逆流式气浮过滤一体化净水技术的应用

赵海翔，王 丽，于海波

(鸡西市自来水公司，黑龙江鸡西158100)

鸡西市自来水公司第一净水厂原设计供水能力1.2万t/d，该厂以穆棱河水为原水，采用渗渠取水、加氯消毒处理工艺。因设备陈旧，工艺落后，供水能力逐年下降，特别在冬季枯水期季节，日供水量仅为0.5万t/d。另外，由于穆棱河水质近年来污染严重，一水厂加氯消毒过程中投氯量偏高，增加了氯与水中的有机污染物反应生成三卤甲烷(THMs)等三致(致癌、致突变、致畸)物质的可能性，严重威胁用水安全。为彻底解决一水厂水质超标问题，根据原水水质特点和现有条件，经与哈工大环境学院合作研究，选用了微絮凝、气浮过滤一体化、二氧化氯消毒水处理工艺。下面将该工艺流程的气浮过滤一体化及气浮系统的结构原理和应用情况介绍如下:

1 净水系统结构及工作过程

1.1 系统结构

逆流式气浮过滤一体化净水系统主要由气、液流量计，EDOR多项流溶气泵，压力罐，穿孔释放管和气浮池(滤池)等组成，其中滤池采用均质滤料(滤料粒径0.8～1.0 mm)，气水反冲洗，恒水位过滤方式。其工艺结构见图1。

图1 逆流式气浮过滤一体化净水工艺结构图

1.2 工作过程

在系统正常工作状态下，部分经气浮过滤处理的清水回流至溶气泵，通过调节进气管上截止阀，使泵进口管道呈负压，空气自动吸入泵前管道和水一起进入泵内，又有溶气泵的特殊结构和功能，在泵内建立压力的过程中，产生气液两相的充分混合，并使空气在水中溶解达到饱和状态，形成溶气水(溶气泵产生的溶气水的流量和压力可通过截止阀1和3进行调节，空气吸入量通过截止阀2调节)。

溶气水出泵口后，在容器管段和压力罐内流动状态进一步稳定，进入溶气水干管(要求溶气水在管道内的总停留时间≥1 min)，经过截止阀3减压后，进入滤池内穿孔释放管，溶气水通过管上均布的孔眼(直径φ5 mm)均匀分布在池内，其释放出的微气泡与原水加药后形成的微小絮粒互相碰撞、接触黏附，形成气浮体，上浮至池面形成浮渣层，清水向下进入滤料层进行过滤，从而实现泥水分离的过程，池表面的浮渣层待滤池进行反冲洗时随冲洗水一起排出。

2 净水技术应用及研究情况

2.1 生产运行数据及其技术经济分析

逆流式气浮过滤一体化净水工艺具有水质适应性强，运行方式灵活的优点。根据原水水质特点，既可以微絮凝过滤单独运行，也可以过滤气浮工艺串联运行，在制水生产实践中根据原水时期和水质不同，分别采用了不加药直接过滤，加药微絮凝过滤及气浮过滤3种运行方式，各种生产运行数据及其分析见表1。

表1 原水直接过滤(不加药)生产运行数据表

由表1可见，在原水浊度＜12NTU时，采用原水不加药直接过滤的方式运行，滤后水浊度就能达标，而制水成本却没有多大增加。

表2 微絮凝过滤(加药)生产运行数据表

当原水在12～50NTU时，采用微絮凝过滤方式，硫酸铝药单耗在10～20 mg/L，即可将出厂水浊度控制在3NTU以内，与常规混凝、沉淀、过滤水处理工艺相比，硫酸铝药单耗仅为其1/4～1/2(在相同原水水质条件下，常规水处理工艺硫酸铝药单耗一般为30～40 mg/L)，微絮凝过滤在保证水质的前提下，可节省投药量25% ～50%，具有客观的经济效益。

表3 气浮过滤(与过滤对比)生产运行数据表

由表3可见，当原水浊度超过50NTU时，单独微絮凝过滤运行出水浊度已超标，且过滤周期也已明显缩短，采用气浮过滤串联运行后，水质处理效果明显好转，在原水浊度50～150NTU，仍能将出水浊度控制在3NTU以内，且过滤周期明显延长，为单独微絮凝过滤的2倍，投药单耗也有所降低，可节省投药量20% ～30%，扣除气浮系统运行动力费用，制水成本仍大幅降低，水质处理效果和经济效益均十分显著。

2.2 运行中掌握的技术参数及注意事项

2.2.1 溶气泵吸水管真空度

溶气泵启动运行稳定后，应缓缓开启进气阀，使泵吸水管真空度达到－0.01～－0.02 MPa，以保证空气顺利吸入溶气泵内与水混合，形成溶气水。

2.2.2 溶气压力

溶气压力与空气在水中的溶解度和溶气水释放微气泡直径大小有关，一般将溶气压力调节到0.45 MPa以上，以提高空气在水中的溶解度，使之达到饱和，并使溶气水释放时形成直径＜30 μm的超微气泡，提高气浮效果。

2.2.3 回流比

回流比是指回流水量站处理水量的比例。新型气浮系统的回流比要比传统的压力溶气系统高2～3倍，一般控制在25% ～35%，以保证气浮效果的实现。

2.2.4 气液比

气液比是指水中溶解的空气量与回流水量的比值。只有保证足够的空气吸入量，才能达到要求的空气溶解度，气液比一般控制在10%左右。

2.2.5 药单耗

药单耗是指水处理是单位水量所投加的混凝剂量。一般控制≤30 mg/L，对于微絮凝过滤和气浮工艺来说，只要求形成微小的绒体，若药单耗达形成大颗粒，反而会引起滤料表面堵塞和气浮失败。

2.2.6滤速

滤速是指每平方米滤料单位时间内通过的水量。一般应控制在8 m/h以下，以免过滤是杂质穿透过深造成滤池出水水质超标或将气泡带入滤料形成气阻。

3 经济效益分析

逆流式气浮过滤一体化净水技术能有效地提高水质，降低制水成本。现将经济效益分析如下:

3.1 延长过滤周期，节省反冲洗水费用

按每个滤池每周期反冲洗水量200 t计，一水厂共有6个滤池，过滤周期延长2倍，反冲洗数量节省200 t×6个/d×50%=600 t/d。按现一水厂制水成本0.5元/t计，每日可节省反冲洗水费用600 t/d×0.5元/t=300元。

3.2 降低混凝剂药单耗，节省药剂费用

现一水厂产水量2万t/d，单独过滤是混凝剂硫酸铝单耗一般30～40 mg/L，采用微絮凝气浮过滤可将硫酸铝药单耗降至 10～20 mg/L，节药率近 50%，每日可节省药剂20 000 t/d×35 kg/kt(mg/L)=350 kg，硫酸铝现价约2 000元/t，则每日可节省药剂费用350 kg×2 000元/t=700元。

3.3 气浮系统(溶气泵)动力费用

溶气泵电机功率为18.5 kW，按每日运行24 h计，每日耗电量为 18.5×24 h=444 kW·h，按鸡西现行工业电价0.65元/kW·h，每日溶气泵动力费用为444 kW·h×0.65元/kW·h=288.6元/d。

3.4 年综合费用

应用逆流式气浮过滤一体化净水技术，每日降低制水成本(300+700－288.6)=711.4元，每年可节约制水成本711.4元/d×365 d=25.96万元。

4 结束语

采用逆流式气浮过滤一体化净水技术，无论在处理效果，投资占地，运行管理，适应水质变化等方面，都较以往的气浮过滤技术优越。它与传统的气浮池不同之处在于:①溶气水释放的位置从外面的排水渠改到池内，在池内均匀分布溶气水，投药混合的原水和溶气水逆流接触，在池内形成一层均匀、浓厚的气泡层，表面脱稳的气泡颗粒有再被黏附的机会。②具有滤池运行水位自动控制装置，采用恒水位过滤，气浮工艺不受滤池水位的影响，保证了气浮工艺稳定运行，防止浮渣层破坏，使已被气泡吸附的颗粒脱落。③采用新型溶气技术，溶气泵边吸水边吸气，水和气在泵内被加压混合，气液溶解效率高，形成直径10～20μm的超微气泡，在气浮池中上升速度慢，对池扰动小。④整个气浮工艺系统结构简单，无需其他加压泵、空压机及释放器等设备，操作管理方便，易于控制。

[1]鸡西市自来水公司.给排水设计手册[M].鸡西:鸡西市自来水公司，2008.