东湾水厂高浊度水处理工艺工程案例
1 项目简介
根据国家计委、财政部、全国爱卫办的有关精神，甘肃省靖远县被列为第三期世界银行贷款中的农村供水与环境卫生项目县，靖远县东东湾水厂供水工程为世界银行贷款第三期中国农村供水与环境卫生项目。
东湾水厂供水工程位于靖远县东部，黄河右岸，紧邻县城，供水范围为东湾乡的三合、大坝、沙梁、南头、东湾、瓜园、红柳7个村， 66个社，受益人口4.03万人,设计人口4.82万人, 受益面积31.25km2。
水厂设计供水规模2400m3/d，年均供水总量 87.6万m3。主要工程内容:浮船式取水泵站1座，絮凝、平流沉淀池2座，气浮池1座, 重力式无阀过滤池1座，容积400m3清水调节池2座，消毒间2座,配水泵房1座，管网总长度56.16km。附属建筑物主要有办公室及化验室、车库，同时考虑了厂区采暖及给排水等项目。工程概算投资943.30万元，建设资金来源组成为世界银行贷款50%，省、地、县群众自筹50%。东湾水厂现已开工建设，根据国家项目办的要求,项目实施年限18个月。
2 水质分析及高浊度水处理流程
东湾水厂取黄河水作为饮水水源，拟建一个具有深度净化，设计供水规模水量2400.0m3/d，设计处理含沙量40kg/m3，符合国标GB5749-85的集中供水厂。取水口位于兰州市和白银市的下游，两城市均为工业城市，有大量的工业废水和生活废水排入黄河，根据白银市环保局常年定期定点监测，2000年黄河白银段水质污染综合指数0.59，主要污染物为总磷和化学耗氧量，有时高达0.159mg/L和17.8mg/L。同时黄河径流由于黄土高原植被破坏，水土流失严重，水体携带大量泥沙，属于高浊度水体。根据安宁渡站多年的系列实测资料，平均含沙量5.5kg/m3，多年实测最大含沙量319kg/m3（发生在1973年8月27日）。
黄河水体被污染之前，水质只要把泥沙除掉即可饮用。由于国民经济高速发展，含有害有毒物质的废水、农肥、农药未经处理排入或渗入河水中，直接或间接地污染了黄河水体。已在水中检测出40多种有害污染物，尤其是冬季、枯水季节更为严重。以化学耗氧量、挥发酚、氧化物、砷、汞、六价铬、氨氮、亚硝酸盐、石油等十一种物质排入黄河负荷作为评价因子，每年分月污染等级分别为2月、3月、4月为严重污染，1月、5月为重污染，6月、11月、12月为中度污染，7月、8月、9月、10月为轻度污染。随着我国计划经济转向市场经济，国民经济中老企业加快技术更新换代，新型企业不断出现以及社会总体发展带来人类生活方式的大改变，必然导致污染源的更新，过去污染水体的汞、六价铬、镉、铜、挥发酚消失或不超标，同时又有新的超标物质如总磷、硫酸盐、化学耗氧量，这些超标物质除受原工业废水影响外，大量生活污水量而导致有机物大量增加，使这些物质中碳的耗氧量猛增所致。细菌超标有增无减，白银市水质监测站2000年水期，年平均大肠杆菌高达507222个/L。
黄河水体油质污染以工业为主，近年生活油质及油类机械大量使用后，油污染日趋增多。从分析值来看，石油污染有所减少，说明石油工业废液得到处理，排放量有所控制，但枯水期水的颜色还是灰或灰黑色，水体散发煤油气味。
综上所述，黄河水体作为生活饮用水，很难通过自净达到无害的目的，必须净化处理才能达到目标值之内。目前已发现由于饮用不符合卫生要求的水而导致多种疾病，饮用污染的水体严重危害人民身体健康，也给国民经济、工农业生产带来巨大损失，因此，采用有效措施改善被污染的黄河水水质，保证人民吃上符合标准的卫生水势在必行，东湾水厂也是为此目的而设立。
对于中小型净化水厂工程设计，应考虑经济实惠，节约能源，结构简单，运转费低，易于管理等因素。通过净化流程，达到饮用符合标准的卫生水。经多方考证，借鉴靖远地区已建水厂的经验，结合近期黄河水体污染有所好转的现状，择优选定东湾水厂水处理工艺流程如下：絮凝→沉淀（除泥沙）→气浮（除油质）→过滤（保证水质浊度达到3度以下）→消毒（除细菌）等五个环节，最终实现原水水质优化。
3 高浊度水处理工艺
3.1 絮凝、沉淀
沉淀池排泥耗水量20%，平流沉淀池设计进水流量为3175.2m3/d，流速2.2mm/s，停流时间9.5h。
水质浊度：设计进水泥沙含量40kg/m3，出水浊度50度，排泥浓度120kg/m3。当进水含沙量20kg/m3以下时，采用自然沉淀；进水含沙量20kg/m3以上时，需投放聚炳烯酰胺，进行絮凝，出水浊度方可达到设计要求
工作原理：黄河水体中悬浮泥沙颗粒或絮凝后生成的矾花颗粒，当水流惯性对其影响较小时，泥沙颗粒或矾花颗粒按其特征，靠自身重力及自凝作用绝大部分颗粒沉淀到池底部。
岸边取出的黄河水，先进消力缓冲段，通过搅拌池，流入竖井絮凝。进入沉淀池后经稳流区淹没口，自流进气浮池。设计采用絮凝与自然沉淀相结合，混合、絮凝池与平流沉淀池合建，凝聚剂为聚丙烯酰胺，设计浓渡8%，混凝时间20s。
絮凝池为穿孔旋流式，絮凝池絮凝时间25 min。絮凝池采用变速反应，进口流速0.5m/s，水流沿8格竖井顺序由上到下翻腾滚动，出口流速0.15m/s，各段停留时间为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机高分子聚合物，能溶于水，没有腐蚀性，在常温下比较稳定。它有很长的分子链，对水中泥沙颗粒具有高效的吸附与架桥作用。当自然和自凝沉淀达不到出水要求即进水含沙量达20kg/m3以上时，采用PAM是最理想的混凝剂，它能处理水体含沙量10～150kg/m3。由于PAM有一定毒性，卫生部批准生活用水中PAM及其单体浓度如下：PAM最高允许浓度为1mg/l，PAM单体浓度为0.01mg/l。PAM投加量一般以原水混凝实验或相似水厂的生活运行经验确定。
平流沉淀池下设多个排泥漏斗，靠上部池水静压，一个个漏斗沉淀的泥沙，自流到排泥管，汇入黄河。
3.2 气浮
气浮池排渣排泥耗水量5%，设计气浮池进水流量2646m3/d。
水质浊度：设计进水浊度50度，出水浊度10度以下，含油量降到0.3mg/l。
工作原理：气浮是利用气水混合，形成多微气泡粘附于杂质絮粒上，造成整体比重小于水的状态，依靠浮力上浮。获得固、液分离，比重大于水的杂质沉淀池底。为了保证这一过程的实施，在气浮进水口加高效聚合铝，形成较大絮粒。
由于上游兰州市和白银市排放的大量工业污水、生活污水及沿途乡镇排放污水，黄河水石油类及藻类污物间歇超标，特别在冬春两季，油污含量更大，水面呈黑色，这种水质单靠沉淀和过滤还不能达标，因此进行气浮处理是必要的。本工程设气浮池1座，长14.45m，宽5.8m,高3.5m，设计水深2.7m，气浮池设计容积77m3，总停留时间25.5min，
平流沉淀池出水溢流进气浮池首段竖井反应池，同时投放凝聚剂聚合氯化铝，在进口通过水射器投放，经十二段竖井搅拌反应后进接触室，使水在释放器作用下与溶气混合，上升进入分离室，分离室设计流速15mm/s。在分离室内，比水轻的上浮油质通过溢流堰排入地沟，比水重的污泥沉淀池下，定期通过管子排入下水井。中部清水，通过集水管，经虹吸管进入增压泵。溶气系统溶气罐的压力及回流比的确定，根据邻近同水源水厂的试验情况，溶气压力采用3kg/cm2，回流比10%，设计溶气量18.7m3/h。
聚合铝是介于三氯化铝（Alcl3）和氢氧化铝Al(OH)3之间的中间水解产物，分子中带有数量不等的羟基，由于聚合铝中Al3+和cl-存在比例不均衡，因而在不同PH值下有相应形态的化合物存在。聚合铝无论是在高浊度、中浊度、低浊度的情况下，混凝效果都远远超过硫酸铝、三氯化铁。由于用量少，水中只加3～6g/m3，加的方法，只能用手工作业，即用水桶人工搅拌，用人工注液胶管，虹吸滴入水中。
3.3 过滤
过滤冲洗耗水量5%，滤池进水流量2520m3/d，出水流量2400m3/d。
水质浊度：设计进水浊度10度，出水浊度3度以下。
工作原理：气浮过的水体经水泵送入滤池，经过滤层，自下而上地过滤清水，从连通管注入清水箱内贮存，水箱充满后，水流通过出水管自流至清水池。滤层不断截留悬浮物，造成滤层阻力的逐渐增加，因而促使虹吸上升管内的水位不断升高，当水位达到虹吸辅助管管口时，水自该管中落下，通过抽气管，借以带走虹吸下降管中的空气，当真空度达到一定值时，便发生虹吸作用。这时，水箱中的水自下而上地通过滤层，对滤料进行反冲洗，当冲洗水箱水面下降到虹吸破坏管管口时，空气进入虹吸管，破坏虹吸作用，滤池反冲洗结束，滤池进入下一周期的工作。
本工程过滤系统选择重力式无阀滤池，设在气浮厂房内，设计采用标准《S755(五)重力无阀滤池》。处理能力160m3/h，滤速10m/h，设计平均冲洗强度采用15L/s.m2，冲洗历时5min，期终水头损失1.7m。采用单层石英砂滤料，滤层厚度0.70m。
3.4 消毒
无阀滤池滤出的清水采用液氯消毒后打入供水管网。按常规，每吨水加氯量为0.5～1.5g，接触30分钟后，清水中氯不低于0.3mg/L，使细菌、大肠杆菌可控制在目标值以内。
液氯能溶于水，即与水发生水解作用，在20℃温度条件下，1个大气压的溶解度为7.3kg/m3，液氯溶解在水中迅速水解生成次氯酸离子和氯离子。液氯投加要点：（1）投加液氯必须注意安全，不允许水体与氯瓶直接相联，必须设置加氯机。（2）液氯气化成氯气过程需要吸热，常采用淋水管喷淋。（3）氯瓶内液氯的气化及用量需监测，采用自动计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，氯与水接触最小时间为3h。因原水总大肠菌群严重超标，加氯量较大，参考相近水厂经验，设计按7mg/L加注，管网末梢余氯量大于0.05mg/L，液氯钢瓶充气量按100kg设置。
4 结语
高浊度水处理工艺，不同地区已积累了丰富的经验，由靖远东湾水厂水质分析，因其特殊性，采用上述工艺流程处理高浊度水，净水效果将在水厂运行中得到检验。随着当地农村经济的发展和农民收入增加，对生活质量的要求不断提高，群众的卫生意识越来越强烈，卫生改水工程的不断兴建，对高浊度水的处理工艺将在探索中逐步成熟、完善。
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