導(dǎo) 讀

黃河作為我國(guó)西北和華北地區(qū)城市的重要水源，進(jìn)一步對(duì)黃河高濁度原水的研究具有重要的意義。以北方某水廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)為例，針對(duì)其高濁度原水特性，對(duì)取水工程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化改造；同時(shí)提出“多級(jí)屏障、適度冗余、層次處理”的工藝設(shè)計(jì)原則，提高處理效率和安全性；采用高效工藝和疊合組合方式克服用地不足等不利因素。工程建設(shè)完成擴(kuò)容目標(biāo)的同時(shí)，取水泵房和水廠運(yùn)行良好，出水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

0引言

隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn)和城市化發(fā)展的進(jìn)一步深化，產(chǎn)業(yè)內(nèi)遷和西進(jìn)趨勢(shì)不可避免。生產(chǎn)建設(shè)的需要和當(dāng)?shù)鼐用裆钏降娜找嫣岣?，用水量的需求也逐漸上升。黃河作為我國(guó)西北和華北地區(qū)城市的重要水源，且其高泥沙含量、冰凌等特性給取水及水處理工程的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的特殊性，進(jìn)一步對(duì)其高濁原水的水廠設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)具有重要的意義。以北方某水廠為例，對(duì)黃河高濁度凈水廠工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，以期提供有益的參考和借鑒。

01水廠現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)條件及目標(biāo)

1.1 水廠現(xiàn)狀

本工程凈水廠于1983年7月建成投產(chǎn)，供水能力5萬(wàn)m3/d，主要供應(yīng)生活和工業(yè)用水，是40萬(wàn)人口的主要用水水源。水廠以黃河包頭段中下游為水源，取水泵站距水廠約1.8km，采用岸邊式圓形取水泵房形式，內(nèi)徑21m?，F(xiàn)役水泵為臥式離心泵4臺(tái)（3用1備），水泵揚(yáng)程在36~39m，流量分別為500 m3/h，1260 m3/h、1120 m3/h、700 m3/h。泵房前池設(shè)有旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)、抽泥泵等。泵房的具體布置如圖1所示。

圖1 改造前取水泵房

在運(yùn)行過(guò)程中，取水泵房主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

取水口淤堵。由于采用岸邊式取水方式，在洪峰期，上游沖刷而下的大量泥沙和水生植物容易造成取水口的淤堵，水下清淤僅能采用人工方式，較為不便；

結(jié)冰。在冬季黃河冰凌期，由于取水點(diǎn)位于容易受到冰凌的直接沖擊從而影響正常取水；

由于原水的高含沙量，泵房旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)底部部件磨損嚴(yán)重，基本需1年更換一次；另外，實(shí)際運(yùn)行中，原設(shè)計(jì)的揚(yáng)程偏高（經(jīng)水力負(fù)荷及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行壓力調(diào)研），泵殼及葉輪易磨損，經(jīng)常需停泵檢修。

改造前的凈水廠采用“旋流沉砂+機(jī)械加速澄清+虹吸濾池”常規(guī)處理工藝。其中，預(yù)沉池由于老化已基本停用，為確保出廠水質(zhì)，在原水沙峰期間必須通過(guò)降產(chǎn)來(lái)保證水廠的正常運(yùn)行。改造前原水廠的平面布置如圖2所示。

圖2 改造前水廠平面

1.2 建設(shè)規(guī)模及出水水質(zhì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，水廠和取水泵房本期擴(kuò)容改建工程規(guī)模為8萬(wàn)m3/d，建設(shè)常規(guī)處理工程。在凈水廠現(xiàn)狀用地范圍內(nèi)，保留遠(yuǎn)期擴(kuò)建至16萬(wàn)m3/d和深度處理工藝的可能。水廠除需滿足現(xiàn)狀區(qū)域供水增長(zhǎng)以外，近期需向北部某加壓站供水1.2萬(wàn)m3/d，供水距離約13km，高差約80m。本工程的新（改）建構(gòu)筑物如表1所示。

出廠水水質(zhì)符合國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求。

表1 本工程新（改）建構(gòu)筑物

1.3 原水水質(zhì)條件分析

根據(jù)2014-2016年水廠原水統(tǒng)計(jì)，沙峰期濁度一般在1 000~2 500 NTU左右（含沙量約為1.8~4kg/m3），自2015以后，由于黃河保護(hù)工作的深入和上游水土流失的改善，其原水含沙量有下降趨勢(shì)。2020年原水的最高、平均濁度和含沙量如表2所示。從表2中可知，原水濁度和含沙量全年變化較大，其中3月份破冰凌以及7至9月份的沙峰造成典型高濁度原水。

表2 2020年原水渾濁度及含沙量逐月平均值統(tǒng)計(jì)

黃河原水中的懸浮物組分差別較大，根據(jù)資料，其相對(duì)組分具有明顯的地帶分部規(guī)律：從北向南高嶺土組分增加，蒙脫土不斷減少。兩者在親水性、沉降性等方面差別較大。根據(jù)新一版《高濁度水給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 40-2011，以下簡(jiǎn)稱“高濁水規(guī)范”）的建議，由于黃河高濁度水在沉降過(guò)程中具有清晰的渾液面，屬于“高濁水規(guī)范”中所指的“界面沉降高濁度水”。值得一提的是，黃河高濁度水的含沙量10kg/m3 時(shí)產(chǎn)生的濁度與長(zhǎng)江高濁度水的濁度（3 000~5 000 NTU）基本相當(dāng)。因此，在高含沙量的黃河原水中，濁度指標(biāo)并不能很好的反應(yīng)水質(zhì)情況。在該水廠建設(shè)完成后，本工程要求對(duì)原水的濁度和含沙量應(yīng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.4 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)主要存在以下重點(diǎn)和難點(diǎn)：

（1）黃河高濁度原水處理本身存在一定特殊性。本項(xiàng)目原水具有黃河包頭段的高濁度原水的特點(diǎn)，沙峰期原水含沙量大，冬季又需防冰凌。大量實(shí)踐證明，對(duì)于高濁度原水采用預(yù)沉調(diào)蓄池不僅能提高供水安全保障，也有利于降低下游水處理設(shè)施負(fù)擔(dān)，保護(hù)處理設(shè)備。但由于本次改造項(xiàng)目無(wú)征地條件，對(duì)于取水、水處理的安全保障設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

（2）改造擴(kuò)容工程僅利用原廠址，用地緊張。本次改造近期規(guī)模8萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為16萬(wàn)m3/d，且需預(yù)留深度處理工藝。根據(jù)住建部發(fā)布的《城市生活垃圾處理和給水與污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》，16萬(wàn)m3/d的地表水廠，采用預(yù)處理+常規(guī)處理+深度處理工藝下，其用地控制指標(biāo)為8.57 hm2，而本工程水廠用地僅有3.84 hm2，且高濁度原水、改造工程更使得用地更為緊張。

（3）工程建設(shè)期間停水期極短。由于該水廠目前仍承擔(dān)供水任務(wù)，在水廠改擴(kuò)建期間要盡可能確保正常供水。在平面布置中，新建構(gòu)筑物必須利用現(xiàn)狀空余場(chǎng)地，且其于現(xiàn)狀仍舊運(yùn)行中的構(gòu)筑物必須保證一定距離，確保安全。

（4）工藝陳舊、設(shè)備老化，利舊和挖潛具有一定難度。由于原水廠建設(shè)年代久遠(yuǎn)，采用的工藝陳舊、自動(dòng)化程度低，設(shè)備老化嚴(yán)重。且水廠建設(shè)時(shí)并未考慮遠(yuǎn)期擴(kuò)建因素，土建和管道接口均未做預(yù)留。

針對(duì)上述工程難點(diǎn)和特點(diǎn)，提出以下針對(duì)性措施：

（1）根據(jù)高濁度原水的處理經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中充分考慮其負(fù)荷大、易磨損設(shè)備部件的特性，通過(guò)創(chuàng)新改造，挖掘原沉沙池潛力，形成兩級(jí)沉淀的工藝流程，降低后續(xù)構(gòu)筑物的負(fù)荷；在設(shè)備選型和配置方面，注重其耐磨特點(diǎn)，并提高備用率，確保供水安全。

（2）針對(duì)用地緊張問(wèn)題，工藝選擇上采用成熟且高效的工藝池型，在減少用地面積的同時(shí)，也可降低北方寒冷地區(qū)的采暖面積。構(gòu)筑物布置上，結(jié)合水力流程，采用疊合組合布置方式，節(jié)省用地，且方便人員巡檢。

（3）新建構(gòu)筑物的布置充分考慮現(xiàn)狀構(gòu)筑物的運(yùn)行安全，在構(gòu)筑物的布置上合理安排建設(shè)時(shí)序，盡可能減少管道碰接期間對(duì)生產(chǎn)的影響。

（4）對(duì)水廠現(xiàn)狀構(gòu)筑物做充分評(píng)估，通過(guò)局部改造和優(yōu)化，保留和充分利用原有水力沉沙池和清水池的潛能，降低投資。

02工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

2.1 取水工程改擴(kuò)建設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1.1 防冰凌和截草設(shè)計(jì)

如前所述，本工程現(xiàn)狀取水泵房為岸邊式，取水口直對(duì)黃河主流，極易受冰凌和雜草及水生植物的直接沖擊，造成取水困難。本次設(shè)計(jì)一種可防止冰凌沖擊及截留雜草的浮筒裝置，如圖3所示。綜合考慮受力分析和冰凌厚度，采用DN500鋼浮筒，通過(guò)繩索、手動(dòng)葫蘆和泵房連接。鋼浮筒分段制作，拆卸后可方便吊裝維護(hù)。浮筒下部設(shè)有長(zhǎng)度為0.9m的擋草鋼板，可有效阻擋較大的水生植物進(jìn)入取水口。

 

圖3 防冰凌及截草浮筒

工程建成投產(chǎn)后，實(shí)踐證明冬季大量雜草被浮筒阻擋后，隨主流至下游，大大降低了取水間堵塞及纏繞水泵泵軸的可能性。冬季冰凌凍結(jié)至浮筒外側(cè)，避免直接沖擊泵房及取水口，供水安全性得到保障。

2.1.2 進(jìn)水間優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于原水含沙量大，進(jìn)入吸水池以后，流速降低部分會(huì)迅速沉降并淤積在進(jìn)水間內(nèi)，因此本次設(shè)計(jì)擴(kuò)容后其過(guò)孔設(shè)計(jì)流速將有所提高，適當(dāng)提高流速有利用改善其淤積情況，因此本次不對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)水間底部泵房增設(shè)空氣管、沖洗高壓水管。一旦發(fā)生淤積現(xiàn)象，將泥沙氣沖、高壓水沖將淤泥松散后通過(guò)排泥泵或供水泵排出，大大降低了人工清淤的工作量。關(guān)于取水泵房前端的回轉(zhuǎn)式格網(wǎng)水面以下的軸承磨損問(wèn)題，本次改造將其改造成鋼絲牽引式，盡可能避免高濁水下的設(shè)備部件摩擦可能性。

2.1.3 水泵設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)需將水泵供水能力擴(kuò)建至8萬(wàn)m3/d，且現(xiàn)有水泵服役年限較長(zhǎng)，考慮將其全部進(jìn)行更換。相關(guān)研究表明，水泵機(jī)械的磨損和揚(yáng)程轉(zhuǎn)速有較明顯的正相關(guān)。

因此，將原水泵替換為較低轉(zhuǎn)速的水泵（原水泵定頻轉(zhuǎn)速1 480 r/min更新為980 r/min），且4臺(tái)泵均增加變頻調(diào)速裝置，在低峰供水時(shí)可變頻運(yùn)行，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)速。另外，水泵的揚(yáng)程較高也增加水泵的磨蝕。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)水力計(jì)算和對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，將原水泵揚(yáng)程36~39m降至25~28m，結(jié)合內(nèi)部增加耐磨涂層，葉輪和泵殼的磨損情況大大改善。

對(duì)于常規(guī)取水臥式離心泵的設(shè)計(jì)而言，一般為考慮供水安全性采用自灌式啟動(dòng)方式。但對(duì)于黃河高濁水，停運(yùn)水泵泵殼中的原水泥沙會(huì)快速沉降甚至板結(jié)，對(duì)于水泵的再次啟動(dòng)造成嚴(yán)重影響。因此，本次同步將真空引水設(shè)備進(jìn)行更新。

通過(guò)上述改造更新措施，從2018年投產(chǎn)至今，取水泵站運(yùn)行良好，維護(hù)工作量較小。

2.2 凈水工藝流程和廠區(qū)平面布置

2.2.1 總體設(shè)計(jì)原則和工藝流程

從水質(zhì)和水量保障角度來(lái)看，為應(yīng)對(duì)黃河高濁度水的特性，本次工藝處理設(shè)計(jì)提出“多級(jí)屏障、適度冗余、層次處理”三大原則。

高濁度原水沙峰來(lái)勢(shì)力迅猛，黃河上有些工程對(duì)汛期的高濁度水不能有效地處理，必須增建預(yù)沉池或調(diào)蓄水池。在條件允許的情況下，應(yīng)采取避砂措施或二級(jí)或三級(jí)沉淀處理。本次設(shè)計(jì)由于場(chǎng)地受限，無(wú)條件新建預(yù)沉設(shè)施，可考慮對(duì)現(xiàn)狀的水力沉砂池進(jìn)行改造，利用水力旋流效應(yīng)，在沙峰期間啟用降低原水含沙量，盡可能降低對(duì)后續(xù)工藝的沖擊。

黃河高濁度原水具有易淤積、易磨損設(shè)備等特點(diǎn)，設(shè)備維護(hù)和停運(yùn)的概率較高，為保證水廠的不間斷允許，各處理和水力輸送單元應(yīng)適當(dāng)提高備用率，關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用70%~100%的保證率。

黃河高濁水的特點(diǎn)，對(duì)其處理重點(diǎn)單元應(yīng)為加藥和沉淀排泥單元，對(duì)高濁度水進(jìn)出分層次處理。許多設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理人員存在認(rèn)識(shí)誤區(qū)，通過(guò)加大濾池的運(yùn)行負(fù)荷，作為大量泥沙截留的工藝環(huán)節(jié)。但實(shí)踐證明，增大濾池的運(yùn)行負(fù)荷會(huì)大幅度降低反沖洗周期，耗水耗濾料的同時(shí)，處理效果也較差。

結(jié)合場(chǎng)地限制因素，本次水廠的常規(guī)處理工藝采用“水力沉砂+高效沉淀池+V型濾池”的常規(guī)處理工藝，并根據(jù)規(guī)劃要求預(yù)留“臭氧+活性炭吸附”深度處理工藝。

最終采用的工藝流程如圖4所示。

 

圖4 水廠工藝流程

2.2.2 廠平面和構(gòu)筑物總體布置

在場(chǎng)地條件緊張的情況下，除采用高效池型以外，構(gòu)筑物的組合、疊合往往成為重要的布置手段。根據(jù)豎向布置，將高效沉淀池和V型濾池進(jìn)行組合布置，節(jié)省用地的同時(shí)也能較少構(gòu)筑物之間的連接管路。對(duì)于寒冷地區(qū)水廠，該組合方式方便建筑整體設(shè)計(jì)并利于廠區(qū)巡檢，避免頻繁出入室內(nèi)外。

清水池是凈水廠中占地面積較大的調(diào)蓄構(gòu)筑物，因此，本次設(shè)計(jì)考慮利用原有清水池的同時(shí)，將遠(yuǎn)期預(yù)留的臭氧活性炭深度處理工藝和清水池進(jìn)行疊合處理。本期僅建設(shè)下部清水池，上部深度處理進(jìn)行土建預(yù)留。另外，為進(jìn)一步加大調(diào)蓄能力，確保加氯消毒的接觸時(shí)間，在V型濾池底部疊合消毒接觸池。由于高效沉淀池深度較濾池大，該疊合方式也有利于水廠的水力流程和基坑處理。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，水廠近期的調(diào)蓄容積達(dá)14 300m3，占總處理能力的17.8%，滿足要求。

由于水廠將額外承擔(dān)北部某區(qū)域的供水任務(wù)，該供水方向和現(xiàn)有供水區(qū)域的供水壓力差別較大，水泵無(wú)法共備。勢(shì)必造成水泵臺(tái)數(shù)和電氣設(shè)備的大量增加，原二級(jí)泵房無(wú)擴(kuò)容改造的可能性。設(shè)計(jì)中利用原鍋爐房（由于環(huán)保問(wèn)題，需更新）位置新建二級(jí)泵房，待處理流程改造完成后進(jìn)行新老泵房的切換。新建鍋爐房設(shè)于廠區(qū)西南角。改造擴(kuò)容后的廠區(qū)平面如圖5所示，遠(yuǎn)期8萬(wàn)m3/d規(guī)模的構(gòu)筑物可通過(guò)原構(gòu)筑物拆除后布置。由于本次工程建設(shè)過(guò)程中需維持水廠的正常運(yùn)行，故在布置和建設(shè)時(shí)序方面，從以下幾方面予以確保：

（1）新建構(gòu)筑物盡可能在原有空地上新建。如本次新建的沉淀、濾池、清水池、加氯間和加藥間等，并和原有構(gòu)筑物保持一定的安全實(shí)施距離；

（2）對(duì)于改建部分，盡可能在低峰期間實(shí)施，將影響降低到最小。如取水泵房的改造勢(shì)必造成短時(shí)間停水，設(shè)備改造一般考慮在冬季用水低峰期間，且采用逐步實(shí)施方式；沉砂池改造則避開(kāi)沙峰期；

（3）為確保水廠的不間斷供水，新建處理構(gòu)筑物調(diào)試完畢后，首先進(jìn)行新舊清水池管道的銜接，通過(guò)原有二級(jí)泵房正常供水；新建二級(jí)泵房待單體調(diào)試完畢，和清水池及外管網(wǎng)銜接后，停用原有泵房后啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)的過(guò)渡。

 

圖5 改造后水廠平面

2.3 水力旋流沉砂池改造設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀有2座水力旋流沉砂池，單座直徑25m，池深7.95m，設(shè)計(jì)總規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，用于高濁期間的預(yù)沉處理。該池型通過(guò)噴嘴（見(jiàn)圖6a）設(shè)計(jì)使得水在池體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，使泥砂匯集于中心沉降除去。由于受場(chǎng)地限制，本次水廠擴(kuò)容工程無(wú)條件進(jìn)一步擴(kuò)大沉砂池的直徑，但可以通過(guò)改善水力旋流的效果，強(qiáng)化沉砂過(guò)程。因此，對(duì)水力旋流的形成進(jìn)行優(yōu)化并針對(duì)高濁度水的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備更新。

如圖6b所示，將原有噴嘴改造成矩形配水管和環(huán)形布置噴嘴，有效保障了水力旋流的形成，其中配水系統(tǒng)借鑒“大阻力配水系統(tǒng)”原理，保證了各噴嘴的配水均勻性。噴嘴呈沿圓形環(huán)形多點(diǎn)布置，形成水力旋流的“接力效應(yīng)”，保障后續(xù)絮凝速度梯度的形成。

 

圖6 改造前后水力旋流沉砂池

另外，在混凝反應(yīng)區(qū)內(nèi)，由于導(dǎo)流筒和池壁的存在，旋轉(zhuǎn)的水流速度由快變慢，理論上呈線性變化，形成較好的速度梯度變化。該水流形式也保證水中絮凝顆粒具有較大的接觸強(qiáng)度、和更好的反應(yīng)條件，特別針對(duì)了高濁度水在投加絮凝劑后泥量大、快速分離的特點(diǎn)；反應(yīng)區(qū)中導(dǎo)流筒設(shè)置成可調(diào)節(jié)型，通過(guò)其安裝高度的變化，保障其在一定的濁度范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

原設(shè)計(jì)中采用周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)，在實(shí)際運(yùn)行中易發(fā)生不平衡現(xiàn)象，本次改造則采用中心傳動(dòng)式刮泥機(jī)，具有故障率低，安全節(jié)能，維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。另外，刮泥機(jī)上的刮板設(shè)有自動(dòng)提升裝置，根據(jù)刮泥過(guò)程的阻力變化，提升或降低刮板的高度，實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的自適應(yīng)功能。針對(duì)高濁度原水排泥水量大、濃度高、易板結(jié)情況下，刮板可先刮除上層濃度較低污泥，再降低高度，緩慢有效的刮出下層濃度較高的污泥。該方式可有效防止刮泥機(jī)的“過(guò)載”運(yùn)行，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

通過(guò)上述改造，近2年高濁期沉砂池運(yùn)行正常，對(duì)后續(xù)構(gòu)筑物的減負(fù)起到重要作用。

2.4 沉淀設(shè)計(jì)要點(diǎn)及參數(shù)

如前所述，對(duì)于高濁度原水的處理，沉淀及其排泥設(shè)計(jì)是重中之中。本次采用占地較小的中置式高效沉淀池，總設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬(wàn)m3/d。該池和分為獨(dú)立運(yùn)行的2格，組合了混合、絮凝、沉淀、污泥濃縮于一體，池體中間上部設(shè)置單元機(jī)械混和器和機(jī)械絮凝器；下部為各類管線走廊；池體兩側(cè)為絮凝過(guò)渡區(qū)、斜管分離區(qū)、集水區(qū)、污泥濃縮區(qū)；污泥回流和污泥排放泵，設(shè)在單體中間。

 

圖7 中置式高密度沉淀池布置

 

具體設(shè)計(jì)參數(shù)總結(jié)如表3所示。

 

表3 中置式高密度沉淀池主要設(shè)計(jì)參數(shù)

 

大量實(shí)踐證明，可通過(guò)混凝劑、助凝劑投加量控制、排泥周期調(diào)整等運(yùn)行手段，本池型對(duì)原水的濁度大幅度變化呈現(xiàn)很好適應(yīng)性，全年沉淀出水濁度均控制在5 NTU以下，最終出廠水的濁度均控制在1 NTU以下。

排泥方面，由于高濁度水沉淀池底部的排泥水屬于非均質(zhì)漿體，較容易產(chǎn)生“異重流”現(xiàn)象，從而造成沉降泥沙迅速板結(jié)。在本次設(shè)計(jì)中，充分借鑒現(xiàn)有項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)行反饋，采用底部刮泥+單斗氣力松動(dòng)（氣力輸送排泥）方式，實(shí)現(xiàn)可靠排泥。

另外，相似水源水廠的管理人員反映，往復(fù)式刮泥機(jī)的滑鞋由于細(xì)小泥沙顆粒的涌入，反復(fù)摩擦造成磨損。本次設(shè)計(jì)考慮將往復(fù)式刮泥機(jī)的滑鞋部件從普通聚氯乙烯改成高密度聚氯乙烯，大大提高了部件的壽命。

2.5 加藥點(diǎn)及加藥量設(shè)計(jì)

高濁度水的混凝過(guò)程主要表現(xiàn)為使得具有一定沉速的泥沙以更快的速度下沉。因此，采用單純無(wú)機(jī)鹽混凝劑來(lái)壓縮雙電子層的效果較不理想。而高分子助凝劑的吸附架橋作用，可保證水中泥沙具有一定的分子鏈長(zhǎng)度，效果更好。大量的試驗(yàn)和實(shí)踐證明，采用鋁（鐵）鹽混凝劑的效果+聚丙烯酰胺助凝劑的效果最佳。本工程采用聚合氯化鋁（PAC）混凝劑和聚丙烯酰胺助凝劑的組合。

關(guān)于混凝劑和助凝劑的投加順序，應(yīng)根據(jù)具體情況分析。有文獻(xiàn)指出，聚丙烯酰胺在無(wú)機(jī)鹽混凝劑之后投加可保證出水濁度。因此在本工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將混凝劑投加于混合區(qū)，而將助凝劑投加于后續(xù)絮凝提升區(qū)，投加于機(jī)械絮凝區(qū)，取得良好的實(shí)踐效果。

藥劑的投加量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)，加藥量過(guò)低沉淀池出水濁度難以保證；而加藥量過(guò)高，沉淀池內(nèi)泥沙沉降過(guò)快，對(duì)刮泥系統(tǒng)的負(fù)荷過(guò)大，容易造成刮泥設(shè)備故障。因此，在沉淀池設(shè)計(jì)中僅關(guān)注泥沙沉降效率是不合適的，應(yīng)力求在保證水質(zhì)和順利排泥之間達(dá)到平衡。本工程設(shè)計(jì)的投加點(diǎn)和投加量確定如表4所示。

表4 加藥點(diǎn)及加藥量設(shè)計(jì)

 

03結(jié)論和展望

以北方某水廠實(shí)際工程設(shè)計(jì)為例，對(duì)黃河高濁度水處理改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。設(shè)計(jì)論證中，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)或相似水廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原水的沉降性能進(jìn)行仔細(xì)分析，克服改擴(kuò)建工程中，由于場(chǎng)地限制、無(wú)停水條件等因素，合理確定工藝流程和平面布置方案，同時(shí)充分考慮輸水管道、設(shè)備磨損等方面的問(wèn)題。

另外，關(guān)于黃河高濁度水處理，可以從以下幾方面開(kāi)展研究工作以提高水處理的科研和設(shè)計(jì)水平：

（1）原水水質(zhì)調(diào)研：黃河原水雖然具有一定的共性，但隨著地域和地理位置的變化，各取水段具有不同的處理特點(diǎn)，建議對(duì)黃河上、中、下游各段原水進(jìn)行充分調(diào)研，進(jìn)一步了解黃河高濁水處理特點(diǎn)和空間分布的關(guān)系。

（2）研發(fā)新型投加藥劑：目前采用較多的藥劑為無(wú)機(jī)鹽混凝劑和陰離子聚丙烯酰胺助凝劑。對(duì)于新型加藥劑的研發(fā)，應(yīng)在保證安全無(wú)毒性和高效沉泥的前提下，保證板結(jié)的有效改善和排泥阻力的降低。

（3）刮泥和排泥設(shè)備創(chuàng)新：高濁度水沉淀排泥問(wèn)題是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理的重點(diǎn)，如何對(duì)刮泥和排泥設(shè)備及其運(yùn)行進(jìn)行創(chuàng)新是提高水廠運(yùn)行效率和高濁水凈水廠現(xiàn)代化建設(shè)的重要方面。

（4）排泥出路問(wèn)題：黃河水排泥量大，且根據(jù)黃河水利委員會(huì)和環(huán)保部門(mén)的要求，禁止泥沙直接排入水源。而過(guò)去對(duì)泥沙燒結(jié)制磚也因人們?nèi)找骊P(guān)注的空氣污染問(wèn)題予以禁止。因此，如何妥善處理和綜合利用也是一個(gè)重要的課題。