二 過慮
過濾水流速:0.1~0.3米/秒。慢濾池出水水質好。大概在運行3個月左右后將表層沙刮掉,無需反沖洗。
2. 快濾池:
過濾水流速:10~12 米/秒。
快濾池有兩種配水系統(在反沖洗時提供沖洗水的系統):大阻力配水系統和小阻力配水系統。
關于配水系統,其主要作用在于保證進入濾池的沖洗水,能夠均勻分布在整個濾池面積上,但在過濾時,它也起了均勻集水的作用,因此配水系統是濾池構造的關鍵問題。當配水系統不能起均勻配水作用時,會產生兩個不利的現象(蘭州純凈水設備):
一個現象是由于沖洗水沒有均勻分布在整個濾池面積上,在沖洗水量小的地方就沖洗得不干凈,這些不干凈的濾料,逐漸會膠結起來,長大成團。形成“泥球”或“泥餅”。“泥球”和“泥餅”又進一步影響沖洗的效果,將會影響過濾的水質,甚至被迫將整個砂層運出濾池進行清洗(蘭州水過濾設備)。
另一個現象是在沖洗水量大的地方,流速很大,會使承托層發生沖動,引起濾料和承托層混合現象,使砂子漏入過濾水中,產生“走砂”現象。這個現象還同樣會對水的不均勻分布起惡性循環的作用。上述兩個現象所引起的嚴重問題是很明顯的,因此,配水系統的設計必須考慮沖洗時配水均勻的條件。
要解決這個問題有兩種途徑:第一,加大配水管孔眼的阻力系數,其結果是通過孔眼的水流速度提高。第二,減小管道的水力阻抗使配水系統上所有孔眼處的壓力近于相等。
(1)大阻力配水系統
大阻力配水系統在生產實踐中,工作可靠,采用最廣,是主要的配水型式。不過現在的趨勢使傾向發展小阻力配水系統。
(2)小阻力配水系統
小阻力配水系統優點是配水均勻性好,但結構復雜;,孔口水頭損失大,沖洗動力消耗大;管道易結垢。此外沖洗手頭有限的虹吸濾池和無閥濾池,大阻力配水系統不能采用,小阻力配水系統可以克服上述缺點。
3. V型濾池
V型濾池現在在大面積推廣。其水流速在6~8米/秒。
V型濾池的主要特點是:
(1)可采用較粗濾料及較厚濾層以增加過慮周期。由于反沖洗時濾層不膨脹,顧整個濾層在深度方向的粒徑分布基本均勻,不發生水力分級現象,使濾料含污能力提高。(低膨脹率意味著單位體積中砂顆粒更多,這使得砂摩擦次數增多,摩擦多也就意味著沖洗時污泥更不易附著。大小阻力配水系統在沖洗時都是高膨脹率)
(2)氣水反沖再加始終存在的橫向表面掃洗,沖洗效果好,沖洗水量大大減少。
三 預處理和深度處理
對于不受污染的天然地表水而言,飲用水的處理對象主要是去除水中懸浮物、膠體和致病微生物:對此,常規處理工藝是十分有效的。但對于污水源而言,水中溶解性有毒有害物質,特別是具有致癌、致畸、致突變的有機污染物(簡稱“三致物質”)或三致前體物(如腐植酸等)是常規處理方法難以解決的。于是,便在常規處理基礎上增加預處理和深度處理。
1. 預處理
我們工藝上講的預處理這一概念的提出大部分是源自于廢水處理。
預處理方法主要有:粉末活性炭吸附法(成本大);臭氧或高錳酸鉀氧化法;生物氧化法等。他們在去除有機物的同時也具有除味、除臭及除色作用。除此一些方法外還有生物曝氣法、氧化塘法(大面積水塘)。
臭氧有一定毒性,使用臭氧到底有多安全,現在還沒有定論。國外使用臭氧的水廠并不多,這可能與他們源水水質較好無需臭氧有一定的關系。
2. 深度處理
深度處理方法主要有:粒狀活性炭炭吸附法;臭氧-粒狀活性炭聯用法或生物活性炭法;化學氧化法;光化學氧化法及超身波-紫外線聯用等物理化學氧化法;膜過慮法等。下面簡要談談臭氧-粒狀活性炭聯用法。
活性炭吸附方式有:流動床吸附和固定床吸附,現在應用主要為后者?;钚蕴砍司哂形阶饔猛?,隨著炭的使用而在炭表面滋生的微生物還具有生物講解作用。由于這一作用,使得采用了活性炭濾池工藝后就不能再投加前道氯。因為投加前道氯會對炭濾池中微生物的生長構成威脅。炭濾池也有氣沖、水沖。但沒有氣水反沖(因為這會將炭沖出)。沖洗周期可以是10天、15天,這與濾池的運行情況有關。
四 排放問題
相城水廠設計要求是零排放。排泥水到污泥濃縮池:;反沖洗水可作為源水進行重新凈化。
排泥水→污泥濃縮池→污泥平衡→脫水機房
污泥脫水形式:
(1) 帶式(擠干),含固率 20%左右。該形式的作業機房臭味中,袋子清洗起來比較麻煩。
(2) 板框式(相城現在所用),含固率 35%~50%。
(3) 離心機式,含固率 30%左右,噪聲大。
成本:帶式<離心機式<板框式
原理部分
一.混凝
當前,看法比較一致的是,混凝劑對水中膠體離子的混凝作用主要有3種:
(1) 電性中和
簡單講就是投加的帶正電荷金屬離子壓縮了膠體雙電層——為保持膠體電中性所要求的擴撒層厚度,從而使膠體失去穩定性(既脫穩)發生聚集作用。
(2) 吸附架橋
不僅帶異性電荷的高分子物質與膠粒具有強烈吸附作用,不帶電甚至帶有與膠粒同性電荷的高分子物質與膠粒也有吸附作用:當高分子鏈的一端吸附了某一膠粒后,另一端又吸附另一膠粒,形成“膠粒-高分子-膠?!钡男跄w。
(3) 網捕或卷掃
當鋁鹽或鐵鹽混凝劑投加量很大而形成大量氫氧化物沉淀時,可以網捕、卷掃水中膠粒以致產生沉淀分離。這種作用,基本上是一種機械作用,所需混凝劑量與源水雜質含量成反比。
天然水的pH值一般在6.5~7.8之間,鋁鹽的混凝作用主要是吸附架橋和電性中和。
影響混凝的因素很多,如:濁度、溫度、pH值、氨氮、好氧量等。
(1) pH
水的pH值對混凝效果的影響程度,視混凝劑品種而異。對硫酸鋁而言,水的pH值直接影響鋁鹽水解產物的存在形態。
(2) 水溫
水溫對混凝效果有明顯影響。無機鹽混凝劑水解是吸熱反應,低溫水混凝劑水解困難。特別是硫酸鋁,水溫降低10度,水解速度常數約降低2~4倍,當水溫在15度左右時,硫酸鋁水解速度已及其緩慢。同時水溫降低還會導致水粘度增大、膠粒水化作用增強、水pH升高等不利混凝因素作用的增強。
(3) 水力條件
混凝過程為:脫穩→絮凝→凝聚。
脫穩時,在投礬的控制上,除了對投加量有要求外,還要求礬投下去后能快速分散到水體中去,這就需要要有一定的水力強度。絮凝是形成細小礬花的過程,此時需要恰當的水力條件。凝聚時要求要較慢的水力條件。
判斷礬花形成的好壞,可以從下面三方面來觀察判斷:
(1) 礬花的極限是否明顯(顆粒與顆粒是否分清楚),界限明顯為好。
(2) 顆粒間的水色是否透明,透明為好。
(3) 顆粒的外圍是否包圍著一層水,包著為好。
二.沉淀
沉淀:水中的固體由于重力作用在水中沉降的過程。
沉淀分為:自然沉淀和混凝沉淀
下面以使用廣泛的平流池為為例。平流式沉淀池多位矩形,上部為沉淀區,下部為污泥區,池前部有進水區,池后部有出水區。
為便于討論,先從理想沉淀池出發。所謂理想沉淀池,有幾個假定:
(1) 顆粒處于自由沉降狀態。
(2) 水流沿著水平方向流動。
(3) 顆粒沉到池底即認為已被除去,不再返回水中。
則顆粒在池中的停留時間t為:
其中:L——沉淀區長度;
V——水平流速;
h——沉淀區水深;
u——顆粒的截留沉降速度。
三.過慮
濾池過濾機理:
(1) 沉降作用
(2) 隔濾作用
(3) 接觸絮凝
隔濾其實就相當于機械篩的作用,阻止水中顆粒透過濾池。但隔濾作用解釋不了濾后水細菌數的減少,其實細菌的減少主要是靠接觸絮凝的生物作用。
以前使用的濾石的尺寸在:Φ0.5~1.2 mm之間,現在的觀點是趨向于使用大顆粒濾石。相城水廠使用的濾石尺寸在:Φ0.95~1.4 mm間。
關于雙層濾料過慮,以前公司也采用過。濾料分為兩層,上層為無煙煤,下層為石英砂。這種雙層濾料在沖洗時存在問題,煤和砂都能沖洗干凈,但是在煤和砂的結合處卻難以沖洗干凈。
快濾池濾料的厚度,相城為0.7米。對于V型濾池,其濾料厚度要比快濾池厚點,其厚度在1.35~1.5米左右。
四.消毒
氯溶于水,其發生的反應有:
消毒作用的機理,一般認為主要通過次氯酸HClO起作用。HClO為很小的中性分子,只有它才能擴散到帶負電荷的細菌表面,并通過細菌的細胞壁穿透到細菌內部。當HClO分子到達細菌內部時,能起氧化作用破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。加氯消毒在有機物存在時會生成三至物質,即致癌、致畸、致突變物質。
水力學
一. 靜力學
1 MPa =10g公斤力/厘米2=100米水柱。一個大氣壓數值上相當于33米水柱產生的壓力大小。
日常所講管道內水的流速,這個流速指的是平均流速,。而啟動流速是指能將管道中臟東西帶動的水流速。啟動流速一般>0.4米/秒,不沉流速一般>0.7米/秒。
經濟流速,顧名思義就是指管網內水在這個流速下,整輸送水成本能最省。這個成本包括管道施工費用、管道運行費用。一下為幾種管徑所對應的經濟流速:
DN2000 mm 1.8~2.0 m/s
DN1000 mm 1.5 m/s
DN100 mm 1.0 m/s
二.動力學
伯努利方程:
H1:位能;P1/ρ:壓力能;V2/2g:動能;hw:局部損失和沿程損失。
在管道水力計算時所分的長管計算與短管計算,其中長短并非僅指管道的長度。具體為:長管計算,指以沿程損失為主的水力計算。短管計算,指以局部損失為主的水力計算。
三.二泵房
變頻技術的作用:
(1) 平衡調度,變頻技術在生產上的應用不但可以減少水對管網的沖擊,還可以減少開車的次數。
(2) 衡壓供水