淺談嘎巴屯凈水廠除鐵、錳工藝設(shè)計

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簡介： 通過對設(shè)計工藝的介紹，闡述嘎巴屯凈水廠機械通風(fēng)接觸式曝氣塔+無閥過濾器二級串聯(lián)處理的工藝設(shè)計及特點，闡明了設(shè)計中應(yīng)注意和仍需解決的問題。
關(guān)鍵字：曝氣塔 無閥過濾器 處理工藝 問題

三臺子礦區(qū)給水工程擔(dān)負(fù)著遼寧鐵法煤業(yè)集團公司小康礦、大平礦及礦區(qū)居住區(qū)的供水任務(wù)，設(shè)計總供水規(guī)模為18000m³/d，工程分期建設(shè)，一期楊家窩棚水源供水工程已先期投入使用，供水規(guī)模為5000 m³/d，二期二家子水源供水工程于1998年開始施工，供水規(guī)模為13000m³/d，1999年由于國家煤炭產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整與大平礦等其他礦區(qū)基建項目同時緩建，2001年10月二期給水工程恢復(fù)建設(shè)，2002年10月二期給水工程竣工投產(chǎn)。嘎巴屯凈水廠為集團公司三臺子礦區(qū)二期給水工程核心處理環(huán)節(jié)，設(shè)計處理規(guī)模為13000m³/d。

　　二期供水工程水源取自兩家子水源地，水源為第四系潛水地下水，水質(zhì)鐵錳超標(biāo)嚴(yán)重，設(shè)計采用了機械通風(fēng)接觸式曝氣塔+無閥過濾器二級串聯(lián)處理工藝，工藝處理及污泥處理實現(xiàn)了全部設(shè)備化，并對無閥過濾器的設(shè)計進行了改進，污泥處理系統(tǒng)采用了地面式豎流沉淀器，工藝設(shè)計進行了有益、創(chuàng)新的嘗試。

　　礦區(qū)二期給水工程歷經(jīng)了緩建、恢復(fù)建設(shè)兩個階段，工程狀況發(fā)生了巨大的變化。原設(shè)計兩家子水源地共10眼水源井，供水能力13000 m³/d，由于地下水資源的重新規(guī)劃，供礦區(qū)的水源僅能保證5眼水源井，供水能力6400 m³/d。而恢復(fù)建設(shè)前，兩家子加壓站1000m³水池及加壓泵房土建及設(shè)備安裝已經(jīng)完成，兩家子加壓站至嘎巴屯凈水廠15.8公里DN500輸水管道已經(jīng)形成，凈水廠工業(yè)場地除鐵、錳車間土建廠房與設(shè)備基礎(chǔ)已施工結(jié)束。如何在凈水車間廠房及設(shè)備基礎(chǔ)已經(jīng)形成的前提下，通過設(shè)備調(diào)整對處理規(guī)模進行合理更改是設(shè)計面臨的一個新課題。設(shè)計在充分考慮現(xiàn)有條件的前提下，通過對曝氣塔及過濾器組數(shù)的調(diào)整，既解決了初期設(shè)備投資過大的矛盾又滿足了供水的要求，有效的解決了無閥過濾器的備用問題，適應(yīng)了水量規(guī)模的調(diào)整。

　　 嘎巴屯凈水廠已投產(chǎn)試運，出水鐵、錳指標(biāo)符合國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對設(shè)計工藝的介紹，闡述嘎巴屯凈水廠機械通風(fēng)接觸式曝氣塔+無閥過濾器二級串聯(lián)處理的工藝設(shè)計及特點，闡明了設(shè)計中應(yīng)注意和仍需解決問題。

　　1 除鐵錳工藝選擇及設(shè)計

　　1.1 處理工藝流程

　　根據(jù)除錳基理及我國多年的實驗和生產(chǎn)實踐，地下水除錳工藝大多采用曝氣接觸氧化法。一般采用跌水、淋水、射流曝氣、壓縮空氣、接觸式曝氣塔、機械通風(fēng)曝氣塔等曝氣裝置；過濾裝置可分為壓力式和重力式兩種形式，壓力式過濾形式以壓力過濾器為主，濾料分為天然錳砂濾料和纖維濾料；重力過濾形式以濾池為主，常用的濾池形式有普通快濾池、無閥濾池等，濾料為天然錳砂濾料。

　　由于原水含鐵、錳指標(biāo)分別為9.0mg/l、1.5mg/l，鐵錳超標(biāo)嚴(yán)重，本設(shè)計根據(jù)原水水質(zhì)采用重力式機械通風(fēng)接觸式曝氣塔+重力式無閥過濾器二級除鐵、錳工藝，其工藝流程為：

　　1.2 工藝設(shè)計及參數(shù)

　　1.2.1 曝氣塔

　　 曝氣塔采用機械通風(fēng)接觸式曝氣塔，曝氣填料采用活化無毒多面空心球雙層布置。水源井來水從塔的上端均勻配水進入塔體，通過雙層空心球盡可能與填料接觸，填料下設(shè)置離心軸流風(fēng)機由下至上向塔內(nèi)充氧，達到對原水進行充分曝氣的作用。曝氣塔設(shè)計表面負(fù)荷為25m³/m².h，直徑為φ3000，單臺產(chǎn)水量為175 m³/h，配套4-72-4型離心風(fēng)機（Q=9750-14750 m³/，H=324-224mm，N=7.5KW）。由于水量規(guī)模的變化，設(shè)計由原來四臺更改為2臺。

　　1.2.2 無閥過濾器

　　 過濾裝置采用無閥過濾器，由于原水鐵錳含量較高，設(shè)計采用二級串聯(lián)除鐵錳工藝，原水經(jīng)曝氣塔充分曝氣后重力進入一級除鐵過濾器，經(jīng)一級處理后進入中間水池，經(jīng)中間水池提升泵進入二級除錳過濾器。兩級過濾采用同型號無閥過濾器，濾料為連云港產(chǎn)的天然錳砂，三臺過濾器為一組，兩工一備，反沖洗實現(xiàn)水力自動反沖并輔助壓縮空氣沖洗。

　　凈水車間共設(shè)無閥過濾器二組共6臺，除鐵除錳各一組3臺，單臺直徑為φ4700，每組產(chǎn)水量為320 m³/h，濾速為10m/h，濾料層厚為900mm，終期水頭損失為1.70m，反沖洗強度為18L/s.m²，氣沖洗強度為15L/ m².s,配套Q=20 m³/min，H=6m鼓風(fēng)機，水沖洗歷時為5min，氣沖歷時為2min。

　　1.2.3 反沖洗水處理系統(tǒng)

　　 為避免水資源的浪費，防止高濃度含鐵、錳廢水進入礦區(qū)污水系統(tǒng)，影響污水處理廠的正常運行，本設(shè)計對反沖洗水進行了收集和處理。凈水車間外設(shè)置V=400 m³生產(chǎn)廢水池，內(nèi)設(shè)HJ-1600混合攪拌機四臺，防止污泥沉淀，內(nèi)設(shè)WQX50-8-2.2（Q=25m³/h，H=8m，N=2.2Kw）型潛水排污泵二臺將污泥提升至凈水車間內(nèi)混凝反應(yīng)池（1.5m×1.5m×1.4m），反應(yīng)池設(shè)置兩座，一工一備，各設(shè)WQX50-8-2.2型潛水排污泵及反應(yīng)攪拌機一臺，污泥通過提升進入豎流沉淀器，污泥處理系統(tǒng)設(shè)置φ3600豎流沉淀器兩座，沉淀時間為1.5h，設(shè)計表面負(fù)荷為0.0007m/s，污泥經(jīng)沉淀器分離后，清水回流至中間水池，污泥進入污泥濃縮池，經(jīng)污泥分級濃縮后提升至DYL-500型帶式壓濾機壓濾后泥餅外運。設(shè)置加藥裝置一套，藥劑為聚丙烯酰胺。

　　2 工藝設(shè)計特點

　　2.1 無閥過濾器用于地下水除鐵、錳處理的技術(shù)改進

　　無閥過濾器屬于小阻力配水系統(tǒng)，反沖洗壓力很難保證，在國內(nèi)除鐵、錳工藝選擇中一般選擇雙閥或普通快濾池作為終端處理構(gòu)筑物，本設(shè)計的設(shè)計能力為Q=13000m³/d中小型水廠，水質(zhì)為鐵、錳含量較高的地下水，采用設(shè)備化的無閥過濾器在工藝選擇上確實有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險。針對上述問題，本設(shè)計對無閥過濾器采取了以下措施：①為防止鐵離子穿透一級除鐵濾層，將傳統(tǒng)的700mm濾料層加厚至900mm；②為防止濾料板結(jié)，在承托層的上方布置了豐字型氣體反沖洗管，反沖洗時進行氣水防沖；③由于設(shè)計規(guī)模變化，原一、二級除鐵、錳各設(shè)兩組無閥過濾器，本設(shè)計改變無閥過濾器兩臺一組的習(xí)慣，設(shè)三臺過濾為一組，除鐵除錳各一組，通過過濾器水箱連通管閥門切換，三臺過濾器可任意兩臺并聯(lián)工作，當(dāng)一臺設(shè)備出現(xiàn)濾料板結(jié)時，保留三臺同時工作的可能，為設(shè)備檢修、更換濾料、實現(xiàn)強制反沖提供了設(shè)計上的保證；④為實際運行管理方便，本設(shè)計在過濾器本體上設(shè)置了監(jiān)視玻璃透鏡和罐內(nèi)液位顯示裝置，在操作中能明確觀察每臺設(shè)備的運行狀態(tài)，清晰的觀察到反沖洗的形成和結(jié)束及效果，實現(xiàn)了科學(xué)管理。

　　無閥過濾器進行了上述改進，實現(xiàn)了氣水反沖、過濾裝置的交替使用，有效的解決了重力式無閥過濾器自身的缺點，工程2001年9月驗收移交以來，過濾效果良好，實現(xiàn)了自動反沖洗，反沖洗周期為12-48小時，出水水質(zhì)鐵、錳指標(biāo)分別為0.15mg/l、0.07mg/l，完全符合國家生活飲用水鐵、錳0.3mg/l、0.1mg/l的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達到了設(shè)計要求。

　　2.2 豎流沉淀器排泥設(shè)計改進

　　豎流沉淀器用于污泥處理系統(tǒng)的泥水分離，常規(guī)設(shè)計泥斗設(shè)在地下，排泥采用側(cè)向靜

　　壓排泥，由于鐵錳泥的自身特點，將泥斗設(shè)于地下極易造成污泥板結(jié)，清理有十分困難。本設(shè)計將該處理裝置完全設(shè)于地面上，排泥通過泥斗下方的排空、排泥管進行排泥，打破了常規(guī)設(shè)計的排泥方式，解決了維修、清理的實際困難，運行效果良好。

　　3 工藝設(shè)計體會

　　3.1 設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

　　3.1.1 系統(tǒng)超越管道的設(shè)置

　　含鐵、錳地下水給水工程一般均由水源地、加壓站、輸水管道、凈配水廠等工程組成，

　　由于輸水管道在施工竣工后必須進行清洗，管道清洗廢水含有大量泥砂，進入處理系統(tǒng)勢必造成濾料的堵塞甚至報廢。因此在凈、配水廠的設(shè)計中必須考慮進入系統(tǒng)前的超越。

　　3.1.2 系統(tǒng)動力設(shè)備的匹配

　　對于鐵、錳含量高而采用重力式二級串聯(lián)處理工藝的設(shè)計，必須注意水源井泵（加壓站泵）與中間水池提升泵的流量匹配，否則系統(tǒng)很難保證連續(xù)運行。

　　3.1.3 曝氣塔風(fēng)機的安裝位置

　　曝氣塔風(fēng)機吸風(fēng)口的安裝必須高于底層填料布風(fēng)管標(biāo)高，否則當(dāng)風(fēng)機事故停機時會造成水的回灌而損壞風(fēng)機、造成跑水事故。

　　3.1.4 水封井的加高

　　 無閥過濾器水封井設(shè)計上緣一般與地面相平，由于反沖洗瞬時流量及強度很大，極易造成沖洗水濺出水封井，本工程在試運中曾多次發(fā)生冒水現(xiàn)象，因此在設(shè)計中應(yīng)充分考慮這一點。

　　3.2 設(shè)計中仍需解決的問題

　　3.2.1 主工藝系統(tǒng)出水水質(zhì)的檢測

　　由于鐵、錳等重金屬的化驗周期較長，運行中只能根據(jù)反沖洗周期的變化預(yù)測出水水質(zhì)是否惡化，而通過周期法只能定性的作出分析判斷，具有明顯的滯后性，不利于出水水質(zhì)的保證。如何快速定量的對出水水質(zhì)作出分析判斷是除鐵、錳處理廠設(shè)計面臨的課題。

　　3.2.3 污泥處理系統(tǒng)的監(jiān)測運行

　　 本設(shè)計污泥處理系統(tǒng)的豎流沉淀器及污泥濃縮池?zé)o法實現(xiàn)泥水液面分離監(jiān)測，即在實際

　　操作中無法觀測到沉淀器、污泥濃縮池內(nèi)分層液面，致使很難準(zhǔn)確的控制沉淀器的排泥時間，無法根據(jù)濃縮池內(nèi)分層情況進行分級濃縮。如何有效的檢測泥水分離液面位置，實現(xiàn)科學(xué)管理與運行是污泥處理面臨的難題。

　　4 結(jié)語

　　嘎巴屯凈水廠采用機械通風(fēng)接觸式曝氣塔+無閥過濾器二級串聯(lián)處理工藝處理高含鐵、錳地下水，并且凈水廠內(nèi)設(shè)置完整的污泥處理系統(tǒng)，在國內(nèi)同類型水廠中應(yīng)用比較罕見。本文著重介紹了除鐵、錳車間的工藝設(shè)計及特點并總結(jié)了水廠設(shè)計中的心得和體會，由于作者水平有限，觀點難免偏頗，希望對給排水設(shè)計同行們有所啟迪和幫助。

　　 作者簡介：黃勁松，男，遼寧鐵嶺人，1992年畢業(yè)于哈爾濱建筑工程學(xué)院給排水專業(yè)，中煤國際工程集團沈陽設(shè)計研究院市政環(huán)保所副所長，主任工程師，長期從事煤炭系統(tǒng)給排水設(shè)計工作。

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