一体化净水在农村饮水安全工程的应用论文
摘要:主要阐述了微絮凝一体化净水工艺的设备构造、水处理工艺原理及其适用条件。结合安徽省东至县农村安全饮水工程花园水厂项目的具体情况,设计规模小、山区原水浊度低,考虑建设周期短、占地面积小、工程投资少等优点,选择微絮凝一体化净水器进行水处理,实现一体化净水,取得了较好的应用效果。
关键词:水处理;工艺原理;适用条件;应用
饮用水处理工艺一般是通过建设混凝、沉淀、过滤池等构筑物来进行水处理,微絮凝净水一体化是通过集成一体的凝聚、絮凝和过滤工艺,达到净水效果,其优点是减少了建筑占地面积、建设周期短、工程投资少,在农村山区饮水安全工程中应用较广[1-2]。
1微絮凝净水设备构造
微絮凝一体化设备构造组成如图1所示。微絮凝净水一体化设备[3-4]主要通过集成一体的凝聚、絮凝和过滤工艺,达到净水效果。微絮凝净水器是微絮凝净水一体化净水工艺的核心,微絮凝净水器在外形上与一般的压力滤罐类似,由罐体、阀门、连接管道及仪表等组成。但罐体内采用了与一般压力罐不同的构造,由上滤板、凝聚层、絮凝层、过滤层与下滤板组成。进水管上安装管道混合器,以强化原水与絮凝剂的混合效果,促进其亚微扩散。过滤上下界面处安装有压力计,用于检测和判断含污量,便于反洗控制。检测仪表和阀门均同时考虑人工与自动观测和操作功能,以实现手动与自动互备的运行控制。
2微絮凝净水工艺原理
原水在经过管道投加絮凝剂后依次进入净水器的凝聚层、絮凝层和过滤层,历时10~15min,即可达到出水浊度1NTU以下的净水。2.1凝聚原水在投加絮凝剂后进入凝聚层,凝聚层为特殊材质,形状能使水流产生大量微小涡流,促进水中胶体杂质与絮凝剂颗粒相互碰撞,产生脱稳和凝聚,生成絮体。由于凝聚层中水流水力半径小(传统工艺为其数百倍),水流剪力大,无法生成较大絮体,同时因为特殊的凝聚层材料表面光滑,不会吸附絮体,因而微小絮体能顺利通过凝聚层而进入絮凝层[5-6]。2.2絮凝絮凝层材料孔隙率大,表面粗糙,具有很强的.吸附能力和含污能力。进入絮凝层的水流挟带大量微小絮体,当它们在水流紊动下接近絮凝层材料表面时,被吸附并与水流分离,被吸附的絮体颗粒又吸附水中絮体。当吸附层达到一定厚度,其吸附力不足以抵抗水流剪力时,达到吸附平衡,水中絮体向下层移动,继续在下层产生絮凝作用。2.3过滤过滤层采用石英砂材料[7-8],絮凝初期主要依靠絮凝材料表面吸附水中细小絮体,与过滤机理相同。当絮凝材料表面吸附了絮体后,已经吸附的絮体进一步吸附水中絮体,使絮凝层达到较大含污量,因此微絮凝工艺能处理高浊度原水。过滤层起到水质保障作用,当絮凝剂投加量不当、胶体脱稳凝聚效果不佳或水中存在某些无法凝聚的杂质时,则会造成部分杂质无法在絮凝层絮凝而穿透,这些杂质由过滤层去除。例如,当投药量不当时,部分胶体无法脱稳,它们之间无法相互吸附絮凝,但滤料表面较强的吸附力则可以将它们去除。因此,过滤层也称为保护层,在运行时应控制使它不过量含污。
3微絮凝净水工艺适用条件
3.1原水浊度1000NTU以下当原水浊度很低时,微絮凝净水器的作用与直接过滤设备类似,浊度越低,出水质量越好,工作周期越长,反洗水浊度越低,絮凝剂耗量越少。当原水浊度较高时,微絮凝净水器仍能保证出水质量。经测试,当原水浊度为1000NTU时,在16m/h滤速下的工作周期约3.5h,按反洗强度25l/m2.s和每次反洗2min计算,反洗耗水量约为制水量的5%,与传统工艺自耗水量相当。如果水源只是因为暴雨造成短时间浊度偏高,即使浊度短时间内达到1000NTU以上,仍然可以采用高效微絮凝净水器,其出水质量仍可以保证,只是在短期内自耗水量会超过5%。3.2低温低浊原水净化在传统水处理过程中,当原水温度较低时,水的粘性提高,造成水流紊动性降低,水流剪力提高。加之原水浊度低,杂质颗粒间平均距离大,不利于水中颗粒的碰撞反应脱稳,更不利于絮体的增大,所以影响净水效果。在微絮凝净水器中,其净水机理不需要生成大的絮体,细小的絮体就可以有效地去除,而且对于微絮凝净水器,絮凝材料颗粒就是大絮体,它们充满絮凝层,与杂质颗粒距离非常近,所以勿需增加絮凝剂,也能够保证净水效果,因此不会因低温低浊水影响净水效果。但当水温降低时,由于水流剪力加大,将影响絮凝层的吸附层厚度,降低含污能力,致使净水工作周期有所下降,自耗水量略有增加。3.3原水流量的变化范围大当原水流量大范围变化时,传统工艺往往不能适应,因为当流量远小于设计值时,水的流速和紊动性降低,使絮凝效果大大降低,从而影响净水质量。而高效微絮凝净水器,因为微小涡流和高密度吸附作用,可以适应很小的原水流量。3.4含有一定有机物及其他有害物质的原水水源受有机物污染,常规水处理一般不易去除。在微絮凝净水器中絮凝层相当于高浓度絮体,有利于有机物的吸附和去除。另外高效率地去除胶体,同时也去除了被胶体吸附的有机物。当原水中含有一些不容易絮凝的有害物质,高效微絮凝净水器可以通过高密度吸附去除。
4微絮凝净水器在花园水厂的应用
4.1水厂概况东至县花园乡位于东至县城南约24km,国土面积249km2,森林覆盖率86%,总人口12224人,其中农业人口11781人。东南高山连绵,西北丘陵纵横,尧渡河上游支流分布全境。花园乡花园水厂为新建项目工程,设计规模600m3/d,解决饮水不安全人口9038人,涉及花园、新塘、合步、粟埠、南溪、祠村、胡村、双河、桃园等9个行政村的8719人和花园中学的319人。4.2微絮凝净水器的设计和应用花园水厂原水取自马坑河上游河水,马坑河水源水量充足,水质良好,属地面水Ⅰ~Ⅱ类,浊度1~3NTU,夏季短期内可达10~30NTU,仅需常规净水工艺即可满足净水要求。由于本工程原水浊度较小,絮凝、沉淀较为困难,采用平流沉淀池占地面积较大,为减小工程投资,结合微絮凝净水器适用条件,本工程采用SW-Ⅱ型高效组合式净水器进行水质净化。微絮凝净水器设计滤速为9.83m/h,共1台,单台设计处理能力为25m3/h。原水进入厂区,根据原水浊度的不同,混凝剂投加量在5~20mg/L范围,出水浊度一般为0.1~0.5NTU。经过微絮凝过滤的水投加二氧化氯消毒剂后进入清水池消毒,再通过二级水泵将消毒后的水送入用水点。2015年4月县疾病预防控制保健中心水质检测数据,出厂水浑浊度为0.23NTU。微絮凝净水器在花园水厂使用过程中,操作管理简便易于维护。采用自动化控制,一般不需人工操作。手动操作时,也只要控制几个阀门的开闭和絮凝剂投加量的调整等。目前运行稳定,维护工作量少。
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