工程技術(shù)設(shè)備論文：提高絮凝沉淀設(shè)備產(chǎn)能確保高質(zhì)安全和諧供水

工程技術(shù)設(shè)備論文：提高絮凝沉淀設(shè)備產(chǎn)能確保高質(zhì)安全和諧供水【摘要】本文通過進(jìn)入二十一世紀(jì)以來我國一些供水企業(yè),堅持科學(xué)發(fā)展觀,解放思想,敢于在水廠擴建工程中采用微渦網(wǎng)格絮凝池、小間距斜板沉淀池、水下礬花攝像等先進(jìn)工藝,與原來傳統(tǒng)舊工藝相比,技術(shù)先進(jìn),節(jié)能減排,具有明顯的社會經(jīng)濟效益,確保了高質(zhì)安全和諧供水。

【關(guān)鍵詞】絮凝;沉淀;GT值;表面負(fù)荷;上升流速;節(jié)能降耗1.采用現(xiàn)代高效絮凝沉淀技術(shù)是優(yōu)質(zhì)安全供水的重要環(huán)節(jié)

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展與構(gòu)建和諧社會的需要,近年來國家對自來水的質(zhì)量要求越來越高,《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》經(jīng)過了三次升級,每次都增加一些新的檢測項目,其中TJ20-76標(biāo)準(zhǔn)的檢測項目23項,GB5749-85標(biāo)準(zhǔn)35項,GB5749-2006標(biāo)準(zhǔn)107項。新標(biāo)準(zhǔn)不僅在檢測項目上較舊標(biāo)準(zhǔn)大幅增加,并且在標(biāo)準(zhǔn)的水平方面要求更加嚴(yán)格。就渾濁度這項指標(biāo)來說,新標(biāo)準(zhǔn)要求小于1～3NTU,舊標(biāo)準(zhǔn)要求小于3～5mg/l(相當(dāng)于6～10NTU),即新標(biāo)準(zhǔn)對于自來水渾濁度的要求應(yīng)好于舊標(biāo)準(zhǔn)的6～10倍。一些傳統(tǒng)的舊水處理工藝達(dá)不到新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范的要求,在節(jié)能和環(huán)保方面也很落后,與國際水平相比有較大差距,屬于耗能高、產(chǎn)量低、水質(zhì)差的低能技術(shù)。為創(chuàng)造和諧美好的生活環(huán)境,滿足城鎮(zhèn)居民安全高質(zhì)用水的需要,吉林市的三水廠在擴建工程的設(shè)計中除了采用法國得利滿(Degremont)公司開發(fā)的高效V型濾池外,還采用了哈爾濱工業(yè)大學(xué)多項水處理技術(shù)有限公司的紊流多微渦網(wǎng)格絮凝池與小間距斜板沉淀池國內(nèi)最先進(jìn)的凈化新工藝,收到了水質(zhì)好、節(jié)能、降耗、節(jié)省人力、減少排污的效益,開辟了水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)的新路子。在此,僅就紊流多微渦網(wǎng)格反應(yīng)、小間距斜板沉淀、水下攝像工藝概況淺析于下。

2.紊流多微渦網(wǎng)格絮凝池與小間距斜板沉淀池的應(yīng)用

2.1絮凝沉淀設(shè)備的構(gòu)造。

吉林市三水廠擴建工程凈化系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)模為20×1.08×104m3/d?；炷⒊恋砉に囉杉铀帯艿阑旌吓c靜態(tài)混合器、微渦網(wǎng)格絮凝池、小間距斜板沉淀池三大部分組成,總平面尺寸為54m×42m。

2.1.1管道混合與靜態(tài)混合器?；旌瞎艿罏?0米長的DN900鋼管,其中包括長4米安裝6組葉片的靜態(tài)混合器。

2.1.2網(wǎng)格絮凝池。由于池高適當(dāng),網(wǎng)格絮凝池與斜板沉淀池合建,共分兩個系統(tǒng),每個系統(tǒng)分兩格。整個絮凝池由若干個豎井、孔洞和網(wǎng)板組成。(1)豎井。每個系統(tǒng)的網(wǎng)格絮凝池由49個方格豎井組成,加藥混合后的原水先進(jìn)入第1個總豎井,而后水流一分為二,分流到兩側(cè)的其余48個豎井中。48個豎井按流速和停留時間又分為三個區(qū)段,每個區(qū)段豎井的方格尺寸各異,并依次逐個增大。第一區(qū)段和第三區(qū)段36格,第二區(qū)段24格。(2)孔洞。每個豎井的側(cè)壁留有孔洞,三個區(qū)段孔洞尺寸各異,呈逐漸增大趨勢。進(jìn)水水流通過預(yù)留孔洞按照流速漸減的規(guī)律,從一格流向下一格,上下交錯流動,直至出口。(3)網(wǎng)板。為形成良好的微渦反應(yīng),在三個區(qū)段豎井的不同深度共安裝360片網(wǎng)板,其中第一區(qū)段144片,第二區(qū)段120片,第三區(qū)段96片。每片網(wǎng)板上分布若干個網(wǎng)眼,三個區(qū)段網(wǎng)眼總數(shù)為668424個,網(wǎng)板用乙丙共聚塑料壓制而成。網(wǎng)格絮凝池的幾何尺寸單格為19.7m×15.1m×6.2m,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.1.3小間距斜板沉淀池。池體的幾何尺寸為29m×15.1m×5.4m,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。小間距斜板沉淀池由布水、進(jìn)水、沉淀、清水、出水、排泥6個系統(tǒng)組成。布水系統(tǒng)由絮凝池后部的過渡區(qū)與布水花墻組成;進(jìn)水區(qū)即斜板區(qū)下部至排泥區(qū)中間的廣大空間;沉淀系統(tǒng)即斜板區(qū),面積為861m2,斜板間距為25mm,材質(zhì)為乙丙共聚樹脂;清水系統(tǒng)即斜板區(qū)至出水區(qū)之間的空間;出水系統(tǒng)由40個齒形集水堰槽(材質(zhì)為不銹鋼)和2個集水渠組成,將沉淀后的清水傳輸至濾池過濾;排泥系統(tǒng)位于沉淀池底部,由8臺GNS型雙鋼絲繩牽引式刮泥機、52個氣動刀形快開閥和排泥槽組成。

2.2工作原理。

2.2.1混合設(shè)備。在水凈化工藝過程中,一般先向原水中投加混凝劑(藥劑),混合的作用是使藥劑迅速均勻地擴散于水中,以創(chuàng)造良好的水解和聚合條件。混凝設(shè)備根據(jù)所采用的絮凝劑品種,使藥劑與水進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募眲?、充分混?通常用時間與流速控制,一般混合時間為10~60s,混合流速為0.8m/s~1.0m/s。

2.2.2網(wǎng)格絮凝池。絮凝也叫反應(yīng),其作用是經(jīng)過藥劑與原水快速混合后形成的無數(shù)凝聚微粒在具有良好的化學(xué)與水力條件下,通過分子間的雙電層作用和接觸架橋作用形成具有良好沉淀性能的大的絮凝體(礬花),以便進(jìn)入沉淀池沉淀。這一過程是以流速漸減的方式進(jìn)行的。絮凝的質(zhì)量通常用流速、流速梯度(G值)、反應(yīng)時間(T)和GT值控制。一般G=20~70s-1,GT=104~105(無因次),T=12~20min。網(wǎng)格的作用是增加微渦數(shù)量,調(diào)整流態(tài),形成良好的漸減反應(yīng)環(huán)境。

2.2.3小間距斜板沉淀池。根據(jù)動水力學(xué)原理,有兩個參數(shù)與沉淀效果有關(guān),一是雷諾數(shù)Re=VR/ν,二是弗勞德數(shù)Fγ=V2/Rg,式中V表示水平流速,R表示水力半徑,ν表示水的運動粘滯系數(shù),g表示重力加速度。在沉淀池中通常要求降低雷諾數(shù)使流態(tài)成為層流以利于顆粒沉降,提高弗勞德數(shù),水流對溫差、渾水、風(fēng)浪等影響抵抗能力強,使沉淀池中的流型保持穩(wěn)定。由雷諾數(shù)Re和弗勞德數(shù)Fγ的計算公式可見,降低雷諾數(shù)和提高弗勞德數(shù)的有效措施是減小水力半徑,斜板沉淀池就能達(dá)到這一目的,斜板間距越小,效果越好,斜板起到了整流作用。規(guī)范規(guī)定斜板間距為80mm~100mm,三水廠采用25mm,為小間距斜板。2.3混凝沉淀設(shè)備工作特點。

投藥與混和。混凝劑為液態(tài)聚合鋁(PAC),采用數(shù)字模擬自動投藥系統(tǒng)即采用隔膜計量泵投加藥劑。加藥系統(tǒng)以原水流量、水質(zhì)濁度為前饋信號,按比例調(diào)節(jié)投藥量,以沉淀池出水濁度為后饋信號,對投藥量進(jìn)行微調(diào)?；旌蜁r間為規(guī)范值的下限10.2s,流速為0.98m/s,時間短,速度快,效果好。

網(wǎng)格絮凝池。設(shè)計院在設(shè)計中對網(wǎng)格絮凝池的一些設(shè)計參數(shù)作了調(diào)整,一是大幅度提高了豎井、孔洞和過網(wǎng)流速,豎井一檔流速較GB50013-2006《室外給水設(shè)計規(guī)范》提高107%,二檔提高33%,孔洞一檔流速提高了120%,二檔提高了160%,三檔提高了90%,過網(wǎng)流速一檔提高了103%,二檔提高了44%。二是將反映時間延長了6.9min~14.9min。三是網(wǎng)格網(wǎng)眼總數(shù)高達(dá)近67萬個,龐大的微渦數(shù)加強了水分子與絮凝劑分子接觸碰撞機會,加快了絮凝。四是絮凝參數(shù)GT值為54069,處中間狀態(tài),礬花形成的強度高,穩(wěn)定性好,水下攝像顯示絮凝效果較佳。

小間距斜板沉淀池。表面負(fù)荷5.23m3/hm2,接近規(guī)范下限值,比其它水廠處理相同水量間距100mm三層斜板的沉淀池的表面負(fù)荷值低20%(見表1)。清水區(qū)上升流速1.43mm/s,比其它水廠斜板沉淀池清水區(qū)上升流速低21%(其它水廠為1.81mm/s),凈化效果好。去濁率高達(dá)98%,沉后濁度最低達(dá)0.5NTU,平均1.4NTU,比三水廠舊系統(tǒng)低82%,大大減輕了后續(xù)構(gòu)筑物濾池的負(fù)擔(dān)。排泥采用刮泥機與氣動快開刀閘相結(jié)合方式,周期長、濃度高、快捷、徹底、排水量小,較舊系統(tǒng)節(jié)水34%。網(wǎng)格絮凝池形成60多萬個主微渦和無數(shù)個小微渦,蘊藏著巨大的反應(yīng)能量。排泥周期長,為48小時,比舊系統(tǒng)提高1倍,減少自用水量。此外,新系統(tǒng)較舊系統(tǒng)節(jié)電69%,節(jié)藥41%,節(jié)省人力87.5%,且自控程度高、屏幕顯示直觀大方、科學(xué)、安全。

在混凝劑投加工藝中采用了水下攝像法FCD值作中饋。系統(tǒng)采用了國內(nèi)較先進(jìn)的對原水濁度、溫度、原水流量等因素自建數(shù)學(xué)模型,形成的適應(yīng)前饋控制,以水下攝像法FCD值作中饋,以沉淀后濁度作后饋的三級控制方式。其中FCD工作原理:實時進(jìn)行水下攝像,將絮粒(礬花)活動圖像,通過放大后傳送給計算機圖像接口,顯示屏直接顯示絮凝后水中絮粒的分布狀態(tài)的圖像,并由計算機進(jìn)行實時圖像處理,計算出沉淀池出水濁度相關(guān)參數(shù),計算出“絮?！钡膶崟r“等效直徑”值,并結(jié)合設(shè)定的目標(biāo)值和進(jìn)水量計算出藥液加注量,然后換算