永安水厂应用新技术改造反应沉淀池实例分析

摘要：文章阐述了应用涡旋混凝小孔网格反应技术和并联双孔沉淀池改造方案对穿孔旋流反应斜管沉淀池进行改造的工程实例，并通过对比新旧工艺流程、运行参数，证明了新工艺在给水处理的三个主要环节混合、反应、沉淀中均取得了显著效果。

关键词：涡旋混凝；网格反应；并联双孔；反应沉淀池；给水处理；水厂改造 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2015）17-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.021

楚雄市永安自来水厂始建成于1994年，水源地是楚雄市团山水库，来水年平均浊度为80NTU左右，水厂原设计单池水处理能力是5×103m3/d，水处理工艺采用旋流反应→侧向流斜管沉淀→重力无阀滤池过滤。随着供水区域的扩大，单池供水日平均量为4800m3，高峰值达到300m3/h，遇每年5～9混水期（源水浊度平均为100NTU，峰期可达200NTU），处理较为困难，沉淀池出水浊度在10NTU左右，平均药耗量为25mg/L。且2001年后国家分布了新的水质标准，对供水水质提出了更高的要求。为此，永安水厂于2012年3月起对该厂原有工艺进行改造，改造目标为反应沉淀池单池水处理量达到7.5×103m3/d，以满足近期供水需要，且沉淀池出水常年稳定在3NTU以下，并降低药耗。

1 反应沉淀池原工艺分析及运行状况

1.1 混合部分

水厂原工艺采用简单的水力混合，药剂直接投加至反应池入水管道中，混合效果不佳。

1.2 反应部分

水厂原工艺为水力旋流反应沉淀池，水力旋流反应是从水力学宏观的水力梯度完成对反应效果的控制，反应强度有限，造成了矾花密实度不足。表现在高浊期表面看来矾花形成较大，但实际药剂与水体未充分反应，总有部分胶体颗粒未能被脱稳、凝聚，反应效果很差，矾花极易被打碎；而且原反应池为单路串联结构，水体在反应池中停留时间较短，流速过大，缩短了有效反应时间，使得反应无法充分完成。

1.3 沉淀部分

水厂原沉淀工艺采用斜管沉淀池。主要受处理水量和首部配水不均匀的影响，特别是在供水峰期，沉淀池上升流速过快，部分矾花上浮，导致出水不能达到设计负荷。

2 工艺改造方案

针对水厂工艺存在的问题，同时必须考虑水厂不间断供水问题，我们提出以下方案进行改造。

2.1 混合部分

混合工艺采用管式微涡混合器，设备外观为圆形，长2m，直径0.4m，安装于反应池进水口前10m处，增加反应时间约6s。

2.2 反应部分

对反应池重新进行速度分级，按产水流量达到360m3/h（比原设计反应池提高50%）调整反应池孔室和孔洞大小，采用小孔网格反应技术，高效快速地完成絮凝反应，在调整后的反应池中按分格数分3段，在1～5分格中共计布设15道格网，网格布设设计参数如表1所示：

高效的格网反应可促进析出的小矾花快速碰撞，能保证反应后矾花颗粒达到一定的尺度和密实度，从而避免了反应的不完善和过反应现象的产生。

2.3 沉淀部分

有两个方案可选：一是在原有沉淀池内拆除35mm蜂窝斜管，拆除原集水槽，改为尾端集水，重新架设斜板支架并填充小间距斜板，小间距斜板具有布水均匀不短流的优点从而使配水得到一定改善。但该方案没有从根本上解决沉淀池入口流速过快产生涡动和清水区上升速度问题，且整个改造过程需停水施工。为此我们选用的是另一个更直接的方案，即在原第5格反应室一侧并联新增加一格反应池和一组与原沉淀池面积相同的斜管沉淀池。由于沉淀池改为了两个并联入口进水，反应时间增加3.5min，并沉淀池入口流速大大降低，首端水体不再会形成涡流，同时有效沉淀池面积扩大1倍，清水区上升流速降至1.6mm/s，能保证沉淀质量和处理水量得到较大提高。且新增沉淀池土建部分可独立施工，无需停水，解决了施工停水问题。改造方案如图1所示：

3 改造后运行状况对比分析

2012年5月初开始实施工艺改造，6月底改造完成，整个施工过程停水24小时。试运行当月，入厂水浊度平均为100NTU，经实地观测记录，在第1个反应室矾花已初步形成，在两个并联的第6反应室矾花已明显长大，上层出现了清水区。这充分说明，小孔网格技术反应良好，提高了反应质量，促进了矾花的长大和密实。且沉淀池改为两个并联入口进水，首部涡动不再产生；另外，由于沉淀池面积的扩大，上升流速降低，基本杜绝了矾花上浮的现象，出水稳定。

3.1 出水水质对比

改造后沉淀池出水常年稳定在2NTU以下，大大超过了预期效果，现将2012年7月18日沉淀池出水浊度与去年同期比较，结果如图2所示：

3.2 药耗对比分析

永安水厂在混水期投加药剂为聚合氯化铝，2012年7月改造工程完成后，在处理与去年同等水量时，平均药耗由25mg/L降为10mg/L，降低药耗60%，仅药剂一项，2012年下半年节约药剂12t，节约资金3.6万元。

3.3 产水量对比分析

经实地增加水量试车运行观测，2012年7月，入厂水浊度平均为100NTU，改造后的反应沉淀池水量增加到330m3/h时，沉淀池出水浊度测定在2NTU以下，试车证明可以确保提高产水量40%。2012年10月，入厂水浊度平均为20NTU，在沉淀池出水稳定在2NTU以下时，水处理可增加至380m3/h，提高产水量60%。

4 技术讨论

工艺改造后，经过半年的运行，效果显著，特别是沉淀池出水水量及水质已超过预期目标，这说明应用涡旋混凝小孔网格反应技术和并联双孔沉淀池改造方案在永安水厂原穿孔旋流反应斜管沉淀池（图集号JSJT-5）改造中取得了良好的效果，主要是以下三个方面的应用取得成功：（1）在水处理工艺中混合反应是关键，应用管式微涡混合器造成了高比例、高强度的微涡旋，并充分利用了微小涡旋的离心惯性作用，保证了药剂在瞬间进入水体细部，使胶体颗体充分脱稳，有效避免了局部药剂浪费或不足，从而降低药耗，并为下一步的反应奠定良好的基础。（2）在反应池布设网格，利用过网水流的惯性作用，使过网水流的涡旋尺度大幅度减少，变成小涡旋，同时由于涡旋的离心惯性增加，按照传统的速度梯度理论，增加了颗粒的碰撞次数。另外利用网格的剪切作用，使矾花产生了强烈的变形，其变形揉动作用使矾花由吸附能级低的部分达到高能级的部分，在通过网格之后矾花变得更密实，保持了一定的压实度。同时还能为流动过程中的破碎矾花重新聚集提供了水力条件，使得网格反应的絮凝效果优于传统反应设备。（3）沉淀池把原设计的单孔入口改为并联双孔入口，大大降低了入水流速，减小首部涡动，同时在建筑空地允许情况下直接扩大沉淀面积，降低清水区上升速度，有效地提高了沉淀质量和增加了水处理量。

传统的穿孔旋流反应斜管沉淀池由于工艺上存在缺陷，按新自来水水质标准运行中无法达到设计负荷，应用新技术进行对旧工艺水池改造不失为大幅度提高水处理量和出水水质行之有效的方法。

参考文献

[1] 王绍文.惯性效应在絮凝中的动力学作用[J].中国给水排水，1998，（2）.

[2] 胡万里.混凝·混凝剂·混凝设备[M].北京：化学工业出版社，2001.

作者简介：赵晓东（1964-），男，云南楚雄人，云南楚雄市水务局水勘队水利工程高级工程师，研究方向：水利工程设计施工。

（责任编辑：陈 倩）