氣浮法用于水廠改造及工程實例介紹

1、氣浮法用于水廠改造及工程實例介紹摘要：本文以兩個工程實例，詳細(xì)地介紹了用氣浮工藝改造采用混凝-沉淀-過濾工藝水廠的技術(shù)方法及效果。工程理論說明，氣浮工藝用于水廠改造，具有實用性強(qiáng)，應(yīng)用面廣、投資少、見效快等特點，可作為處理微污染江河飲用水的一種備選方法。對于緩解由于水源污染而造成的處理難度，改善供水水質(zhì)，降低制水本錢，具有普遍的意義和較高的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：氣浮法水廠改造工程實例1前言眾所周知，氣浮法由于別離效率高，并兼有向水中充氧曝氣的作用，所以特別適用于處理低溫、低濁、高藻、高色和受有機(jī)物污染的原水。工程應(yīng)用及研究均說明，除別離無機(jī)及有機(jī)懸浮物外，氣浮法對于水中溶解性有機(jī)物也有一定的去除效

2、果。實際上，即使是在含沙量較大的江河水或混凝良好的水中，也還存同樣適于為氣浮法所去除的小沉速顆粒。更何況隨著國內(nèi)水環(huán)境受到日益嚴(yán)重的污染，許多河水兼有了江河水與湖、塘、水庫水的水質(zhì)特征，如含藻量增多、色臭味加重、并呈現(xiàn)季節(jié)性變化，增加了混凝-沉淀-過濾工藝的處理難度。因此，將氣浮工藝引入傳統(tǒng)水處理流程中，可充分發(fā)揮氣浮法與沉淀法各自的特點，以期獲得較好的處理效果。氣浮法用于水廠的改造，主要有三種形式：1.簡單地將沉淀池改為氣浮池；2.將沉淀池改為可切換交替運(yùn)行的沉浮池；3.將濾池改為氣浮濾池。第一種方式雖可有效改善低溫、低濁、高藻、高色和受有機(jī)物污染原水的處理效果，但不適應(yīng)高濁期水質(zhì)；第二種方

3、式可根據(jù)原水水質(zhì)，隨時將沉浮池切換為沉淀池或氣浮池使用，對原水水質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性；第三種方式通過將濾池改造為氣浮濾池，形成混凝-沉淀-氣浮-過濾處理流程，進(jìn)一步增強(qiáng)了對水質(zhì)變化的適應(yīng)性，可有效地改善處理效果。本文主要以筆者完成的兩項工程實例，介紹后兩種改造方式。2實例一：氣浮濾池河南省某水廠建于1990年，取沙河水(屬淮河流域)，處理流程為：原水穿孔旋流絮凝池斜管沉淀池虹吸濾池液氯消毒管網(wǎng)原設(shè)計流量萬噸日，改造時實際平均日供水量為.萬噸，頂峰期超過萬噸，已處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。由于沙河上游工業(yè)廢水排放增多，水源污染狀況日趨嚴(yán)重，極大地干擾了水廠的正常運(yùn)行。主要表如今：枯水期沙河水中污水(由上游排

4、放)所占比例偏大，水質(zhì)(有機(jī))污染嚴(yán)重，歷時較長，加之此時原水水質(zhì)多處于低溫低濁期，原有水處理工藝對此很不適應(yīng)。近期統(tǒng)計資料說明，低溫低濁期一般在月，原水濁度9-17度，色度為2030度，出水分別為3-7NTU和2025度，采用人工加泥的方法后，分別為1-4度和8-13度；污染(同時也是枯水)期一般在3，4，5，11，12月，原水濁度約20度，色度4050，臭和味高達(dá)5級，處理后分別為5-8度、2535度和4級，人工加泥后水質(zhì)有所進(jìn)步。原水年平均濁度約25100度，出廠水一般大于5NTU。在、月高濁期，水中泥沙含量大，濁度最高達(dá)30000度，沉淀池濁度負(fù)荷過高，大量絮凝體溢流入濾池，堵塞濾料，

5、此時出水水質(zhì)雖有保證，但過濾周期縮短，處理系統(tǒng)整體性能難以正常發(fā)揮；由于水中存在大量的營養(yǎng)物質(zhì)，春、夏季節(jié)水中藻類和其他浮游生物增多，腥味極重。鏡檢說明，藻類以絲藻、硅藻、綠藻和藍(lán)藻(主要是鞘絲藻和魚腥藻)居多。同時，水生物還在濾料外表繁殖，使過濾周期大為縮短，濾池沖洗頻繁，難以洗凈。而不良的沖洗又降低了濾池的過濾才能，形成惡性循環(huán)，使制水本錢增加。1995年初，在小試的根底上，通過將原虹吸濾池的個濾格均改造為氣浮式虹吸濾池，實現(xiàn)了混凝沉淀氣浮過濾的新工藝，流程如下：因為采用的是分流式壓力溶氣氣浮系統(tǒng)，所以未增加濾池的水量負(fù)荷，亦即無論氣浮單元投入運(yùn)行與否，濾速均未改變，同時，也無須增設(shè)新的處

6、理構(gòu)筑物。氣浮單元的運(yùn)行方式非常靈敏，可通過將氣浮單元投入或撤出水處理系統(tǒng)，或調(diào)節(jié)溶氣水回流比的大小等方法，控制濾前水質(zhì)，以適應(yīng)原水水質(zhì)的變化，降低制水本錢。因此，非常適用于季節(jié)性多變的水源水質(zhì)，增強(qiáng)系統(tǒng)整體抗沖擊負(fù)荷的才能。改造完成后，在不同的溶氣水回流比、投礬量及原水水質(zhì)條件下，共進(jìn)展了個過濾周期的測試，表中所列為各周期平均水質(zhì)、運(yùn)行操作指標(biāo)、以及采用氣浮濾池后制水本錢降低值。其中，濾池周期以濾后水濁度超過3度為限，溶氣水壓力控制在0.32-0.36Pa。表中，沉淀水、過濾水和氣濾水分別表示沉淀池、濾池和氣浮濾池出水。試驗期間，從第個周期(號樣)起，天氣轉(zhuǎn)晴，氣溫升高，同時，上游工業(yè)廢水排

7、放量增大，致使原水水質(zhì)變壞，有機(jī)物污染程度及藻類總數(shù)顯著增加。由表可見，各樣本氣濾后水水質(zhì)指標(biāo)均明顯優(yōu)于過濾水，同時制水本錢也大為下降。分析試驗所測結(jié)果，影響出水水質(zhì)及水處理系統(tǒng)整體性能的因素主要有：懸浮物尺度：與常規(guī)氣浮系統(tǒng)不同，本試驗氣浮單元進(jìn)水不是平緩地由反響池引入，而是經(jīng)管渠系統(tǒng)而來，其中的懸浮物是破碎細(xì)小的礬花。所以，氣濾池外表大量浮渣的形成，說明水中懸浮顆粒的大小不是影響氣浮效果的主要因素；回流比：因為溶氣水取自沉淀水，所以確切地說，溶氣水與處理水量之比應(yīng)稱為“分流比，但為便于理解，在此還是按習(xí)慣稱其為回流比?；亓鞅仍诤艽蟪潭壬峡刂浦鴼鉃V水的水質(zhì)。，樣本中均含回流比相異的兩組氣浮過

8、濾水測試結(jié)果。比擬各對照組可見，回流比增加后，過濾周期延長很多。如與號樣，回流比由增至后，過濾周期由小時延至8.5小時。增加回流比還可降低投礬量。如號樣與號樣的原水水質(zhì)差異不大，當(dāng)回流比由10.5增到12，對應(yīng)投礬量由4.10g/l降至1.70g/l后，氣濾池周期僅縮短18，而濾池那么縮短39。表1氣浮過濾試驗綜合測試表序號測試指標(biāo)濁度(度)色度(度)臭味(級)Dr(g/L)氨氮(g/L)藻數(shù)，去除率(萬個/L，%)濾速(/h)周期(h)沖洗水比耗(3/萬3)操作條件氣浮電耗(度/萬3)本錢降低(萬元/萬3)1原水8.617.5325.000.4025.4146.46312.68沉淀水6.61

9、6.1320.000.3022.3,12.2礬5.0g/L過濾水4.114.3211.000.2515.7,29.911.64.1984.02氣濾水1.311.615.000.198.9,60.111.618.8214.60回流比10.0%2原水11.017.5327.000.5530.2礬4.1g/L回流比10.5%153.79168.39沉淀水6.317.0323.00.3026.4,12.6過濾水4.112.4215.00.0517.3,34.511.06.3675.33氣濾水1.59.915.000.038.2,67.011.020.6206.533原水8.017.5326.500.2

10、548.0礬1.7g/L回流比12.0%175.75346.41沉淀水6.617.5321.300.2045.0,6.3過濾水3.315.3218.500.0442.0,6.711.33.81089.89氣濾水1.511.614.000.0314.0,66.911.216.7250.214原水13.530.0430.003.0042.0礬4.0g/L回流比7.0%102.52880.93沉淀水11.227.9429.503.0031.2,26.1過濾水5.221.4325.502.9020.0,35.511.41.33157.89氣濾水3.319.8218.001.5012.8,59.011.

11、13.51204.635原水15.030.7328.007.00148沉淀水7.930.7324.007.0033.2,77.6礬8.0g/L過濾水4.122.0320.006.0043.6,11.74.2952.38氣濾水11.814.8212.003.0010.8,67.511.016.0265.91回流比12.0%175.75199.36氣濾水22.519.8215.004.0016.8,49.411.69.6420.267.4%108.38272.876原水70.027.5456.008.001500.7沉淀水12.927.5424.007.5041.3,72.5礬6.6g/L過濾水6

12、.120.5320.007.5041.3,0.0012.00.75571.43氣濾水14.118.0216.005.5021.9,47.012.02.01950.00回流比7.0%102.521681.45氣濾水22.115.7212.003.5016.8,59.310.98.5505.1310.0%146.462375.187原水51.035.0340.005.00105.2沉淀水12.725.538.004.8076.8,23.0礬6.6g/L過濾水4.821.228.004.8028.0,63.512.10.84834.71氣濾水13.018.024.003.5012.8,83.312.

13、25.7672.99回流比10.0%146.461940.99氣濾水21.81524.003.5010.4,87.011.512.0339.1312.0%175.752101.04除沉淀水水質(zhì)外，影響回流比的主要因素是濾速。比照現(xiàn)行?室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?(BGJ13-86)規(guī)定，氣浮池向下流速一般采用5.409.00/h，回流比為5-10，溶氣壓力為0.2-0.4Pa。而本試驗中，一般在回流比大于10的條件下，才能保證氣濾水水質(zhì)以及足夠長的過濾周期。其原因除正處于高污染、高藻期外，濾速(等于氣浮池向下流速)過大(11-12/h)是一個主要原因。過大的濾速一方面減少了氣泡釋放與浮升的時間，同時會在

14、濾料層中產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。另一方面浮渣層由于缺乏足夠多的氣泡頂托，也不易穩(wěn)定。再由于氣濾池改建施工上的原因，難以保證待濾水與溶氣水的均勻分布與有效接觸，也使回流比增加。因為試驗期間正處于用城市供水緊張期，水廠清水池的水位總是處于低線，所以不宜減產(chǎn)進(jìn)展試驗，以求得較低濾速條件下的最優(yōu)回流比。但從幾次單池短時降流的實際觀測所見，在同樣的回流比條件下，浮渣層的厚度、密度及穩(wěn)定性明顯增加。實際上，對回流比的大小應(yīng)作全面衡量。從實效上看，降低回流比的目的無非是希望節(jié)省氣浮系統(tǒng)動力費(fèi)用，降低制水本錢。由表可見，盡管高的回流比增加了氣浮動力費(fèi)，但卻大大延長了濾池的過濾周期，節(jié)約了大量的沖洗水。況且12與7回流比

15、間的的電費(fèi)差額很小(29元萬噸)，相比之下，在水質(zhì)進(jìn)步的同時，總本錢也降低了很多。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況與要求的不同，合理選擇或確定回流比，不宜一概而論。如英國推薦的回流比就高達(dá)1025。本研究建議在原水受有機(jī)物污染，或濾速大于9/h的情況下，采用大的回流比(大于1012)，在經(jīng)濟(jì)上與技術(shù)上都是有利的。當(dāng)原水水質(zhì)一般時，回流比那么以小于10為宜。根據(jù)這一原那么，并考慮到離心泵曲線較為平緩的特點(水泵軸功率隨流量減少的降差很小)，選泵時宜選用兩大一小三臺泵，單泵工作，其中一臺大泵為備用泵，以適應(yīng)不同水質(zhì)及回流比要求；對有機(jī)物及藻類的去除：比照各樣本，氣濾池對有機(jī)物的去除明顯高于濾池，尤其是對藻類的

16、去除。在多數(shù)樣本中，濾池對藻的去除很少，尤其是樣本()，過濾水藻含量甚至高于沉淀水，這可能是由于濾層已為藻所飽和而致；過濾周期：過濾周期的長短直接反映了濾前水處理效果的好壞，特別是水中有機(jī)物對濾料絮凝吸附才能的干擾很大，往往造成濁度提早穿透。新工藝與原有工藝的最大區(qū)別正在于待濾水的水質(zhì)更好。由表可見，一般情況下(樣本)氣浮濾池過濾周期較濾池延長約14小時，而在水源污染期(樣本)，濾池周期極短，但當(dāng)采用較高回流比時，氣濾池周期可延長小時。對水廠而言，在改善出廠水質(zhì)的同時能增加過濾周期，就意味著消費(fèi)本錢的下降，尤其是在原周期較短的情況下，效益更加突出；經(jīng)濟(jì)分析：表中制水本錢下降為根據(jù)各周期實測電耗

17、值，按周口市工業(yè)電價(電0.40元度電)和二水廠實際制水本錢(水0.48元噸水，其中已扣除二泵房輸配水本錢)折算而得。折算結(jié)果說明，一般情況下制水本錢可降低160350元萬噸，原水污染時，降幅更多。按日產(chǎn)水量萬噸、本錢降低225元萬噸計，每年可節(jié)省本錢近30萬元，假設(shè)計入減少的礬耗，經(jīng)濟(jì)效益將更為顯著。操作程度：考慮到研究成果的實用性與可重復(fù)性，本次試驗完全是在水廠實際的操作程度、運(yùn)行條件及運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)展的，對實際存在的很多的不利因素未加以排除，同時，試驗期間正處于源水水質(zhì)污染的不利條件下，因此所得研究成果真實地反映了混凝沉淀氣浮過濾新工藝的實際應(yīng)用效果，具有較大的參考價值。試驗結(jié)果說明:合理

18、分配水處理系統(tǒng)中各單元懸浮物負(fù)荷，改善待濾水水質(zhì)是保證濾池正常功能和濾后水質(zhì)的關(guān)鍵；在傳統(tǒng)的混凝沉淀過濾工藝中，增加氣浮工序后可形成的一種高效、低耗、實用的飲用水處理新工藝，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的沉淀過濾工藝。通過處理單元的優(yōu)化組合，使懸浮物負(fù)荷分配更趨合理，進(jìn)步了水處理系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷的才能與運(yùn)行操作的靈敏性，強(qiáng)化了整體性能；由于新工藝放寬了對沉淀水水質(zhì)的要求，因此，可以增加已有沉淀池的處理流量或進(jìn)步新建沉淀池的設(shè)計負(fù)荷。這樣，新工藝除可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用外，還可降低改、擴(kuò)建或新建工程投資；在周口二水廠的試驗條件下，氣浮濾池制水本錢一般可降低1.63.6分噸，污染期超過7分噸，經(jīng)濟(jì)效益十清楚顯

19、。延長過濾周期，改善出水水質(zhì)，收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益；氣浮式虹吸濾池與氣浮式雙閥濾池工藝簡單，易于實現(xiàn)，不需增設(shè)構(gòu)筑物與刮渣機(jī)，投資盛見效快，尤其合適現(xiàn)有濾池的改造，還可作為其他類型濾池改造時的參考；溶氣水回流比的大小，對氣浮處理效果起著非常重要的控制作用?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)回流比的大小，適應(yīng)不同的水質(zhì)。因此，回流比的范圍以7-12為宜，最好選用二大一小三臺泵，以單泵方式工作，其中一臺為備用泵，以適應(yīng)不同水質(zhì)及回流比要求；氣浮濾池濾速以小于9/h為宜，否那么應(yīng)采用大的回流比。3實例二：沉浮池湖北某鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠以長湖為水源，設(shè)計日供水量6千噸，原設(shè)計凈水流程及構(gòu)筑物池型為：原水穿孔旋流絮凝池斜管沉

20、淀池重力式無閥濾池液氯消毒管網(wǎng)工程建成后，隨著沿湖地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速開展，大量未經(jīng)處理的工業(yè)及生活污水排入其中，再加上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的影響，長湖水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，溶解性有機(jī)物含量加，水體呈富營養(yǎng)化，色、嗅、味顯著。除汛水期外(歷時幾周)，水中懸浮物以有機(jī)顆粒及水微生物(如水藻)為主。這類物質(zhì)比重一般接近于水，即使加大投礬量，也很難由水中沉淀別離出來，從而使水微生物得以在濾池內(nèi)大量繁殖，一方面堵塞濾料層，使過濾周期縮短，另一方面，由于濾料受到污染，出水水質(zhì)難以滿足國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。更有甚者，濾后水水質(zhì)差于原水水質(zhì)的現(xiàn)象時有發(fā)生。嚴(yán)重時，水呈醬褐色，被用戶稱為“醬油水，“腥臭水。因為水質(zhì)差，用戶數(shù)量銳減

21、，水廠日供水量僅2千噸左右，以致消費(fèi)本錢高，水廠的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益均受到嚴(yán)重影響?，F(xiàn)場情況分析說明，要獲得好的水處理效果，關(guān)鍵在于進(jìn)步濾前水的水質(zhì)。因此，根據(jù)原水水質(zhì)特點，考慮將斜管沉淀池改為可切換為沉淀池或氣浮池運(yùn)行的“斜管沉淀/氣浮池。改造后的沉淀池僅在原池中增設(shè)了兩面導(dǎo)流墻。隔墻1設(shè)于沉淀池起端，用于形成氣泡捕捉區(qū)(微氣泡與水中懸浮顆粒在此互相碰撞凝聚)，隔墻2設(shè)于沉淀池未端，用于隔開浮渣并將澄清水從池的下部導(dǎo)入出水槽。在隔墻1下方開有導(dǎo)流孔，并設(shè)閘板1控制孔的開閉。當(dāng)原水濁度較高時(如汛期)，翻開閘板，這時水從池底進(jìn)入，向上通過斜管，沉淀水由集水槽搜集，經(jīng)集水總渠送往濾池。這時池子的功能與一般斜管沉淀池?zé)o異。假設(shè)將閘板關(guān)閉，并啟動產(chǎn)微氣泡系統(tǒng)，水池即成為氣浮池。這時，水在氣泡捕捉區(qū)內(nèi)與微氣泡混合，向上溢流入氣浮區(qū)，氣-固凝聚體浮升水面成為浮渣，定期刮入排渣槽排除。澄清水向下通過斜管進(jìn)入出水區(qū)，由集水槽搜集后送往濾池。沉淀與氣浮功能的切換非常方便。1996年年中，改造后的斜管沉淀/氣浮池投入運(yùn)行。濾前水質(zhì)獲得明顯改善，出廠水質(zhì)經(jīng)當(dāng)?shù)匦l(wèi)生防疫部門檢測，各項指標(biāo)均符合國家?生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)?(BG5749-85)(表2)。表2水質(zhì)檢測表水質(zhì)指標(biāo)色度(度)濁度(度)細(xì)菌總數(shù)(fu/l)大腸菌數(shù)(個/