给水常规处理及强化混凝工艺中试装置的设计及运行

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·30城镇供水NO.52014给水常规处理及强化混凝工艺中试装置的设计及运行樊新源汤峰杨妍龑王海虹蔡燕勇（合肥供水集团水检中心，安徽合肥230011）摘要：为提高合肥市居民饮用水的水质，根据本地原水的水质特征，我们设计和制作一套中试水处理装置，主要由常规水处理工艺和微涡强化混凝工艺构成。设计的常规水处理工艺包括机械混凝、斜管沉淀和石英砂过滤。设计的强化混凝工艺主要包括改造常规机械搅拌桨板和增设管道网格反应器两方面。实验结果表明：相对于传统工艺，强化混凝有较好的处理效果，形成矾花密实易沉降，能减轻滤池负担并且反应时间缩短。关键词：中试水处理装置设计常规水处理工艺微涡强化混凝；前言近年来，随着生活水平的提高和水质事故的发生，人们对饮用水的水质标准提出了新的要求。虽然有大量关于如何提高水质的研究报道，但多为在实验室进行的理论研究，其结果很少进行中试放大研究或在实际生产中应用。众所周知，中试实验模型的实验环境与实际生产条件相当，它不仅能帮助解决实验室中发现或实验室中解决不了的关键技术问题，而且能避免生产性实验存在的风险。我们针对合肥市原水水质特征，制作了一套中试水处理装置，通过该装置可以模拟各种生产实验，不仅能为未来的合肥市饮用水处理工艺改造提供较准确的实验数据和资料，而且可以为水质应急处理提供现场试验环境。1.常规处理装置的设计常规工艺流程为机械混凝、斜管沉淀、石英砂过滤，每套装置设计水量5吨/小时，工艺参数见表1。1.1流程图1.2各阶段工艺参数设计工艺设计见表1。机械絮凝分为三级，水的平均流速从0.5米/秒递减至0.2米/秒，搅拌强度逐级递减；斜管沉淀池采用斗式重力排泥，池底和侧面分别装有多个排泥口；砂滤池底布有丰字形配水管，管子上均匀开孔，便于过滤时均匀集水和反冲时均匀布水。1.3模拟生产运行中试装置常规工艺运行参考水厂实际生产和搅拌实验情况进行，净水剂为聚合铝铁，投加量范围11～16公斤/千吨水。进水量5吨/小时，每天24小时连续运行两个月。定时对沉淀出水和滤后水进行表1中试常规工艺设计参数工艺名称装置长*宽*高（mm）工艺参数混合柱高700、直径300200～300r/min、时间25s一级反应800*800*1500150～200r/min、时间6min二级反应800*800*1500100～150r/min、时间6min三级反应800*800*150050～80r/min、时间6min斜板沉淀2000*800*1500沉淀40min过滤滤柱直径900、高2800、承托层厚400、石英砂厚700反冲洗强度14L/s.m2；冲洗时间：7minCITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·城镇供水NO.5201431常规项目的检测，结果见表2。结果表明，在加药量相同的情况下，中试常规工艺对以上几项指标的处理效果与实际生产接近，作为实验模型可完全发挥真实、可靠的现场模拟作用。研究还发现，常规工艺对氨氮、亚硝酸盐氮的去除率分别达到60%和50%，对有机污染物也有一定的去除能力，所以常规工艺的去污能力不容忽视，尤其是对混凝沉淀工艺的优化、改进非常重要。2.强化处理工艺设计目前，董铺原水存在低温低浊难处理、沉淀池“跑矾花”现象严重等问题，主要因为低温低浊水在混凝阶段颗粒之间碰撞机率小，矾花难以形成，混凝效果较差。微涡强化混凝就是通过在混凝各阶段形成很多大小不同的漩涡来增大速度梯度G值，便于药剂均匀快速的扩散于水体以及增加脱稳颗粒相互碰撞机率，凝结成大颗粒。2.1机械混凝装置改造在本试验中，主要是将常规机械混凝各阶段桨板叶片均匀打上不同孔径的孔眼，或直接用不同直径的尼龙绳或铝线结成孔状板，如图1，其特点是[1]：（1）消除了普通叶片产生的不利于絮粒成长和能耗较大的大涡旋，网孔板则使能耗小的密集小涡旋更接近于絮粒尺寸，从而增加了絮粒碰撞机会。（2）网孔板的流速分布比普通叶片更加均匀，容积利用系数提高，减少大量积泥的可能性。（3）絮凝时间短，仅为一般絮凝池的1/2～2/3。絮体沉速加快，剩余浊度低,絮凝效果好。带孔叶片主要设计参数如下：混合和絮凝共分图2.管式微涡反应装置四级，Ⅰ～Ⅳ级网孔板边缘线速度从1.0m/s至0.2m/s依次递减。混合阶段网孔为圆形，孔径10~20mm；絮凝阶段网孔为正方形，尺寸从30mm×30mm至60mm×60mm逐级增大；具体孔径尺寸可通过试验不断调整优化。2.2管式网格絮凝装置设计考虑中试处理水量较小，混凝阶段竖井网格尺寸太小难以加工，故试验中将反应池水流通道设计成管道型，示意图见图2，尽量将水流组织成竖向流，即垂直于水平面向上或向下的水流，因为涡流反应器最好放置于竖向水流中，否则会在反应器内产生絮体沉积。试验设计管径DN200