城市常規(guī)工藝處理廠自用水耗水情況分析

城市常規(guī)工藝處理廠自用水耗水情況分析

預(yù)算節(jié)約已成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。城市供水廠作為制水企業(yè),對(duì)水資源短缺的體會(huì)更為深刻,更加了解節(jié)水的重要性。城市供水廠的生產(chǎn)廢水主要來(lái)源于絮凝、沉淀和過(guò)濾等工藝單元的運(yùn)行過(guò)程中。各個(gè)工藝單元,包括運(yùn)行控制參數(shù)、池體構(gòu)造、自用水消耗方式以及設(shè)備等差異,均會(huì)對(duì)城市供水廠自用水消耗產(chǎn)生影響。文中對(duì)我國(guó)中東部地區(qū)部分城市供水廠自用水消耗情況實(shí)地調(diào)研,調(diào)查地點(diǎn)涉及到東北、黃河中下游、江浙、廣東等11個(gè)省份和直轄市的52個(gè)供水廠,對(duì)城市供水廠的自用水構(gòu)成及特征進(jìn)行分析總結(jié),確定自用水消耗工藝的耗水率現(xiàn)狀。采用文獻(xiàn)的調(diào)查方法進(jìn)行調(diào)研。1自然濁度的測(cè)定由表1可知,水溫隨地域的南移不斷升高,東北地區(qū)常年處于低溫環(huán)境,這就要針對(duì)其低溫低濁水進(jìn)行考慮。pH值全國(guó)范圍內(nèi)保持一致,基本維持在7~8之間。濁度隨地域的不同表現(xiàn)出很大的差異,可是江浙地區(qū)原水濁度最大,與其原水來(lái)源于長(zhǎng)江水有關(guān)。其他地區(qū)全年平均濁度均低于20NTU,屬低濁度水。針對(duì)低濁水的處理,通常加大絮凝劑、助凝劑的投加量,以期獲得較好的混凝效果。這必然會(huì)引起藥量的增加,繼而增加制水成本。2供水廠主工藝單元的節(jié)水現(xiàn)狀分析2.1池型絮凝池的耗水率比較在統(tǒng)計(jì)3個(gè)地區(qū)的水廠中,隔板/折板絮凝池有17個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的54.8%;機(jī)械絮凝池有5個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的16.2%;網(wǎng)格絮凝池9個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的29%。隔板/折板絮凝池占有的比例較大,兩者個(gè)數(shù)之和大約占到調(diào)查水廠總數(shù)的70%,而機(jī)械絮凝池所占比例最小,網(wǎng)格絮凝池所占比例居中,且多分布于東北地區(qū)。從調(diào)查結(jié)果中可以看出,隔板絮凝池主要應(yīng)用于水量大于50m3/d的大、中型水廠,隔板絮凝池的耗水率一般在0.2%~0.3%之間。隔板絮凝池有多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在水量變動(dòng)不大的情況下絮凝效果有保證。折板絮凝池是在隔板絮凝池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,由于其在流動(dòng)中形成眾多的小漩渦,顆粒碰撞效果得到提高。在對(duì)全國(guó)不同地域水廠調(diào)查結(jié)果中可以看出,折板絮凝池應(yīng)用廣泛并且具有好較的絮凝效果。從耗水率方面看,隔板/折板絮凝池平均耗水率為0.045%~0.26%,較機(jī)械絮凝池耗水率(0.1~0.72),有較好的節(jié)水效果。隔板、折板絮凝池在不同地區(qū)的分布及耗水率情況如表2所示,東北地區(qū)隔板、折板絮凝池的耗水率一般為0.03%~0.13%,江浙小于0.1%,廣東為0.06%~0.26%。可是東北吉林的2個(gè)水廠絮凝池耗水為0.6%~0.8%,這與東北地處我國(guó)北方水濁度低水溫也較低有一定的關(guān)系。低溫低濁條件下,絮凝劑投加量較大,沉淀排泥周期短,所以排泥水量較大。機(jī)械絮凝池可隨水質(zhì)、水量的變化而隨時(shí)改變轉(zhuǎn)速,用以保證絮凝效果,適合任何規(guī)模的水廠。但是機(jī)械絮凝池需要機(jī)械設(shè)備,這也增加了機(jī)械維修工作。如表2所示,該池型平均的耗水率為0.1%~0.72%,浙江地區(qū)一水廠絮凝池耗水率達(dá)到1.13%,這與其絮凝池排泥方式有關(guān)。該廠絮凝池排泥為機(jī)械排泥,導(dǎo)致排泥水量偏大。東北地區(qū)機(jī)械絮凝池耗水率相對(duì)于隔板/折板絮凝池較高,這與其工藝設(shè)備有一定關(guān)系。網(wǎng)格絮凝池效果好,絮凝時(shí)間短,水頭損失小,可是大量實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格絮凝池的末端存在積泥現(xiàn)象,少數(shù)水廠還發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格上滋生藻類,出現(xiàn)堵塞網(wǎng)眼現(xiàn)象。因此,網(wǎng)格絮凝池耗水率明顯高于其他池型。例如東北地區(qū),網(wǎng)格絮凝池耗水率約為0.45%~0.75%,明顯高于同地區(qū)其他池型耗水率。從表2可以看出機(jī)械和網(wǎng)格絮凝池主要應(yīng)用于東北地區(qū)的城市供水廠,這和北方地區(qū)冬天氣溫較低,故需將水廠置于室內(nèi),室內(nèi)環(huán)境要求工藝單元的占地面積要小,這正是網(wǎng)格絮凝池的優(yōu)勢(shì)所在。進(jìn)一步分析具體數(shù)據(jù),可以得出東北地區(qū)的網(wǎng)格絮凝池耗水率一般大于0.4%,介于0.45%~0.75%之間。而南方地區(qū)的網(wǎng)格絮凝池的耗水率小于0.2%,昆山兩水廠的網(wǎng)格絮凝池的耗水率僅為0.02%。崔福義基于微渦漩理論改進(jìn)的網(wǎng)格絮凝池對(duì)南方地區(qū)的低濁高藻原水具有較好的適應(yīng)性,與傳統(tǒng)絮凝池相比,沉后水濁度降低了約0.1~0.2NTU,同時(shí)對(duì)CODMn和藻類也有較高的去除率。絮凝池的排泥方式主要有機(jī)械排泥、穿孔管排泥、重力排泥。文中只采用了穿孔管作為其典型的排泥方式,這是因?yàn)樵谛跄嘏拍鄺l件下,90%以上的排泥方式都采用穿孔管排泥,只有一小部分采用重力排泥,采用穿孔管排泥的耗水率低于采用重力方式排泥的耗水率。2.2排泥方式影響耗水率的影響由表3可知,在眾多水廠中,沉淀池主要以平流和斜管/斜板沉淀池為主。澄清池、高密度沉淀池在東南沿海經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。斜管沉淀池多應(yīng)用在東北地區(qū),這些地區(qū)冬季氣溫較低,需要將凈水工藝安置在室內(nèi),又由于斜管沉淀池占地面積小所以該池型比較適合北方寒冷地區(qū)。不同池型地域分布及耗水率如表4所示。文中主要就平流和斜管/斜板沉淀池進(jìn)行論述分析。就平流沉淀池耗水率而言,江浙地區(qū)要高于廣東地區(qū),這與其原水來(lái)源有密切關(guān)系。江浙地區(qū)原水主要來(lái)源于長(zhǎng)江水,水中濁度較高,排泥周期較短,耗水率較高;廣東地區(qū)原水主要取自珠江,珠江水質(zhì)相對(duì)長(zhǎng)江水而言,水質(zhì)較好,故耗水率低。調(diào)查中,哈爾濱水廠存在斜管、斜板沉淀池耗水率較大的現(xiàn)象,這是因?yàn)槠洳捎弥亓ε拍嘧鳛槌恋沓嘏拍喾绞?故排泥時(shí)間較長(zhǎng)。陶輝等對(duì)吸泥機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化,采用沉淀池前段(0~50m)運(yùn)行速度為0.83m/min,沉淀池后段(50~100m)運(yùn)行速度為2.5m/min的方式,每天沉淀池的排泥水量減少至原來(lái)的13%。周華等通過(guò)優(yōu)化排泥工況,使沉淀池排泥耗水率可控制在0.7%左右。高密度沉淀池是得利滿公司研制的一種新型沉淀池,其占地面積小,沉淀效果好,沉淀池出水濁度一般都低于2NTU。在抗沖擊性上和水質(zhì)適應(yīng)性上比機(jī)械攪拌澄清池表現(xiàn)更為突出。浙江嘉興水廠高密度沉淀池的耗水率僅為0.6%,在節(jié)約水資源基礎(chǔ)上減少了混凝劑的藥耗,使該池型在節(jié)約能源和降低原材料消耗方面效益顯著。許嘉炯、芮旻等的半生產(chǎn)性試驗(yàn),驗(yàn)證高密度沉淀池上升流速可達(dá)6mm/s,超過(guò)了斜管沉淀池和機(jī)械加速澄清池。出水濁度均在0.7NTU左右變化。濁度的降低保障了濾后出水的安全,并且影響到了后續(xù)濾池過(guò)濾周期與反沖洗耗水率。高密度沉淀池排泥濃度可達(dá)3%以上,遠(yuǎn)高于平流沉淀池0.6%~1%的平均排泥濃度,故排泥水量?jī)H相當(dāng)于平流沉淀池的10%~30%。但是從表4中的數(shù)據(jù)可以看出,平流沉淀池和斜管沉淀池仍是比較常見(jiàn)的2種沉淀池。沉淀池的排泥方式是除了沉淀池的池型外,影響沉淀池耗水率的一個(gè)重要因素。不同池型以及排泥方式的耗水率如表5所示。大、中型水廠沉淀池一般都采用機(jī)械排泥,耗水率一般在0.5%~2.5%。進(jìn)一步分析可知機(jī)械排泥耗水率在0.5%~1.5%,而重力排泥耗水率在1.5%~3.0%。由此可見(jiàn),不同的排泥方式對(duì)于耗水率來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的影響因素。如吉林省長(zhǎng)春、吉林等地區(qū)采用斜管沉淀池、重力排泥方式其耗水率在2.0%~3.0%之間,而在黑龍江尚志地區(qū)采用斜管沉淀池、機(jī)械排泥方式其耗水率在1%左右。這是因?yàn)橹亓ε拍喾绞较?排泥時(shí)間較長(zhǎng),所以其耗水率大于機(jī)械排泥。2.3v型濾池在統(tǒng)計(jì)的52個(gè)水廠中,V型濾池有23個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的44.2%;普通快濾池有16個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的30.8%;雙閥濾池有4個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的7.7%,普通快濾池和雙閥濾池的個(gè)數(shù)總和占到總濾池個(gè)數(shù)的38.5%;虹吸濾池有2個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的3.8%;無(wú)閥濾池有2個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的3.8%;翻板濾池有5個(gè),占調(diào)查水廠總數(shù)的9.6%。不同濾池的池型在不同地區(qū)的分布如表6所示。V型濾池的主要特點(diǎn)是反沖洗方式采用氣水反沖洗結(jié)合表面掃洗,這樣大大節(jié)省了水廠的濾池反沖洗水,而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。由表7可以看出,V型濾池分布較廣,適用于不同規(guī)模,不同地域的供水廠。V型濾池的耗水率較低,耗水率在1.0%~2.5%。V型濾池因其優(yōu)良的性能得到越來(lái)越多的應(yīng)用。由表7可知,在東北地區(qū)普通快濾池、雙閥濾池占到46.7%,在廣東地區(qū)這2種濾池比例僅占到36.7%。黑龍江省尚志地區(qū)3個(gè)水廠普通快濾池采用單獨(dú)水沖洗其耗水率在4.0%~5.0%。如果將普通快濾池改造成氣水反沖洗,耗水率將會(huì)降低,在2.0%~4.0%,耗水率下降近1%,廣州省深圳地區(qū)采用氣水聯(lián)合沖洗,耗水率僅在1.5%~3.0%。目前翻板濾池在東南沿海經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)許多新建的水廠得到采用,它是在水資源短缺的時(shí)代下產(chǎn)生的,其設(shè)計(jì)理念是節(jié)省反沖洗水。在哈爾濱市也建有一座采用翻版濾池的水廠,此水廠為近期新建的水廠,此翻板濾池的耗水率只有1.54%。濾池反沖洗的方式一般為單水反沖、氣水反沖以及表面助沖。在調(diào)查的52個(gè)水廠當(dāng)中,氣水反沖洗的水廠有41個(gè),所占的比例是78.8%,單水沖洗的水廠有11個(gè),所占的比例是21.2%。表8中的數(shù)據(jù)顯示,氣水反沖洗的耗水率是單獨(dú)水洗的一半左右?？赏ㄟ^(guò)改變沖洗方式來(lái)降低濾池耗水率,實(shí)現(xiàn)節(jié)水效果。在氣水反沖方式下,V型濾池的耗水率最低,其耗水率為1.0%~3.0%,其次是翻版濾池,耗水率約為1.45%,改造后的普通快濾池耗水率最高,約為2.0%~4.0%,但是相對(duì)于單獨(dú)水洗來(lái)說(shuō),其耗水率得到大大降低。2.4供水廠的自充滿水的分析綜合分析以上數(shù)據(jù),除了前已討論的構(gòu)筑物形式影響耗水率外,不同地區(qū)的水廠耗水現(xiàn)狀還存在如下特點(diǎn)。2.4.1原水濁度對(duì)自用水耗水率的影響在實(shí)際工程運(yùn)行中,pH值、堿度等水質(zhì)因素變化較小,而原水濁度的變化往往是頻繁的。所以,考察水質(zhì)因素對(duì)自用水消耗的影響應(yīng)以原水濁度為研究對(duì)象,探究不同濁度條件下對(duì)自用水耗水率所造成的影響。所調(diào)查地域除江浙地區(qū)外,濁度均小于20NTU,這與江浙地區(qū)常年以長(zhǎng)江水為原水,濁度較高有關(guān)。低濁度水需要投加更多的絮凝劑,絮凝劑的增加又會(huì)對(duì)后續(xù)運(yùn)行方式有一定影響。2.4.2投加量對(duì)上清液回用的影響溫度作為一個(gè)不可控制因素,在不同時(shí)期、不同地域的城市供水廠原水上有較大差異,溫度對(duì)處理系統(tǒng)的影響一般是通過(guò)改變混凝劑、助凝劑等的投加來(lái)控制的,從而改變了排泥水和反沖洗水的情況,間接的對(duì)上清液回用造成一定影響。表1中可以看到水溫隨地域南移溫度不斷升高,東北地區(qū)常年處于低溫環(huán)境。相同地區(qū)在不同季度的水溫也會(huì)有很大差異。徐勇鵬在對(duì)東北地區(qū)進(jìn)行調(diào)研中發(fā)現(xiàn),在第1季度和第4季度,黑龍江地區(qū)水廠耗水率普遍高于吉林和遼寧省的水廠,而第2季度和第3季度時(shí)的耗水率基本相當(dāng)。2.4.3池型對(duì)耗水率的影響處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中處理效果、水力條件等會(huì)受到構(gòu)筑物及相關(guān)設(shè)備的影響,繼而影響各個(gè)工藝單元消耗自用水的情況。相同的工藝流程下,選用不同的池型對(duì)耗水率有一定影響。隔板/折板絮凝池耗水率0.045%~0.26%,明顯低于機(jī)械絮凝池的0.1%~0.72%。在選擇反沖洗方式上,普通快濾池在反沖洗中,單獨(dú)水洗的耗水率在4%~5%,而氣水反沖洗的耗水率僅是單獨(dú)水洗耗水率的一半,約為2%~4%。3不同地區(qū)耗水率的比較對(duì)我國(guó)中東部11個(gè)省和直轄市的52個(gè)城市供水廠自用水主要消耗工藝的調(diào)研結(jié)果,以及對(duì)數(shù)據(jù)的整理分析可以總結(jié)出如下一些規(guī)律:混凝排泥水量較小,耗水率最低,排除低溫低濁水投藥量大的情況,混凝池耗水率一般小于0.5%;沉淀排泥水量居中,耗水率一般在0.6%~3%范圍內(nèi);過(guò)濾反沖洗水的水量最多,一般要高于2.5%。針對(duì)不同地區(qū),耗水率情況具體如下:東北地區(qū)絮凝池多使用網(wǎng)格絮凝池。除吉林部分水廠絮凝池耗水為0.6%~0.8%,其它地區(qū)小于0.3%。這是因?yàn)榧值貐^(qū)水源位于松花江上游,水質(zhì)良好,原水濁度低于2NTU,又因?yàn)榧值靥幈狈?水溫較低,絮凝劑投加量較大,沉淀排泥周期短,排泥水量大,故較之于其他地區(qū),耗水率較高。斜板斜管沉淀池耗水率在0.5%~2.0%,且因其占地面積小,在北方多有應(yīng)用。北方地區(qū)一般不使用翻