净水厂除铁和除锰工艺设计之浅见

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三台子矿区给水工程担负着某煤业集团公司小康矿、大平矿及矿区居住区的供水任务，设计总供水规模为１８０００ｍ３／ｄ，工程分期建设，一期杨家窝棚水源供水工程已先期投入使用，供水规模为５０００ｍ３／ｄ，二期二家子水源供水工程供水规模为１３０００ｍ３／ｄ。某净水厂为集团公司三台子矿区二期给水工程核心处理环节，设计处理规模为１３０００ｍ３／ｄ。

二期供水工程水源取自两家子水源地，水源为第四系潜水地下水，水质铁锰超标严重，设计采用了机械通风接触式曝气塔＋无阀过滤器二级串联处理工艺，工艺处理及污泥处理实现了全部设备化，并对无阀过滤器的设计进行了改进，污泥处理系统采用了地面式竖流沉淀器，工艺设计进行了有益、创新的尝试。

１　除铁锰工艺选择及设计

１．１处理工艺流程

根据除锰基理及我国多年的实验和生产实践，地下水除锰工艺大多采用曝气接触氧化法。由于原水含铁、锰指标分别为９．０ｍｇ／ｌ、１．５ｍｇ／ｌ，铁锰超标严重，本设计根据原水水质采用重力式机械通风接触式曝气塔＋重力式无阀过滤器二级除铁、锰工艺，其工艺流程为。

１．２工艺设计及参数

１．２．１　曝气塔

曝气塔采用机械通风接触式曝气塔，曝气填料采用活化无毒多面空心球双层布置。水源井来水从塔的上端均匀配水进入塔体，通过双层空心球尽可能与填料接触，填料下设置离心轴流风机由下至上向塔内充氧，达到对原水进行充分曝气的作用。曝气塔设计表面负荷为２５ｍ３／ｍ２．ｈ，直径为φ３０００，单台产水量为１７５ｍ３／ｈ，配套４－７２－４型离心风机（Ｑ＝９７５０－１４７５０ｍ３／ｄ，Ｈ＝３２４－２２４ｍｍ，Ｎ＝７．５ＫＷ）。

１．２．２　无阀过滤器

过滤装置采用无阀过滤器，由于原水铁锰含量较高，设计采用二级串联除铁锰工艺，原水经曝气塔充分曝气后重力进入一级除铁过滤器，经一级处理后进入中间水池，经中间水池提升泵进入二级除锰过滤器。两级过滤采用同型号无阀过滤器，滤料为连云港产的天然锰砂，三台过滤器为一组，两工一备，反冲洗实现水力自动反冲并辅助压缩空气冲洗。

净水车间共设无阀过滤器二组共６台，除铁除锰各一组３台，单台直径为φ４７００，每组产水量为３２０ｍ３／ｈ，滤速为１０ｍ／ｈ，滤料层

厚为９００ｍｍ，终期水头损失为１．７０ｍ，反冲洗

强度为１８Ｌ／ｓ．ｍ２，气冲洗强度为１５Ｌ／ｍ２．ｓ，

配套Ｑ＝２０ｍ３／ｍｉｎ，Ｈ＝６ｍ鼓风机，水冲洗历

时为５ｍｉｎ，气冲历时为２ｍｉｎ。

１．２．３　反冲洗水处理系统

为避免水资源的浪费，防止高浓度含

铁、锰废水进入矿区污水系统，影响污水

处理厂的正常运行，本设计对反冲洗水进

行了收集和处理。净水车间外设置

Ｖ＝４００ｍ３生产废水池，内设混合搅拌机，防

止污泥沉淀，内设潜水排污泵将污泥提升

至净水车间内混凝反应池，反应池设置两

座，一工一备，各设潜水排污泵及反应搅拌

机，污泥通过提升进入竖流沉淀器，污泥处

理系统设置φ３６００竖流沉淀器两座，沉淀

时间为１．５ｈ，设计表面负荷为０．０００７ｍ／ｓ，

污泥经沉淀器分离后，清水回流至中间水

池，污泥进入污泥浓缩池，经污泥分级浓缩

后提升至带式压滤机压滤后泥饼外运。设

置加药装置一套，药剂为聚丙烯酰胺。

２ 工艺设计特点

２．１无阀过滤器用于地下水除铁、锰处理

的技术改进

无阀过滤器属于小阻力配水系统，反

冲洗压力很难保证，在国内除铁、锰工艺

选择中一般选择双阀或普通快滤池作为终

端处理构筑物，本设计的设计能力为

Ｑ＝１３０００ｍ３／ｄ中小型水厂，水质为铁、锰含

量较高的地下水，采用设备化的无阀过滤

器在工艺选择上确实有相当的风险。针对

上述问题，本设计对无阀过滤器采取了以

下措施：①为防止铁离子穿透一级除铁滤

层，将传统的７００ｍｍ滤料层加厚至９００ｍｍ；

②为防止滤料板结，在承托层的上方布置

了丰字型气体反冲洗管，反冲洗时进行气

水反冲；③由于设计规模变化，原一、二级

除铁、锰各设两组无阀过滤器，本设计改

变无阀过滤器两台一组的习惯，设三台过

滤为一组，除铁除锰各一组，通过过滤器水

箱连通管阀门切换，三台过滤器可任意两

台并联工作，当一台设备出现滤料板结时，

保留三台同时工作的可能，为设备检修、

更换滤料、实现强制反冲提供了设计上的

保证；④为实际运行管理方便，本设计在

过滤器本体上设置了监视玻璃透镜和罐内

液位显示装置，在操作中能明确观察每台

设备的运行状态，清晰的观察到反冲洗的

形成和结束及效果，实现了科学管理。

无阀过滤器进行了上述改进，实现了

气水反冲、过滤装置的交替使用，有效的

解决了重力式无阀过滤器自身的缺点，达

到了设计要求。

２．２竖流沉淀器排泥设计改进

竖流沉淀器用于污泥处理系统的泥水

分离，常规设计泥斗设在地下，排泥采用侧

向静压排泥，由于铁锰泥的自身特点，将泥

斗设于地下极易造成污泥板结，清理有十分

困难。本设计将该处理装置完全设于地面

上，排泥通过泥斗下方的排空、排泥管进行

排泥，打破了常规设计的排泥方式，解决了

维修、清理的实际困难，运行效果良好。

３　工艺设计体会

３．１设计中应注意的几个问题

３．１．１　系统超越管道的设置

含铁、锰地下水给水工程一般均由水

源地、加压站、输水管道、净配水厂等工

程组成，由于输水管道在施工竣工后必须

进行清洗，管道清洗废水含有大量泥砂，进

入处理系统势必造成滤料的堵塞甚至报

废。因此在净、配水厂的设计中必须考虑

进入系统前的超越。

３．１．２　系统动力设备的匹配

对于铁、锰含量高而采用重力式二级

串联处理工艺的设计，必须注意水源井泵

（加压站泵）与中间水池提升泵的流量匹配，

否则系统很难保证连续运行。

３．１．３　曝气塔风机的安装位置

曝气塔风机吸风口的安装必须高于底

层填料布风管标高，否则当风机事故停机

时会造成水的回灌而损坏风机、造成跑水

事故。

３．１．４　水封井的加高

无阀过滤器水封井设计上缘一般与地

面相平，由于反冲洗瞬时流量及强度很大，

极易造成冲洗水溅出水封井，本工程在试

运中曾多次发生冒水现象，因此在设计中

应充分考虑这一点。

４　结语

某净水厂采用机械通风接触式曝气塔

＋无阀过滤器二级串联处理工艺处理高含

铁、锰地下水，并且净水厂内设置完整的

污泥处理系统，在国内同类型水厂中应用

比较罕见。本文着重介绍了除铁、锰车间

的工艺设计、特点及思考，由于作者水平

有限，观点难免偏颇，希望对给排水设计同

行们有所启迪和帮助。

净水厂除铁和除锰工艺设计之浅见

李如久１ 车振宇２

（１．辽宁省城乡建设规划设计院 辽宁沈阳 １１０００６；２．沈阳市给水工程勘察设计研究院 辽宁沈阳 １１００００）摘　要：通过对设计工艺的介绍，阐述某净水厂机械通风接触式曝气塔＋无阀过滤器二级串联处理的工艺设计及特点，阐明了设计中应注意的问题。

关键词：曝气塔 无阀过滤器 处理工艺

中图分类号：ＴＵ９９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－３７９１（２００８）０５（ｂ）－０１５４－０１

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