提要：混合、絮凝是常规水处理工艺中基础的一步，也是水处理工艺的关键环节。良好的混合絮凝，不仅可以有效的降低原水浊度，对水中某些有机物、细菌及病毒的去除也具有一定的效果。纯化水厂根据平原深水高坝水库原水水质特点采取小剂量不间断加药，通过涡旋混凝低脉动沉淀给水技术强化混合、絮凝效果，为油城人民提供优质供水。
关键词：混凝 强化 加药 结合
一、水源水质分析
1、黄河原水水质分析。黄河流域每年废、污水排放量已超过40亿吨。最近几年，黄委会监测资料表明，黄河Ⅱ、Ⅲ类水占17%，Ⅳ、V类水和超V类水占83%，其中超V类水占28.9%，其污染程度在七大江河中列第二位。水质污染，使黄河水的供需矛盾更加突出。胜利油田供水公司某水厂配套出水原水经常不达标项目为色度和浊度，季节不达标项目为藻类、化学需氧量、矿化度、氨氮，原水色度一般小于20度。7、8月间库底水时色度达到25～26度，COD 3.62～40.2mgA，Cl-含量在115～586mg/1，总矿化度为590.18～1456.63mg/l（当黄河断流水库库存水到库底时,总矿化度增高）。原水水温随季节变化为0～27℃，pH值为8.0～8.6，原水微量元素指标达到GB3838－2002《地面水环境质量标准》，属于三类水。
2、某水厂原水浊度变化分析。该水库、水厂于21世纪初投产，日处理能力为10万方。原水引水流程：3.8Km引水渠（泵提升）→沉砂池（沉砂后浊度达10NTU，泵提升）→水库（出水浊度达5NTU）→净化站。黄河原水即引水渠原水浊度高达250NTU。作为水处理工艺中预沉池的沉砂池，其沉砂流程约2000m、运行水深2.0m、水流截面宽500m，最大设计流量达16m3/s，沉砂流速0.016m/s，达到水库入口时，其浊度可降至10NTU左右。同时可以将3341万方水库看作另一座预沉池，水深为5-8m，水库由于库容较大，相对蒸发面积和渗透量较小，每年只需进水一次即可满足全年供水要求。根据水厂日供水量，其出库水量为2000 m3/h，其沉砂水平流速已经微乎其微，这就保证了水中杂质颗粒有了足够的沉降时间，水库出水浊度为5NTU左右，且全年较为稳定。
二、混凝工艺强化--涡旋混凝低脉动沉淀给水技术的应用
1、对混合工艺的加强
传统意义上的宏观扩散效应分为宏观扩散与亚微观扩散两个不同的物理过程，而在水处理反应中亚微观扩散是起决定性作用的动力学因素。
效果：据此理论发明的立管串联式初级混凝设备，就是利用高比例高强度微涡旋的离心惯性效应克服了亚微观传质阻力，增加亚微观传质的速率，可在很短的时间里实现药剂的充分扩散，使混凝剂水解产物迅速到达水体每一细部而得以充分的利用。生产实践证明，该设备效率高、占地少、效果好、运行稳定，混合时间仅为3～30s，不仅比传统的静态混合器大幅度提高处理能力，而且较一般传统工艺节约用药20%～30%。
2、对絮凝工艺的强化
该技术在理论上提出絮凝的动力学致因是“关系效应”，湍流剪切力是絮凝反应中决定性的动力学因素，并由此建立了絮凝的动力学相似准则。
效果：据此理论发明了小孔眼网格絮凝设备。在絮凝反应池中增设小孔眼网格后有如下作用：①水流通过网格的区段是速度剧烈变化的区段，也是惯性效应最强、粒碰撞机率最高的区段；②小孔眼网格之后湍流的涡旋尺度大幅度减小，微涡旋比例增强，涡旋的离心惯性效应增加，有效地增加了颗粒碰撞次数；③由于过网水流的惯性作用，矶花产生强烈的变形，使矶花中吸附能级低的部分，由于其变形揉动作用达到高吸附能级，这样就使得通过网格之后矶花变得密实；④可以通过在水流通道中科学地布设小孔眼网格，控制湍流剪切梯度，使其通过合理的有效碰撞，形成均匀密实、易于沉淀的矶花。
三、小剂量不间断加药的确定
1、絮凝机理。在水处理中，看法较为一致的是，混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有3种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。
●电性中和。要使胶体粒子通过布朗运动相撞凝聚，必须降低或消除排斥能峰。天然税种的胶体杂质通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐植物等。因此，投入正电荷离子或聚合离子的混凝剂，通过压缩胶体双电层，达到排斥能峰消除的目的，从而使胶体“脱稳”沉降。
●吸附架桥。研究证明，不仅带异性电荷的高分子物质与胶粒具有强烈吸附作用，不带电甚至带有与胶粒同性电荷的高分子物质与胶粒也具有吸附作用。
●卷扫作用。当混凝剂投量很大形成大量氢氧化物沉淀时，可以卷扫水中胶利以至产生沉淀分离。这种作用，基本上是一种机械作用，所需混凝剂与原水杂质含量成反比。
2、聚合氯化铝（PAC）的絮凝机理
水库原水Ph值在7.5-8.0之间。纯化水厂现采用药剂为聚合氯化铝（PAC）。当聚合氯化铝溶于水后，即形成聚合阳离子，对水中胶体粒子起点行中和即吸附架桥作用。但是当药剂投加量过大时，会产生“胶体保护”作用，使脱稳胶粒电荷变号或使胶体被包卷而重新稳定（“再稳”）；当投加量继续增大时，形成大量氢氧化物沉淀时，可以卷扫水中胶利以至产生沉淀分离。
3、小剂量不间断投加的确定
●小剂量加药的确定。由于水库原水浊度在5NTU以下，属于典型的低浊度水处理，只有投加较大量的PAC使之产生卷扫作用达到混凝效果。可以想象，如果想起到卷扫作用达到良好的混凝效果，其经济代价会很高。立管串联式初级混凝设备和小孔眼网格絮凝设备的采用，对混合、絮凝产生了积极作用。正是基于这种先进的涡旋混凝低脉动沉淀给水技术，同时根据以上理论根据，本着经济效益最大化的原则，我们通过实验确定了小剂量投加的投加量10mg/l。实验数据如下：
注：温度：15-30摄氏度
●不间断加药的重要性。在生产实践中，尤其是在温度较高的春、夏、秋季，发现在不加药的情况下也可以取得沉淀池出水浊度在3.0NTU左右的效果。但是通过反复论证，间断加药的弊端如下：
⑴导致滤池负担过重。短时间不加药，虽然出厂水浊度变化不大，但是时间较长之后，出厂水水质总体下降。分析原因为：在持续加药过程中，在滤沙内部会保留残留的药剂，当停止加药后，水中杂质颗粒在滤沙内与混凝剂发生反应，形成的稳定颗粒与滤沙结合在一起，造成滤沙板结，从而使滤池过滤速度减慢、反冲洗周期缩短，加大滤池负担，直接影响出厂水水质恶化。
⑵细菌、病毒去除的不利。水中细菌、病毒的存在是依附于混浊物的存在，上面提过胶体的无法去除导致细菌、病毒依然有着较强的生命力，直接导致加氯的消毒效果。
⑶加药量的影响。根据资料显示，水库原水氨氮含量为0.13mg/L，小于国家标准0.50mg/L，但氨氮消耗氯的比例为1：4-8，加药是去除氨氮的有效途径，如不加药直接导致加氯的增大和游离氯的不增加。
四、结语
该水厂水厂投产至今，在采用涡旋混凝低脉动沉淀给水技术的基础上，通过生产实践的摸索，结合小剂量不间断加药的方式，已安全优质高效供水多年。出厂水质小于0.5NTU，远远低于《城市供水行业2000年技术进步发展规划》要求一类水司执行88项指标中，浊度指标值为lNTU的标准。
作者简介：孙建伟，男，1962-，工程师
论文作者:孙建伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/26
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