辐流式预沉池与沉淀池组合在高浊度水处理中的生产应用

辐流式预沉池与沉淀池组合在高浊度水处理中的生产应用

于晓庆 吴邦睿

（成都自来水有限责任公司，成都，610072、610074）

摘 要：针对岷江流域由于地震引发的高浊度水次生灾害，选用成都市某自来水厂在高浊度水处理过程中的具体应对措施，详细介绍了该水厂辐流式预沉池与沉淀池组合在高浊度水处理中的应用特点，阐述了该组合工艺在处理高浊度水中的关键控制要点，为同类工艺组合在高浊度水处理中的应用提供借鉴。

关键词： 高浊度  辐流式预沉池  沉淀池  生产调控

近年来，受成都岷江上游地质灾害影响，在上游暴雨多发季节，大量泥沙被雨水冲入河流，导致洪水期河流浊度猛增。在高浊度水突发时期，原水浊度可达60000NTU，水厂则通过双水源取水机制及应急水库的调节作用下合理的进行规避，但进厂浊度仍可达上万，由于持续时间较长，给水厂的正常生产调控带来不利影响。

以成都市某水厂为例，该水厂工艺为辐流式预沉池和沉淀池，在2019年原水高浊度期间，采用PAM与PAC联合投加的方式，控制PAM最大投加量在0.3mg/L左右，PAC最大投加量80mg/L左右，通过调整相关工艺参数，能够使水厂在较长高浊度时间内满足正常水质水量生产。

一、水厂工艺介绍

该水厂位于成都市，建设规模为40万m3/d，水源来自岷江上游河段，都江堰下游，处理工艺为预沉和常规处理。具体工艺流程如下：

图 1 自来水厂生产工艺流程图

该厂的预沉池为辐流式，具有抗冲击负荷能力强，排泥效果良好的特点[1]，预沉池的设计总停留时间远大于给排水设计手册中给出的絮凝沉淀设计值，因此设计的表面负荷远大于推荐值，根据相关设计资料，此条件下较大粒径的颗粒物在预沉池内会被沉淀去除，而小于该粒径的悬浮物会进入后续的处理单元，此设计的目的在于去除高浊度时的较大颗粒物。主要设计参数如下表：

表格 1主要设计参数对照表

该厂沉淀池是斜管沉淀池，工艺单元结合了混凝、絮凝及逆流式斜管沉淀，与传统的沉淀装置相比，相同占地面积下，有更大的沉淀面积和较快的上升流速，正常运行过程中斜管内上升流速可达5.0mm/s。

二、原水水质变化情况

高浊度水爆发的整个过程呈现“锋面”特征，且峰值保持在上万NTU，浊度上升迅速，浊度跃升阶段仅耗时1h~2h，随后开始下降，且因上游水库泄洪，期间浊度出现新的峰值，最高浊度达到66856NTU，并逐渐降低至稳定，稳定期间浊度仍可达1000NTU。

整个过程历时约5天，在高浊度原水期间，水厂通过合理调整应急水源及双河道取水机制避峰，有效降低进厂原水浊度，但最大进厂浊度仍达到9325NTU。

图 2 高浊度爆发过程原水及入厂水浊度变化图

三、高浊度原水应对措施

高浊度水峰值的出现较为迅速，期间浊度值变化很大，给预沉处理工艺带来较大的冲击负荷，要保证对高浊度水的处理安全可靠，能否适应高浊度水的短期浊度变化及顺利排泥是关键。在本次高浊度应急中厂内生产调控方面主要涉及预沉池的启用、PAM的前投、PAC投加调整、排泥调整等。

3.1 预沉池的启用

预沉池的主要功能是处理季节性的高浊度水，低浊度期间超越，浊度大于500NTU时启动。该厂预沉池设计具有较高的液面沉降速度，设计页面负荷为9-10m/h，用以通过重力除去泥沙、黏土等颗粒较大的物质，通过设计手册可以发现在该设计沉降速度条件下，粒径大于50μm的颗粒可以通过自然沉降去除，粒径小于50μm的颗粒则需要添加一定量的PAM来促进颗粒凝聚成较大的可沉降絮体。

本次高浊度应急期间，在原水浊度未达到500NTU时提前启预沉池（启运时浊度为200NTU），初期PAM投加量约0.1mg/L，预沉池进出水浊度变化较小，除浊效率较低。随原水浊度的上升及PAM投量的增加，当进厂水浊度达到4000NTU~6000NTU时、PAM投量0.3mg/L时，预沉池出水浊度仍可保持在150-300NTU，具备较佳的除浊效果。

表格 3 高浊度期间预沉池的PAM投加量

3.2 PAM投加

该水厂选用江苏某公司生产的910SEP阴离子型聚丙烯酰胺，共设有两个PAM投加点，前投位于预沉池进水闸门处，投加量在0.1mg/L~0.3mg/L，后投位于絮凝池进水前段，投加量维持在0.1mg/L。

预沉池投加点通过螺杆泵直接进行管道投加，目的在于使预沉池发生絮凝沉淀，去除高浊度水中的大颗粒物质，絮凝池进口端采用穿孔雨淋管的方式进行投加，主要起助凝作用。在日常低浊度生产过程中该水厂预沉池为超越状态，当进厂浊度超过500NTU时，启运预沉池，同时开启PAM的前投。

在本次高浊度期间由于预沉池处理效果较好，后端工艺压力相对较小，因此PAM后投量未有较大幅度变动，仅通过改变前投量的大小来控制预沉池出口浊度。根据高浊度水投加絮凝剂时浑液面沉降相关资料，PAM的投加剂量与泥沙粒径有关，有条件的水厂可以进行泥沙粒径组成与投药量的相关性试验以确定最佳投药量。本次高浊度通过人工取水进行预沉池模拟实验，选取不同浊度的原水，投加0.1mg/L~0.5mg/L的PAM，经过搅拌、沉淀后检测上清液浊度。

模拟实验结果更加验证了该预沉池在低浊度情况下除浊效果不佳而高浊度情况下除浊效果优越的特点。同时可以发现PAM的投量控制在0.1mg/L~0.3mg/L为一个较为合理的范围，在快速絮凝阶段，PAM投量过多会造成架桥作用发生在局部而不能深入到整个悬浊液中，一部分PAM发生空架桥作用，造成絮凝剂的浪费。

实验参数为：搅拌强度150rpm、搅拌时间5min、沉淀时间20min（控制搅拌强度及时间等参数与实际生产尽量保持一致）。

图 3预沉池烧杯模拟试验

结合模拟数据与预沉池出口反馈数据，可以发现不同浊度下的PAM投量基本符合以下规律：浊度在≤500NTU时可选取0.1mg/L的PAM投量；浊度在500＜x＜1000时，可选取0.2mg/L的投加量；浊度在1000＜x＜5000时，可选取0.3mg/L的投加量。PAM的投加不仅可以促进高浊度水中悬浮物的沉降，同时在一定程度上可以减缓污泥与机械设备之间的摩擦力，有利于设备的使用和泥沙的排出。

3.3 PAC的投加

该水厂选用的PAC为淡黄色液体，其氧化铝含量约10.8%，盐基度约85%，密度约1.26g/cm3，满足生活饮用水用聚合氯化铝标准规定。投加点分为配水井及预沉池出口，通过计量泵进行原液投加，使用过程中根据预沉池出口浊度及沉淀池出水反馈浊度进行调整。

在本次高浊度过程中，因预沉池的起运，PAC投加点从配水井转移至预沉池出口端。高浊度初期沉淀池进水浊度波动较大，PAC投量也呈现较大的波动。待预沉池启运后，沉淀池进水浊度稳定在一定范围内，因此PAC投量也维持在60~80mg/L，在整个应急中期，PAC投量未有较大的调整。

图 4高浊度期间斜管沉淀池进出水浊度和PAC投量图

可以发现在整个处理期间，沉淀池出水浊度可稳定在1.5NTU~2.5NTU之间，保持较好的沉淀效果，为后端工艺的处理提供了良好的条件，达到了高速砂滤池的进水水质要求，也进而保证了出厂水的水质标准。

3.4 排泥的调整

3.4.1 预沉池排泥的调整

预沉池污泥泵房配置有4台污泥泵（流量800m3/小时，扬程10m），每线两台，一用一备。预沉池运行期间通过控制污泥泵的停启时间来控制排泥，更改污泥泵停运时间后，人工测试排泥浓度进行复核。排泥参数调整如下表所示：

表格 4 预沉池排泥调整表

预沉池在高浊度水处理过程中发挥重要作用，而排泥是决定沉淀池运行效果的关键因素。在不断进行排泥参数调整的同时，对预沉池刮泥机的运行工况进行检查，以确保预沉池系统的稳定运行。

3.4.2 沉淀池排泥的调整

该厂沉淀池排泥系统为重力排泥，每个沉淀池内有三组共九根排泥管，通过控制每组排泥管气囊阀的开关时间来控制排泥。

在本次高浊度期间，预沉池出水相对较为稳定，因此可调整沉淀池排泥参数到合适的数值，在预沉池出水未有较大幅度浊度上涨时，可尽量避免调整沉淀池排泥参数，以保证工艺池稳定运行，该厂在高浊度期间，为了尽可能的减少排泥水量，对沉淀池排泥间隔进行了微量调整。具体如下:

表5 沉淀池排泥调整表

在排泥间隔的调整过程中，人工对排泥浓度进行检测，发现排泥浓度均较合适，在5000mg/L~10000mg/L之间，满足沉淀池重力排泥管的需要。但排泥水量的减少，会出现斜管沉淀池超负荷的情况，当页面负荷超过5.0mm/s，会出现大幅度跑矾现象，影响滤池过滤效果，因此在调整过程中应避免此情况出现。

需要注意的是，高浊度期间排泥参数的调整要兼顾排泥管的通畅和污泥的浓缩时间。通过调整排泥时间和排泥水量来合理控制排泥浓度在排泥管的承受范围，避免管道堵塞。

三、总结

（1）辐流式预沉池具有运行管理方便、排泥能力可靠等特点，在高浊度原水情况下通过合理投加PAM可以达到优越的除浊效果，为后端工艺的正常运转提供保障；沉淀池具有占地面积小、处理效率高等特点，通过PAC和PAM联和投加的方式，该工艺组合能够在高浊度情况下有效保证生产。

（2）在高浊度生产调控中，PAC及PAM的投量要根据生产经验和实验室结果进行合理调整，确定最佳的投加比例和投加量。同时厂内生产调控中排泥参数的调整要兼顾排泥浓度和污泥浓缩时间，在保证排泥通畅的前提下最大限度的满足生产需求。

参考文献

[1] CJJ 40-2011,高浊度水给水设计规范[S].

[2] 给排水设计手册（第三册）城镇给水第三版.

[3] 程万达. 辐流沉淀池在高浊度水预处理中的应用[J]. 山西建筑,18.44（9）：85—86.

[4] 叶建宏. 地震灾区PAM与PAC联用处理高浊度原水的生产应用[J]. 城镇供水，2012.4:32-34.