關于引白水源工程凈水處理工藝方案的理論分析
摘要：根據連續10個月的現場動態模擬實驗的基礎上，提出兩套凈水處理工藝。通過凈水處理工藝、沉淀池排放污泥處理系統的 經濟 技術 分析 比較，確定處理工藝。并倡導水資源匱乏地區優先選用該處理工藝。
關鍵詞：濁度 過濾周期 速度梯度 污泥干重 水處理工藝
1、概術
引白水源工程屬于長距引調水工程，輸水管線長約80km，經過預處理、一級加壓后送至凈水廠。為了保證進凈水廠水濁度≤50NTU，特殊情況下≤300NTU的水質要求，在取水頭部建了預處理廠。凈水廠處理規模為15×104m3/d。出廠水質要求濁度≤1NTU，特殊情況≤3NTU。設計本著工藝先進，技術經濟合理、安全可靠、管理方便的原則。根據從2004年5月起連續10個月的現場動態模擬實驗和對多家成功運行的凈水廠調研后，提出兩套工藝處理方案。
方案一的工藝流程為：原水配水井機械混合高密度沉淀池V型濾池送水泵房用戶
方案二的工藝流程為：原水配水井管式靜態混合器微渦絮凝池小間距斜板沉淀池V型濾池送水泵房 用戶
2、工藝性能比較分析
2.1 抗擊水質水量能力分析比較：
方案一中采用的機械攪拌混合方式是抗擊水量能最強的混合方式，而且可通過調節電機轉速來控制攪拌速度梯度，使混合效果達到最佳。方案二中的管式靜態混合器抗擊水量能力較弱，當進水量減少到設計流量的2/3時，混合功能將完全失效，并且混合速度梯度不能調節。
高密度沉淀池因為具有外部污泥回流系統，可以對濁度進行調節，控制在最佳狀態下運行，所以對水質的抗擊能力特別強，進水水質可以在很大的范圍內變動，當濁度高達5000NTU時也能正常運行。方案一工藝對水質的抗擊能力就相對弱些，當濁度大于300NTU時，沉淀池出水水質就很難達到后繼工藝的技術要求。
2.2 沉淀池出水濁度分析比較
根據連續10個月的現場動態模擬實驗，小間距斜板沉淀池的出水濁度一般在15NTU左右。而高密度沉淀池的出水濁度一般在10NTU以下。
2.3 水廠的自用水量分析比較
由于高密度沉淀池出水濁度低，促使過濾周期延長，沖洗次數減少，導致反沖水量下降;另一方面因為高密度沉淀池有沉淀污泥濃縮功能，可使沉淀污泥的含水率達86%～97%，而水間距斜板沉淀池的沉淀污泥含水率高達99.5%～99.7%。因此，方案一的自用水量大大少于方案二。
2.4 沉淀池排放污泥耗水量的分析比較
當處理水量為15×104m3/d，原水進水濁度為100NTU，設1NTU=1mg/L SS，則原水中懸浮物SS為100mg/L。假設兩種沉淀池對懸浮物的去除率都為98%，則有98mg/L的縣浮物在沉淀池中被去除。因此沉淀池每日的排泥干重為：
98mg/L×150000m3/d=14700㎏/d。
高密度沉淀池排放沉淀污泥濃度為：
100mgL×1000=100g/ L
其中1000為污泥濃度折算系數，該系數范圍在800～1000，是由得利滿公司提供的。
因此，每日從高密度沉淀池排除的污泥體積為：
14700㎏/d÷100g/ L=147 m3/d
即：高密度沉淀池排泥水的損失約為147 m3/d。
小間距斜板沉淀池排泥濃度在2g/L～4g/L，最大 理論 值為10g/L，下面按10g/L 計算 。
因此，每日從小間距斜板沉淀池中排除的污泥體積為：
14700㎏/d÷10g/ L=1470 m3/d
即：小間距斜板沉淀池排放污泥的損失水約為1470 m3/d。
從上所述，小間距斜板沉淀池的排放污泥耗水量是高密度沉淀池的10倍。
2.5 占地面積比較
方案一的凈水車間含混合、絮凝池、高密度沉淀池、V型濾池和反沖洗構筑物，建筑占地面積為6336 m2，而方案二的凈水車間含同樣的構筑物，建筑面積為8660 m2。方案二比方案一多2324 m2。
2.6 自動控制比較
方案一因為采用得利滿的自控制技術，對全廠可以全自動化控制，準確、方便、實用。方案二可以自動控制，但是準確度略差些。
3、 經濟 分析 比較
3.1 工程投資比較
本次投資比較只對凈水廠主體工程與污泥處理系統。
高密度沉淀池方案的凈水廠主體工程總造價為11620.33萬元，小間中斜板沉淀池方案凈水廠主體總造價為10819.81萬元。
高密度沉淀池方案的污泥處理系統占地面積約為1公頃，總建設費用為918萬元。小間距斜板沉淀池方案的污泥處理系統占地面積約為1.15公頃，總建設費用為961萬元。
從工程投資上看，兩種方案差不多，沒有明顯的投資優勢。
3.2 運行費用比較
3.2.1 凈水處理運行費用比較
運行電費藥費表
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運行電費
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方案一
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方案二
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運行藥費
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方案一
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方案二
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每天用電量(kw.h/d)
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39502
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35955
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PAC平均投加量(mg/L)
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30
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20
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噸水電耗(kw.h/t)
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0.26
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0.24
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PAC年投加量(噸/年)
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1642.5
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1095
|
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電價(元/kw.h)
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0.55
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0.55
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PAC單價(元/噸)
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1200
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1200
|
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噸水電費(元/t)
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0.145
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0.132
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PAC噸水藥費(元/噸)
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0.036
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0.024
|
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每年電費(萬元/年)
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793.0
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721.8
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PAC年藥費(萬元/年)
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197.1
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131.4
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分析運行電費藥費表，小間距沉淀池方案噸水運行費為0.156元，高密度沉淀池方案噸水運午費為0.181元，多0.025元/噸。
高密度沉淀池方案采用全自動化技術，因此電氣設備較小間距的多，所以運行電費略高。但是因為采用全自運化技術，可以大減少水廠管理費用，同時可以大大提高管理效率，降低勞動強度，提高勞動生產率。水廠的管理人員比小間距斜板沉淀池方案少10人，降至65人。
3.2.2 污泥處理系統運行費用比較
由于高密度沉淀池的排放污泥含水率低，按92%計，PAM的投加率按0.6%的干污泥重量投加，每天投加量為88.2kg/d，運行成本每天2646元(PAM按30000元/噸計)。小間距斜析沉淀池的排放污泥含水率較高，按99.5%計，PAM的投加率按0.8%的干污泥重量投加，每天投加量為117.6 kg/d，運行成本每天3528元。
4、方案的確定
單純從運行費用上看，方案一的年運行費用較方案二多136.7萬元。但是結合污泥排放耗水量，方案一每天至少比方案二節約1000噸水，若按源水經預處理、一級加壓后送至凈水的運行成本為1.1元/m3計，年節約40.15萬元。污泥處理運行費用年節約32.19萬元。共計72.34萬元。因此，方案一的年運行費用比方案二僅多64.36萬元。
從技術性能上看出兩種方案都有自己的優缺點。聯系現在環境 問題 日益加劇，國家要求新建凈水廠須對污泥進行處理。高密度沉淀池因為具有污泥回流系統，可以保證污泥濃度高，小間距斜板沉淀池排泥量大，是高密度沉淀池的10倍以上，這樣不但使污泥處理量增大10倍以上、增加污泥濃縮設施，而且使自用水量增大10倍以上，增大了自用水處理設施，排泥所損失的水約為10倍。尤其是本工程所在地為水資源匱乏地區，作為長距離引調水工程，節約水資源具有巨大的潛在的 社會 效益和環境效益。同時經過對烏魯木齊的高密度沉淀池處理工藝調研后，發現在低溫低濁的水質處理上更優于其他處理工藝。因此，采用方案一高密度沉淀池工藝作為選定方案。
5、結束語
目前 自然 環境日益惡化，沙漠化在 中國 迅速擴大，短時間內國家很難控制和大范圍治理沙漠化，從而導致局部地工水資源短缺將趨于加劇，含沙量成倍增加。因此作為一種高效的自用水量低、排放污泥耗水損失少、污泥處理容易的高密度沉淀池處理工藝應該在水資源匱乏地區積極推擴使用。讓新技術為社會發揮更大的作用和貢獻，造福于社會。
參考 文獻 ：
[1] 朱亮，張文妍編.水處理工程運行與管理.北京：化學 工業 出版社，2004.
[2] 許保玖著.給水處理 理論 .北京：中國建筑工業出版社，2000.
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