论文摘要：运行管理要求低,对水质水量突变的适应能力强,设备维护量少,长期运行能耗与药耗均较低,具有明显的技术和经济上的优势,因此本工程选择使用方案一,即双层沉淀池+双层滤料滤池的组合工艺。
1处理工艺及选择
1.1“双双”组合工艺
1.1.1双层平流沉淀池双层平流沉淀池是根据平流沉淀池发展起来的一种多层沉淀池。原水经过絮凝反应后,质量较轻的絮凝体通过上层沉淀池排出,污泥通过虹吸式排泥;质量较大的絮凝体颗粒通过下层沉淀池排出。分层沉淀后沉淀池的去除效率得到了明显提高,一般情况下沉淀池内水体的雷诺数为4000~15000,多属于紊流。增加一层沉淀池底板后,将原有的平流沉淀池分隔形成了两座较浅的平流沉淀池,降低了沉淀池水体的雷诺数,增大了水体的弗汝德数,使水力流态更加合理,更有利于提高沉淀池的去除效果,同时也可大大降低沉淀池的停留时间。目前,该类型的沉淀池在国内外有着较为广泛的应用实例。如浙江桐乡运河水厂(原水为京杭运河水,为微污染原水,处理规模为15×104m3/d)、大连三道沟水厂(以碧流河水库水为原水,属于低温低浊水,规模为40×104m3/d)、香港牛谭尾水厂(以东江水为原水,为微污染原水,规模为23×104m3/d)。该池体的优点有:①节省水耗。该池下层沉淀池采用底部刮泥机排泥,一方面可解决无法采用虹吸吸泥机的问题,另一方面可使排水量有效减少,相应的原水资源费得以节约。②污泥预浓缩。由于下层沉淀池底部刮泥机排除污泥浓度较高,沉淀池内的污泥停留时间长,在约6m的水深自然压密作用下,实现了污泥预浓缩作用,为后续的污泥浓缩处理降低了负荷。③节省保温建筑。双层池体叠合后池体的埋深增加,避免了大面积的黄土区,对构筑物的基础施工十分有利。④降低工程造价。与其他类型的池型相比,平流沉淀池有较好的除污效果,但占地面积较大,工程投资高。采用双层平流沉淀池后,减小了池体的占地面积,从而大大降低了工程造价。
1.1.2双层滤料滤池双层滤料滤池采用双层级配滤料作为滤床,水自上向下经过滤床截留污染物后,经穿孔U形管收集出水。双层滤料上层为无烟煤,下层为石英砂,就整层滤料来说,滤料粒径上大下小,密度下部大上部小,呈理想状态分布,从而能使截留的污泥在整个滤层中均匀分布,因此截污量明显大于单层均质滤料和单层普通滤料。单层滤料通常采用均质石英砂滤料,滤料粒径为0.9~1.2mm,滤层深度为1200~1500mm。由于滤料组成及粒径较为均匀一致,过滤时能发挥大部分滤层的截污能力,因此与普通的单层石英砂滤料相比,截污能力强,过滤周期较长。
1.2“高高”组合工艺
1.2.1高速气浮池对于冬季低温低浊难以用沉淀法处理的原水,气浮工艺具有加药量小、去除效率高的优点。此外气浮工艺还能产生吹脱作用,去除水中的挥发性有机物,对水中嗅味的去除具有一定的作用。对于高速气浮池,通过合理的溶气混合、减压释放区和集水区的设计,可使气浮效率提高一倍以上。该池体的设计优点有:①池体尺寸减小,工程投资降低。高速气浮池可以在整个气浮池表面扩散加压溶气水,使得气浮表面积增大,上升流速处于最佳的固液分离条件下。气浮捕捉的是微絮凝颗粒,絮凝体无需形成较大的矾花颗粒,因此主要絮凝时间可以降至10~15min。通过上述两项技术措施可以大大减小构筑物的尺寸,并降低工程投资。②低温低浊处理适应性高。由于空气在水中的溶解度与水温有明显的线性关系,低温条件下的溶解度远高于常温条件,一方面较高的溶解度可以使压力溶气水提供更多的压缩气泡,另一方面气浮产生的微气泡更为稳定,不易破碎,其挟带的絮凝体上浮过程效果良好,因此对于低浊度,或者含有少量藻类的原水具有非常好的去除效果。
1.2.2高速滤池高速滤池工艺已经在国内外得到广泛应用,如上海、成都和江苏均已有规模在40×104m3/d以上的高速深层滤池成功运行案例。高速滤池采用高速+深层过滤技术,采用下向流运行方式,选用2m厚的均质滤料滤床,冲洗后避免了颗粒级配的水力筛分,较高的滤速使深层滤料的截污能力得到更大的发挥。反冲洗采用高速气水反冲方式,保证了气体擦洗和水力剪切的共同作用,冲洗效果得到了保证。该滤池具有以下优点:①结构紧凑,节约占地。由于滤床较厚,设计采用高速过滤工艺(比普通快滤池滤速高一倍),同样的出水流量所需过滤面积小,直接减少了占地和所需的土建工程量。②深层截污、冲洗彻底。砂粒具有较大的有效粒径(1.35mm),能使矾花更深地渗入过滤介质中从而增大截留能力,并延长过滤周期。采用较高的冲洗强度,滤料之间有较多的擦洗和水力剪切作用,滤床冲洗效果良好。③水质可靠、运行稳定。滤池的滤速较高,滤床较厚,因此不会产生短流和滤层负压的情况,滤池运行效果稳定,出水水质安全。此外均质滤料和气水反冲洗工艺能避免过滤介质乱层,而均质滤料滤池可以实现恒水位过滤,能够确保滤池过滤水头均匀增加,运行效果持续稳定。
1.3工艺方案比较
以上两个方案均系统地考虑了源水的特点,为了达到更好的处理效果,需要综合比较二者的优缺点和本工程的适应性,比较结果见表2。经过比较可以看出,方案一与方案二的总投资基本接近,但是方案一有较为稳定的运行管理经验,运行费用也较低。而方案二则对建设单位的运行管理要求稍高。
1.4工艺方案的确定
以上两个方案均适合本工程所在的寒冷地区黄河原水,且处理出水水质均能够满足工程建设目标。方案一的双层平流沉淀池可以有效地去除原水中难以沉淀的胶体颗粒,在低温、低浊条件下投加助凝剂,通过配合投加助滤剂的工艺措施,可以有效防止从沉淀池泄漏出的微量助凝剂堵塞滤床的现象出现,更好地发挥双层滤料滤池的深层截污效果,对于出水水质稳定有科学的技术保障措施。方案二采用气浮工艺对低温水有良好的适用性,较厚的滤床进一步保障了出水水质。但是气浮工艺容易受到原水水质变化和水温变化的影响,需要积累一定的运行经验。其运行费用也较高,电气系统和自控系统也较为复杂,日后的维护管理难度增大。方案一与方案二相比,虽然投资略高,但方案一的运行管理要求低,对水质水量突变的适应能力强,设备维护量少,长期运行能耗与药耗均较低,具有明显的技术和经济上的优势,因此本工程选择使用方案一,即双层沉淀池+双层滤料滤池的组合工艺。
1.5主要设计参数
①双层沉淀池絮凝池停留时间为30min,分为三段絮凝反应;双层平流沉淀停留时间为90min,水平设计流速为10mm/s。上、下层沉淀池池深为3m,分别通过上层虹吸刮泥机和下层刮泥机排出沉淀污泥,双层沉淀池出水端,即滤池进水前设有助滤剂投加点及混合井。助滤剂通过机械搅拌设备混合,反应时间为30s。②双层滤料滤池采用翻板滤池,共24格,单格滤池面积为76m2,设计滤速为9.6m/h。上层滤料为无烟煤,有效粒径D10=2~3mm,不均匀系数K60<1.40,密度为1.45g/cm3,厚度为600mm;下层为石英砂,有效粒径D10=0.75mm,不均匀系数K60<1.40,密度为2.65g/cm3,厚度为600mm。承托层采用粗粒径石英砂,粒径为2~4mm,厚度为450mm,配水配气采用U形管。
2结语
该工程作为西北低温、低浊、微污染原水净水工程,需要综合考虑原水水质在低温季节和常温季节时各自的运行特点。通过延长絮凝时间、浅层沉淀的措施,优化双层沉淀池和双层滤料滤池的设计参数,可保障低温低浊原水处理运行效果稳定,且大大降低构筑物的占地面积,减少冬季采暖成本,节约工程投资和运行费用。