微涡流絮凝/立式斜管沉淀/曝气生物过滤/气水反洗过滤技术应用于水厂建设

刘华

（华容县水利局 岳阳市 414200）

1 工程背景

华容县自来水公司自1968年成立，从无到有，从小到大，不断发展，目前一、二水厂实际总供水能力为（2.6～2.8）万m3/d，近年来由于城区人口和工业不断增长，而县城现在高峰期实际需水量为（4.2～4.5）万m3/d，供需水量差额较大，自来水公司只能采用早、中、晚定时供水的方式供应居民生活用水，面对如此紧迫、严峻的供水形势，2009年3月决定建一座3.0万m3/d的水处理厂，解决供水的被动局面。该水厂由中机国际设计研究院设计，于2010年8月建成投产，主要为华容县城区供水，设计处理能力3万m3/d。水厂采用微涡流絮凝/立式斜管沉淀/曝气生物过滤/气水反洗过滤工艺，工艺流程见附图。

2 工艺思路

絮凝、沉淀与过滤是目前主流的供水净化工艺，可以可靠地运行，去除水中的悬浮与胶体杂质，使出水浊度符合国家标准。微涡流絮凝与立式斜板（管）沉淀工艺，目前是世界上最先进的絮凝沉淀工艺，可以适应高、中、低各种浊度变化，保证处理效果。微涡流絮凝的效率是传统工艺的两倍以上，立式斜板（管）沉淀工艺也是目前世界上平面效率最高的沉淀工艺，在所有沉淀工艺中占地面积最小，且克服了普通斜板（管）沉淀池积泥、易堵塞和易滋生藻类等缺点。

曝气生物滤池是目前公认处理微污染原水的最佳工艺，其采用具有巨大表面积的生物陶粒滤料，在氧气作用下可以生长大量生物膜，生态系丰富，可以高效率地去除各种有机污染物。将曝气生物滤池放在絮凝沉淀工艺之后，可以保证其不会因浊度高而堵塞，实现稳定运行。在高浊度季节，除浊度是重点，如果原水有机物含量较低，曝气生物滤池可以不曝气运行，相当于滤池的作用，既节约风机运行电费，又实现两级过滤，确保除浊效果；在低浊度季节，除有机物是重点，曝气生物滤池则正常曝气运行，可以去除水中的有机物。

气水反洗快滤池是源自法国的V型滤池专利技术的改进工艺，通过均质滤料与气水联合反洗技术，实现较大防污能力和较好的出水质量，且采用全自动控制，保证运行效果。

该工艺中絮凝剂采用PAC（聚合氯化铝）。消毒剂则采用液氯，这是目前国家规定允许的最经济和安全的消毒方式。

3 工艺选择

华容河的水质特点是枯水季节浊度较低，由于源头污染物的流入，河水受到一定程度的污染，主要污染物为有机物。洪水季节污染相对较轻，枯水季节污染相对较重，另外，由于河水流量小，耐受冲击污染负荷的能力较差，有可能在短时间受到严重污染冲击。长江的水质特点是洪水季节浊度较高，但由于其流量大，容污能力强，水质相对较好，也较稳定。由于三峡水库建设后控制了流量，平时长江流量较均匀，洪峰流量较低，大部分时间水质浊度较低。考虑两个水源具有各自的水质特点，选择适当工艺，使源水通过水处理工艺后，出水水质满足新的规范（GB5749-2006）要求；因此水处理工艺流程必须同时适合处理两种特点的源水，经过现场实地考察及多次技术认证，综合考虑采取以下适应高、中、低各种浊度变化及微污染源水处理的工艺流程。即采用微涡流絮凝、立式斜管沉淀、曝气生物过滤、气水反洗过滤技术进行建设。

4 工艺说明

4.1 工艺选择原则

（1）遵照国家、省市环保部门有关法规要求。

（2）总结国内外同类供水工程的成功经验，保证处理工艺先进、合理、经济、可靠。

（3）为适应水量和水质的变化，处理构筑物将适当留有余地，以便在高冲击负荷下，处理效果也将保持稳定。

（4）采用适宜的自动化控制，简化操作程序，减轻工人劳动强度，保证效果稳定。

（5）结合实际情况，提出工程造价和运行费用最低的方案。

（6）保证合理利用土地资源，尽量节省占地面积。

4.2 工艺流程介绍

（1）混合。混合是原水与混凝剂或助凝剂进行充分混合的工艺过程，是进行絮凝反应和沉淀的重要前提。混合过程要求在加药后迅速完成，混凝的速度要快，药剂在水流造成剧烈紊动的条件下投入，一般混合时间（10～30）s。根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定，采用管式静态混合器混合；管式混合器具有设备简单、不占地和混合效果好等优点。

（2）絮凝。絮凝过程就是在外力作用下，使具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，从而形成更大的絮粒，以适应沉降分离的要求。在净水构筑物中，完成絮凝过程的设备称为絮凝池。絮凝过程在整个净水工艺中是一个十分重要的环节。原水与药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。

微涡流技术原理如下：

当水流穿过微涡流絮凝器壁面的大量孔洞时，形成无数微水旋涡，根据现代混凝理论，微涡旋有利于水中细小颗粒的迁移和碰撞凝聚，提高反应效率。又由于微旋涡絮凝器为空心壳体，内部流速小，大量较大粒径的絮体（矾花）在微涡流絮凝器内积累悬浮于水中，悬浮的絮体称为泥渣，泥渣对细小絮凝体产生吸附作用——即接触絮凝。此外，微涡流絮凝器还具有防止水流短路，使水流均匀分布以及提高流速梯度等作用。

由于较传统工艺增加了接触絮凝作用，使得絮凝系统有了较高的效率和出水水质。同时由于絮凝器内部积累的大量活性絮体的缓冲作用，使得净水系统抗冲击负荷能力大大增强，克服了折板反应器不能适应水量变化大的缺点，同时对类似水库的低温低浊水的处理能力也得到了一定程度的提高。

微涡流絮凝工艺的核心是微涡流絮凝器，利用微涡流絮凝器促进微涡流凝聚、立体接触絮凝，生成高密实度的矾花，总反应时间（5～8）min。应用该技术可以显著改善出水水质、提高产水量50%～100%，可以节约反洗水量50%以上、药剂5%～10%，对于扩能改善更能节约大量投资。

（3）沉淀。给水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程。在净水处理中沉淀担负着去除90%以上悬浮固体的作用，是主要净水构筑物之一。沉淀池的形式，应根据水源水质、水厂规模、建设用地情况选择，并结合絮凝池结构形式等因素确定。沉淀池一般有平流式沉淀池、辐流式沉淀池、竖流式沉淀池及普通斜板（管）沉淀池等形式。

由于本扩建工程场地面积较小，拆迁困难，用地受到限制，故斜（板）管式沉淀池成为了本次工程设计的理想选择。

斜板（管）沉淀是目前最高效率沉淀工艺之一，其沉淀效果好，占地少。斜（板）管式沉淀池的关键设备为立式斜板（管）沉淀装置。立式斜板（管）工艺的采用，其不但保持甚至提高了斜板（管）沉淀的高效率，且彻底解决了上述水平斜板（管）沉淀工艺的三大问题。

（4）生物过滤。曝气生物滤池简称BAF，是20世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用。

曝气生物滤池的处理过程包含了物理化学、生物化学和水力学等诸多过程。这种处理技术是利用生物滤料巨大的比表面积和大量微孔的吸附截污的功能，以及滤料表面形成的一层生物膜的生物降解作用来完成去除污染物的功能。生物膜上的微生物主要是一些好氧贫营养性微生物，这些微生物的重点是能利用各种化合物，产生对代谢产物具有高亲和力的转移酶，呼吸速率低，能在有机物浓度极低的环境下快速生长繁殖。源水在与生物膜接触时，通过微生物的新陈代谢活动和生物絮凝、吸附等综合作用，使源水中的氨氮、有机物、铁和锰等逐渐被氧化和转化，达到净化水质的目的。

该工艺集生物氧化和截留悬浮固体于一体，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好；运行能耗低，运行费用省，减轻了后续滤池的负荷，是目前微污染有机物水源进水厂应用较多的技术。采用国内高品质生物滤料，因其具有原材料来源丰富，比表面积大（逾100万m2/m3），对色、嗅、味、农药、氯化物等有着较好的去除率。

（5）过滤。本工程采用均质滤料，小阻力配水系统及增加空气反冲洗系统的改良型快滤池。这样就克服了V型滤池土建施工较复杂、池深比普通快滤池深的缺点，同时强化了普通快滤池的优点，增加了气水反冲洗系统，冲洗效果比一般快滤池好。该滤池的特点是：

●气水反洗快滤池采用均粒滤料，深层截污、容污能力大、工作周期长，可以去除水中的固体杂质，进一步提高水质，使出水浊度降低到（0.1～0.5）NTU。

●气水反洗快滤池反洗采用气水联合反冲的方式，不仅能去除滤料层截留的杂质，而且节省反冲洗水量。

●反洗配水采用长柄滤头，保证布水、布气均匀。

●各滤池内均设置液位变送器、出水自动控制阀等先进设备，过滤和反冲洗运行全过程均由计算机自动操作。

5 运行效果

整个建设工程简单，施工方便、工期短、建设费用低。从自来水公司的运行数据看，建设竣工后水厂运行效果比较理想。夏季高浊度原水 （＞250NTU）时滤后水浊度（0.2～0.3）NTU，冬季原水微污染时，污染物指标全部达标，处理水量超过30000m3/d。

6 结论

微涡流絮凝/立式斜管沉淀/曝气生物过滤/气水反洗滤池技术应用于水厂建设中，可以少占耕地（50%）、节省投资（35%），增加水量（30%），降低出水浊度；且建设的周期短，可以短时间内满足缺水地区对供水的需求，降低了建设成本；可以适应原水的季节性变化。因此该项技术具有显著的经济效益和社会效益。

1 王白杨，熊树林，胡兆吉，等.斜管沉淀技术用于澄清池的改造[J].中国给水排水，2006，22（14）：19-21.