低温低浊原水加砂高速沉淀工艺探析

何际平，胡海旺

（1.黄河万家寨水务控股集团有限公司，山西 太原 030012；2.山西黄河呼延建设工程有限公司，山西 太原 030023）

1 国内水处理工艺现状

随着我国经济的快速发展，人们生活水平的提高，居民健康意识增强，对饮用水水质要求不断提高。为遏制大量工业废水、生活污水随意排放及环境破坏导致的自来水水质恶化趋势。2007 年7 月1 日，国家出台了《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）的强制性标准，出厂水水质检测指标由原来的35 项增加到106 项，且要求更加严格。

华北地区每年有3～5 个月的低温期，在饮用水给水水源中出现了一种较难处理的水质——低温低浊水，增加了水处理的难度和复杂性。目前绝大多数城市自来水厂常规水处理工艺，采用的是加药、混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒为主的传统工艺，很难保证低温期自来水的出水水质。其中混合、絮凝、沉淀是饮用水水处理工艺中最关键的处理单元，处理效果的好坏，直接影响后续处理单元的处理效果，以致影响到出厂水质。

2 加砂高速沉淀工艺

2.1 Actiflo加砂高速沉淀池原理

加砂高速沉淀工艺特点：

图1 Actiflo加砂高速沉淀池原理图

（2）粒径80～100 μm 具有较高的比表面积的微砂，投加到絮凝池中，并持续循环，可以作为絮体形成的核子。

2.2 加砂高速沉淀池工艺内容

加砂高速沉淀池，由混凝池、絮凝池（熟化）和沉淀池三部分组成，工艺流程图如图2 所示：

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图2 加砂高速沉淀池工艺流程图

混凝池：原水首先进入混凝池，在混凝池入口处投加混凝剂（通常是铝盐或铁盐，在快速搅拌器的作用下使水与混凝剂均匀混合。

絮凝池：加有混凝剂的水随后进入絮凝池，投加微砂和高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）后，慢速搅拌器进行动态混合，提高混凝固体、高分子聚合物与微砂的粘结几率。缓慢的混合过程促使絮体熟化，微砂不断地粘结成为新形成絮体的核心，絮体逐渐增大加重，污染物沉淀速度加快。

沉淀池：经过絮凝后，澄清水经上部蜂窝状斜管，流至不锈钢集水槽。熟化后的微砂芯絮体，由于重力作用顺着斜管底部沉淀于池底，由刮泥机收集至沉淀池底部的中央区域，用微砂循环泵按一定比例抽出，从循环管路流至水力旋流器，利用微砂与污泥的质量比差异，在水力旋流器内进行泥砂分离。微砂从旋流器下部再次回到絮凝池循环使用，污泥从上层流溢管道排放至污泥池，然后通过污泥泵输送至污泥处理系统。

此工艺絮凝时间只需8 min，沉淀时间少于10 min，处理水的水质良好,处理速度较快。

2.3 加砂高速沉淀池工艺设计参数

2.3.1 工艺参数

某水厂供水规模40 万m3/d；自用水系数按6%计算，则设计计算水流量为17 667 m3/h；设计原水平均浊度≤3 NTU（最大30 NTU），设计出水平均浊度＜1.2 NTU（最大≤2），微砂投加参数如表1。

根据以上设计条件，加砂高速沉淀池各水处理构筑物工艺参数如下：混合池总格数4 格，单池有效容积175 m3，设计停留时间2.3 min；絮凝池总格数4 格，单池有效容积605 m3，设计停留时间8.2 min；沉淀池总格数4 格，单池有效容积115 m3，上升流速36.8 m/h，沉淀池斜管倾斜角度60°，长度为1 m，间距为40 mm；后混凝池的总格数2 格，单池有效容积305 m3，设计停留时间2.06 min。单系混合池-絮凝池-沉淀池的水处理量10 万m3/d，单格后混凝池的水处理量20 万m3/d。加砂高速沉淀工艺化学药剂消耗量如表2。

表1 微砂投加量参数表

表2 加砂高速沉淀工艺化学药剂消耗量

3 加砂高速沉淀池与折板絮凝斜管沉淀池方案比较

3.1 加砂高速沉淀池概况

加砂高速沉淀池工艺较为复杂，国内建成并运行的系统有两个：上海临江水厂扩建工程，一期水处理量20 万t/d（2006 年）。北京水源九厂改造工程，二期A 系列（2005 年）和B 系列（2007 年）共计水处理量68 万t/d，以上两座水厂水处理效果很好，特别是北京水源九厂属于低温低浊原水，与本研究项目水厂原水类似，采用加砂高速沉淀工艺，水处理效果好，保证了2008 年北京奥运会期间安全供水。

华北地区某水厂原水为黄河万家寨水利枢纽和汾河水库的混合水，原水水质基本达到《地面水环境质量标准》（GB 3838-88）中的Ⅲ类标准。原水年平均浑浊度较低，特别是冬季，水温0～4℃，浊度1～3 NTU,属于典型的低温低浊水质。科学地选择适水厂的净水工艺，可以提高水处理效果，达到技术先进，经济合理，保障市区长远供水安全。某水厂二期工程为市属重要基础设施建设项目，是华北地区建设规模较大、自动化程度较高的现代化大型地表水处理厂之一。项目建成投产后总供水规模可达80 万m3/d，不但可以在供水水量和供水品质上极大地满足市区用水需求，还能很好地保护地下水资源，具有良好的社会效益。

3.2 技术方案比较

某水厂二期工程水处理工艺中，加砂高速沉淀池与折板絮凝斜管沉淀池，两方案技术比较。

（1）折板絮凝斜管沉淀池，是水处理行业中一种较为成熟的常规处理工艺，在国内有较多的成功应用案例。具有工艺相对简单，管理方便；配套设备少，设备维护维修量少；运行费用少等优点。

缺点是该工艺池型大，占地面积大，同时增加了净水车间厂房面积，一次性投入高。而且当原水藻类含量较高时，需配套投加预氯或高锰酸钾等其它综合手段。

（2）加砂高速沉淀池，加砂高速沉淀工艺中，投加了微砂作为形成高密度絮体的沉降核，絮体更容易被沉淀去除。工艺絮凝时间，较折板絮凝斜管沉淀池缩短了20 多min，且具有良好的去除藻类能力，处理低温低浊水效果较好。具有池型小，占地少的优点，减小了净水车间厂房面积，降低了项目建设总投资。

缺点是工艺相对复杂，设备比较多，主要配套设备需进口，设备费较贵；常年投加PAM 助凝剂，易在滤层表面形成粘结层，对滤池运行有一定影响，但可缩短滤池的过滤周期；微砂投入后加重了设备磨损，增强了刮泥机、螺杆泵、沉泥脱水机等设备的磨损；所以设备维修及运行费用较高。

3.3 经济方案比较

加砂高速沉淀池工艺，主要配套设备需进口，设备费较贵，但整体池型较小，节约土建费。与折板絮凝斜管沉淀池工艺相比，池体和净水车间厂房土建费用有较大节省，总的工程投资低。

该工艺需投加PAM（常年投加）和微砂，投加化学药剂费用高于折板絮凝斜管沉淀池方案，Actiflo沉淀池装机容量和电耗也要高一些，常年运行费用高于折板絮凝斜管沉淀池方案。

相对折板絮凝斜管沉淀池，加砂高速沉淀池工艺对原水水质变化适应性强，具有处理效率高、占地面积少、建设成本低等优势，尤其是在应对低温低浊原水的能力上更强一些。两种方案经济性比较见表3。

表3 加砂与折板絮凝沉淀方案经济比较

4 结论

为应对日益严重的原水水质恶化，确保城市供水安全，根据低温低浊原水水质特征，并结合一期工程运行情况，二期工程的混凝、沉淀处理工序，选用加砂高速沉淀工艺。建议调试及运行过程中，需针对药剂对原水水质的作用效果，选择最优投加量，优化处理工艺，节省药剂用量，降低运行成本。