季節性特殊水質處理的水廠工藝改造
1 特殊原水的形成及水質特點
1.1 低溫低濁原水
低溫低濁水一般水溫0～4 ℃，濁度1～30 mg/L。水溫低，水分子熱運動緩慢，水的粘滯性高、流動性差，從而減緩了水中膠體雜質顆粒的運動，同時膠體顆粒間的排斥勢能增大，不利于顆粒碰撞，使膠體顆粒脫穩困難［１］；水溫低，膠體的溶劑化作用增強，顆粒周圍水化作用突出，妨礙其凝聚；水溫低，對藥劑水解的吸熱過程有不利影響，使水解不完善，影響藥劑效能的發揮；水溫低，氣體在水中的溶解增加，使絮凝體密度降低，溶解氣體大量吸附于絮凝體周圍，不利于沉淀分離。濁度低，單位水體中顆粒數量少、密度低，顆粒間有效碰撞的幾率減少；濁度低，顆粒細小均勻，形成的絮凝體細、少、輕，難于沉淀，易于穿透濾層。處理低溫低濁水最關鍵的問題是加強顆粒有效碰撞的幾率，形成更大、更密實、利于沉淀的絮體。目前針對該水質所采用的加大投藥量、降低運行負荷、延長反應時間、泥渣回流等方法，均是從增加顆粒碰撞機會考慮，效果難盡人意。
1.2 汛期高濁原水
夏季暴雨期，由于地面徑流挾帶大量泥砂雜質匯入水體，使原水濁度驟然升高，達千度以上，形成高濁水質，長江、黃河等水土流失嚴重的流域高濁期較長。高濁水中泥砂量大，顆粒密度大，帶負電荷，布朗運動較強，顆粒碰撞機遇多，但自凝沉淀絮體小，結構松散密度較低；顆粒在水中運動的粘滯阻力增加，藥劑擴散阻力大、速度慢，易形成藥劑與渾水混合不均勻而造成局部濃度集中甚至活性基被封閉等不利現象，而水中剩余泥砂顆粒又會由于未能接觸到足夠量的藥劑而絮凝不充分［２］。這些因素造成了混凝劑起動劑量的增高或絮凝效能的降低，其結果是既浪費大量藥劑又得不到應有的效果，造成沉淀池積泥和泥水流，給沉淀、排泥、過濾等工藝環節造成困難，導致降負荷運行，影響供水水質、水量。因而，選擇混合傳質快速、絮凝體形成密實、排泥順暢、抗濁度變化沖擊負荷強的工藝是解決此問題的關鍵。
1.3 低溫高濁原水
低溫高濁水質較為少見，一般因水源地位于鹽堿地帶，庫區內無水草，岸邊無植被，庫內堿性底泥厚約200 mm，質量體積為1.2。庫內水層較淺，濁度受風影響較大。春、秋大風季節，底泥泛起，形成堿性低溫高濁原水，pH值8.9以上。此種水質由于水溫低、濁度高使原水的粘滯性很高，極不利于藥劑的擴散；堿性底泥形成的高密度顆粒在低溫水溶劑化作用下，其周圍水化作用非常嚴重，類似光滑圓球，使吸附架橋變得困難，妨礙絮凝；同時由于水溫低使水中氣體溶解度增加，形成的絮體密度降低，溶解氣體在顆粒水化膜周圍析出吸附，使絮凝體沉淀尤為困難。因此須選擇藥劑擴散迅速的混合設備、絮凝控制科學的反應設備、分離性能優良的沉淀設備來解決上述問題。
1.4 微污染原水
近年來水體污染、富營養化現象普遍存在，水庫藻類生長繁殖旺盛，腐殖酸含量很高，其CODCr為53.9 mg/L，BOD5為34.1 mg/L。我國目前普遍采用強氧化劑、預氧化或生物預處理措施去除微污染，然而無論何種預處理方法，都要通過反應使水中的有機物析出，達到膠體顆粒尺度，最終通過絮凝、沉淀、過濾的方法與水中的其他顆粒一起去除。因此，研制高效能的絮凝與沉淀設備不容忽視。
2 原工藝運行狀況
① 25×104 m3/d水廠工藝流程為：
原水→靜態混合器(10 s)→傳統網格反應池(23 min)→三層側向流斜板沉淀池［(5.0 m3/(m2·h)］→出水
每年11月—次年4月，原水處于低溫低濁期，濁度10～50 NTU，水溫0～4 ℃，該工藝處理能力降至(20～22)×104 m3/d，沉淀池出水濁度6.5～14 NTU，投藥量增加；4月—5月進入低溫高濁期，原水濁度600～1 500 NTU，水溫1～5 ℃，pH值8.6～9.4，該工藝處理能力降至(8～12)×104 m3/d，沉淀池出水濁度一般在6～15 NTU，藥耗很高；7月—8月雨季，降雨量較大時驟然出現高濁原水，水溫20 ℃左右，只能降負荷運行，該工藝處理能力降至20×104 m3/d左右，沉淀池出水濁度一般在15～20 NTU，藥耗較大。
② 另一水廠10×104 m3/d工藝流程為：
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反應池(25 min)→斜管沉淀池(2.5 mm/s)→出水
由于水質嚴重污染，致使此工藝運行狀況很不正常，在處理水量降低到3×104 m3/d時，沉后水濁度才能低于15 NTU；處理水量為5×104 m3/d時，沉后水濁度高達30 NTU以上。
3 工藝改造
3.1 流程及裝置
經過多種工藝的研究比較，并在選用哈爾濱建筑大學多相工藝研究中心的“渦旋混凝低脈動沉淀技術”進行了小試而取得滿意效果后，分別對兩水廠中的一個2.5 m3/d單池進行了工藝改造。改造后的流程為：
① 原水→管式微渦初級混凝設備→小孔眼網格反應池→小間距斜板沉淀池→出水
② 微污染原水→立管串聯式初級混凝設備→小孔眼網格反應池→小間距斜板沉淀池→出水
3.2 改造前后的運行對比曲線
改造前后工藝對比運行的水量、水質及藥耗等主要參數指標繪制對比見圖1--圖4。
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4 結論
生產運行對比數據表明：
① 新工藝在各種原水情況下，處理能力均大幅度高于原工藝，任何時期均能達到或超過原設計負荷；
② 新工藝沉后水濁度指標明顯優于原工藝，一般可保障低于3 NTU；
③ 新工藝藥耗較為節省。
參考文獻
1 吳正淮.低溫低濁水凈化技術的應用及發展.中國給水排水，1989；5(5)
2 傅文德.高濁度給水工程.中國建筑工業出版社，1997.7
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