氣浮法用于水廠改造及工程實(shí)例介紹

氣浮法用于水廠改造及工程實(shí)例介紹摘要：本文以兩個(gè)工程實(shí)例，具體地介紹了用氣浮工藝改造采用混凝-沉淀-過濾工藝水廠的技術(shù)及效果。工程實(shí)踐表明，氣浮工藝用于水廠改造，具有實(shí)用性強(qiáng)，面廣、投資少、見效快等特點(diǎn)，可作為處理微污染江河飲用水的一種備選方法。對(duì)于緩解由于水源污染而造成的處理難度，改善供水水質(zhì)，降低制水成本，具有普遍的意義和較高的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：氣浮法水廠改造工程實(shí)例1刖言眾所周知，氣浮法由于分離效率高，并兼有向水中充氧曝氣的作用，所以特別適用于處理低溫、低濁、高藻、高色和受有機(jī)物污染的原水。工程應(yīng)用及均表明，除分離無機(jī)及有機(jī)懸浮物外，氣浮法對(duì)于水中溶解性有機(jī)物也有一定的去除效果。實(shí)際上，即使是在含沙量較大的江河水或混凝良好的水中，也還存同樣適于為氣浮法所去除的小沉速顆粒。更何況隨著國內(nèi)水環(huán)境受到日益嚴(yán)重的污染，許多河水兼有了江河水與湖、塘、水庫水的水質(zhì)特征，如含藻量增多、色臭味加重、并呈現(xiàn)季節(jié)性變化，增加了混凝-沉淀-過濾工藝的處理難度。因此，將氣浮工藝引入傳統(tǒng)水處理流程中，可充分發(fā)揮氣浮法與沉淀法各自的特點(diǎn)，以期獲得較好的處理效果。簡單地將沉淀池改為氣浮池；將沉淀池改為可切換交替運(yùn)行的沉浮池；將濾池改為氣浮濾池。第一種方式雖可有效改善低溫、低濁、高藻、高色和受有機(jī)物污染原水的處理效果，但不適應(yīng)高濁期水質(zhì)；第二種方式可根據(jù)原水水質(zhì)，隨時(shí)將沉浮池切換為沉淀池或氣浮池使用，對(duì)原水水質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性；第三種方式通過將濾池改造為氣浮濾池，形成混凝-沉淀-氣浮-過濾處理流程，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性，可有效地改善處理效果。本文主要以筆者完成的兩項(xiàng)工程實(shí)例，介紹后兩種改造方式。2實(shí)例一：氣浮濾池河南省某水廠建于1990年，取沙河水（屬淮河流域），處理流程為：原水-穿孔旋流絮凝池-斜管沉淀池-虹吸濾池-液氯消毒-管網(wǎng)原設(shè)計(jì)流量2萬噸/日，改造時(shí)實(shí)際平均日供水量為2.5萬噸，高峰期超過3萬噸，已處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。由于沙河上游廢水排放增多，水源污染狀況日趨嚴(yán)重，極大地干擾了水廠的正常運(yùn)行。主要表現(xiàn)在：枯水期沙河水中污水（由上游排放）所占比例偏大，水質(zhì)（有機(jī)）污染嚴(yán)重，歷時(shí)較長，加之此時(shí)原水水質(zhì)多處于低溫低濁期，原有水處理工藝對(duì)此很不適應(yīng)。在7、8月高濁期，水中泥沙含量大，濁度最高達(dá)30000度，沉淀池濁度負(fù)荷過高，大量絮凝體溢流入濾池，堵塞濾料，此時(shí)出水水質(zhì)雖有保證，但過濾周期縮短，處理系統(tǒng)整體性能難以正常發(fā)揮；由于水中存在大量的營養(yǎng)物質(zhì)，春、夏季節(jié)水中藻類和其他浮游生物增多，腥味極重。鏡檢表明，藻類以絲藻、硅藻、綠藻和藍(lán)藻（主要是鞘絲藻和魚腥藻）居多。同時(shí)，水生物還在濾料表面繁殖，使過濾周期大為縮短，濾池沖洗頻繁，難以洗凈。而不良的沖洗又降低了濾池的過濾能力，形成惡性循環(huán)，使制水成本增加。1995年初，在小試的基礎(chǔ)上，通過將原虹吸濾池的6個(gè)濾格均改造為氣浮式虹吸濾池，實(shí)現(xiàn)了混凝沉淀一氣浮過濾的新工藝，流程如下：因?yàn)椴捎玫氖欠至魇綁毫θ軞鈿飧∠到y(tǒng)，所以未增加濾池的水量負(fù)荷，亦即無論氣浮單元投入運(yùn)行與否，濾速均未改變，同時(shí)，也無須增設(shè)新的處理構(gòu)筑物。氣浮單元的運(yùn)行方式非常靈活，可通過將氣浮單元投入或撤出水處理系統(tǒng)，或調(diào)節(jié)溶氣水回流比的大小等方法，控制濾前水質(zhì)，以適應(yīng)原水水質(zhì)的變化，降低制水成本。因此，非常適用于季節(jié)性多變的水源水質(zhì)，增強(qiáng)系統(tǒng)整體抗沖擊負(fù)荷的能力。改造完成后，在不同的溶氣水回流比、投磯量及原水水質(zhì)條件下，共進(jìn)行了7個(gè)過濾周期的測(cè)試，表中所列為各周期平均水質(zhì)、運(yùn)行操作指標(biāo)、以及采用氣浮濾池后制水成本降低值。其中，濾池周期以濾后水濁度超過3度為限，溶氣水壓力控制在0.32-0.36MPa。表中，沉淀水、過濾水和氣濾水分別表示沉淀池、濾池和氣浮濾池出水。試驗(yàn)期間，從第4個(gè)周期（4號(hào)樣）起，天氣轉(zhuǎn)晴，氣溫升高，同時(shí)，上游工業(yè)廢水排放量增大，致使原水水質(zhì)變壞，有機(jī)物污染程度及藻類總數(shù)顯著增加。由表1可見，各樣本氣濾后水水質(zhì)指標(biāo)均明顯優(yōu)于過濾水，同時(shí)制水成本也大為下降。試驗(yàn)所測(cè)結(jié)果，出水水質(zhì)及水處理系統(tǒng)整體性能的因素主要有：懸浮物尺度：與常規(guī)氣浮系統(tǒng)不同，本試驗(yàn)氣浮單元進(jìn)水不是平緩地由反應(yīng)池引入，而是經(jīng)管渠系統(tǒng)而來，其中的懸浮物是破碎細(xì)小的磯花。所以，氣濾池表面大量浮渣的形成，說明水中懸浮顆粒的大小不是影響氣浮效果的主要因素；回流比：因?yàn)槿軞馑∽猿恋硭源_切地說，溶氣水與處理水量之比應(yīng)稱為“分流比”，但為便于理解，在此還是按習(xí)慣稱其為回流比?；亓鞅仍诤艽蟪潭壬峡刂浦鴼鉃V水的水質(zhì)。5，6，7樣本中均含回流比相異的兩組氣浮過濾水測(cè)試結(jié)果。比較各對(duì)照組可見，回流比增加后，過濾周期延長很多。如與5號(hào)樣，回流比由7%增至10%后，過濾周期由2小時(shí)延至8.5小時(shí)。增加回流比還可降低投磯量。如2號(hào)樣與3號(hào)樣的原水水質(zhì)差別不大，當(dāng)回流比由10.5%增到12%，對(duì)應(yīng)投磯量由4.10mg/l降至1.70mg/l后，氣濾池周期僅縮短18%，而濾池則縮短39%。表1氣浮過濾試驗(yàn)綜合測(cè)試表除沉淀水水質(zhì)外，影響回流比的主要因素是濾速。對(duì)比現(xiàn)行《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(BGJ13-86)規(guī)定，氣浮池向下流速一般采用5.40—9.00m/h，回流比為5-10%，溶氣壓力為0.2-0.4MPa。而本試驗(yàn)中，一般在回流比大于10%的條件下，才能保證氣濾水水質(zhì)以及足夠長的過濾周期。其原因除正處于高污染、高藻期外，濾速(等于氣浮池向下流速)過大(11-12m/h)是一個(gè)主要原因。過大的濾速一方面減少了氣泡釋放與浮升的時(shí)間，同時(shí)會(huì)在濾料層中產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。另一方面浮渣層由于缺乏足夠多的氣泡頂托，也不易穩(wěn)定。再由于氣濾池改建施工上的原因，難以保證待濾水與溶氣水的均勻分布與有效接觸，也使回流比增加。因?yàn)樵囼?yàn)期間正處于用城市供水緊張期，水廠清水池的水位總是處于低線，所以不宜減產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，以求得較低濾速條件下的最優(yōu)回流比。但從幾次單池短時(shí)降流的實(shí)際觀測(cè)所見，在同樣的回流比條件下，浮渣層的厚度、密度及穩(wěn)定性明顯增加。實(shí)際上，對(duì)回流比的大小應(yīng)作全面衡量。從實(shí)效上看，降低回流比的目的無非是希望節(jié)省氣浮系統(tǒng)動(dòng)力費(fèi)用，降低制水成本。由表2可見，盡管高的回流比增加了氣浮動(dòng)力費(fèi)，但卻大大延長了濾池的過濾周期，節(jié)約了大量的沖洗水。況且12%與7%回流比間的的電費(fèi)差額很小（29元/萬噸），相比之下，在水質(zhì)提高的同時(shí)，總成本也降低了很多。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況與要求的不同，合理選擇或確定回流比，不宜一概而論。如英國推薦的回流比就高達(dá)10—25%。本研究建議在原水受有機(jī)物污染，或?yàn)V速大于9m/h的情況下，采用大的回流比（大于10%一12%），在上與技術(shù)上都是有利的。當(dāng)原水水質(zhì)一般時(shí)，回流比則以小于10%為宜。根據(jù)這一原則，并考慮到離心泵Q—N曲線較為平緩的特點(diǎn)（水泵軸功率隨流量減少的降差很?。x泵時(shí)宜選用兩大一小三臺(tái)泵，單泵工作，其中一臺(tái)大泵為備用泵，以適應(yīng)不同水質(zhì)及回流比要求；對(duì)有機(jī)物及藻類的去除：對(duì)比各樣本，氣濾池對(duì)有機(jī)物的去除明顯高于濾池，尤其是對(duì)藻類的去除。在多數(shù)樣本中，濾池對(duì)藻的去除很少，尤其是樣本5（6），過濾水藻含量甚至高于沉淀水，這可能是由于濾層已為藻所飽和而致；過濾周期：過濾周期的長短直接反映了濾前水處理效果的好壞，特別是水中有機(jī)物對(duì)濾料絮凝吸附能力的干擾很大，往往造成濁度提前穿透。新工藝與原有工藝的最大區(qū)別正在于待濾水的水質(zhì)更好。由表1可見，一般情況下（樣本1一3）氣浮濾池過濾周期較濾池延長約14小時(shí)，而在水源污染期（樣本4—7），濾池周期極短，但當(dāng)采用較高回流比時(shí)，氣濾池周期可延長5—11小時(shí)。對(duì)水廠而言，在改善出廠水質(zhì)的同時(shí)能增加過濾周期，就意味著生產(chǎn)成本的下降，尤其是在原周期較短的情況下，效益更加突出;經(jīng)濟(jì)分析：表1中制水成本下降為根據(jù)各周期實(shí)測(cè)電耗值，按周口市工業(yè)電價(jià)（C電=0.40元/度電）和二水廠實(shí)際制水成本（C水=0.48元/噸水，其中已扣除二泵房輸配水成本）折算而得。折算結(jié)果表明，一般情況下制水成本可降低160—350元/萬噸，原水污染時(shí)，降幅更多。按日產(chǎn)水量3萬噸、成本降低225元/萬噸計(jì)，每年可節(jié)省成本近30萬元，若計(jì)入減少的磯耗，經(jīng)濟(jì)效益將更為顯著。操作水平：考慮到研究成果的實(shí)用性與可重復(fù)性，本次試驗(yàn)完全是在水廠實(shí)際的操作水平、運(yùn)行條件及運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行的，對(duì)實(shí)際存在的很多的不利因素未加以排除，同時(shí)，試驗(yàn)期間正處于源水水質(zhì)污染的不利條件下，因此所得研究成果真實(shí)地反映了混凝沉淀一氣浮過濾新工藝的實(shí)際應(yīng)用效果，具有較大的價(jià)值。試驗(yàn)結(jié)果表明：合理分配水處理系統(tǒng)中各單元懸浮物負(fù)荷，改善待濾水水質(zhì)是保證濾池正常功能和濾后水質(zhì)的關(guān)鍵；在傳統(tǒng)的混凝沉淀一過濾工藝中，增加氣浮工序后可形成的一種高效、低耗、實(shí)用的飲用水處理新工藝，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的沉淀一過濾工藝。通過處理單元的優(yōu)化組合，使懸浮物負(fù)荷分配更趨合理，提高了水處理系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的能力與運(yùn)行操作的靈活性，強(qiáng)化了整體性能；由于新工藝放寬了對(duì)沉淀水水質(zhì)的要求，因此，可以增加已有沉淀池的處理流量或提高新建沉淀池的設(shè)計(jì)負(fù)荷。這樣，新工藝除可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用外，還可降低改、擴(kuò)建或新建工程投資；在周口二水廠的試驗(yàn)條件下，氣浮濾池制水成本一般可降低1.6—3.6分/噸，污染期超過7分/噸，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。延長過濾周期，改善出水水質(zhì)，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益與效益；氣浮式虹吸濾池與氣浮式雙閥濾池工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)，不需增設(shè)構(gòu)筑物與刮渣機(jī)，投資省、見效快，尤其適合現(xiàn)有濾池的改造，還可作為其他類型濾池改造時(shí)的參考；溶氣水回流比的大小，對(duì)氣浮處理效果起著十分重要的控制作用?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)回流比的大小，適應(yīng)不同的水質(zhì)。因此，回流比的范圍以7-12%為宜，最好選用二大一小三臺(tái)泵，以單泵方式工作，其中一臺(tái)為備用泵，以適應(yīng)不同水質(zhì)及回流比要求；氣浮濾池濾速以小于9m/h為宜，否則應(yīng)采用大的回流比。3實(shí)例二：沉浮池湖北某鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠以長湖為水源，設(shè)計(jì)日供水量6千噸，原設(shè)計(jì)凈水流程及構(gòu)筑物池型為：原水-穿孔旋流絮凝池-斜管沉淀池-重力式無閥濾池-液氯消毒-管網(wǎng)工程建成后，隨著沿湖地區(qū)的快速，大量未經(jīng)處理的及生活污水排入其中，再加上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的，長湖水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，溶解性有機(jī)物含量加，水體呈富營養(yǎng)化，色、嗅、味顯著。除汛水期外（歷時(shí)幾周），水中懸浮物以有機(jī)顆粒及水微生物（如水藻）為主。這類物質(zhì)比重一般接近于水，即使加大投磯量，也很難由水中沉淀分離出來，從而使水微生物得以在濾池內(nèi)大量繁殖，一方面堵塞濾料層，使過濾周期縮短，另一方面，由于濾料受到污染，出水水質(zhì)難以滿足國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。更有甚者，濾后水水質(zhì)差于原水水質(zhì)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。嚴(yán)重時(shí)，水呈醬褐色，被用戶稱為“醬油水”，“腥臭水”。因?yàn)樗|(zhì)差，用戶數(shù)量銳減，水廠日供水量僅2千噸左右，以致生產(chǎn)成本高，水廠的經(jīng)濟(jì)效益及效益均受到嚴(yán)重影響?，F(xiàn)場情況表明，要獲得好的水處理效果，關(guān)鍵在于提高濾前水的水質(zhì)。因此，根據(jù)原水水質(zhì)特點(diǎn)，考慮將斜管沉淀池改為可切換為沉淀池或氣浮池運(yùn)行的“斜管沉淀/氣浮池”。改造后的沉淀池僅在原池中增設(shè)了兩面導(dǎo)流墻。隔墻1設(shè)于沉淀池起端，用于形成氣泡捕捉區(qū)（微氣泡與水中懸浮顆粒在此相互碰撞凝聚），隔墻2設(shè)于沉淀池未端，用于隔開浮渣并將澄清水從池的下部導(dǎo)入出水槽。在隔墻1下方開有導(dǎo)流孔，并設(shè)閘板1控制孔的開閉。當(dāng)原水濁度較高時(shí)（如汛期），打開閘板，這時(shí)水從池底進(jìn)入，向上通過斜管，沉淀水由集水槽收集，經(jīng)集水總渠送往濾池。這時(shí)池子的功能與一般斜管沉淀池?zé)o異。若將閘板關(guān)閉，并啟動(dòng)產(chǎn)微氣泡系統(tǒng)，水池即成為氣浮池。這時(shí)，水在氣泡捕捉區(qū)內(nèi)與微氣泡混合，向上溢流入氣浮區(qū)，氣-固凝聚體浮升水面成為浮渣，定期刮入排渣槽排除。澄清水向下通過斜管進(jìn)入出水區(qū)，由集水槽收集后送往濾池。沉淀與氣浮功能的切換非常方便。1996年年中，改造后的斜管沉淀/氣浮池投入運(yùn)行。濾前水質(zhì)獲得明顯改善，出廠水質(zhì)經(jīng)當(dāng)?shù)匦l(wèi)生防疫部門檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（BG5749-85）（表2）。表2水質(zhì)檢測(cè)表該技術(shù)改造成功的經(jīng)驗(yàn)說明，將斜管沉淀池改造為斜管沉淀/氣浮池是一種投入少，見效快、效益好的實(shí)用技術(shù)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益顯著。水質(zhì)改善后，根據(jù)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的原則，經(jīng)當(dāng)?shù)匚飪r(jià)部門核準(zhǔn)，水價(jià)得到調(diào)整。同時(shí)用水量及用戶數(shù)量也不斷增加，與96年同期相比，97年末水廠利潤增加287.1%，做到了政府滿意、用戶滿意、水廠滿意。投資省，簡單易行。由示意圖可見，整個(gè)改造工程僅增加兩面隔墻和一套壓力溶氣水制取及釋氣系統(tǒng)，斜管沉淀池的原有構(gòu)造不變；處理效果好，濾池過濾周期明顯延長。另外，與常規(guī)氣浮池相比，充分利用了池中原有的斜管，一方面提高了氣浮分離效率，另一方面斜管上附著的生物膜在水中溶解氧較為充足的條件下，對(duì)于氧化水中溶解性有機(jī)物有一定的輔助作用；運(yùn)行管理靈活，沉淀、氣浮功能切換方便，對(duì)原水水質(zhì)變化的適應(yīng)性