天津汉沽水厂工艺方案的选择

摘 要：随着经济发展，汉沽区作为滨海新区的组成部分，经济发展迅速增长，汉沽区生活、工业等方面的需水量日益增加。现有汉沽水厂产水能力为5万m3/d，需在水厂现有予留地扩建汉沽水厂5万m3/d。结合水厂一期现况，总体工艺方案采用增加预处理+强化常规处理+安全消毒。通过对方案一和方案二各种优缺点的比较得出最优的工艺方案为上向流炭吸附反应澄清池。

关键词：平流沉淀气浮一体池 上向流炭吸附反应澄清池 方案比较

汉沽属于大工业、小农业 的经济格局，西北部为农业区，东南部为工业区和海洋渔业区。随着汉沽区的不断发展，对水量水质的要求也越来越高，现在的供水规模已不能满足该地区的经济发展需要，故汉沽水厂二期扩建工程的实施迫在眉睫。在满足提高的出水水质要求前提下，针对滦河水源水质低浊、高藻、低微有机污染的特性，结合水厂一期现况，总体工艺方案采用增加预处理+强化常规处理+安全消毒[1]。

一、方案一（平流沉淀气浮一体池）

1.预处理、混合

目前微污染原水的常用的预处理方法主要有化学预氧化、生物预氧化和粉末活性炭吸附预处理。混合是净水工艺的第一道工序，混合效果的好坏将直接影响到后续絮凝、沉淀的处理效果，因此必须受到重视。目前常用的混合方式有水力混合和机械混合两大类，前者如管式静态混合器，后者如浆板式机械混合[2]。

2.絮凝工艺

絮凝工艺实际上最主要的目的是为了达到絮凝效果而设计的一个工序，其基本过程是在安排投加混凝剂后进行液体的搅拌以形成梯度速度。在絮凝过程中，比较细小的悬浮颗粒经过彼此碰撞从而聚集为质量较重较大的絮体或颗粒，通过大颗粒的重力作用达到沉淀的效果。想让絮体或颗粒沉淀，首先最重要的是要使水和颗粒产生相对运动，要想产生相对运动最好措施就是改变水流速度，而改变水流速度的方法一是要改变水流的平均速度，二是要改变水流的速度方向。所以絮凝池最主要的作用即在此[3]。

3.沉淀工艺

汉沽水厂的水源在春夏是高藻水，在冬天是低温低浊水，总体属于微污染水源体。根据这种原水的特点，本工程方案设计中，净水厂澄清工艺采用平流沉淀气浮一体池。优点是同时具有沉淀和气浮两种功能，缺点是池体积较大，占地面积多，投资高。

4.过滤工艺

过滤是给水处理工艺的主要关键环节，滤池运行状态的好坏将直接影响悬浮固体、浊度、细菌、病毒、有机物等的去除率，也直接影响出水水质的提高。目前滤池的存在形式比较多，其主要的区别是该滤料级配和冲洗不同的分级方式。滤料可分为级配滤料、均粒滤料和双层滤料。

5.消毒工艺

消毒工艺在饮用水处理中属于最后一个步骤。安全消毒是为了更好的保证供水的质量，合理选择消毒剂以防止形成三卤甲烷。经研究ClO2和Cl2的杀菌效果是比较好的，并且有残余效应。

二、方案二（上向流炭吸附反应澄清池）

方案二工艺流程如下图1-2所示

1.预处理、混合

预处理、混合工艺方案前已述及，即新建机械混凝池；在混凝池处预留投加粉末活性炭条件。

2.澄清

澄清是综合混凝和泥水分离过程的净水构筑物，是利用池中积聚的泥渣与原水的杂质颗粒相互接触、吸附，加大颗粒的碰撞几率，形成均匀密实的矾花，这样就可以达到泥水快速分离这样一个目的，不但可以提高澄清效率还可以做到充分发挥混凝剂的作用。目前该项目澄清池选择上向流炭吸附澄清池和机械搅拌澄清池两种，并把它们进行比选。

2.1上向流炭吸附反应澄清池

上向流炭吸附反应澄清池也可以称之为PULSAZUR？，它是一种泥渣悬浮型澄清池，进水按一定规律放水和充水，运用的方法是脉冲配水，对悬浮层的泥渣的浓度分布自动调节，这样就可以发现原本悬浮层的泥渣发生了不同的膨胀和收缩，这样做的目的是加大了原水中粒子和泥渣的碰撞接触机会，从而加大了澄清效果。上向流炭吸附反应澄清池的工作原理是加入PACl、FeCl3絮凝剂，在与粉末活性炭的原水混合后一同进入真空室，在真空室加入PAM高分子助凝剂，达到了以极短的时间在稳流板下发生充分混合和初步反应的效果，该反应效果是从配水干渠途径配水支管的孔口以全断面均匀通过泥渣悬浮层高速喷出的。然后通过稳流板整流，以缓慢速度垂直上升，悬浮层有规律地上下运动是在“脉冲”水流的作用下完成的，时而膨胀，时而压缩沉淀促进絮凝体颗粒的进一步碰撞、接触和凝聚，原水颗粒通过泥、炭悬浮层的碰撞和吸附，有机物被吸附，再经斜管组件进一步实现固液分离，从而使原水得到澄清。

2.2机械搅拌澄清池

机械搅拌澄清池是泥渣回流型的澄清池，其工作原理是利用原水中的颗粒和池中积聚的沉淀泥渣相互碰撞接触、吸附、聚合，然后形成絮粒与水分离，使原水得到澄清的过程。机械搅拌澄清的特点是想要做到泥渣的回流和接触反应是依靠机械搅拌的提升作用。进入第一反应室之前先把原水进行加药混合，进入之后的原水与多于原水若干倍的循环泥渣进行接触反应，这一系列的反应都是在叶片搅动下完成的，随后叶轮提升进入第二反应室继续反应，得到的结果是聚集成了更大的絮粒，最后途径导流室送入分离室，进行最后的沉淀分离。在整个反应过程中澄清池的作用是达到固液分离和混凝，澄清池就是一个在池体内可以同时完成混合、絮凝、悬浮物分离等过程的净水构筑物。清水区需要保持的上升流速一般保持在1mm/s，总停留时间为1.5h。使用重力排泥中泥渣浓度达到20kg/m3，含水率98%；使用机械排泥中泥渣浓度达到50kg/m3，含水率95%。

机械搅拌澄清池在国内曾得到广泛利用，取得了很好的处理效果，对水量水质的变化有很好的适应性。

3.过滤工艺

方案二的滤池方案与方案一相同，即选用V型滤池。从V型滤池的构造和运行情况看，普通快滤池与双阀滤池相比较，优点体现在以下几个方面：

3.1控制系统还是比较成熟的且自动化程度较高；

3.2冲洗中采用气水反冲洗方式，该方式节水且冲洗效果好；

3.3滤池的滤层较厚采用粗颗粒滤料，截污数量大且能力强，过滤周期较其他要长；

3.4反冲洗的排水系统省去了很多集水槽，这些集水槽是为排水均匀而设置的。所以反冲洗方式施工方便、设施简单。

通过以上论述可以看出，从反冲洗方式和滤料级配两方面的因素来考虑，最明智的选择是V型滤池[4]。

4.消毒工艺

方案二采用的化学预氧化+强化常规处理，推荐采用紫外+氯的联合消毒模式。一方面紫外线消毒后接氯消毒可最大限度的降低氯消毒副产物的生成，另一方面可以保证出厂水可以达到0.5mg/L

三、方案的确定

根据方案一，方案二工艺流程的分别介绍，从以下几方面对两个方案做比较：

1.工艺流程

方案一：粉末活性炭吸附处理、强化常规处理、氯消毒。

方案二：粉末活性炭吸附处理、强化常规处理、紫外+氯消毒。

2.新建构筑物

方案一：配水井、平流气浮一体池、V型滤池、清水池。

方案二：混凝池、上向流炭吸附反应澄清池、PH调节池、V型滤池、清水池。

3.出水水质

方案一：浊度 ？ 0.5 NTU“两虫”、病毒的去除率为4log-3.5log。

方案二：浊度 ？ 0.5NTU“两虫”、病毒的去除率为4log-3.5log。

4.优点

方案一：1）平流沉淀气浮一体池是同时具有沉淀和气浮两种功能，正常情况时平流沉淀池可以发挥其沉淀性能可靠、出水水质稳定的优点；2）藻类含量高时和冬季低温低浊时，可以有效去除平流沉淀池未能截留下来细小絮粒，保证处理效果。

方案二：1）上向流炭吸附反应澄清池混合快速均匀，泥、炭悬浮层吸附充分，节省粉末炭投加量；无水下机械排泥设备，水下机械维修工作少；2）占地小；方便运行管理；投资较少，运行成本低；分期改造易于实施。

5.缺点

方案一：1）池体体积较大，占地面积大；2）投资高，运行成本较高，运行管理复杂。

方案二：1）上向流炭吸附反应澄清池运行启动要求较复杂；2）上向流炭吸附反应澄清池在国内使用较少。

根据以上优缺点的技术比较，得出方案二更为经济，并且结合水厂现有用地紧张的情况，确定推荐采用第二方案。

参考文献

[1] 钟淳昌.中国给水工程及技术发展回顾[J].中国水工业科技与产，2000（11）：56-61.

[2] 王欣泽，李 冰，王宝贞，等.饮用水深度净化工程处理效果[J].哈尔滨工业大学学报，2004，36（3）：398-405.

[3] 詹 咏，陆 舟，王志良.涡漩水流对混凝沉淀效果影响的研究[J].上海环境科学，2003，22（2）： 126-129.

[4] 朱金良. 超高速气水反冲洗滤池在水处理中的应用[J].水利科技，2003（4）：37-38.

[5] 刘智晓，孙大军，蒋德利.吉林市二水厂扩建工程设计[J].中国给水排水，2000，10（2）：34-36.