气浮工艺在低温、低浊原水处理中的应用——以嘉善千岛湖水厂为例

包相闱 蔡一润

（杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

1 项目背景

根据嘉兴市和杭州市达成的框架协议，杭州从千岛湖引水9.78 亿m3/年。为改善嘉善人民饮水品质，在嘉兴市获得国家相关部门审批水量前，嘉善从中取水为2735万m3/年，经千岛湖水厂净水处理后，达到直饮水标准。

嘉善千岛湖水厂设计规模为8.0 万m3/d，常规处理采用混合-絮凝-气浮工艺，深度处理采用超滤+紫外消毒工艺。为节省空间，清水池叠于气浮池下方。

2 嘉善千岛湖水厂原水特点

2.1 水质

根据嘉善县千岛湖引水项目水质分析论证报告[1]，千岛湖水源水质如表1。

表1 千岛湖水源水质

从检测状况可见，千岛湖水源水质各项均优于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅰ类水的标准，属于优质水源。

2.2 水温

相关资料显示，新安江水库水温从湖底到湖面分为三层：水面以下10m 范围内为变温层，水温为10～30℃；10-25m 之间为温跃层，水温随深度大约从26℃降至10℃；湖面以下25m 为滞温层，水温常年保持稳定，为10℃左右[2]。千岛湖配水工程取水口采用分层取水，由于中层水质最稳定，故主要打开中层两孔。中层取水口按水面下20m 考虑，则年平均水温为18.34℃，最低为9.1℃，最高19.6℃。

根据千岛湖配水工程和本工程原水隧洞及管线布局，虽然千岛湖取水口至本工程距离较远，但沿途大部分为隧洞和埋地管道输水，对水温影响较小。因此本工程原水全年水温基本在9-20℃之间，全年温差不大，水温总体较地表水偏低较多，冬季可能略高于当地地表水。

2.3 低温低浊水水质特点

低浊水中的杂质是以细小的胶体分散体系溶于水中，而且胶体颗粒比较均匀，胶体微粒具有很强的动力稳定性和凝聚稳定性，因此形成的絮体细、少、轻，难于沉淀。而低温水的黏度增大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少不利于颗粒脱稳絮凝。同时，水的黏度大，水流剪力增大，影响絮凝体的成型。另外，无机盐混凝剂水解反应为吸热反应，水温低易造成水解不彻底[3]。

3 方案比选

为对比气浮对水体的处理效果，曾在《杭州市钱塘新区东沙湖水环境保护工程》中将气浮法、磁混凝法、微砂沉淀法进行中试，试验结果如图1-3，表2-4。

图1 气浮装置

图2 磁分离装置

图3 微砂沉淀装置

表2 气浮装置中试结果

表3 磁分离装置中试结果

表4 微砂沉淀装置中试结果

根据中试结果，气浮对氨氮、总氮及总磷的处理效果最好，出水浊度最低，虽SS 出水浓度较磁分离和微砂沉淀稍高，但仍满足出水要求。

考虑到东沙湖循环水进水总磷仅为0.1mg/L，气浮处理更有优势。

3.1 方案对比

水质方面，本项目原水特点为低温低浊，根据清泰水厂实地调研及建德水司咨询，在加药混凝后形成的矾花极不明显，不易沉降，需要较长的沉淀时间、较低的水平流速和溢流率，但又易受如异重流、温差和风力等的影响，加大水的紊动，影响絮粒沉降。

用地方面，本工程净水厂须利用魏塘水厂五期预留地建设，该地块约7-8 亩，用地极为紧张。针对本工程水质特点及魏塘水厂四期平流池实际运行工况，本项目如采用平流沉淀池，则停留时间须在2-2.5h，絮凝反应时间也须适当延长。根据厂区现状情况，厂区现状预留用地无法满足要求，须迁移现有液氧储罐，平流沉淀池达到118m，详见图4；而絮凝气浮池占地较小，平面尺寸仅为29.60×29.28m，比平流沉淀池缩短近80m，详见图5。

图4 反应、沉淀、清水池平面布置图（示意）

图5 絮凝气浮清水池平面布置图（示意）

由于早期气浮技术的溶气水回流比高、能耗大，吨水电耗最高达0.2kWh，且运行管理较沉淀池复杂，故在本省的给水处理中运用较少。

近年来随着高效溶气设备及技术的开发，气浮技术的回流比及能耗出现了大幅度的降低，最低吨水电耗降低至约0.02kWh，随着水泵、空压机技术和产品的日益可靠和自动控制的普及，气浮技术在处理低温低浊水方面的优势日益明显，在国内外以湖泊水、水库水为原水的自来水厂中已得到广泛运用。如15 万m3/d 的广西北海净水厂、中石化山东东营水厂等。

考虑到千岛湖原水的特点，本省已有相关水务集团开展了气浮澄清的试验研究，在不投加PAM 助凝剂，反应时间2-3min，表面负荷25m3/m2·hr 的工况下，取得了较为理想的运行效果。

从本省以千岛湖为原水的建德自来水厂实际运行情况看，正常进水水浊度在1 度左右，平流沉淀池往往采用超越或不加药的方式运行，即直接过滤，当洪水季节进水浊度上升时才启用平流沉淀池的加药运行，在进行加药絮凝沉淀时虽然出水指标仍有保障，但民众反映口感明显变差。

本工程取水口在千岛湖内采用不同深度的多个进水口，且经多级调蓄、输送，千岛湖丰水期对原水浊度的影响可基本排除，进水浊度将可稳定地保持在低位。综合用地情况，气浮较沉淀工艺占地节省巨大，且能有效应对藻类风险。故采用气浮工艺更适合本工程的水质特点，并应通过试验探索药剂及助凝剂种类，尽量减少加药量。

3.2 排渣方式比选

3.2.1 水力排渣

在出水区设置出水活动堰板，正常出水时降低堰板，使经气浮池处理后的水溢流入出水渠；排渣时抬高堰板，逼高反应区内水位，迫使浮渣溢流至出泥渠,见图6。

图6 水力排渣示意图

3.2.2 机械排渣

链条式刮泥机，两条平行封闭的牵引链上装有多块刮板，在驱动装置的带动下，链和刮板沿导轮和导轨组成的四边形轨道循环运行，将液面漂浮的泥渣刮入出渣渠,见图7。

图7 机械排渣示意图

3.2.3 排渣比选

对于给水工程，为了尽量减少排渣时对浮渣层的扰动，一般采用水力排渣。针对本项目，气浮工艺后采用膜处理来保证出水，故浮渣层扰动对最终的出水水质影响不大。但水力排渣存在出渣浓度较低的问题，为提高出渣浓度，减轻污泥脱水压力，故本工程采用链条式刮泥机进行机械排泥。

4 气浮池设计

共2 组，单组平面尺寸为14.8m×13.78m，表面负荷为21.2m3/m2·h，最大回流比为13.2%。每组设置高效微氧化强溶溶气装置、微气泡发生装置、布水装置、紊流集水装置各一套。回流水泵和空气制备系统置于超滤膜车间内，回流水泵从膜车间原水池抽水后输送至高效微氧化强溶溶气装置。排泥采用链条式刮泥机进行机械排泥，见图8-9。

图8 气浮处理流程

图9 气浮池剖面图

5 结论

本文总结了气浮工艺在嘉善千岛湖水厂设计中的应用，有效解决低温低浊水难处理，用地紧张的问题，预计将于2023 年投产，可为同类型水处理项目提供参考。