作者簡(jiǎn)介：趙曉東（1964-），男，云南楚雄人，云南楚雄市水務(wù)局水勘隊(duì)水利工程高級(jí)工程師，研究方向：水利工程設(shè)計(jì)施工。

（責(zé)任編輯：陳 倩）