微絮凝直接过滤工艺在自来水厂扩建工程中的应用

朱昭福

（崇义源水工程建设有限公司，江西 崇义341300）

1 引言

在微絮凝直接过滤技术的施工流程中，絮凝剂的加入需在水进入滤池之前完成，而后在滤池中进行絮凝反应并产生沉淀，这2 步工序直接在滤池中完成即可。若以传统的絮凝过滤技术进行，则需经过反应池及沉淀池才可完成。由此可知，该种工艺技术能够带来较好的成效，且施工所需的占地空间较小。在水中加入絮凝剂能够有效地使自来水中的磷形成絮体，进而产生沉淀被过滤。

2 工程概况

以崇义县旧自来水厂的改扩建工程为研究案例，该旧水厂有逾20a 的历史，输水管道全长有9.24km。由于城区扩大用水人口增加，该水厂目前正在实施输水管扩建工程，扩建后日输水能力可达5.0×104t/d，依据改扩建新自来水厂的实际需求，结合区域范围内的实际环境，将新水厂的位置设于旧自来水厂的西侧，新水厂的占地面积约8 704.16m2，经由改扩建，将水厂的制供水规模由2×104t/d 增加至5.0×104t/d。

3 微絮凝过滤

微絮凝过滤能够使过滤池中过滤材料的含污能力大幅提升。相较而言，该种过滤工艺在絮凝体微小且多的自来水中使用效果更佳。由于微絮凝体自身的特点，其能够进入过滤层内部，进而使更多的过滤料能够吸附微絮凝体。基于此，其能够使含污层的厚度提升，进而使过滤池的过滤效果增强。使用微絮凝的方式进行过滤，会使过滤周期变长，进而降低反冲次数，提升过滤后自来水的质量，且能够过滤更浊的水体【2】。

为了使微絮凝体的整体性能增强，可运用以下2 种方式实现：（1）若待过滤水较为浑浊，待加入絮凝剂之后，则使水直接排入过滤池中，也可等待絮凝剂发生反应形成一定量的微絮凝体后再排入过滤池，该种过滤技术即微絮凝的直接过滤法；（2）若待过滤水较为浑浊，或浊度虽低但变化情况多，水中存在的藻类数量较多，则需在沉淀池中先产生絮凝体并沉淀过滤，使自来水中的藻类及浊度减小，而后再排入过滤池，并再次加入絮凝剂，此时加入的絮凝剂通常会增加一定量的高分子凝聚剂。过滤池中的水由于絮凝剂的再次加入，会形成一定数量的微絮凝体，进而被水中的过滤料所吸附。这种过滤工序需加设过滤池，主要目的在于降低水的浊度，使二次加入的絮凝剂能够较好地发挥性能。该种过滤方式在国外也被运用于浊度偏低的自来水过滤中。

4 原水水质及处理工艺

结合该水厂的水质检测结果可知，水厂原水的水质符合相关规定中地表水的工类水质要求。水的温度四季均维持于14～17℃，且水的浊度低于15NTU。该水厂的温度及浊度均处于标准值内，且存在较少的藻类。

由于温度及浊度较低，该水厂的水质具有黏度大、水内微粒小且大小差异不大等特点，因此产生絮凝的时间较长，形成的絮凝体体积小，因而难以沉淀，成为一大施工难点。经相关研究结果可知，具有该种特点的水体较适用于微絮凝直接过滤，运用该种过滤技术能够提升整体效率。此外，该种过滤技术的操作方式简便、施工占地少，且能够在一定程度上减低工程总投资成本【3】。

结合旧水厂的水质温度、浊度及施工环境，拟使用微絮凝直接过滤技术进行水体的过滤。具体流程如下：原水（重力）→管道混合器（加药）→反应（网格）→沉淀（斜管）→过滤（翻板）（气水反冲洗）→消毒→清水池→管网。

5 主要构筑物选型与设计参数

5.1 混合与加药

由于施工场地环境的限制，以管式静态混合器来完成水体的混合作业。该种混合器具有占地空间较小、无须另外的动能、安装方式简单等优势。本工程运用2 组三段式管式静态混合器，管的直径规格为DN700mm，以1.26m/s 的混合速度进行3.0s。

以碱式氯化铝作为絮凝剂，依据方案参数，加入量设定为20mg/L，借助隔膜计量泵来实现絮凝剂自动添加。若施工时间为冬季，则会降低絮凝效果，因此，需结合实际情况添加聚丙烯酞胺助凝剂，加入量设定为20mg/L，同样借助设备来实现自动添加。

5.2 微絮凝池

案例中的絮凝池为网格形式。该种絮凝池的设计源于紊流理论，在与流程相距规定距离的过水断面内架设网格，以借由网格能量来产生絮凝。该种方式的优点在于，网格所产生的能量分布平均，因此水中微絮凝体会受到均等的撞击。此外，若水体温度及浊度较低，网格形式能够促进絮凝体的形成，进而一定程度上减少药剂的使用量，降低絮凝所需的时间，有效地解决了由于温度及浊度较低所面临的施工难点。图1 为网格微絮凝池。

图1 网络微絮凝池

将絮凝池与过滤池设计为一体式，前者为网格絮凝池，后者为过滤池。将网格絮凝池分2 处，二者之间相互独立，一组有16 格，每小格的面积为4m2，池中水深控制为4m，发生絮凝的时间设定为8.8min。将絮凝池以网格分为3 段：前段、中断、后段，其中，前2 段占据的格数分别为6 格、5 格，每格中的网格数量为3 层，后段不设置网格。运用的网格材质为不锈钢，规格为1.9m×1.9m，网格中小格的规格为100mm×100mm，为满足不同时期的不同需求，在进水处设置不锈钢可调堰板，以控制水深。

5.3 气水反冲快滤池

结合水厂占地空间、过滤标准及管理等不同因素，案例工程的过滤池设计为气水反冲形式。运用该种过滤池能够提升滤床的过滤能力，使截污量增加，且能够减少水的使用量。该种方式较适用于规模不大的工程，投入成本低，且施工方式简便。将气水反冲快滤池与絮凝池设计为一体式，总规模达到8.0×104m3/d，总占地空间约为66.1m×237m。

过滤池内网格小格的内壁规格，为8.4m×6.4m，格与格之间以中央排水渠相隔，排水渠的宽度为1m，在其下方安设有配水配气渠，配水配气渠内设有规格不同的配气孔（24+24）个，规格分别为φ50mm 及φ100mm。

网格中小格的过滤网中设有规格为3.5m 长的不锈钢洗砂排水槽。过滤池中使用的过滤料为石英砂，规格为1.0mm，铺设厚度达到1.3m。并且运用规格约3mm 的粗砂来作为承托层，铺设厚为0.1m。为保证水体的水质，运用滤板精度较高的、滤头为长柄且阻力小的配水系统，其中，滤板规格为114cm×105cm，在过滤池中设置36 块。

自来水经由中央排水渠而后排水槽进入过滤池中，再依次由过滤料进行过滤，最后进入气水室，而后过滤结束的水经由管道流入清水池。进行反冲洗的过程则与过滤流程相反，最后反冲洗的水从排水槽流入排水渠，而后由管道送入废水池中。

过滤池中进出水、进出气及排水的气动阀门，均设定为自动形式，也可通过手动形式进行调节。在滤池中每格分别设有排水阀，以便初滤水能够排斥，依据过滤池中初滤水的水质变化情况调节排水时间，初滤水随反冲洗废水进入废水池中。

通过PLC 来控制过滤池，依据池内水的深度变化来调整水管的气动蝶阀，以保证过滤池中的水量符合标准。若过滤池中过滤后的水质未达到设定参数，则会开始反冲洗程序，将气水反冲洗的时间设定为12h。

5.4 反冲洗机房

在反冲洗机房中设置有工序必备的反冲洗泵房及鼓风机房，整体规模为8×104m3/d。机房占地面积约为315.36m2。此外，在机房外部设置有吸水井，为使资源使用效率最大化，将吸水井与反冲洗泵房二者建在一起，吸水井内壁的规格设定为12.0m×4.5m，井内水的高度约为3.2m。

6 结语

在案例的旧自来水厂的改扩建工程中，由于水厂水质温度低及浊度低的特点，本文选用微絮凝直接过滤工艺进行自来水过滤，能够有效地解决水质特点所带来的施工难点，并且保证水质达到标准，此外，该种技术操作方式简便、占地空间较小且投入成本低，具有一定的参考意义。