吉林市三水厂扩建工程净化工艺应用实践

【摘 要】吉林市三水厂在扩建工程中，采用了国外的V型滤池、国内的微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池、全流程自动控制等先进的净化与自动化设备，工程投产以来，运行稳定，出水水质优良，达到了事半功倍的效果，取得了明显的社会经济效益，确保了高效、安全供水。

【关键词】静态混合器；表面负荷 ；SCADA集散型控制系统；节能减排

Water treatment practice in the third Water works expansion project

Wang Li-ping,Wei Wen-zhang

(Water (Group) CO.LTD of jilin city Jilin city Jilin Jilin 132011)

【Abstract】In the expansion project of the third waterworks in jilin city, we use the foreign V filter、the microvortex network flocculation tank ,minimum separable sloping plate setting tank、whole process leaking such advanced automatic control of purification and automation equipment. Project operation, stable operation, good water quality and water to the twice the result with half the effort, made significant social and economic benefits, and ensure the efficient safe water.

【Key words】Static mixer;Surface load;SCADA distributed control system; Energy conservation and emission reduction

1.采用先进净化工艺技术是高效、优质、安全供水的关键

随着国民经济飞速发展和构建和谐社会的需要，近年来国家对自来水的质量要求越来越高，比如2007年7月1日实施的GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》比旧标准GB5749-85《生活饮用水卫生标准》的检测项目多72项（新标准107项，旧标准35项），并且新标准的要求更为严格。就浑浊渡这项指标来说，新标准要求小于1～3NTU，旧标准要求小于3～5mg/L（相当于提高6～10NTU），即新标准对自来水浑浊度的要求应好于旧标准的6～10倍。吉林市水务集团虽经几次改造，净化设备仍属20世纪90年代以前低产能的传统工艺，达不到新的水质标准和设计规范要求，在节能和环保方面也很落后。为满足吉林市城市发展和居民安全高质用水的需要，公司从2002年至2006年进行了三水厂扩建工程，经与东北市政工程设计研究院认真调研考察，结合吉林市松花江原水低温低浊水质净化难度大的特点，设计中采用了快速混合、紊流多微涡反应、小间距斜板浅池沉淀、恒水位等速过滤V型滤池等先进工艺技术，收到了水质好、节能减排、节省人力的好效果，开辟了水质全面达标的新路子。因篇幅所限，在此仅就微涡网格反应与小间距斜板沉淀相匹配的絮凝沉淀工艺、全流程自动控制工艺的应用实践概况浅析于下。

2. 微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池的应用

2.1 絮凝沉淀设备的构造。

三水厂扩建工程净化系统的设计规模为20×1.08×104m3/d，其中一期工程10×1.08×104m3/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。

2.1.1 管道混合与静态混合器。混合管道为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。

2.1.2 网格絮凝池。由于池高适当，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竖井、孔洞和网板组成。（1）竖井。每个系统的网格絮凝池由49个方格竖井组成，加药混合后的原水先进入第1个总竖井，而后水流一分为二，分流到两侧的其余48个竖井中。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。第一区段和第三区段36格，第二区段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，网眼尺寸为80mm×80mm，100mm×100mm，120mm×120mm，三个区段网眼总数为668 424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。

2.1.3 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861m2，斜板间距为25mm，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（材质为不锈钢）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8台GNS型双钢丝绳牵引式刮泥机、52个气动刀形快开阀和排泥槽组成。

2.2 工作原理。

（1）混合设备。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，流速为0.8 m/s～1.0m/s。

（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凝聚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/ν，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，ν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。由雷诺数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 mm～100mm，三水厂采用25mm，为小间距斜板。

2.3 混凝沉淀设备工作特点。

（1）投药与混和。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；以水下摄像FCD等效直径值为中馈信号，以沉淀池出水浊度为后馈信号，对投药量进行微调。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。

（2）网格絮凝池。在设计中根据吉林松花江原水低温低浊处理难的特点对网格絮凝池的一些设计参数作了调整，一是大幅度提高了竖井、孔洞和过网流速，竖井一档流速规范值为0.14～0.12m/s，实际为0.29 m/s，提高107%，二档规范为0.12m/s，实际0.16 m/s，提高33%(规范指GB50013-2006室外给水设计规范)。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6.9 min～14.9min（实际反应时间为26.9min，规范是12～20min）。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与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（规范为104～105），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。

（3）小间距斜板。沉淀池表面负荷5.23 m3/hm2，接近规范下限值（规范5.0～9.0 m3/ m2h），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（新旧絮凝沉淀系统主要技术参数对比详见表1）。

3. 水厂在生产运行中实现全流程自动控制

自动控制系统本着：“技术先进、经济实用、安全可靠、质量优良”的设计原则，并为远期发展、公司的供水调度系统及Internet的衔接留有接口。为防止因技术产品使用时间较长趋于落后，易被淘汰而给水厂后期扩充留下隐患，以满足水厂和管理为前提，尽可能采用成熟可靠的最新产品。该系统由深圳市贝尔自动化技术有限公司设计，采用当今国内外最先进的自动化技术及设备搭建的，经过四年多的生产运行，该系统达到了“技术先进、经济实用、安全可靠、质量优良”的设计标准，实现了全流程自动化控制与管理，因篇幅有限，在此不再赘述。

综上所述，吉林市水务集团有限公司在三水厂扩建工程中，践行科学发展观，发挥工程技术人员的作用，根据吉林松花江低温低浊原水难处理的特点，采用了国外的V型滤池，国内的微涡网格絮凝池，小间距斜板沉淀池、全流程自动控制等先进的净化与自动化设备。工程投产以来运行稳定，按GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》要求，水质全面达标，经过四年来的运行验证，这套净化工艺的除浊、除色、除铁、除锰、除毒理学指标、降低耗氧量等效果比扩建前更显著（见表2），达到了事半功倍的效果，取得了明显的社会经济效益，确保了高效、安全供水。