季节性特殊水质处理的水厂工艺改造

1 特殊原水的形成及水质特点
1.1 低温低浊原水
　　 低温低浊水一般水温0～4 ℃，浊度1～30 mg/L。水温低，水分子热运动缓慢，水的粘滞性高、流动性差，从而减缓了水中胶体杂质颗粒的运动，同时胶体颗粒间的排斥势能增大，不利于颗粒碰撞，使胶体颗粒脱稳困难［１］；水温低，胶体的溶剂化作用增强，颗粒周围水化作用突出，妨碍其凝聚；水温低，对药剂水解的吸热过程有不利影响，使水解不完善，影响药剂效能的发挥；水温低，气体在水中的溶解增加，使絮凝体密度降低，溶解气体大量吸附于絮凝体周围，不利于沉淀分离。浊度低，单位水体中颗粒数量少、密度低，颗粒间有效碰撞的几率减少；浊度低，颗粒细小均匀，形成的絮凝体细、少、轻，难于沉淀，易于穿透滤层。处理低温低浊水最关键的问题是加强颗粒有效碰撞的几率，形成更大、更密实、利于沉淀的絮体。目前针对该水质所采用的加大投药量、降低运行负荷、延长反应时间、泥渣回流等方法，均是从增加颗粒碰撞机会考虑，效果难尽人意。
1.2 汛期高浊原水
　　 夏季暴雨期，由于地面径流挟带大量泥砂杂质汇入水体，使原水浊度骤然升高，达千度以上，形成高浊水质，长江、黄河等水土流失严重的流域高浊期较长。高浊水中泥砂量大，颗粒密度大，带负电荷，布朗运动较强，颗粒碰撞机遇多，但自凝沉淀絮体小，结构松散密度较低；颗粒在水中运动的粘滞阻力增加，药剂扩散阻力大、速度慢，易形成药剂与浑水混合不均匀而造成局部浓度集中甚至活性基被封闭等不利现象，而水中剩余泥砂颗粒又会由于未能接触到足够量的药剂而絮凝不充分［２］。这些因素造成了混凝剂起动剂量的增高或絮凝效能的降低，其结果是既浪费大量药剂又得不到应有的效果，造成沉淀池积泥和泥水流，给沉淀、排泥、过滤等工艺环节造成困难，导致降负荷运行，影响供水水质、水量。因而，选择混合传质快速、絮凝体形成密实、排泥顺畅、抗浊度变化冲击负荷强的工艺是解决此问题的关键。
1.3 低温高浊原水
　　 低温高浊水质较为少见，一般因水源地位于盐碱地带，库区内无水草，岸边无植被，库内碱性底泥厚约200 mm，质量体积为1.2。库内水层较浅，浊度受风影响较大。春、秋大风季节，底泥泛起，形成碱性低温高浊原水，pH值8.9以上。此种水质由于水温低、浊度高使原水的粘滞性很高，极不利于药剂的扩散；碱性底泥形成的高密度颗粒在低温水溶剂化作用下，其周围水化作用非常严重，类似光滑圆球，使吸附架桥变得困难，妨碍絮凝；同时由于水温低使水中气体溶解度增加，形成的絮体密度降低，溶解气体在颗粒水化膜周围析出吸附，使絮凝体沉淀尤为困难。因此须选择药剂扩散迅速的混合设备、絮凝控制科学的反应设备、分离性能优良的沉淀设备来解决上述问题。
1.4 微污染原水
　　 近年来水体污染、富营养化现象普遍存在，水库藻类生长繁殖旺盛，腐殖酸含量很高，其CODCr为53.9 mg/L，BOD5为34.1 mg/L。我国目前普遍采用强氧化剂、预氧化或生物预处理措施去除微污染，然而无论何种预处理方法，都要通过反应使水中的有机物析出，达到胶体颗粒尺度，最终通过絮凝、沉淀、过滤的方法与水中的其他颗粒一起去除。因此，研制高效能的絮凝与沉淀设备不容忽视。
2 原工艺运行状况
　　① 25×104 m3/d水厂工艺流程为：
　　 原水→静态混合器(10 s)→传统网格反应池(23 min)→三层侧向流斜板沉淀池［(5.0 m3/(m2·h)］→出水
每年11月—次年4月，原水处于低温低浊期，浊度10～50 NTU，水温0～4 ℃，该工艺处理能力降至(20～22)×104 m3/d，沉淀池出水浊度6.5～14 NTU，投药量增加；4月—5月进入低温高浊期，原水浊度600～1 500 NTU，水温1～5 ℃，pH值8.6～9.4，该工艺处理能力降至(8～12)×104 m3/d，沉淀池出水浊度一般在6～15 NTU，药耗很高；7月—8月雨季，降雨量较大时骤然出现高浊原水，水温20 ℃左右，只能降负荷运行，该工艺处理能力降至20×104 m3/d左右，沉淀池出水浊度一般在15～20 NTU，药耗较大。
　　② 另一水厂10×104 m3/d工艺流程为：
　　
　　反应池(25 min)→斜管沉淀池(2.5 mm/s)→出水
　　 由于水质严重污染，致使此工艺运行状况很不正常，在处理水量降低到3×104 m3/d时，沉后水浊度才能低于15 NTU；处理水量为5×104 m3/d时，沉后水浊度高达30 NTU以上。
3 工艺改造
3.1 流程及装置
　　 经过多种工艺的研究比较，并在选用哈尔滨建筑大学多相工艺研究中心的“涡旋混凝低脉动沉淀技术”进行了小试而取得满意效果后，分别对两水厂中的一个2.5 m3/d单池进行了工艺改造。改造后的流程为：
　　① 原水→管式微涡初级混凝设备→小孔眼网格反应池→小间距斜板沉淀池→出水
　　② 微污染原水→立管串联式初级混凝设备→小孔眼网格反应池→小间距斜板沉淀池→出水


4 结论
　　 生产运行对比数据表明：
　　① 新工艺在各种原水情况下，处理能力均大幅度高于原工艺，任何时期均能达到或超过原设计负荷；
　　② 新工艺沉后水浊度指标明显优于原工艺，一般可保障低于3 NTU；
　　③ 新工艺药耗较为节省。