新型高效絮凝沉淀工艺应用实践

新型高效絮凝沉淀工艺应用实践
作者：何丰魏文章
来源：《中国房地产业》2011年第13期
吉林市水务集团有限公司三水厂建于1975年，至今已经35年。

为满足吉林市165平方公里区域内130万用水人口安全高质用水的需要，公司于2006年末投产运行三水厂扩建工程。

经公司与东北市政工程设计研究院认真研究考察，结合吉林市Ⅱ~Ⅲ类松花江原水低温低浊低碱水质净化难度大的特点，设计中采用法国得利满（Degremont）公司开发的高效V型滤池和哈尔滨工业大学多相水处理技术有限公司的紊流多微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池的先进净化工艺技术，与原来的脉冲澄清池、浮沉池相比，具有节能、降耗、减排、节省人力、水质好的特点，取得了明显的经济效益与社会效益，属于新型、高效絮凝沉淀设备。

1 絮凝沉淀工艺流程
三水厂扩建工程净化系统的设计规模为20×1.08×104m³/d。

混凝、沉淀工艺由加药管道混合与静态混合器、微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池三大部分组成，总平面尺寸为
54m×42m。

2 絮凝沉淀工艺设备的构造
2.1 管道混合与静态混合器
管道混合为10米长的DN900钢管，其中包括长4米安装6组叶片的静态混合器。

2.2 网格絮凝池
由于高度适当，网格絮凝池与斜板沉淀池合建，共分两个系统，每个系统分两格。

整个絮凝池由若干个井、孔洞和网板组成。

（1）、竖井。

每个系统的网格絮凝池由48个竖井按流速和停留时间又分为三个区段，每个区段竖井的方格尺寸各异，并依次逐个增大。

第一区段36格，第二、第三区段各24格。

（2）、孔洞。

每个竖井的侧壁留有孔洞，三个区段孔洞尺寸各异，呈逐渐增大趋势。

进水水流通过预留孔洞按照流速渐减的规律，从一格流向下一格，上下交错流动，直至出口。

（3）、网板。

为形成良好的微涡反应，在三个区段竖井的不同深度共安装360片网板，其中第一区段144片，第二区段120片，第三区段96片。

每片网板上分布若干个网眼，三个区段网眼总数为668424个，网板用乙丙共聚塑料压制而成。

网格絮凝池的几何尺寸单格为19.7m×15.1m×6.2m，为钢筋混凝土结构。

2.3 小间距斜板沉淀池。

池体的几何尺寸为29m×15.1m×5.4m，为钢筋混凝土结构。

小间距斜板沉淀池由布水、进水、沉淀、清水、出水、排泥6个系统组成。

布水系统由絮凝池后部的过渡区与布水花墙组成；进水区即斜板区下部至排泥区中间的广大空间；沉淀系统即斜板区，面积为861㎡，斜板间距为25㎜，材质为乙丙共聚树脂；清水系统即斜板区至出水区之间的空间；出水系统由40个齿形集水堰槽（材质为铝合金）和2个集水渠组成，将沉淀后的清水传输至滤池过滤；排泥系统位于沉淀池底部，由16台GNS型双钢丝绳牵引式刮泥机、32个气动刀形快开阀和排泥槽组成。

3 混凝沉淀工艺工作原理
3.1 混合设备。

在水净化工艺过程中，一般先向原水中投加混凝剂（药剂），混合的作用是使药剂迅速均匀地扩散于水中，以创造良好的水解和聚合条件。

混凝设备根据所采用的絮凝剂品种，使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合，通常用时间与流速控制，一般混合时间为10~60s，混合流速为0.8m/s~1.0m/s。

3.2 网格絮凝池。

絮凝也叫反应，其作用是经过药剂与原水快速混合后形成的无数混凝微粒在具有良好的化学与水力条件下，通过分子间的双电层作用和接触架桥作用形成具有良好的沉淀性能的大的絮凝体（矾花），以便进入沉淀池沉淀。

这一过程是以流速渐减的方式进行的。

絮凝的质量通常用流速、流速梯度（G值）、反应时间（T）和GT值控制。

一般G=20~70s-1，GT=104~105（无因次），T=12~20min。

网格的作用是增加微涡数量，调整流态，形成良好的渐减反应环境。

3.3 小间距斜板沉淀池。

根据动水力学原理，有两个参数与沉淀效果有关，一是雷诺数Re=VR/v,二是弗劳德数
Fγ=V²/Rg，式中V表示水平流速，R表示水力半径，v表示水的运动粘滞系数，g表示重力加速度。

在沉淀池中通常要求降低雷诺数使流态成为层流以利于颗粒沉降，提高弗劳德数，水流对温差、浑水、风浪等影响抵抗能力强，使沉淀池中的流型保持稳定。

由雷諾数Re和弗劳德数Fγ的计算公式可见，降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径，斜板沉淀池就能达到这一目的，斜板间距越小，效果越好，斜板起到了整流作用。

规范规定斜板间距为80㎜~100㎜，三水厂采用25㎜，为小间距斜板。

4 混凝沉淀设备工作特点
4.1 投药与混合。

混凝剂为液态聚合铝（PAC），采用数字模拟自动投药系统即采用隔膜计量泵投加药剂。

加药系统以原水流量、水质浊度为前馈信号，按比例调节投药量，以沉淀池出水浊度为后馈信号，对投药量进行微调。

该系统由PLC控制变频器，改变计量泵转数，进而控制调节投药量，构成原水浊度与沉淀池出水浊度组成的前馈后馈闭环调节控制，实践证明此法可行，效果较佳。

混和时间为规范值的下限10.2s，流速为0.98m/s，时间短，速度快，效果好。

为解决原水季节性青苔含量高、静态混合器易堵塞、、清理难度大等问题，在静态混合器叶片组上设检修孔，管段两端设闸门，效果显著。

4.2 网格絮凝池。

中国市政工程东北设计研究院与哈尔滨多相水处理技术有限公司相互配合，在设计中对网格絮凝池的一些设计参数作了较大幅度的调整，突破了设计规范的限值，适宜吉林松花江低温低浊低碱原水特点，收到了较好的效果。

一是大幅度提高了竖井、孔洞和过网流速，竖井一档流速提高107%，二档提高33%，孔洞一档流速提高了120%，二档提高了160%，三档提高了90%，过网流速一档提高了103%，二档提高了44%。

二是将反映时间延长了
6.9min~14.9min。

三是网格网眼总数高达近67万个，庞大的微涡数加强了水分子和絮凝剂分子接触碰撞机会，加快了絮凝。

四是絮凝参数GT值为54069，处中间状态，矾花形成的强度高，稳定性好，水下摄像显示絮凝效果较佳。

4.3 小间距斜板沉淀池。

表面负荷5.23m³/hm²，接近规范下限值，比二水厂处理相同水量（10万m³/d）斜板间距100㎜三层斜板的沉淀池表面负荷值（6.25 m³/hm²）低20%。

清水区上升流速1.43mm/s，比二水厂斜板沉淀池清水区上升流速低21%（二水厂为1.81mm/s），净化效果比二水厂好。

沉后水质好，去浊率高达98%，沉后浊度最低达0.5NTU，平均1.4NTU，比三水厂旧系统低82%，大大减轻了后续构筑物滤池的负担。

排泥采用刮泥机与气动快开刀闸相结合方式，周期长、浓度高、快捷、彻底、排水量小，较旧系统节水34%。

网格絮凝池形成60多万个主微涡和无数个小微涡，蕴藏着巨大的反应能能量。

排泥周期长，为48小时，比旧系统提高1倍，减少自用水量。

此外，新系统较旧系统节电69%，节药41%，节省人力87.5%，且自控程度高、屏幕显示直观大方、科学、安全。

综上所述，吉林市水务集团有限公司坚持科学发展观，在三水厂扩建工程中采用了快速混合~紊流多微涡网格絮凝~小间距斜板沉淀的先进净化工艺，取代了旧的落后产能沉淀设备，收到了水质好、节能、降耗、节省人力、减少排污的效益，开辟了水质全面达标的新路子，为保障民生构建和谐社会做出了新贡献。

作者简介：
何丰：吉林市水务集团有限公司，1999年毕业于吉林省城市建设学校、2008年毕业于长春吉林工程学院给水与排水专业，助理工程师，深入实践，业务娴熟。

魏文章：吉林市水务集团有限公司高级工程师。