金海水厂TGV滤池浊度升高现象的研究与改善

沈 虹，倪晓波

(上海浦东威立雅自来水有限公司金海水厂，上海 200137)

因我国在政治、经济、文化等多方面凸显出来的举足轻重的国际地位以及人们对健康的日益关注催生着不断更新的生活饮用水水质标准［1］，如何进一步改善生活饮用水的水质已迫在眉睫。要使浑浊度和其他水质指标达到生活饮用水卫生指标，对于任何一个取用地表水的水厂，滤池是必不可省的工艺之一［2］。过滤是原水(沉淀水)通过颗粒介质(如无烟煤、石英砂、硅藻土等，总称滤料)以去除水中悬浮杂质使水澄清的过程［3］。过滤的目的是要去除沉淀或澄清后水中的剩余浊度，它是水厂常规净化工艺中去除悬浮物质的最后一道工序［4］，过滤作为给水处理工艺的最后一道工序，占有至关重要的地位［5］。因此，采取适当措施提高滤池的过滤效率对改善出厂水水质有着十分重要的意义。本文通过调查分析影响TGV滤池浊度上升的原因，研究在目前不能改变生产现场工艺设备的情况下如何采取有效措施来改善滤池过滤性能，确保出厂水质符合饮用水卫生指标要求。

1 调查内容与试验方法

1．1 调查内容

2013年11月起，金海水厂10组TGV滤池先后出现水头损失偏低、滤后浊度偏高的现象。特别在运行24 h后，单格滤池浊度就明显上升(个别最大值达到1 NTU持续几小时)，甚至直接影响到了出厂水浊度。

1．2 试验依据与方法

(1)快滤池进水预处理效果试验

混凝完善的矾花易被滤粒吸附和筛滤。如果混凝效果不好，一些细小的悬浮物在滤料表面没有足够的黏附力，容易穿透滤层。用烧杯搅拌试验测试青草沙原水在不同混凝剂加注量时，沉后浊度的变化。

(2)水温的影响试验

通常水温低，水的黏度大，水中杂质不易分离，混凝效果就不好。影响了进滤池的水预处理效果，滤层的截留能力就越低，杂质也更容易穿透滤层［6］。记录积累原水水温与滤池出水浊度的变化并作比较。

(3)水源的影响试验

如以青草沙水库水作水源时，会有很多藻类，不但堵塞滤层，而且会使滤后水产生色度［6］。金海水厂以青草沙水库为饮用水源，因此藻类生长是影响水库水质的重要因素［7］。目前对藻类每日检测仍无法实现，只能以原水浊度及氨氮变化做参考。但需要指出的是，在11～12月间，浦东地区启用青草沙原水的水厂都有不同程度沉淀池或滤池浊度升高的现象。所以，对原水浊度与出水浊度作比对寻找是否存在规律。

(4)滤料粒径的影响试验

一般而言，滤料粒径越大，滤层中孔隙率也越大，相应杂质的穿透深度也越深，滤层中含污能力随之增大，水头损失在过滤过程中增加缓慢，滤池工作周期也可以延长。含污能力增大，表示整个滤层所发挥的作用也越大［6］。对金海水厂运行状况相对较差的3#、5#、9#滤池进行测试，主要包括滤砂d10、k80、砂层厚度等参数，来判断TGV滤池滤砂是否符合过滤要求。

(5)滤池反冲洗的影响试验

随着过滤时间的延续，滤层中截留的杂质不断增加，滤层空隙率逐渐减小，因此，总的水头损失也在不断增加。水头损失是指滤池过滤时滤层上面水位与滤后水在集水管出口处的高差，用水柱高度(m)表示［8］。水头损失是决定滤池冲洗的指标，一般快滤池的冲洗前的期终水头损失在2．5～3．0 m左右。

金海水厂TGV滤池反冲洗参数:气冲300 s—气水冲650 s—水冲300 s—初滤水停留450 s。通过对相同运行周期时各滤池水头损失情况排摸，来研究进水分配不均匀是否会直接影响到过滤效果。

1．3 用生产性调试来改善TGV滤池浊度上升的情况

(1)进水量控制

通过调整用水高峰和夜间的进水量，尽量减少因水量波动而造成的浊度上升。

(2)调整加氯方式

以烧杯试验为基础，充分利用次氯酸钠的助凝作用，调整加氯，提升混凝效果。

(3)PID调整

在工业过程控制中，对于连续系统，目前采用最多的控制方法是PID方式。常规的PID调节以消除误差和减少外扰为目的，最佳整定参数一般包括KP、Ti、Td三个常用的控制参数，准确有效的选定是关于PID控制器是否有效的关键部分。

(4)滤池运行周期(参数)调整

从过滤开始到冲洗前(过滤终止)，这段实际过滤运行时间，也就是滤池水头损失接近期终水头损失所需的时间，或者说滤池两次冲洗间隔的实际时间，称为工作周期，又称过滤周期。过滤周期受滤速、滤前水质、水温及滤料性质、滤层结构等因素影响。

(5)停加后加矾

助凝剂的作用是改变进水中颗粒或滤料的表面性质和大小，以提高颗粒在滤层中的移动速度，防止滤速突然变化引起的滤池泄漏，延长滤池的工作周期，降低出水浑浊度，保证滤后水水质［18］。

在浑水中投加混凝剂之后，使胶体产生脱稳，促使颗粒在静电引力的作用下结合，使细小颗粒变成较大絮体。再加入PAM，利用PAM的架桥作用，使较大絮体之间形成“胶粒-PAM-胶粒”的结构，形成更大的絮体，在重力作用下更易沉淀。但是在已经形成较好的絮体之后再次添加混凝剂，则可能产生混凝剂的正电离子中和了PAM的负电离子，导致原有的“胶粒-PAM-胶粒”结构被破坏。

实践证明，当不改变原有净水设备的负荷，在滤池进水前投加一定量的凝聚剂(助凝剂)，能明显改善滤后水质，但也增加了滤池负荷，使滤池工作周期明显缩短［19］。

金海水厂使用聚硫氯化铝作为混凝剂，加注量在8～28 mg/L之间;聚丙烯酰胺作为助凝剂，一般加注量在0．15 mg/L以下。

2 结果与讨论

2．1 影响过滤效果的几个因素

(1)快滤池进水预处理效果

由表1可知沉后浊度与混凝剂的加注量有着直接的联系，但并不是加得越多越好，只是在某个点(范围)混凝效果相对较好。金海水厂在试验阶段的最佳投药量为15～20 mg/L。

表1 混凝剂加注量与沉后浊度的关系Tab．1 Relationship between Coagulant Added Amount and Turbidity after Filter

(2)水温的影响

表2为原水水温与滤后浊度的关系。

表2 原水水温与滤后浊度的关系Tab．2 Relationship between Turbidity after Filter and Water Temperature

由表2可知12月原水水温逐步下降直接导致滤后浊度上升，说明了水温影响混凝效果，与滤池去除效率有着必然联系。

(3)水源的影响

表3为原水浊度与出水浊度的关系。

表3 原水浊度与出水浊度的关系Tab．3 Relationship between Effluent Turbidity and Raw Water Turbidity

由表3可知12月原水浊度较11月上升了24．4%，沉后浊度虽然没有太大上升，但滤池去除率明显下降。

(4)滤料粒径的影响

由表4可知设计参数中，滤砂有效粒径为1．35 mm，不均匀系数小于1．3。但是从平均值看，9#滤池的不均匀系数已超出设计约10%，即在有效粒径接近的情况下，通过总重量80%的滤料颗粒大于设计值，也就是说滤砂变细了。同时，砂层厚度较运行初期下降了5% ～10%，对过滤效果有一定的影响。

表4 滤砂测试数据Tab．4 Date of Sand Filter Test

(5)滤池进水分配的影响

表5为滤池水头损失。

表5 1-10#滤池水头损失Tab．5 1-10#Filter Head Loss

由表5可知滤池水头损失均为同一周期内运行40 h的数据。由此可看出TGV滤池进水分配存在较大的不均匀度。

6#和10#滤池滤后水镜检图如图1所示。

图1 6#和10#滤池滤后水镜检图Fig．1 Microscopic Examination of Water after 6#and 10#Filter

由图1可知9#滤池反冲时，其附近6#、10#滤池的即时浊度分别为0．06和0．20 NTU。经威立雅公司水质中心检测后发现10#滤池中明显存在着大量透明颗粒(颗粒成分至今不明)，虽然最终确定不是藻类，但该颗粒却对光电浊度仪有反应，即说明这会造成浊度测定值偏高。

2．2 用生产性调试来降低上述影响过滤效果的因素所带来的浊度波动

(1)进水量控制

调整高峰时最大进水量1．6万 t/h，夜间1．2万t/h，即每日出水量32万t左右。每次加减水量时，控制2 000 t/次，尽量减少大水量波动对滤池浊度的影响。

(2)水库保持高水位

在夜间11点至次日凌晨5点之间将清水库的水位做到4．5 m，然后在用水早高峰的时候通过利用清水库的库存水来填充进出水量的差值，减少进水量的大幅度波动，从而稳定滤池的进水水量，防止出水由于水量骤变引起的波动。

(3)调整加氯

表6为不同加氯量下的沉后浊度比较。

表6 不同加氯量下的沉后浊度比较Tab．6 Turbidity Comparison after Different Chlorine Content Added

12月23日烧杯试验，同一原水条件下，增加前加氯对混凝效果有改善，如表7所示。

12月24日起，调整原来的前加氯-后加氨后加氯方式，改为前加氯-后加氨，使一步到位活氯加氨生成化合氯，如表8所示。

表7 12月23日10点～24点浊度情况Tab．7 Turbidity on 10 a．m．～24 p．m．，23rd Dec．

续 表

表8 12月24日10点～24点调整加氯后浊度变化Tab．8 Turbidity Change after the Adjustment of Chlorine during 10 a．m．～ 24 p．m．on 24th Dec．

由表7、表8可知在水量无明显波动情况下，前加氯做高虽然对沉淀池出口浊度无明显降低，但是滤后浊度明显下降，对出厂浊度稳定带来效果。

(4)PID调整

图2为10#滤池调整PID后阀门开启度48 h变化曲线。

图2 10#滤池调整PID后阀门开启度48 h变化曲线Fig．2 48 h Curve of Valve Opening after PID Adjustment on 10#Filter

由图2可知对滤池PID调整后，阀门开启度波动明显减小，趋势平稳，这也可以说明在阀门波动小的情况下对浊度的波动影响也相应减小。

(5)滤池运行周期调整

由图3可知10#滤池反冲洗周期从原来的40 h调整到24 h后，滤后浊度明显好转且稳定。

图3 10#滤池反冲洗周期调整为24 h后的7天曲线Fig．3 7 days Curve after Adjustment the Backwash Cycle to 24 h on 10#Filter

(6)停后加矾

1月8日起停加单边后混凝，即1#～5#继续投加后混凝，6#～10#停止投加。然后，两边都停止后加矾。

表9为停止后加矾对滤池水头损失及浊度的影响。

表9 停止后加矾对滤池水头损失及浊度的影响Tab．9 Influence of Turbidity and Head Loss after Stopped Alum Adding to the Filter

结果:由表9可以看出，停止单边投加后混凝后，1#～5#滤池与6#～10#滤池相近时间的水头损失有较大的差别，停止投加后混凝的滤池水头损失趋于设计理论，从数值上可以判断其水中杂质已被滤池中的滤砂截留，滤后浊度也相应降低。

3 结论

调查发现金海水厂存在以下问题而导致TGV滤池浊度升高。

(1)滤砂粒径太大导致无法滤除较小杂质。

(2)原水水量波动较大时影响滤池出水稳定性。

(3)由于构筑物沉降或其他原因造成各个滤池水力分布不均。

(4)原水公司对青草沙水源进行间歇性加氯、加粉碳，对原水水质有影响造成水厂常规工艺不能及时频繁调整。

(5)对原水藻类和其他水质参数(或水体中不明物质)知之甚少，不能满足制水工艺调整需要。

(6)反冲洗废水池液位下降速度无法跟上需要减少滤池反冲洗间隔的时间，导致滤池反冲洗达不到要求而无法反洗。但需要考虑到实际生产运行中反冲洗废水池的液位限制，有溢流向外排放的可能。

在2013年11月～2014年1月的针对性试验中有明显改善的措施。

(1)调整加药能降低TGV滤池浊度

停加后混凝能有效增加滤池水头损失，避免滤池砂层穿透。

(2)调整进水负荷能降低TGV滤池浊度

调整滤池清水阀限位，通过控制出水流量来抑制进水流量，使多余的进水能比较均匀地分配至其他滤池。

(3)调整滤池运行参数能降低TGV滤池浊度

缩短滤池运行周期，增加反冲洗频率，可以有效降低滤后水浊度。

所以，在经过三个月的调查和阶段性试验后发现，在目前常规净水工艺的生产条件下，特别是低温季，金海水厂需要通过控制前后加药方式(量)搭配，并采取小水量、多冲洗的多项措施，来改善TGV滤池的过滤效果，使滤池浊度在控制要求的范围内。

［1］GB 5749—2006，生活饮用水卫生标准［S］．北京:中国标准出版社，2007．

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［7］周超，高乃云，赵世嘏，等．上海青草沙水库水质调查与评价［J］．同济大学学报(自然科学版)，2012，57(6):73-77，102．