沉淀/高速气浮联用技术用于给水厂改造

Posted 2023-01-12 平流

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为了解决由于高藻水源水引发的产水量下降、滤池反冲洗周期缩短、出水余铝超标、投药量大幅增加以及出水嗅味严重等问题，采用沉淀/高速气浮联用技术对水厂的平流沉淀池进行改造(不增加占地)，并加设静态混合器，改善絮凝剂的混合效果。改造后的运行结果表明，出水水质完全满足国家饮用水卫生标准，高藻暴发期间投药量仅为改造前的1/3。
1 水厂改造工程背景
近些年来水质富营养化程度日益严重，藻类大量繁殖，无论南方或北方的水源水质都发生了很大改变，老水厂大量使用的沉淀工艺已经很难保证高藻水源水的处理效果。在出水水质和水量都不能满足要求的情况下，城镇老水厂的扩容和改造已势在必行。
1.1 水源水质及工艺流程
C市给水厂设计生产能力为5×104m3/d，源水取自滦河水，水质随着季节更替会发生改变，出现高温高浊水、低温低浊水及高藻水等几种不同情况。2007年7月的水厂进水水质见表1。

该水厂使用的絮凝剂为聚合氯化铝(PAC)，消毒剂为液氯。改造前的工艺流程如图1所示。

1.2 改造前存在的问题
①投药量很高，出水余铝超标；
②絮凝后产生的絮体呈棉絮状，非常松散而且很轻，沉降性能很差；
③平流沉淀池水面漂浮大量絮体，其出水浊度为2～3NTU以上；
④高藻暴发期间四阀滤池工作周期缩短，最短时每3～4h就要反冲一次，水厂用水量增加，产水量降低；
⑤出水嗅味很重，口感很差。
1.3 原因分析
①混合效果不理想，混凝剂在静态混合器中与待处理水的混合不均匀，导致絮凝剂水解效果很差，在絮凝池末端絮凝反应尚未结束。
②原水中藻类含量过高，导致絮凝效果很差，形成的絮体沉降性能不好，大量漂浮在平流沉淀池水面，导致平流沉淀池出水浊度偏高。
③在平流沉淀池中未能去除的大量絮体进入四阀滤池，易导致滤池堵塞。
1.4 改造要点
①设计总规模为5×104m3/d，分两期改造，每部分为2.5×104m3/d。
②混合絮凝池的改造则要求絮凝剂在混合阶段水解充分，并在絮凝池中完成絮凝，形成良好的絮体。
③对沉淀池的改造，拟将原有平流沉淀池后部约1/3部分改造成高速气浮池，变成沉淀/气浮复合池。在高藻或低温低浊期，沉淀与气浮同时运行，其他水质条件下，只单纯运行沉淀池。
1.5 沉淀/高速气浮联用技术
沉淀/高速气浮联用技术的最大特点是通过改变气浮池分离区内的水力流态，使其能在高水力负荷条件下运行，并且能够减小占地面积。气浮池采用特殊集水装置使出水更均匀，有利于气浮池分离区内层流状态的形成，强化了气浮池分离区固液分离的功能。同时，使气浮出水中含有的微气泡数量减少，滤层产生气泡堵塞的可能性降低，滤池的工作周期延长，去除微污染的能力增强。另外，采用穿孔花墙、穿孔集水槽、穿孔集水管等集水方式将平流式沉淀池和气浮池有效连接，并采用在气浮池分离区内加入特制的板装置和特殊集水装置，使气浮池能在高水力负荷条件下运行。
通过平流式沉淀和气浮固液分离装置的有效组合，使各个单元在不同水质条件下都能很好地发挥优势，两者的协同作用使得出水效果更好，同时解决了单一固液分离工艺不能适应源水水质变化的问题，并且克服了沉淀/气浮联用技术占地面积大、沉淀与气浮池之间衔接不好导致沉淀池中絮体上浮、气浮池进水中小絮体被打碎以及源水浊度较高时气浮工艺出水浊度偏高等缺点。
2 改造方案
改造后的水厂工艺流程见图2。

2.1 混凝部分改造
为了改善混合效果，在管道上加设新的静态混合器，加设位置选在原有静态混合器之前的取水泵房出水管路上。两个静态混合器之间留有一定距离，并在新增静态混合器前设置一个强化混凝药剂的投加点，在水质很差时投加强化混凝药剂。
2.2 沉淀池改造
水厂原有平流沉淀池长为70m，将后部18m长的部分改造为高速气浮池。平流沉淀与高速气浮接触区之间设置三道挡墙，完成平流沉淀池与气浮池的过渡，通过计算确定挡墙上穿孔花墙的位置及数量，完成平流沉淀与高速气浮的连接。过渡区总长为3m。气浮池底部采用穿孔管与穿孔板的组合集水系统。水中较大易沉的絮体在平流沉淀池中沉降下来，较轻的絮体随水流进入气浮池中，与气泡粘附上浮，从而得到去除。
平流沉淀池中原有的排泥槽及排泥机继续使用，在气浮池内设置浮渣槽及刮渣机，池底设置一台吸泥机，用于去除长期运行后池底产生的沉泥。
3 改造后水厂的运行情况
改造工程于2007年9月完成调试，并正式投产运行至今。多次化验分析结果表明：出厂水水质均符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)，水质合格率为100%。2007年11月的出水水质见表2。

4 改造效益分析
4.1 运行成本
①改造工程完成后运行至今的平均制水量为17500m3/d，滤池运行周期为45h。改造前上一年同期的滤池运行周期为22h，运行周期延长了23h，滤池反冲洗的用水量为300m3/次，由于滤池运行周期延长，可节约用水量为450m3/d。气浮池每次排渣的用水量为10m3，平均每3h排一次渣，排渣耗水量为80m3/d，节约用水量为370m3/d。原水价格为1.0元/m3，制水成本降低0.02元/m3。
②耗电量增加390kW.h/d，按当地电价为0.74元/(kW.h)计算，因耗电增加的成本为0.0165元/m3。
③混凝剂投加量平均降低15g/，t按照单价为908元/t计算，药耗成本降低0.0136元/t。综上，平均吨水运行成本降低0.0171元。
4.2 其他
①给水厂布置没有发生改变，改造工程简单，不增加占地面积。
②投药量下降，余铝不超标。
③滤池反冲洗周期延长，最大产水量增加。
④出水水质满足现行国家饮用水卫生标准。
⑤改造投资少，运行管理方便。
5 结论
采用沉淀/气浮联用技术改造老水厂，具有出水水质好、投资少、工期短、见效快、不增加占地面积、制水成本低等特点，能够适应原水水质的变化，对于高藻水、高浊水、低温低浊水都有良好的处理效果。将该技术用于给水厂改造，能以很少的投资取得较好的出水水质。