東灣水廠高濁度水處理工藝工程案例
1 項目簡介
根據(jù)國家計委、財政部、全國愛衛(wèi)辦的有關(guān)精神，甘肅省靖遠縣被列為第三期世界銀行貸款中的農(nóng)村供水與環(huán)境衛(wèi)生項目縣，靖遠縣東東灣水廠供水工程為世界銀行貸款第三期中國農(nóng)村供水與環(huán)境衛(wèi)生項目。
東灣水廠供水工程位于靖遠縣東部，黃河右岸，緊鄰縣城，供水范圍為東灣鄉(xiāng)的三合、大壩、沙梁、南頭、東灣、瓜園、紅柳7個村， 66個社，受益人口4.03萬人,設(shè)計人口4.82萬人, 受益面積31.25km2。
水廠設(shè)計供水規(guī)模2400m3/d，年均供水總量 87.6萬m3。主要工程內(nèi)容:浮船式取水泵站1座，絮凝、平流沉淀池2座，氣浮池1座, 重力式無閥過濾池1座，容積400m3清水調(diào)節(jié)池2座，消毒間2座,配水泵房1座，管網(wǎng)總長度56.16km。附屬建筑物主要有辦公室及化驗室、車庫，同時考慮了廠區(qū)采暖及給排水等項目。工程概算投資943.30萬元，建設(shè)資金來源組成為世界銀行貸款50%，省、地、縣群眾自籌50%。東灣水廠現(xiàn)已開工建設(shè)，根據(jù)國家項目辦的要求,項目實施年限18個月。
2 水質(zhì)分析及高濁度水處理流程
東灣水廠取黃河水作為飲水水源，擬建一個具有深度凈化，設(shè)計供水規(guī)模水量2400.0m3/d，設(shè)計處理含沙量40kg/m3，符合國標GB5749-85的集中供水廠。取水口位于蘭州市和白銀市的下游，兩城市均為工業(yè)城市，有大量的工業(yè)廢水和生活廢水排入黃河，根據(jù)白銀市環(huán)保局常年定期定點監(jiān)測，2000年黃河白銀段水質(zhì)污染綜合指數(shù)0.59，主要污染物為總磷和化學(xué)耗氧量，有時高達0.159mg/L和17.8mg/L。同時黃河徑流由于黃土高原植被破壞，水土流失嚴重，水體攜帶大量泥沙，屬于高濁度水體。根據(jù)安寧渡站多年的系列實測資料，平均含沙量5.5kg/m3，多年實測最大含沙量319kg/m3（發(fā)生在1973年8月27日）。
黃河水體被污染之前，水質(zhì)只要把泥沙除掉即可飲用。由于國民經(jīng)濟高速發(fā)展，含有害有毒物質(zhì)的廢水、農(nóng)肥、農(nóng)藥未經(jīng)處理排入或滲入河水中，直接或間接地污染了黃河水體。已在水中檢測出40多種有害污染物，尤其是冬季、枯水季節(jié)更為嚴重。以化學(xué)耗氧量、揮發(fā)酚、氧化物、砷、汞、六價鉻、氨氮、亞硝酸鹽、石油等十一種物質(zhì)排入黃河負荷作為評價因子，每年分月污染等級分別為2月、3月、4月為嚴重污染，1月、5月為重污染，6月、11月、12月為中度污染，7月、8月、9月、10月為輕度污染。隨著我國計劃經(jīng)濟轉(zhuǎn)向市場經(jīng)濟，國民經(jīng)濟中老企業(yè)加快技術(shù)更新?lián)Q代，新型企業(yè)不斷出現(xiàn)以及社會總體發(fā)展帶來人類生活方式的大改變，必然導(dǎo)致污染源的更新，過去污染水體的汞、六價鉻、鎘、銅、揮發(fā)酚消失或不超標，同時又有新的超標物質(zhì)如總磷、硫酸鹽、化學(xué)耗氧量，這些超標物質(zhì)除受原工業(yè)廢水影響外，大量生活污水量而導(dǎo)致有機物大量增加，使這些物質(zhì)中碳的耗氧量猛增所致。細菌超標有增無減，白銀市水質(zhì)監(jiān)測站2000年水期，年平均大腸桿菌高達507222個/L。
黃河水體油質(zhì)污染以工業(yè)為主，近年生活油質(zhì)及油類機械大量使用后，油污染日趨增多。從分析值來看，石油污染有所減少，說明石油工業(yè)廢液得到處理，排放量有所控制，但枯水期水的顏色還是灰或灰黑色，水體散發(fā)煤油氣味。
綜上所述，黃河水體作為生活飲用水，很難通過自凈達到無害的目的，必須凈化處理才能達到目標值之內(nèi)。目前已發(fā)現(xiàn)由于飲用不符合衛(wèi)生要求的水而導(dǎo)致多種疾病，飲用污染的水體嚴重危害人民身體健康，也給國民經(jīng)濟、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大損失，因此，采用有效措施改善被污染的黃河水水質(zhì)，保證人民吃上符合標準的衛(wèi)生水勢在必行，東灣水廠也是為此目的而設(shè)立。
對于中小型凈化水廠工程設(shè)計，應(yīng)考慮經(jīng)濟實惠，節(jié)約能源，結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)費低，易于管理等因素。通過凈化流程，達到飲用符合標準的衛(wèi)生水。經(jīng)多方考證，借鑒靖遠地區(qū)已建水廠的經(jīng)驗，結(jié)合近期黃河水體污染有所好轉(zhuǎn)的現(xiàn)狀，擇優(yōu)選定東灣水廠水處理工藝流程如下：絮凝→沉淀（除泥沙）→氣。ǔ唾|(zhì)）→過濾（保證水質(zhì)濁度達到3度以下）→消毒（除細菌）等五個環(huán)節(jié)，最終實現(xiàn)原水水質(zhì)優(yōu)化。
3 高濁度水處理工藝
3.1 絮凝、沉淀
沉淀池排泥耗水量20%，平流沉淀池設(shè)計進水流量為3175.2m3/d，流速2.2mm/s，停流時間9.5h。
水質(zhì)濁度：設(shè)計進水泥沙含量40kg/m3，出水濁度50度，排泥濃度120kg/m3。當進水含沙量20kg/m3以下時，采用自然沉淀；進水含沙量20kg/m3以上時，需投放聚炳烯酰胺，進行絮凝，出水濁度方可達到設(shè)計要求
工作原理：黃河水體中懸浮泥沙顆；蛐跄笊傻牡\花顆粒，當水流慣性對其影響較小時，泥沙顆；虻\花顆粒按其特征，靠自身重力及自凝作用絕大部分顆粒沉淀到池底部。
岸邊取出的黃河水，先進消力緩沖段，通過攪拌池，流入豎井絮凝。進入沉淀池后經(jīng)穩(wěn)流區(qū)淹沒口，自流進氣浮池。設(shè)計采用絮凝與自然沉淀相結(jié)合，混合、絮凝池與平流沉淀池合建，凝聚劑為聚丙烯酰胺，設(shè)計濃渡8%，混凝時間20s。
絮凝池為穿孔旋流式，絮凝池絮凝時間25 min。絮凝池采用變速反應(yīng)，進口流速0.5m/s，水流沿8格豎井順序由上到下翻騰滾動，出口流速0.15m/s，各段停留時間為400s，孔口尺寸0.24×0.24m～0.43×0.43m。
聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺聚合而成的有機高分子聚合物，能溶于水，沒有腐蝕性，在常溫下比較穩(wěn)定。它有很長的分子鏈，對水中泥沙顆粒具有高效的吸附與架橋作用。當自然和自凝沉淀達不到出水要求即進水含沙量達20kg/m3以上時，采用PAM是最理想的混凝劑，它能處理水體含沙量10～150kg/m3。由于PAM有一定毒性，衛(wèi)生部批準生活用水中PAM及其單體濃度如下：PAM最高允許濃度為1mg/l，PAM單體濃度為0.01mg/l。PAM投加量一般以原水混凝實驗或相似水廠的生活運行經(jīng)驗確定。
平流沉淀池下設(shè)多個排泥漏斗，靠上部池水靜壓，一個個漏斗沉淀的泥沙，自流到排泥管，匯入黃河。
3.2 氣浮
氣浮池排渣排泥耗水量5%，設(shè)計氣浮池進水流量2646m3/d。
水質(zhì)濁度：設(shè)計進水濁度50度，出水濁度10度以下，含油量降到0.3mg/l。
工作原理：氣浮是利用氣水混合，形成多微氣泡粘附于雜質(zhì)絮粒上，造成整體比重小于水的狀態(tài)，依靠浮力上浮。獲得固、液分離，比重大于水的雜質(zhì)沉淀池底。為了保證這一過程的實施，在氣浮進水口加高效聚合鋁，形成較大絮粒。
由于上游蘭州市和白銀市排放的大量工業(yè)污水、生活污水及沿途鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放污水，黃河水石油類及藻類污物間歇超標，特別在冬春兩季，油污含量更大，水面呈黑色，這種水質(zhì)單靠沉淀和過濾還不能達標，因此進行氣浮處理是必要的。本工程設(shè)氣浮池1座，長14.45m，寬5.8m,高3.5m，設(shè)計水深2.7m，氣浮池設(shè)計容積77m3，總停留時間25.5min，
平流沉淀池出水溢流進氣浮池首段豎井反應(yīng)池，同時投放凝聚劑聚合氯化鋁，在進口通過水射器投放，經(jīng)十二段豎井攪拌反應(yīng)后進接觸室，使水在釋放器作用下與溶氣混合，上升進入分離室，分離室設(shè)計流速15mm/s。在分離室內(nèi)，比水輕的上浮油質(zhì)通過溢流堰排入地溝，比水重的污泥沉淀池下，定期通過管子排入下水井。中部清水，通過集水管，經(jīng)虹吸管進入增壓泵。溶氣系統(tǒng)溶氣罐的壓力及回流比的確定，根據(jù)鄰近同水源水廠的試驗情況，溶氣壓力采用3kg/cm2，回流比10%，設(shè)計溶氣量18.7m3/h。
聚合鋁是介于三氯化鋁（Alcl3）和氫氧化鋁Al(OH)3之間的中間水解產(chǎn)物，分子中帶有數(shù)量不等的羥基，由于聚合鋁中Al3+和cl-存在比例不均衡，因而在不同PH值下有相應(yīng)形態(tài)的化合物存在。聚合鋁無論是在高濁度、中濁度、低濁度的情況下，混凝效果都遠遠超過硫酸鋁、三氯化鐵。由于用量少，水中只加3～6g/m3，加的方法，只能用手工作業(yè)，即用水桶人工攪拌，用人工注液膠管，虹吸滴入水中。
3.3 過濾
過濾沖洗耗水量5%，濾池進水流量2520m3/d，出水流量2400m3/d。
水質(zhì)濁度：設(shè)計進水濁度10度，出水濁度3度以下。
工作原理：氣浮過的水體經(jīng)水泵送入濾池，經(jīng)過濾層，自下而上地過濾清水，從連通管注入清水箱內(nèi)貯存，水箱充滿后，水流通過出水管自流至清水池。濾層不斷截留懸浮物，造成濾層阻力的逐漸增加，因而促使虹吸上升管內(nèi)的水位不斷升高，當水位達到虹吸輔助管管口時，水自該管中落下，通過抽氣管，借以帶走虹吸下降管中的空氣，當真空度達到一定值時，便發(fā)生虹吸作用。這時，水箱中的水自下而上地通過濾層，對濾料進行反沖洗，當沖洗水箱水面下降到虹吸破壞管管口時，空氣進入虹吸管，破壞虹吸作用，濾池反沖洗結(jié)束，濾池進入下一周期的工作。
本工程過濾系統(tǒng)選擇重力式無閥濾池，設(shè)在氣浮廠房內(nèi)，設(shè)計采用標準《S755(五)重力無閥濾池》。處理能力160m3/h，濾速10m/h，設(shè)計平均沖洗強度采用15L/s.m2，沖洗歷時5min，期終水頭損失1.7m。采用單層石英砂濾料，濾層厚度0.70m。
3.4 消毒
無閥濾池濾出的清水采用液氯消毒后打入供水管網(wǎng)。按常規(guī)，每噸水加氯量為0.5～1.5g，接觸30分鐘后，清水中氯不低于0.3mg/L，使細菌、大腸桿菌可控制在目標值以內(nèi)。
液氯能溶于水，即與水發(fā)生水解作用，在20℃溫度條件下，1個大氣壓的溶解度為7.3kg/m3，液氯溶解在水中迅速水解生成次氯酸離子和氯離子。液氯投加要點：（1）投加液氯必須注意安全，不允許水體與氯瓶直接相聯(lián)，必須設(shè)置加氯機。（2）液氯氣化成氯氣過程需要吸熱，常采用淋水管噴淋。（3）氯瓶內(nèi)液氯的氣化及用量需監(jiān)測，采用自動計量或氯瓶放置磅秤上。
液氯溶解后用管道直接投放于清水池中，氯與水接觸最小時間為3h。因原水總大腸菌群嚴重超標，加氯量較大，參考相近水廠經(jīng)驗，設(shè)計按7mg/L加注，管網(wǎng)末梢余氯量大于0.05mg/L，液氯鋼瓶充氣量按100kg設(shè)置。
4 結(jié)語
高濁度水處理工藝，不同地區(qū)已積累了豐富的經(jīng)驗，由靖遠東灣水廠水質(zhì)分析，因其特殊性，采用上述工藝流程處理高濁度水，凈水效果將在水廠運行中得到檢驗。隨著當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展和農(nóng)民收入增加，對生活質(zhì)量的要求不斷提高，群眾的衛(wèi)生意識越來越強烈，衛(wèi)生改水工程的不斷興建，對高濁度水的處理工藝將在探索中逐步成熟、完善。
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