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【摘 要】本文通过进入二十一世纪以来我国一些供水企业,坚持科学发展观,解放思想,敢于在水厂扩建工程中采用微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池、水下矾花摄像等先进工艺,与原来传统旧工艺相比,技术先进,节能减排,具有明显的社会经济效益,充分体现了科学技术就是生产力的深刻内涵。
【关键词】絮凝;沉淀;GT值;表面负荷;上升流速;节能降耗
Adopting advanced purification process eliminating backward flocculating sedimentation productivity to ensure high efficient and harmonious water supplying
Zhang Hui-ling
(Water (Group) CO.LTD of jilin city Jilin Jilin 132011)
【Abstract】21 century is coming, some water supply company in our country insist on the scientific outlook on development, emancipation the mind. In the expansion of the third works, we use advanced technology of microvortex network flocculation tank and minimum separable sloping plate settling tank and underwater alum image etc. Compared with the original traditional technology, it has the profits of the advanced technology, the energy conservated and pollution reduced and the obvious social economy benefit, and it had proven fully the profundity meaning of science and technology are the productive force.
【Key words】Flocculation; sedimentation; GT value; Surface load; Ascending velocity; Energy conservation and consumption reduction
1. 采用现代高效絮凝沉淀技术是优质安全供水的重要环节
随着国民经济的飞速发展与构建和谐社会的需要,近年来国家对自来水的质量要求越来越高,《生活饮用水卫生标准》经过了三次升级,每次都增加一些新的检测项目,其中TJ20-76标准的检测项目23项,GB5749-85标准35项,GB5749-2006标准107项。新标准不仅在检测项目上较旧标准大幅增加,并且在标准的水平方面要求更加严格。就浑浊度这项指标来说,新标准要求小于1～3NTU,旧标准要求小于3～5mg/l(相当于6～10NTU),即新标准对于自来水浑浊度的要求应好于旧标准的6～10倍。
一些传统的旧水处理工艺达不到新的水质标准和设计规范的要求,在节能和环保方面也很落后,与国际水平相比有较大差距,属于耗能高、产量低、水质差的低能技术。为创造和谐美好的生活环境,满足城镇居民安全高质用水的需要,大庆的中引水厂与吉林市的三水厂在扩建工程的设计中除了采用法国得利满(Degremont)公司开发的高效V型滤池外,还采用了哈尔滨工业大学多项水处理技术有限公司的紊流多微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池国内最先进的净化新工艺,收到了水质好、节能、降耗、节省人力、减少排污的效益,开辟了水质全面达标的新路子。在此,仅就紊流多微涡网格反应、小间距斜板沉淀、水下摄像工艺概况浅析于下。
2. 紊流多微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池的应用
2.1 絮凝沉淀设备的构造。
吉林市三水厂扩建工程净化系统的设计规模为20×1.08×104m3/d。混凝、沉淀工艺由加药——管道混合与静态混合器、微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池三大部分组成,总平面尺寸为54m×42m。
2.1.1 管道混合与静态混合器。混合管道为10米长的DN900钢管,其中包括长4米安装6组叶片的静态混合器。
2.1.2 网格絮凝池。由于池高适当,网格絮凝池与斜板沉淀池合建,共分两个系统,每个系统分两格。整个絮凝池由若干个竖井、孔洞和网板组成。
(1)竖井。每个系统的网格絮凝池由49个方格竖井组成,加药混合后的原水先进入第1个总竖井,而后水流一分为二,分流到两侧的其余48个竖井中。48个竖井按流速和停留时间又分为三个区段,每个区段竖井的方格尺寸各异,并依次逐个增大。第一区段和第三区段36格,第二区段24格。
(2)孔洞。每个竖井的侧壁留有孔洞,三个区段孔洞尺寸各异,呈逐渐增大趋势。进水水流通过预留孔洞按照流速渐减的规律,从一格流向下一格,上下交错流动,直至出口。
(3)网板。为形成良好的微涡反应,在三个区段竖井的不同深度共安装360片网板,其中第一区段144片,第二区段120片,第三区段96片。每片网板上分布若干个网眼,三个区段网眼总数为668 424个,网板用乙丙共聚塑料压制而成。网格絮凝池的几何尺寸单格为19.7m×15.1m×6.2m,为钢筋混凝土结构。
2.1.3 小间距斜板沉淀池。池体的几何尺寸为29m×15.1m×5.4m,为钢筋混凝土结构。小间距斜板沉淀池由布水、进水、沉淀、清水、出水、排泥6个系统组成。布水系统由絮凝池后部的过渡区与布水花墙组成;进水区即斜板区下部至排泥区中间的广大空间;沉淀系统即斜板区,面积为861m2,斜板间距为25mm,材质为乙丙共聚树脂;清水系统即斜板区至出水区之间的空间;出水系统由40个齿形集水堰槽(材质为不锈钢)和2个集水渠组成,将沉淀后的清水传输至滤池过滤;排泥系统位于沉淀池底部,由8台GNS型双钢丝绳牵引式刮泥机、52个气动刀形快开阀和排泥槽组成。
2.2 工作原理。
2.2.1 混合设备。在水净化工艺过程中,一般先向原水中投加混凝剂(药剂),混合的作用是使药剂迅速均匀地扩散于水中,以创造良好的水解和聚合条件。混凝设备根据所采用的絮凝剂品种,使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合,通常用时间与流速控制,一般混合时间为10～60s,混合流速为0.8 m/s～1.0m/s。
2.2.2 网格絮凝池。絮凝也叫反应,其作用是经过药剂与原水快速混合后形成的无数凝聚微粒在具有良好的化学与水力条件下,通过分子间的双电层作用和接触架桥作用形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体(矾花),以便进入沉淀池沉淀。这一过程是以流速渐减的方式进行的。絮凝的质量通常用流速、流速梯度(G值)、反应时间(T)和GT值控制。一般G=20～70s-1,GT=104～105(无因次),T=12～20min。网格的作用是增加微涡数量,调整流态,形成良好的渐减反应环境。
2.2.3 小间距斜板沉淀池。根据动水力学原理,有两个参数与沉淀效果有关,一是雷诺数Re=VR/ν,二是弗劳德数Fγ=V2/Rg,式中V表示水平流速,R表示水力半径,ν表示水的运动粘滞系数,g表示重力加速度。在沉淀池中通常要求降低雷诺数使流态成为层流以利于颗粒沉降,提高弗劳德数,水流对温差、浑水、风浪等影响抵抗能力强,使沉淀池中的流型保持稳定。由雷诺数Re和弗劳德数Fγ的计算公式可见,降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径,斜板沉淀池就能达到这一目的,斜板间距越小,效果越好,斜板起到了整流作用。规范规定斜板间距为80 mm~100mm,三水厂采用25mm,为小间距斜板。
新旧絮凝沉淀系统主要技术经济参数对比载于表1
2.3 混凝沉淀设备工作特点。
2.3.1 投药与混和。混凝剂为液态聚合铝(PAC),采用数字模拟自动投药系统即采用隔膜计量泵投加药剂。加药系统以原水流量、水质浊度为前馈信号,按比例调节投药量,以沉淀池出水浊度为后馈信号,对投药量进行微调。混和时间为规范值的下限10.2s,流速为0.98m/s,时间短,速度快,效果好。
2.3.2 网格絮凝池。设计院在设计中对网格絮凝池的一些设计参数作了调整,一是大幅度提高了竖井、孔洞和过网流速,竖井一档流速提高107%,二档提高33%,孔洞一档流速提高了120%,二档提高了160%,三档提高了90%,过网流速一档提高了103%,二档提高了44%。二是将反映时间延长了6.9 min~14.9min。三是网格网眼总数高达近67万个,庞大的微涡数加强了水分子与絮凝剂分子接触碰撞机会,加快了絮凝。四是絮凝参数GT值为54069,处中间状态,矾花形成的强度高,稳定性好,水下摄像显示絮凝效果较佳。
2.3.3 小间距斜板。表面负荷5.23 m3/hm2,接近规范下限值,比其它水厂处理相同水量间距100mm三层斜板的沉淀池的表面负荷值低20%(见表1)。清水区上升流速1.43mm/s,比其它水厂斜板沉淀池清水区上升流速低21%(其它水厂为1.81mm/s),净化效果好。去浊率高达98%,沉后浊度最低达0.5NTU,平均1.4NTU,比三水厂旧系统低82%,大大减轻了后续构筑物滤池的负担。排泥采用刮泥机与气动快开刀闸相结合方式,周期长、浓度高、快捷、彻底、排水量小,较旧系统节水34%。网格絮凝池形成60多万个主微涡和无数个小微涡,蕴藏着巨大的反应能量。排泥周期长,为48小时,比旧系统提高1倍,减少自用水量。此外,新系统较旧系统节电69%,节药41%,节省人力87.5%,且自控程度高、屏幕显示直观大方、科学、安全。
2.3.4 在混凝剂投加工艺中采用了水下摄像法FCD值作中馈。系统采用了国内较先进的对原水浊度、温度、原水流量等因素自建数学模型,形成的适应前馈控制,以水下摄像法FCD值作中馈,以沉淀后浊度作后馈的三级控制方式。其中FCD工作原理:实时进行水下摄像,将絮粒(矾花)活动图像,通过放大后传送给计算机图像接口,显示屏直接显示絮凝后水中絮粒的分布状态的图像,并由计算机进行实时图像处理,计算出沉淀池出水浊度相关参数,计算出“絮粒”的实时“等效直径”值,并结合设定的目标值和进水量计算出药液加注量,然后换算成标准电流信号来控制加注药泵,实现自动化控制,效果甚佳。
综上所述,可见吉林市水务集团有限公司三水厂,坚持科学发展观,发挥第一生产力的作用,与设计部门和高等院校密切协作,解放思想,善于在水厂扩建工程中采用紊流多微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池、水下矾花摄像等先进新工艺,与原来传统旧工艺相比,技术先进,节能减排,具有明显的社会经济效益,充分体现了科学技术就是生产力的深刻内涵。
[文章编号]1006-7619(2010)08-25-862
[作者简介] 张惠玲,吉林市水务集团有限公司西关经营维修分公司助理工程师,1994年毕业于吉林市工业学校给排水专业,实践经验丰富、业务纯熟。
【关键词】絮凝;沉淀;GT值;表面负荷;上升流速;节能降耗
Adopting advanced purification process eliminating backward flocculating sedimentation productivity to ensure high efficient and harmonious water supplying
Zhang Hui-ling
(Water (Group) CO.LTD of jilin city Jilin Jilin 132011)
【Abstract】21 century is coming, some water supply company in our country insist on the scientific outlook on development, emancipation the mind. In the expansion of the third works, we use advanced technology of microvortex network flocculation tank and minimum separable sloping plate settling tank and underwater alum image etc. Compared with the original traditional technology, it has the profits of the advanced technology, the energy conservated and pollution reduced and the obvious social economy benefit, and it had proven fully the profundity meaning of science and technology are the productive force.
【Key words】Flocculation; sedimentation; GT value; Surface load; Ascending velocity; Energy conservation and consumption reduction
1. 采用现代高效絮凝沉淀技术是优质安全供水的重要环节
随着国民经济的飞速发展与构建和谐社会的需要,近年来国家对自来水的质量要求越来越高,《生活饮用水卫生标准》经过了三次升级,每次都增加一些新的检测项目,其中TJ20-76标准的检测项目23项,GB5749-85标准35项,GB5749-2006标准107项。新标准不仅在检测项目上较旧标准大幅增加,并且在标准的水平方面要求更加严格。就浑浊度这项指标来说,新标准要求小于1～3NTU,旧标准要求小于3～5mg/l(相当于6～10NTU),即新标准对于自来水浑浊度的要求应好于旧标准的6～10倍。
一些传统的旧水处理工艺达不到新的水质标准和设计规范的要求,在节能和环保方面也很落后,与国际水平相比有较大差距,属于耗能高、产量低、水质差的低能技术。为创造和谐美好的生活环境,满足城镇居民安全高质用水的需要,大庆的中引水厂与吉林市的三水厂在扩建工程的设计中除了采用法国得利满(Degremont)公司开发的高效V型滤池外,还采用了哈尔滨工业大学多项水处理技术有限公司的紊流多微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池国内最先进的净化新工艺,收到了水质好、节能、降耗、节省人力、减少排污的效益,开辟了水质全面达标的新路子。在此,仅就紊流多微涡网格反应、小间距斜板沉淀、水下摄像工艺概况浅析于下。
2. 紊流多微涡网格絮凝池与小间距斜板沉淀池的应用
2.1 絮凝沉淀设备的构造。
吉林市三水厂扩建工程净化系统的设计规模为20×1.08×104m3/d。混凝、沉淀工艺由加药——管道混合与静态混合器、微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池三大部分组成,总平面尺寸为54m×42m。
2.1.1 管道混合与静态混合器。混合管道为10米长的DN900钢管,其中包括长4米安装6组叶片的静态混合器。
2.1.2 网格絮凝池。由于池高适当,网格絮凝池与斜板沉淀池合建,共分两个系统,每个系统分两格。整个絮凝池由若干个竖井、孔洞和网板组成。
(1)竖井。每个系统的网格絮凝池由49个方格竖井组成,加药混合后的原水先进入第1个总竖井,而后水流一分为二,分流到两侧的其余48个竖井中。48个竖井按流速和停留时间又分为三个区段,每个区段竖井的方格尺寸各异,并依次逐个增大。第一区段和第三区段36格,第二区段24格。
(2)孔洞。每个竖井的侧壁留有孔洞,三个区段孔洞尺寸各异,呈逐渐增大趋势。进水水流通过预留孔洞按照流速渐减的规律,从一格流向下一格,上下交错流动,直至出口。
(3)网板。为形成良好的微涡反应,在三个区段竖井的不同深度共安装360片网板,其中第一区段144片,第二区段120片,第三区段96片。每片网板上分布若干个网眼,三个区段网眼总数为668 424个,网板用乙丙共聚塑料压制而成。网格絮凝池的几何尺寸单格为19.7m×15.1m×6.2m,为钢筋混凝土结构。
2.1.3 小间距斜板沉淀池。池体的几何尺寸为29m×15.1m×5.4m,为钢筋混凝土结构。小间距斜板沉淀池由布水、进水、沉淀、清水、出水、排泥6个系统组成。布水系统由絮凝池后部的过渡区与布水花墙组成;进水区即斜板区下部至排泥区中间的广大空间;沉淀系统即斜板区,面积为861m2,斜板间距为25mm,材质为乙丙共聚树脂;清水系统即斜板区至出水区之间的空间;出水系统由40个齿形集水堰槽(材质为不锈钢)和2个集水渠组成,将沉淀后的清水传输至滤池过滤;排泥系统位于沉淀池底部,由8台GNS型双钢丝绳牵引式刮泥机、52个气动刀形快开阀和排泥槽组成。
2.2 工作原理。
2.2.1 混合设备。在水净化工艺过程中,一般先向原水中投加混凝剂(药剂),混合的作用是使药剂迅速均匀地扩散于水中,以创造良好的水解和聚合条件。混凝设备根据所采用的絮凝剂品种,使药剂与水进行恰当的急剧、充分混合,通常用时间与流速控制,一般混合时间为10～60s,混合流速为0.8 m/s～1.0m/s。
2.2.2 网格絮凝池。絮凝也叫反应,其作用是经过药剂与原水快速混合后形成的无数凝聚微粒在具有良好的化学与水力条件下,通过分子间的双电层作用和接触架桥作用形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体(矾花),以便进入沉淀池沉淀。这一过程是以流速渐减的方式进行的。絮凝的质量通常用流速、流速梯度(G值)、反应时间(T)和GT值控制。一般G=20～70s-1,GT=104～105(无因次),T=12～20min。网格的作用是增加微涡数量,调整流态,形成良好的渐减反应环境。
2.2.3 小间距斜板沉淀池。根据动水力学原理,有两个参数与沉淀效果有关,一是雷诺数Re=VR/ν,二是弗劳德数Fγ=V2/Rg,式中V表示水平流速,R表示水力半径,ν表示水的运动粘滞系数,g表示重力加速度。在沉淀池中通常要求降低雷诺数使流态成为层流以利于颗粒沉降,提高弗劳德数,水流对温差、浑水、风浪等影响抵抗能力强,使沉淀池中的流型保持稳定。由雷诺数Re和弗劳德数Fγ的计算公式可见,降低雷诺数和提高弗劳德数的有效措施是减小水力半径,斜板沉淀池就能达到这一目的,斜板间距越小,效果越好,斜板起到了整流作用。规范规定斜板间距为80 mm~100mm,三水厂采用25mm,为小间距斜板。
新旧絮凝沉淀系统主要技术经济参数对比载于表1
2.3 混凝沉淀设备工作特点。
2.3.1 投药与混和。混凝剂为液态聚合铝(PAC),采用数字模拟自动投药系统即采用隔膜计量泵投加药剂。加药系统以原水流量、水质浊度为前馈信号,按比例调节投药量,以沉淀池出水浊度为后馈信号,对投药量进行微调。混和时间为规范值的下限10.2s,流速为0.98m/s,时间短,速度快,效果好。
2.3.2 网格絮凝池。设计院在设计中对网格絮凝池的一些设计参数作了调整,一是大幅度提高了竖井、孔洞和过网流速,竖井一档流速提高107%,二档提高33%,孔洞一档流速提高了120%,二档提高了160%,三档提高了90%,过网流速一档提高了103%,二档提高了44%。二是将反映时间延长了6.9 min~14.9min。三是网格网眼总数高达近67万个,庞大的微涡数加强了水分子与絮凝剂分子接触碰撞机会,加快了絮凝。四是絮凝参数GT值为54069,处中间状态,矾花形成的强度高,稳定性好,水下摄像显示絮凝效果较佳。
2.3.3 小间距斜板。表面负荷5.23 m3/hm2,接近规范下限值,比其它水厂处理相同水量间距100mm三层斜板的沉淀池的表面负荷值低20%(见表1)。清水区上升流速1.43mm/s,比其它水厂斜板沉淀池清水区上升流速低21%(其它水厂为1.81mm/s),净化效果好。去浊率高达98%,沉后浊度最低达0.5NTU,平均1.4NTU,比三水厂旧系统低82%,大大减轻了后续构筑物滤池的负担。排泥采用刮泥机与气动快开刀闸相结合方式,周期长、浓度高、快捷、彻底、排水量小,较旧系统节水34%。网格絮凝池形成60多万个主微涡和无数个小微涡,蕴藏着巨大的反应能量。排泥周期长,为48小时,比旧系统提高1倍,减少自用水量。此外,新系统较旧系统节电69%,节药41%,节省人力87.5%,且自控程度高、屏幕显示直观大方、科学、安全。
2.3.4 在混凝剂投加工艺中采用了水下摄像法FCD值作中馈。系统采用了国内较先进的对原水浊度、温度、原水流量等因素自建数学模型,形成的适应前馈控制,以水下摄像法FCD值作中馈,以沉淀后浊度作后馈的三级控制方式。其中FCD工作原理:实时进行水下摄像,将絮粒(矾花)活动图像,通过放大后传送给计算机图像接口,显示屏直接显示絮凝后水中絮粒的分布状态的图像,并由计算机进行实时图像处理,计算出沉淀池出水浊度相关参数,计算出“絮粒”的实时“等效直径”值,并结合设定的目标值和进水量计算出药液加注量,然后换算成标准电流信号来控制加注药泵,实现自动化控制,效果甚佳。
综上所述,可见吉林市水务集团有限公司三水厂,坚持科学发展观,发挥第一生产力的作用,与设计部门和高等院校密切协作,解放思想,善于在水厂扩建工程中采用紊流多微涡网格絮凝池、小间距斜板沉淀池、水下矾花摄像等先进新工艺,与原来传统旧工艺相比,技术先进,节能减排,具有明显的社会经济效益,充分体现了科学技术就是生产力的深刻内涵。
[文章编号]1006-7619(2010)08-25-862
[作者简介] 张惠玲,吉林市水务集团有限公司西关经营维修分公司助理工程师,1994年毕业于吉林市工业学校给排水专业,实践经验丰富、业务纯熟。