加压溶气气浮与斜管沉淀工艺对水库原水的处理效能分析

刘国祥

(广州市城建规划设计院有限公司, 广东 广州 510250)

广东省某水厂一期工程建设于90 年代,原设计规模为10×104m3/d,采用网格絮凝+斜管沉淀+虹吸滤池组合工艺。 随着生活饮用水标准提升,出厂水质不能满足按照GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》所制定的水厂内控指标浊度小于0.5 NTU的要求。 另外,斜管沉淀池运行液面负荷增大时,斜管上方积有大量絮凝体(矾花),需经常冲洗斜管填料,劳动强度大,使产水效能降低。

由于水库原水常年浊度较低,藻类与Mn 含量较高,基于相关研究,气浮工艺对低温低浊、高藻、高Mn 水库原水处理效果较好[1-5]。 二期扩建工程采用网格絮凝+溶气气浮+Ⅴ型滤池组合工艺,设计规模为3×104m3/d,2021 年8 月建成投产。 基于场地情况与实际供水情况,一期处理水量达到6×104m3/d,二期处理水量达到3×104m3/d,运行效果良好。

本论文基于南方典型水库原水长期低浊、高藻的特性,通过跟踪监测比较该厂斜管沉淀、气浮两种不同工艺对水库原水的处理效果,为后续同类水厂处理设计工艺选择提供参考。

1 工艺流程及主要构筑物及设计参数

1.1 工艺流程

一期和二期工程工艺流程见图1、图2。

图2 二期工程工艺流程Fig.2 Flow chart of second-phase project

1.2 一期工程主要构筑物及设计参数

一期工程主要构筑物为网格絮凝池、斜管沉淀池、虹吸滤池,网格絮凝池与斜管沉淀池合建。 网格絮凝池分为两组,每组竖井18 格,单格竖井尺寸L×B×H=2.25 m×2.25 m×4.4 m,按照处理水量10×104m3/d 计算,竖井平均流速0.12 m/s,停留时间11 min。 前段1～3 竖井采用木质密栅条,过栅流速为0.55 m/s,中段4～14 竖井采用木质疏栅条,过栅流速为0.22 m/s,后段不设栅条;竖井之间过孔流速:前段为0.2 m/s,中段为0.16 m/s,末段为0.14 m/s。 网格絮凝池出水经长40.60 m、宽2.0 m 的配水渠向两侧配水进入斜管沉淀区,斜管沉淀池有效水深4.0 m,设计表面负荷9.7 m3/(m2·h)。 虹吸滤池共16 格,每格面积24 m2,虹吸进水管流速0.9 m/s,虹吸排水管流速1.5 m/s。

1.3 二期工程主要构筑物及设计参数

二期工程主要构筑物包括网格絮凝池、气浮池、配套溶气水、加药间等,其中网格絮凝池和气浮池合建。 网格絮凝池尺寸L×B×H=12.5 m×14 m×6.9 m,停留时间23 min,G 值575 s-1,分两组布置,竖井流速0.12 m/s,前段过网流速为0.25 m/s,中段过网流速为0.22 m/s,后段不设网格;竖井之间过孔流速:前段为0.2 m/s,中段为0.16 m/s,末段为0.14 m/s。 网格絮凝池出水经过渡区穿孔花墙均匀配水进入接触室,接触室上升流速为19.7 mm/s,停留时间为60 s;固液分离区表面负荷为7.1 m3/(m2·h),停留时间为25 min,气浮池回流比8%～12%。每格气浮池设1 台行车式刮渣机,定期刮渣。 Ⅴ型滤池平面尺寸L×B=29.0 m×14.3 m,共分4 格,每格过滤面积36.5 m2,正常滤速9.0 m/h,强制滤速12.0 m/h。

2 气浮与沉淀工艺处理效能对比分析

2.1 藻类去除效果对比

水厂运行期间,在加药量相同的条件下,气浮工艺与沉淀工艺对藻类的去除效果对比见图3。

图3 藻类去除效果对比Fig.3 Contrast of algae removal effect

由图3 可知,该水库原水中藻类的季节性变化明显,9 月份水库原水藻类数量明显增加。 气浮工艺对藻类的去除率相对稳定,虽然水库原水中藻类呈季节性变化,但气浮工艺对藻类的去除率稳定在87.87%～95.75%之间,平均去除率为92.96%;斜管沉淀工艺对藻类的去除率在74.87%～90.88%之间,平均去除率为83.77%,气浮工艺对藻类的去除效果明显优于斜管沉淀工艺。

2.2 浊度去除效果对比

水厂运行期间,在加药量相同的条件下,气浮工艺和沉淀工艺对浊度的去除效果见图4。 由图4 可知,该指标季节性变化明显,5—9 月受雨季或暴雨影响,原水浊度短期升高,最高达55.46 NTU,水库原水浊度常年稳定在2 ～6 NTU,在低浊情况下,加药絮凝产生的矾花松散,成絮状,斜管沉淀的沉淀效果不佳。 气浮工艺在低浊情况下,出水浊度稳定小于1.0 NTU,对浊度的去除明显优于斜管沉淀工艺。随着原水浊度增加,气浮工艺相较于斜管沉淀工艺的浊度去除优势逐渐下降,当原水浊度大于50 NTU时,气浮工艺出水浊度平均为2.61 NTU,与斜管沉淀工艺的去除效果相当。

图4 浊度去除效果对比Fig.4 Contrast of turbidity removal effect

2.3 Mn 去除效果对比

水厂运行期间,在加药量相同的条件下,气浮工艺和沉淀工艺对Mn 的去除效果见图5。 由图5 可知,水库原水中该指标季节性变化明显,原水中的锰含量变化较大,在0.05 ～0.42 mg/L 范围。 经过气浮工艺处理后的出水锰含量在0.01 ～0.07 mg/L 范围内,大部分低于0.05 mg/L,去除效率在60.12%～92.31%。 斜管沉淀工艺出水中锰含量在0.03 ～0.13 mg/L 范围,去除效率在40%～69.23%,出水必须过滤后才能满足国标要求。

图5 气浮工艺和沉淀工艺去除Mn 效果对比Fig.5 Contrast of manganese removal effect between DAF and sedimentation process

2.4 CODMn 去除效果对比

水厂运行期间,在加药量相同的条件下,两种不同的工艺对CODMn的去除效果见图6。 由图6 可知,水库原水中CODMn常年较低,稳定在3 mg/L 以下,经过气浮工艺出水CODMn在0.8 mg/L 以下,平均约0.6 mg/L。 斜管沉淀工艺出水CODMn在1.1 mg/L 以下,平均约0.92 mg/L。 通过对比可知,气浮工艺出水CODMn比斜管沉淀工艺出水含量低,气浮工艺出水优于斜管沉淀工艺。

2.5 氨氮去除效果对比

原水为同一水库原水,在加药量相同的条件下,两种工艺对氨氮的去除效果对比见图7。 由图7 可知,水库原水中氨氮常年较低,稳定在0.3 mg/L 以下,经过气浮工艺处理出水氨氮在0.05 mg/L 以下,平均约0.03 mg/L。 斜管沉淀工艺处理出水氨氮在0.12 mg/L 以下,平均约0.045 mg/L。 通过对比可知,气浮工艺出水氨氮比斜管沉淀工艺出水含量低,气浮工艺出水优于斜管沉淀工艺。

图7 氨氮去除效果对比Fig.7 Contrast of Ammonia-nitrogen removal effect

3 结语

① 该水库原水中藻类、浊度、Mn 等水质指标季节性变化明显,水库原水中藻类较高主要在9 月,降雨较少、光照较强的时期;浊度较高主要在5—9月,暴雨比较频发时期。

② 运行数据表明,气浮工艺对藻类、浊度、Mn、CODMn、氨氮等去除效果好,出水水质相对稳定,在同一时段同一水库原水处理效果对比中发现,气浮工艺对明显优于斜管沉淀工艺。