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，空床流速约150m/h，整个反应器水停留时间10min，水流方向为“下-上-下-上”，各段通道流速基本一样，通过控制管道内置微涡反应器尺寸参数来增强絮凝效果。管道内填充微涡反应器按如下两种方案设计。图2　管式微涡反应装置2.2.1带孔空心球设计空心球模型见如图3。球体直径与管道直径一致，为200mm；球表面开有小孔，孔径和开孔率依据具体试验结果进行调整，一般孔径在25mm～40mm之间逐级增大，开孔率60%左右；球体为塑料材质，容重略大于水，壁厚由结构强度设计确定。表2　常规工艺的净水效果项目浊度NTUpH值氨氮mg/L亚硝酸盐氮mg/L耗氧量mg/L加药量公斤/千吨水水量吨/小时源水16.97.760.250.0102.213.24.8沉淀出水3.47.720.160.0061.5//滤后水0.477.690.100.0051.3//总去除率%97/605041//图1　带孔桨板示意图CITYANDTOWNWATERSUPPLY·水处理技术与设备·32城镇供水NO.52014图3　空心球反应器混凝作用2.2.2圆形带孔网格板设计如图4所示，在管道竖井内填充等直径的带孔圆钢板，每块钢板用不锈钢丝串起来固定。反应各阶段絮凝强度的大小由钢板上开孔孔径、开孔率及钢板间距等参数决定。本试验开孔孔径从25mm至40mm逐级增大，水流过孔速度从0.3m/s至0.05m/s逐级减小，钢板间距20cm左右，最佳尺寸参数通过后续试验调整优化。图4圆柱状带孔网格网格板构造简单易于施工，在絮体积泥方面优于球形反应器。格网的布设一方面形成微涡旋，使颗粒碰撞合并，另一方面利用过网的剪切使絮体压实，密度增大，可以有效提高单位时间内颗粒的碰撞几率，因而在低温低浊水处理中显示出较强的适应性[2]。2.3强化混凝试验运行效果强化混凝试验主要在冬季运行，源水水温0~5℃，浊度＜5NTU。目前传统工艺运行沉淀池末端“跑矾花”现象明显，严重影响后续过滤效果。强化混凝试验主要包括以下几个方面：2.3.1机械网格桨板与传统桨板对比试验混合阶段网孔直径及三级絮凝阶段方形孔边长分别为10mm、25mm、30mm、35mm，开孔率均为50%左右。考虑短时间内原水水质变化不大，对比试验不是同步运行。更换网格桨板后反应池形成的絮体大而密实，沉淀池表面“跑矾花”现象明显优于常规运行，同等加药量的情况下沉淀池出水浊度和传统工艺差别不大（均在1.0NTU左右），但滤池反冲洗时间间隔加长，能够节省冲洗水量，反冲时间由中试常规机械运行24小时延长至36小时。为达到更好的处理效果，网格尺寸和开孔率可以通过试验进行调整。2.3.2管式网格反应与常规运行对比试验（1）管道填充空心球的制作需要固定模型，本试验空心球是从厂家（上海富大同诺环境科技有限公司）定制购买，絮凝各阶段空心球规格一致，球体直径200mm，开孔率60%，孔径30mm。试验连续运行一个月，整个管道反应时间为10min，由六根竖管组成，试验中将空心球填充管道，分别对比填充4根、5根和6根管道的处理效果。结果表明，填充6根管道的反应效果较好，处理效果与机械网格桨板相当。在同等加药量和出水浊度的情况下，与常规工艺相比，能大大节省冲洗水量，反冲洗时间从常规运行1天1次提高到3天2次，同时反应时间从常规工艺的18min缩短到10min。（2）管道填充圆形带孔网格板替换空心球，试验运行2个月，分别试验反应各阶段网格尺寸参数一致和分段布设不同尺寸参数网格的运行情况，主要包括网孔径、开孔率、网格板间距的调整。运行结果显示最佳尺寸参数如下：反应时间共10min，分为两阶段：第一阶段开孔率40%左右，孔径25mm，间距8mm；第二阶段开孔率60%左右，孔径32mm，间距10mm。保持前面同样的试验条件，用上述尺寸参数连续运行的结果为：沉淀出水保持在1.0NTU以下，滤后水稳定在0.3NTU以下，沉淀池末端“跑矾花”现象好转，并能节省反冲洗水量和缩短反应时间。只因常规工艺出水浊度本身较低，所以目前试验还未达到明显降低出水浊度的效果。（下转第70页）CITYANDTOWNWATERSUPPLY·自动化与信息技术·70城镇供水NO.520143.4楼宇集中器和小区集中器主要技术要求是：(1)楼门采集器定时或按需发送的无线传输的“数据”被楼宇集中器接收，用传输协议保证楼门集中器只接收本楼宇的数据，不受杂波干扰。发送功率50mw，频率和发射功率应满足无委会的要求。(2)小区内的全部楼宇集中器定时或按需发送的无线传输的“数据”只被本小区集中器接收，接收的“数据”用GPRS方式传输至管理中心服务器。(3)小区集中器和管理中心服务站的通讯是双向的，各小区集中器随时接收管理中心服务器的信息查询指令、费率改变指令，实现自动集抄、即时集抄和其它抄表管理功能。(4)设计参照和执行JG/T162-2009《住宅远传抄表系统》、CJ/T188-2004《用户计量仪表数据传输技术条件》、M-BUS(Meter-BusEN1434-3)及天津市自来水集团公司相关技术文件的要求。4.远传系统特点及功能4.1指定时间上传数据用户按照管理需求将表具的各种信息、运行状态、MBUS总线运行状态、无线网络的运行状态等信息、指定时间上传到管理系统，彻底解决不能及时监控表具问题。（对数据进行收集、分析，可以及时获取用户每月用水情况，可以解决日常水务稽查的管理需求，为管理提供数据支持）。4.2管理系统控制表具因表具处于实时唤醒状态，管理系统可任意时间向表具下达控制指令或更改表具参数。如对于恶意拖欠水费用户，可以不入户强制关阀断水处理；可以实时更改水价费率；可以对指定片区的表具或指定的单个表具进行抄收数据，满足稽查的需求等。4.3具备多渠道调整水价功能1)通过网络远程可实时调整。只需对远程服务器端控制，就可接受指令远程调整水价。远程水价调整可根据需要预先设定调整时间。2)利用购水卡（用户卡）可修改表内水价设置。a网络故障，可通过水价卡（工具卡）在调价前夕由工作人员对每具表进行调价操作更改（适用卡表安装在管道间）。b利用抄表器可到现场针对楼门集中器发送调价命令，实现逐楼门的调整水价。4.4故障信息及时发送功能如有表具发生严重故障，故障信息将会及时上报管理系统，加快了对故障表具的处理速度。4.5实现网上结算功能因表具已实现与管理系统联网，用户通过网上支付功能，可在家中实现缴费充值。5.结论综上所述，预付费无线远传抄表系统的建设，将逐步实现供水行业阶梯水价管理、实时水价调节、远程监控水表运行状态、实现网络结算、远程阀门操作日常供水抄表业务的信息化、自动化、网络化。作者通联：13312185952（上接第32页）3.结语（1）建立中试模型模拟水厂工艺指导生产，为工艺优化、工艺改造、应急处理等提供真实可靠的数据资料。（2）常规工艺有一定的除污染能力，除污效果关键在混凝阶段。相对于建造专门的除污工艺，强化常规工艺无疑是经济、简便的途径。运用微涡旋技术强化传统混凝工艺，创造更适合絮体碰撞的吸附条件，达到混凝最佳效果和节能的目的。（3）从设计角度，探索不同工程技术措施，将网孔作不同形式的布置，根据本地原水水质状况寻找最佳工艺参数。（4）微涡强化混凝较传统处理