東灣水廠高濁度水處理工藝工程案例
1 項目簡介
根據國家計委、財政部、全國愛衛辦的有關精神，甘肅省靖遠縣被列為第三期世界銀行貸款中的農村供水與環境衛生項目縣，靖遠縣東東灣水廠供水工程為世界銀行貸款第三期中國農村供水與環境衛生項目。
東灣水廠供水工程位于靖遠縣東部，黃河右岸，緊鄰縣城，供水范圍為東灣鄉的三合、大壩、沙梁、南頭、東灣、瓜園、紅柳7個村， 66個社，受益人口4.03萬人,設計人口4.82萬人, 受益面積31.25km2。
水廠設計供水規模2400m3/d，年均供水總量 87.6萬m3。主要工程內容:浮船式取水泵站1座，絮凝、平流沉淀池2座，氣浮池1座, 重力式無閥過濾池1座，容積400m3清水調節池2座，消毒間2座,配水泵房1座，管網總長度56.16km。附屬建筑物主要有辦公室及化驗室、車庫，同時考慮了廠區采暖及給排水等項目。工程概算投資943.30萬元，建設資金來源組成為世界銀行貸款50%，省、地、縣群眾自籌50%。東灣水廠現已開工建設，根據國家項目辦的要求,項目實施年限18個月。
2 水質分析及高濁度水處理流程
東灣水廠取黃河水作為飲水水源，擬建一個具有深度凈化，設計供水規模水量2400.0m3/d，設計處理含沙量40kg/m3，符合國標GB5749-85的集中供水廠。取水口位于蘭州市和白銀市的下游，兩城市均為工業城市，有大量的工業廢水和生活廢水排入黃河，根據白銀市環保局常年定期定點監測，2000年黃河白銀段水質污染綜合指數0.59，主要污染物為總磷和化學耗氧量，有時高達0.159mg/L和17.8mg/L。同時黃河徑流由于黃土高原植被破壞，水土流失嚴重，水體攜帶大量泥沙，屬于高濁度水體。根據安寧渡站多年的系列實測資料，平均含沙量5.5kg/m3，多年實測最大含沙量319kg/m3（發生在1973年8月27日）。
黃河水體被污染之前，水質只要把泥沙除掉即可飲用。由于國民經濟高速發展，含有害有毒物質的廢水、農肥、農藥未經處理排入或滲入河水中，直接或間接地污染了黃河水體。已在水中檢測出40多種有害污染物，尤其是冬季、枯水季節更為嚴重。以化學耗氧量、揮發酚、氧化物、砷、汞、六價鉻、氨氮、亞硝酸鹽、石油等十一種物質排入黃河負荷作為評價因子，每年分月污染等級分別為2月、3月、4月為嚴重污染，1月、5月為重污染，6月、11月、12月為中度污染，7月、8月、9月、10月為輕度污染。隨著我國計劃經濟轉向市場經濟，國民經濟中老企業加快技術更新換代，新型企業不斷出現以及社會總體發展帶來人類生活方式的大改變，必然導致污染源的更新，過去污染水體的汞、六價鉻、鎘、銅、揮發酚消失或不超標，同時又有新的超標物質如總磷、硫酸鹽、化學耗氧量，這些超標物質除受原工業廢水影響外，大量生活污水量而導致有機物大量增加，使這些物質中碳的耗氧量猛增所致。細菌超標有增無減，白銀市水質監測站2000年水期，年平均大腸桿菌高達507222個/L。
黃河水體油質污染以工業為主，近年生活油質及油類機械大量使用后，油污染日趨增多。從分析值來看，石油污染有所減少，說明石油工業廢液得到處理，排放量有所控制，但枯水期水的顏色還是灰或灰黑色，水體散發煤油氣味。
綜上所述，黃河水體作為生活飲用水，很難通過自凈達到無害的目的，必須凈化處理才能達到目標值之內。目前已發現由于飲用不符合衛生要求的水而導致多種疾病，飲用污染的水體嚴重危害人民身體健康，也給國民經濟、工農業生產帶來巨大損失，因此，采用有效措施改善被污染的黃河水水質，保證人民吃上符合標準的衛生水勢在必行，東灣水廠也是為此目的而設立。
對于中小型凈化水廠工程設計，應考慮經濟實惠，節約能源，結構簡單，運轉費低，易于管理等因素。通過凈化流程，達到飲用符合標準的衛生水。經多方考證，借鑒靖遠地區已建水廠的經驗，結合近期黃河水體污染有所好轉的現狀，擇優選定東灣水廠水處理工藝流程如下：絮凝→沉淀（除泥沙）→氣浮（除油質）→過濾（保證水質濁度達到3度以下）→消毒（除細菌）等五個環節，最終實現原水水質優化。
3 高濁度水處理工藝
3.1 絮凝、沉淀
沉淀池排泥耗水量20%，平流沉淀池設計進水流量為3175.2m3/d，流速2.2mm/s，停流時間9.5h。
水質濁度：設計進水泥沙含量40kg/m3，出水濁度50度，排泥濃度120kg/m3。當進水含沙量20kg/m3以下時，采用自然沉淀；進水含沙量20kg/m3以上時，需投放聚炳烯酰胺，進行絮凝，出水濁度方可達到設計要求
工作原理：黃河水體中懸浮泥沙顆粒或絮凝后生成的礬花顆粒，當水流慣性對其影響較小時，泥沙顆粒或礬花顆粒按其特征，靠自身重力及自凝作用絕大部分顆粒沉淀到池底部。
岸邊取出的黃河水，先進消力緩沖段，通過攪拌池，流入豎井絮凝。進入沉淀池后經穩流區淹沒口，自流進氣浮池。設計采用絮凝與自然沉淀相結合，混合、絮凝池與平流沉淀池合建，凝聚劑為聚丙烯酰胺，設計濃渡8%，混凝時間20s。
絮凝池為穿孔旋流式，絮凝池絮凝時間25 min。絮凝池采用變速反應，進口流速0.5m/s，水流沿8格豎井順序由上到下翻騰滾動，出口流速0.15m/s，各段停留時間為400s，孔口尺寸0.24×0.24m～0.43×0.43m。
聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酰胺聚合而成的有機高分子聚合物，能溶于水，沒有腐蝕性，在常溫下比較穩定。它有很長的分子鏈，對水中泥沙顆粒具有高效的吸附與架橋作用。當自然和自凝沉淀達不到出水要求即進水含沙量達20kg/m3以上時，采用PAM是最理想的混凝劑，它能處理水體含沙量10～150kg/m3。由于PAM有一定毒性，衛生部批準生活用水中PAM及其單體濃度如下：PAM最高允許濃度為1mg/l，PAM單體濃度為0.01mg/l。PAM投加量一般以原水混凝實驗或相似水廠的生活運行經驗確定。
平流沉淀池下設多個排泥漏斗，靠上部池水靜壓，一個個漏斗沉淀的泥沙，自流到排泥管，匯入黃河。
3.2 氣浮
氣浮池排渣排泥耗水量5%，設計氣浮池進水流量2646m3/d。
水質濁度：設計進水濁度50度，出水濁度10度以下，含油量降到0.3mg/l。
工作原理：氣浮是利用氣水混合，形成多微氣泡粘附于雜質絮粒上，造成整體比重小于水的狀態，依靠浮力上浮。獲得固、液分離，比重大于水的雜質沉淀池底。為了保證這一過程的實施，在氣浮進水口加高效聚合鋁，形成較大絮粒。
由于上游蘭州市和白銀市排放的大量工業污水、生活污水及沿途鄉鎮排放污水，黃河水石油類及藻類污物間歇超標，特別在冬春兩季，油污含量更大，水面呈黑色，這種水質單靠沉淀和過濾還不能達標，因此進行氣浮處理是必要的。本工程設氣浮池1座，長14.45m，寬5.8m,高3.5m，設計水深2.7m，氣浮池設計容積77m3，總停留時間25.5min，
平流沉淀池出水溢流進氣浮池首段豎井反應池，同時投放凝聚劑聚合氯化鋁，在進口通過水射器投放，經十二段豎井攪拌反應后進接觸室，使水在釋放器作用下與溶氣混合，上升進入分離室，分離室設計流速15mm/s。在分離室內，比水輕的上浮油質通過溢流堰排入地溝，比水重的污泥沉淀池下，定期通過管子排入下水井。中部清水，通過集水管，經虹吸管進入增壓泵。溶氣系統溶氣罐的壓力及回流比的確定，根據鄰近同水源水廠的試驗情況，溶氣壓力采用3kg/cm2，回流比10%，設計溶氣量18.7m3/h。
聚合鋁是介于三氯化鋁（Alcl3）和氫氧化鋁Al(OH)3之間的中間水解產物，分子中帶有數量不等的羥基，由于聚合鋁中Al3+和cl-存在比例不均衡，因而在不同PH值下有相應形態的化合物存在。聚合鋁無論是在高濁度、中濁度、低濁度的情況下，混凝效果都遠遠超過硫酸鋁、三氯化鐵。由于用量少，水中只加3～6g/m3，加的方法，只能用手工作業，即用水桶人工攪拌，用人工注液膠管，虹吸滴入水中。
3.3 過濾
過濾沖洗耗水量5%，濾池進水流量2520m3/d，出水流量2400m3/d。
水質濁度：設計進水濁度10度，出水濁度3度以下。
工作原理：氣浮過的水體經水泵送入濾池，經過濾層，自下而上地過濾清水，從連通管注入清水箱內貯存，水箱充滿后，水流通過出水管自流至清水池。濾層不斷截留懸浮物，造成濾層阻力的逐漸增加，因而促使虹吸上升管內的水位不斷升高，當水位達到虹吸輔助管管口時，水自該管中落下，通過抽氣管，借以帶走虹吸下降管中的空氣，當真空度達到一定值時，便發生虹吸作用。這時，水箱中的水自下而上地通過濾層，對濾料進行反沖洗，當沖洗水箱水面下降到虹吸破壞管管口時，空氣進入虹吸管，破壞虹吸作用，濾池反沖洗結束，濾池進入下一周期的工作。
本工程過濾系統選擇重力式無閥濾池，設在氣浮廠房內，設計采用標準《S755(五)重力無閥濾池》。處理能力160m3/h，濾速10m/h，設計平均沖洗強度采用15L/s.m2，沖洗歷時5min，期終水頭損失1.7m。采用單層石英砂濾料，濾層厚度0.70m。
3.4 消毒
無閥濾池濾出的清水采用液氯消毒后打入供水管網。按常規，每噸水加氯量為0.5～1.5g，接觸30分鐘后，清水中氯不低于0.3mg/L，使細菌、大腸桿菌可控制在目標值以內。
液氯能溶于水，即與水發生水解作用，在20℃溫度條件下，1個大氣壓的溶解度為7.3kg/m3，液氯溶解在水中迅速水解生成次氯酸離子和氯離子。液氯投加要點：（1）投加液氯必須注意安全，不允許水體與氯瓶直接相聯，必須設置加氯機。（2）液氯氣化成氯氣過程需要吸熱，常采用淋水管噴淋。（3）氯瓶內液氯的氣化及用量需監測，采用自動計量或氯瓶放置磅秤上。
液氯溶解后用管道直接投放于清水池中，氯與水接觸最小時間為3h。因原水總大腸菌群嚴重超標，加氯量較大，參考相近水廠經驗，設計按7mg/L加注，管網末梢余氯量大于0.05mg/L，液氯鋼瓶充氣量按100kg設置。
4 結語
高濁度水處理工藝，不同地區已積累了豐富的經驗，由靖遠東灣水廠水質分析，因其特殊性，采用上述工藝流程處理高濁度水，凈水效果將在水廠運行中得到檢驗。隨著當地農村經濟的發展和農民收入增加，對生活質量的要求不斷提高，群眾的衛生意識越來越強烈，衛生改水工程的不斷興建，對高濁度水的處理工藝將在探索中逐步成熟、完善。
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