加壓溶氣氣浮與斜管沉淀工藝對水庫原水的處理效能分析

劉國祥

(廣州市城建規劃設計院有限公司, 廣東 廣州 510250)

廣東省某水廠一期工程建設于90 年代,原設計規模為10×104m3/d,采用網格絮凝+斜管沉淀+虹吸濾池組合工藝。 隨著生活飲用水標準提升,出廠水質不能滿足按照GB 5749—2022《生活飲用水衛生標準》所制定的水廠內控指標濁度小于0.5 NTU的要求。 另外,斜管沉淀池運行液面負荷增大時,斜管上方積有大量絮凝體(礬花),需經常沖洗斜管填料,勞動強度大,使產水效能降低。

由于水庫原水常年濁度較低,藻類與Mn 含量較高,基于相關研究,氣浮工藝對低溫低濁、高藻、高Mn 水庫原水處理效果較好[1-5]。 二期擴建工程采用網格絮凝+溶氣氣浮+Ⅴ型濾池組合工藝,設計規模為3×104m3/d,2021 年8 月建成投產。 基于場地情況與實際供水情況,一期處理水量達到6×104m3/d,二期處理水量達到3×104m3/d,運行效果良好。

本論文基于南方典型水庫原水長期低濁、高藻的特性,通過跟蹤監測比較該廠斜管沉淀、氣浮兩種不同工藝對水庫原水的處理效果,為后續同類水廠處理設計工藝選擇提供參考。

1 工藝流程及主要構筑物及設計參數

1.1 工藝流程

一期和二期工程工藝流程見圖1、圖2。

圖2 二期工程工藝流程Fig.2 Flow chart of second-phase project

1.2 一期工程主要構筑物及設計參數

一期工程主要構筑物為網格絮凝池、斜管沉淀池、虹吸濾池,網格絮凝池與斜管沉淀池合建。 網格絮凝池分為兩組,每組豎井18 格,單格豎井尺寸L×B×H=2.25 m×2.25 m×4.4 m,按照處理水量10×104m3/d 計算,豎井平均流速0.12 m/s,停留時間11 min。 前段1～3 豎井采用木質密柵條,過柵流速為0.55 m/s,中段4～14 豎井采用木質疏柵條,過柵流速為0.22 m/s,后段不設柵條;豎井之間過孔流速:前段為0.2 m/s,中段為0.16 m/s,末段為0.14 m/s。 網格絮凝池出水經長40.60 m、寬2.0 m 的配水渠向兩側配水進入斜管沉淀區,斜管沉淀池有效水深4.0 m,設計表面負荷9.7 m3/(m2·h)。 虹吸濾池共16 格,每格面積24 m2,虹吸進水管流速0.9 m/s,虹吸排水管流速1.5 m/s。

1.3 二期工程主要構筑物及設計參數

二期工程主要構筑物包括網格絮凝池、氣浮池、配套溶氣水、加藥間等,其中網格絮凝池和氣浮池合建。 網格絮凝池尺寸L×B×H=12.5 m×14 m×6.9 m,停留時間23 min,G 值575 s-1,分兩組布置,豎井流速0.12 m/s,前段過網流速為0.25 m/s,中段過網流速為0.22 m/s,后段不設網格;豎井之間過孔流速:前段為0.2 m/s,中段為0.16 m/s,末段為0.14 m/s。 網格絮凝池出水經過渡區穿孔花墻均勻配水進入接觸室,接觸室上升流速為19.7 mm/s,停留時間為60 s;固液分離區表面負荷為7.1 m3/(m2·h),停留時間為25 min,氣浮池回流比8%～12%。每格氣浮池設1 臺行車式刮渣機,定期刮渣。 Ⅴ型濾池平面尺寸L×B=29.0 m×14.3 m,共分4 格,每格過濾面積36.5 m2,正常濾速9.0 m/h,強制濾速12.0 m/h。

2 氣浮與沉淀工藝處理效能對比分析

2.1 藻類去除效果對比

水廠運行期間,在加藥量相同的條件下,氣浮工藝與沉淀工藝對藻類的去除效果對比見圖3。

圖3 藻類去除效果對比Fig.3 Contrast of algae removal effect

由圖3 可知,該水庫原水中藻類的季節性變化明顯,9 月份水庫原水藻類數量明顯增加。 氣浮工藝對藻類的去除率相對穩定,雖然水庫原水中藻類呈季節性變化,但氣浮工藝對藻類的去除率穩定在87.87%～95.75%之間,平均去除率為92.96%;斜管沉淀工藝對藻類的去除率在74.87%～90.88%之間,平均去除率為83.77%,氣浮工藝對藻類的去除效果明顯優于斜管沉淀工藝。

2.2 濁度去除效果對比

水廠運行期間,在加藥量相同的條件下,氣浮工藝和沉淀工藝對濁度的去除效果見圖4。 由圖4 可知,該指標季節性變化明顯,5—9 月受雨季或暴雨影響,原水濁度短期升高,最高達55.46 NTU,水庫原水濁度常年穩定在2 ～6 NTU,在低濁情況下,加藥絮凝產生的礬花松散,成絮狀,斜管沉淀的沉淀效果不佳。 氣浮工藝在低濁情況下,出水濁度穩定小于1.0 NTU,對濁度的去除明顯優于斜管沉淀工藝。隨著原水濁度增加,氣浮工藝相較于斜管沉淀工藝的濁度去除優勢逐漸下降,當原水濁度大于50 NTU時,氣浮工藝出水濁度平均為2.61 NTU,與斜管沉淀工藝的去除效果相當。

圖4 濁度去除效果對比Fig.4 Contrast of turbidity removal effect

2.3 Mn 去除效果對比

水廠運行期間,在加藥量相同的條件下,氣浮工藝和沉淀工藝對Mn 的去除效果見圖5。 由圖5 可知,水庫原水中該指標季節性變化明顯,原水中的錳含量變化較大,在0.05 ～0.42 mg/L 范圍。 經過氣浮工藝處理后的出水錳含量在0.01 ～0.07 mg/L 范圍內,大部分低于0.05 mg/L,去除效率在60.12%～92.31%。 斜管沉淀工藝出水中錳含量在0.03 ～0.13 mg/L 范圍,去除效率在40%～69.23%,出水必須過濾后才能滿足國標要求。

圖5 氣浮工藝和沉淀工藝去除Mn 效果對比Fig.5 Contrast of manganese removal effect between DAF and sedimentation process

2.4 CODMn 去除效果對比

水廠運行期間,在加藥量相同的條件下,兩種不同的工藝對CODMn的去除效果見圖6。 由圖6 可知,水庫原水中CODMn常年較低,穩定在3 mg/L 以下,經過氣浮工藝出水CODMn在0.8 mg/L 以下,平均約0.6 mg/L。 斜管沉淀工藝出水CODMn在1.1 mg/L 以下,平均約0.92 mg/L。 通過對比可知,氣浮工藝出水CODMn比斜管沉淀工藝出水含量低,氣浮工藝出水優于斜管沉淀工藝。

2.5 氨氮去除效果對比

原水為同一水庫原水,在加藥量相同的條件下,兩種工藝對氨氮的去除效果對比見圖7。 由圖7 可知,水庫原水中氨氮常年較低,穩定在0.3 mg/L 以下,經過氣浮工藝處理出水氨氮在0.05 mg/L 以下,平均約0.03 mg/L。 斜管沉淀工藝處理出水氨氮在0.12 mg/L 以下,平均約0.045 mg/L。 通過對比可知,氣浮工藝出水氨氮比斜管沉淀工藝出水含量低,氣浮工藝出水優于斜管沉淀工藝。

圖7 氨氮去除效果對比Fig.7 Contrast of Ammonia-nitrogen removal effect

3 結語

① 該水庫原水中藻類、濁度、Mn 等水質指標季節性變化明顯,水庫原水中藻類較高主要在9 月,降雨較少、光照較強的時期;濁度較高主要在5—9月,暴雨比較頻發時期。

② 運行數據表明,氣浮工藝對藻類、濁度、Mn、CODMn、氨氮等去除效果好,出水水質相對穩定,在同一時段同一水庫原水處理效果對比中發現,氣浮工藝對明顯優于斜管沉淀工藝。