北方某地表水厂工艺优化运行案例分析_王长河.pdf

2023 年第 1 期 28 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备北方某地表水厂工艺优化运行案例分析王长河（北京市自来水集团缙阳水业有限责任公司，北京 102100）摘要：北方某地区为满足当地供水需求，新建 3.5 万 m3/d 规模地表水厂。水厂以上游水库为水源，采用“预臭氧接触池+混凝+斜管沉淀+V 型滤池+主臭氧接触池+活性炭滤池”的处理工艺，炭滤池出水进入清水池经消毒后进入配水管网。水厂调试运行期间，存在沉淀效果差、出水浊度高、运行能力远不能达到设计要求等问题。为提高混凝沉淀池出水水质，通过调整混凝区搅拌器转速、改进混凝区出水渠（沉淀区配水渠）配水不均、调整沉淀区出水三角堰顶水平误差等措施，有效降低了沉淀池出水浊度，确保了出水水质的安全稳定。关键词：搅拌机转速；配水不均；短流；运行优化1.水厂概况北方某地区为满足当地供水需求，新建3.5万 m3/d 规模地表水厂，以上游白河堡水库为水源，主要原水水质指标如表 1 所示，并根据地表水环境质量标准（GB 3838-2002）指标限值对白河堡水库水源水质进行评价。由评价结果可知，该水库水源主要水质指标满足地表水源 III 类的水质要求。水厂设混凝沉淀池 2 套，包含进水渠、机械混合池、机械絮凝池、出水导流渠及斜管沉淀池。水厂净水处理工艺流程为：水库水取水系统预臭氧接触池混凝沉淀 V 型滤池主臭氧接触池活性炭吸附池加氯消毒输水管网，具体如图 1 所示。表 1白河堡水库历年水质评价结果表项目2009 年2010 年2011 年评价结果pH 值8.088.198.32溶解氧（mg/L）9.949.9510.46化学需氧量（mg/L）9.648.9112.0高锰酸钾指数（mg/L）2.372.072.62五日生化需氧量（mg/L）3.51.912.17-氨氮0.0950.1040.175-总磷0.040.0350.025-氟化物0.530.510.56氯化物12.8113.0714.83符合限值硝酸盐3.433.412.99符合限值硫酸盐28.6527.3329.66符合限值电导率441.2429.9406.1DOI:10.14143/ki.czgs.2023.01.0302023 年第 1 期 29 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备图 1水厂净水工艺流程图2.工艺处理过程及存在的主要问题工艺处理过程为：预臭氧接触池出水进入进水渠后，在进水端通过加药泵投加混凝剂PAC，在混合池搅拌机的快速搅拌下进行药水混合反应，随后进入絮凝池，絮凝池内设有慢速搅拌机进行絮凝反应；絮凝池出水进入导流渠，在导流渠入口处均匀投加助凝剂 PAM后，进入斜管沉淀池进行泥水分离，上清液通过集水槽汇集后进入滤池系统，分离出的污泥下沉至池底泥斗内，通过排泥管排入贮泥池。其中：混合池采用折桨式搅拌机，絮凝池采用单层全高桨板机。斜管沉淀池采用 1m 长度，40mm 孔径斜管，安装角度为 60，表面负荷 5.8m3/（m2.h）。2020 年运行初期，据设计能力计算，水厂运行水量应达到 1458m3/h。经调试发现，运行水量在 300m3/h 时，沉淀池出水水质尚可稳定在 1NTU 以下，待提升至 600m3/h 后，沉淀池局部开始出现矾花逃逸现象，出水浊度明显高，运行能力远不能达到设计要求，且造成后续过滤工艺压力增加。经全面复核设计参数，并对现场实际情况进行排查，发现混凝沉淀工艺运行中存在的主要问题如下：混凝池搅拌机转速过高，速度梯度 G 值偏大。按照运行标准2，机械絮凝池水流速应控制在 0.2m/s 0.5m/s，絮凝时间 25min，速度梯度 G 值在第一级宜设定为 50 60s-1，第二级宜为 25 30 s-1，第三级为 12 15s-1。絮凝区 G 值一般设定为 30 60s-1之间，起端取大值，末端取小值。经核算，水厂混凝池搅拌机实际转速为 3.9r/min 时，第一级 G 值约 115s-1，第二级和第三级 G 值约 120s-1，存在明显偏高的情况。絮凝池出水堰处于沉淀池两侧位置，虽设有导流渠，但出水堰近端仍存在短流现象，导致沉淀池进水不均，两侧进水较多，中间较少。经测，沉淀池两侧进水量较中间部位多出20%左右。沉淀区集水堰高程不一致，误差超过10mm，存在局部矾花溢出现象。3.工艺运行优化方案及优化运行效果3.1 工艺运行优化方案3.1.1 降低混凝池搅拌机转速将混合池第一级搅拌器转速调整为 2.5r/min，第二级搅拌器转速调整为 1.6r/min，第三级搅拌器转速调整为 1r/min。经核，原搅拌机外缘线速度 0.73m/s，调整后，已低于0.5m/s。0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.0浊度NTU进水浊度斜管沉淀池出水浊度(东)斜管沉淀池出水浊度(西)图 22020 年 5 月沉淀池出水浊度曲线图2023 年第 1 期 30 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水处理技术与设备3.1.2 改善沉淀池进水方式运行中发现絮凝池出水直接流入临近沉淀池，导流渠效果不明显，造成配水不均。为解决此问题，在絮凝池出水端倾斜放置一块4m 长，1.5m 高的钢板，对临近沉淀池进水口进行部分遮挡，避免絮凝出水短流进入沉淀池。图 3导流渠内堰板放置平面示意图3.1.3 校核、调整集水堰，保证沉淀池出水均匀性原沉淀池出水集水堰水平高度不统一，局部高差超过 10mm，造成沉淀池出水不均，局部矾花严重溢出，影响整体沉淀池出水浊度。经校核、调整标高，现集水堰水平高差已降低至 2mm 以内，调整后，沉淀池出水水质明显好转，矾花局部逃逸现象已基本消失。3.2 优化运行效果经过上述多项改造，该水厂混凝沉淀效果得到明显改善。进水量达到 800m3/h，絮凝区矾花密实，沉淀池出水浊度有了明显降低，基本保持在 0.63NTU 1.4NTU 之间，较改造前浊度降低 0.6NTU。4.结论与建议混凝沉淀作为水处理工艺的基础环节，池体的结构及设施的安装水准对净水效果存在着根本影响，同时过高的搅拌强度带来的剪切力增加也会对混凝剂水解产生的矾花造成破坏，通过改善混凝沉淀池局部结构和工艺参数，能够有效确保混凝沉淀效果，提高出水水质。文章结合本次该新建水厂的调试过程，思考了新水厂建设运行及验收改进的几个方面：重视设计方案审核，科学评估池体构型对布水均匀性的影响。加强设计参数复核，合理选择混凝阶段的 GT 值范围。强化工程质量控制，验收时重点关注各工艺段进、出水堰口高程的平整度与一致性，避免因工程质量问题造成后期运行困难。参考文献：1 GB 3838-2002，地表水环境质量标准S.北京：中国环境科学出版社，20022 CJJ41-91，城镇给水厂附属建筑和附属设备设计标准 S.北京：中国建筑工业出版社，19913 CECS110：2000，低温低浊水给水处理设计规程S.北京：中国工程建设标准化协会，2000作者通联：00.511.522.533.51 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31浊度NTU改造前混凝沉淀池浊度(东)改造后混凝沉淀池浊度(东)改造前混凝沉淀池浊度(西)改造后混凝沉淀池浊度(西)图 4改造前后混凝沉淀池出水浊度变化