廣州軍區(qū)聯(lián)勤部凈水研究所
盛選軍 劉傳勝 梁好 蔡建宇 易路景

　　目前，我國的凈水廠一般采用混凝、沉淀、過濾的常規(guī)處理工藝，該工藝在凈水處理領(lǐng)域一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，但也存在一些問題：（1）總投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，占地面積大。（2）每當(dāng)遇到低濁水時(shí)，常規(guī)處理系統(tǒng)中的沉淀工藝較難起到理想的作用，這是由于水中懸濁顆粒太少而導(dǎo)致顆粒間相互接觸碰撞幾率太低，不能提供有效的沉積接觸的絮體體積。傳統(tǒng)方法或是通過增加絮凝劑投加量或是通過投加粘土微粒來增加顆粒碰撞數(shù)及絮體體積，但這樣一來勢必導(dǎo)致絮凝劑用量增加，或沉積污染量劇增，處理難度也增大，甚至有時(shí)會(huì)出現(xiàn)沉淀池出水濁度反而大于進(jìn)水濁度的現(xiàn)象。（3）當(dāng)水中存在納微米級污染物即尺寸小于lμm的細(xì)微顆粒，由于其組成極為復(fù)雜，如由各種微細(xì)的粘土礦物質(zhì)、合成有機(jī)物、腐殖質(zhì)、和藻類物質(zhì)等組成。這些納微米級污染物的存在不僅對人體健康具有直接或潛在的毒害作用，而且還嚴(yán)重惡化處理水質(zhì)條件，增由各種微細(xì)的粘土礦物質(zhì)、合成有機(jī)物、腐殖質(zhì)、和藻類物質(zhì)等組成。這些納微米級污染物的存在不僅對人體健康具有直接或潛在的毒害作用，而且還嚴(yán)重惡化處理水質(zhì)條件，增加處理難度，尤其是在肖前大規(guī)模的城市給水的常規(guī)混凝、過濾處理過程 ，會(huì)造成沉淀池絮體上浮、濾池易穿透、導(dǎo)致出水水質(zhì)下降、運(yùn)行費(fèi)用增加等影響因素。大量的實(shí)踐結(jié)果表明，采用傳統(tǒng)的常規(guī)處理工藝已無法有效去除水中這些納微米級污染物，雖然一些深度處理技術(shù)，如超濾膜反滲碳透膜等能夠較之有效地去除某些納微米污物，但由于投資及運(yùn)行費(fèi)昂貴，在城市給水工程中很難得到應(yīng)用。因此，在深入研究傳統(tǒng)混凝、沉淀、過濾工藝機(jī)理，提高傳統(tǒng)水處理效能的基礎(chǔ)上，研究發(fā)展新型高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的水處理工藝一直是當(dāng)前國內(nèi)外水處理領(lǐng)域中的研究新課題^[1.2.3]。為此，廣州軍區(qū)聯(lián)勤部凈水所將混凝與過濾過程有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用本所研究的自動(dòng)投礬技術(shù)，利用陶粒作為過濾材料而發(fā)展成為一種新型高效的自動(dòng)投礬微絮凝兩級陶粒直接過濾工藝技術(shù)，研究了自動(dòng)投藥型微絮兩級陶粒直接過濾凈水系列裝置，在處理低濁水及去除水中納微米級污染物獲得較好的處理效果，同時(shí)節(jié)省了大量處理投資和運(yùn)行費(fèi)用，先后在多個(gè)地方的不同水源使用，證明可以作為一種很有發(fā)展景的水處理工藝技術(shù)。我所自1996年采用微絮兩級陶粒直接過濾凈水技術(shù)，先后為部隊(duì)和地方單位在廣東省花都市、增城市和龍川縣設(shè)計(jì)建造了每小時(shí)制水量分別為10，20，50和160立方米的凈水裝置。該系列凈水裝置投產(chǎn)后經(jīng)過近三年的運(yùn)行觀察，制水水質(zhì)良好 ，完全達(dá)到國家自來水衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（GB5749--85）。

　　一、自動(dòng)投藥型兩級陶粒直接過濾凈水系列裝置的研制

　　自動(dòng)投藥型兩級陶粒直接過濾凈化水工藝是指采用自動(dòng)投藥置控制準(zhǔn)確絮凝劑量，使用陶粒作為過濾材料，將水源水經(jīng)加凝聚劑后產(chǎn)生小而實(shí)的微絮凝體，不經(jīng)沉淀，直接通過一、二級陶粒過濾達(dá)到凈化的目的。它是將混凝與過濾料兩個(gè)操作單元有機(jī)結(jié)合的新型凈水技術(shù)。采用直接過濾，將濾料作為大而靜止微粒，這就使懸濁微粒間的接觸碰撞幾率顯著增大，既節(jié)省絮凝劑用量及減少污染處理量，同時(shí)也滿足由于絮體顆粒太少的水中對附加微粒的要求。采用自動(dòng)投藥兩級陶粒直接過濾，由于控制投藥量準(zhǔn)確，源水加藥混合使懸浮物產(chǎn)生微小的絮凝（一般為40-60μ），然后迅速進(jìn)入濾料層接觸絮凝，產(chǎn)生的絮凝物被濾料層吸附截流去除。Amirtharajah通過對水中絮凝物定其δ電位降低，微粒就迅速在濾料層中凝聚，微粒間的吸力開始發(fā)揮作用，當(dāng)δ電位接近零時(shí)吸引力達(dá)到最大值，脫穩(wěn)微粒相互吸附絮凝且不斷被濾料截流去除^（4）過程在濾料表層到深部逐步進(jìn)行的，從而發(fā)揮濾料深層截污能力，達(dá)到過濾周期長，過濾效果好的目的。
　　（一）、自動(dòng)投藥型兩極陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)的組成
　　自動(dòng)藥型兩極陶粒直接過濾凈水裝置由一級泵、一級、兩級壓力過濾罐、自動(dòng)投藥器、消毒器、二級泵、濁度、余氯水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。
　　1、凈水流程：

　　2、微絮兩級陶料直接過濾系統(tǒng)的組成
　　（1）過濾系統(tǒng)
　　該系列凈水裝置主要設(shè)備是過濾罐，按制水量要求，濾速每小時(shí)30米計(jì)算設(shè)計(jì)濾罐大小，用鋼板焊制，濾罐采用大阻力配水系統(tǒng)，濾材用陶粒，濾層厚0.8米，第一、二濾罐陶粒粒徑分別為1-2和0.5-1.2毫米。
　　（2）自動(dòng)投礬裝置
　　自動(dòng)投礬裝置是將配制一定濃度的凈水劑通過自動(dòng)化技術(shù)控制凈水劑的投加量的裝置，在集水井的一級泵吸水口處投加聚合氯化鋁或硫酸鋁。DCW型自動(dòng)投礬裝置由三部分組成：（1）溶礬設(shè)備：主要部件采用PVC材料焊制，進(jìn)水、充氣、凈水劑溶解和沉淀等工序幕為自運(yùn)行，所配凈水劑含量穩(wěn)定，使用中對投藥器不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。（2）投藥器：用射流器提升凈水劑，用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥近代制凈水劑的投加量，用氣壓瓶控制負(fù)壓，調(diào)節(jié)所需的流量。（3）自動(dòng)控制裝置：用液位計(jì)、計(jì)時(shí)計(jì)、電磁閥等部件控制凈水劑的溶解、使用和設(shè)備的沖洗、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開放度，使達(dá)到適量的加藥量。
　　（3）消毒系統(tǒng)
　　兩級陶粒直接過濾凈化了水采用本所研制的次氯酸鈉發(fā)生器進(jìn)行消毒，通過余氯儀控制出水余氯0.3mg/l以上。
　　（4）兩級陶粒直接過濾系統(tǒng)的自動(dòng)控制
　　應(yīng)用電動(dòng)碟閥、液位計(jì)和壓力計(jì)等元件使系統(tǒng)正常運(yùn)行及濾罐反洗達(dá)到自控運(yùn)行。
　　（二）自動(dòng)投礬兩級陶粒直接過濾系統(tǒng)的運(yùn)行
　　1、制水：采用我所研制的自動(dòng)投礬置將聚合氯化鋁或硫酸鋁投加到集水井的一級泵吸水口，通過管道混合絮凝實(shí)現(xiàn)快速均勻混合，這樣能夠充分發(fā)揮絮凝劑的反應(yīng)特性。因此，兩級陶粒直接過濾中最適用的絮凝設(shè)備是采用管道混合絮凝方法，通過管內(nèi)水力的強(qiáng)烈率流擾動(dòng)作用促使絮凝劑與源水快速混合擴(kuò)散，生成的絮凝體經(jīng)過下一段速度衰減的管道逐漸增大再進(jìn)行兩級陶粒過濾。出水采用次氯酸鈉液消毒，將消毒液投加到清水箱二級泵吸水口。通過余氯儀控制出水余氯。
　　2、反洗：兩級陶粒直接過濾系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，濾罐壓力會(huì)不斷上升。當(dāng)?shù)谝粸V罐過濾水壓力達(dá)2.5kg/cm²或制水濁度大于1度時(shí)，可自動(dòng)集機(jī)進(jìn)行反洗。反洗時(shí)二級泵起動(dòng)，每次反洗時(shí)間4-6分鐘，反洗水量約制水量的1%第一、二濾罐采用串聯(lián)反沖洗，反沖洗強(qiáng)度為15L/M².s。
　　（三）自動(dòng)投藥型兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)注意的問題
　　該系統(tǒng)較適合于低渾濁度水源水，要求水源水混濁度一般應(yīng)小于50度，對投加凝聚劑藥量要適當(dāng)準(zhǔn)確，投加藥量過大，則絮凝體大而不實(shí)，不利于過濾吸附。投加藥量太少，則不能產(chǎn)生過濾性能良好的微絮凝體，也不利于過濾吸附，且凈化水水質(zhì)達(dá)不到衛(wèi)生院學(xué)的要求^[5]。微絮直接過濾的投加凝聚劑藥大約是一般混凝沉法加藥量的二分之一。因此可大大降低藥耗，節(jié)省水處理技術(shù)。
　　1、投藥量控制
　　投藥量的控制是兩級直接過濾的關(guān)鍵，投藥量過多，則會(huì)形成過多過大的絮凝體，造成濾料表層過濾，不能充分發(fā)揮整個(gè)濾料層的截污能力，使水頭損失增長過快；藥量不足，則形成的絮凝體過小，易于穿透濾層，影響濾后水質(zhì)。采用自動(dòng)投藥型級陶粒直接過濾系統(tǒng)，混凝劑硫酸鋁消耗量為3.8-6.0mg/l，使懸浮物產(chǎn)生微小的絮凝（一般為40-60μm），然后迅速進(jìn)入濾料層接觸絮凝，產(chǎn)生的絮凝物被濾料層吸附截流去除。
　　2、絮凝時(shí)間的控制
　　與常規(guī)絮凝沉淀池不同，微絮凝直接過濾的絮凝時(shí)間宜短不宜長。根據(jù)Amirtharajah^（4）實(shí)驗(yàn)報(bào)道：通過測定不同絮凝時(shí)間的δ電位表明，絮凝時(shí)間在10min之內(nèi)時(shí)δ電位值降低，而超過min時(shí)δ電位又回升。國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，為使其僅產(chǎn)生40-60μm的微小絮凝體，絮凝時(shí)間不宜超過10min。一般控制在2-8min。人所采用的自動(dòng)投藥型兩級陶粒直接過濾系統(tǒng)符合該絮凝時(shí)間的控制條件。

　　二、微絮兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)的運(yùn)行效果觀察

　　1、凈化水水質(zhì)
　　微絮兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)使用過程中，當(dāng)?shù)胤酪哒具M(jìn)行了多次常規(guī)水質(zhì)檢驗(yàn)，凈化水水質(zhì)均符合自一水衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)我所對每小時(shí)制水量為160立方米/小時(shí)的增城中新鎮(zhèn)的凈化水裝置，經(jīng)不定期取水樣共24次做常規(guī)水質(zhì)檢驗(yàn)分析，結(jié)果如表1。對花都油庫，龍川油庫的凈水裝置，取水樣檢測結(jié)果與中新水廠類同。凈化水水質(zhì)達(dá)到或超過GB5749-85標(biāo)準(zhǔn)。

　　2、系統(tǒng)運(yùn)行情況
　　自從1996年運(yùn)用兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)以來，先后在廣東省的花都市、增城市和成川縣設(shè)計(jì)建造了每小時(shí)制水量分別為10，20，50和160立方米的凈水裝置。該系列凈水裝置投產(chǎn)后經(jīng)過近三年的運(yùn)行觀察，制水水質(zhì)良好，完全達(dá)到中家自來水衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（GB5749--85）。另外，兩級陶粒直接過濾系統(tǒng)較混凝、沉淀、過濾常規(guī)處理和絮凝劑可節(jié)省約30%，各項(xiàng)費(fèi)用節(jié)省50%以上，大大降低操作和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，我所研制的兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)由于采用罐式過濾方法，充分利用了陶粒含污量大的特點(diǎn)，使微絮凝體可以空過濾料層的表面進(jìn)入到濾料層中間，經(jīng)過濾料吸附截留到微絮凝體，源水絮凝過程部分地在濾床孔隙內(nèi)完成，可有效增加絮凝體在濾層內(nèi)的穿透深度，防止過早堵塞而使水頭損失減少到最小，使濾料含污層厚。含污能力大，過濾持續(xù)凈化水系統(tǒng)濾速達(dá)30米/小時(shí)，一個(gè)制水周期為15-30小時(shí)，平均23小時(shí)。系統(tǒng)運(yùn)行正常、自動(dòng)化程度高、操作簡便，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，操作管理人員只需觀察控制柜的儀表，投加藥量的流量表，水質(zhì)檢測儀器顯示的水質(zhì)情況，巡視觀察運(yùn)行，做些清潔保養(yǎng)工作。

　　三、討論

　　1、關(guān)于濾速
　　濾速指濾水通過濾罐面積的速度（M/H），它對過濾效果影響很大。濾速快，懸浮物絮凝體難以粘附于濾料內(nèi)。濾速過快，微絮凝體可穿透層，影響出水質(zhì)量、濾速過慢又會(huì)減少制水量，影響使用效率，增加制水成本。因此，直接微絮過濾凈水必須控制適宜的過濾速度，以取得最佳過濾效果。普通濾池的快速過濾速度一般為8-20M/h。我們采用兩級陶粒壓力式過濾，濾速要比一般濾池的濾速快，為找到最合適的濾速，我們經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)，先是用小型透明玻璃管制成濾柱，直視下觀察濾速與濾含量的出水水質(zhì)的變化規(guī)律，通過摸索試測確定濾速為30m/h最為適合。通過中新水廠近三年的運(yùn)行觀察，證明該濾速較為理想。
　　2、適用水源：
　　近年來，許多研究指出，直接過濾最適合處理低濁微污染的源水。目前一般認(rèn)為，直接過濾法適用于三類水源：即濁度和色度分別低于25單位；低濁時(shí)色度不超過100色度單位；或低色度時(shí)濁度不超過200NTU；近年來一些研究人員建議以三種污染的季節(jié)性最壞時(shí)所需的混凝劑總量作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為需用15mg.l^-1以上硫酸鋁才能得到濁度和色度合格濾后水的源水難以用直接過濾進(jìn)行處理，而硫酸鋁投加量小于6或7mg.l^-1就能產(chǎn)生合格濾后水的源水是直接過濾最理想的水源。
　　3、關(guān)于反沖洗和濾料流失
　　反沖洗的好壞是微絮直接過濾凈化水系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵，假如反沖洗不徹底，濾料將形成泥球，制出的水質(zhì)將達(dá)不到衛(wèi)生學(xué)要求和指標(biāo)。如果反沖洗水壓及水量過大，則消耗大，造成浪費(fèi)，并且易造成濾料的流失。應(yīng)控制適當(dāng)?shù)姆礇_洗水壓及水量過大，則消耗大，造成浪費(fèi)，并且易造成濾料的流失。應(yīng)控制適當(dāng)?shù)姆礇_洗強(qiáng)度和時(shí)間。我們經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，確定采用濾水壓力達(dá)2.5kg/cm2，或者制水濁度大于1度進(jìn)行自控制反沖洗，反洗時(shí)間為5分鐘。增城中新水廠是采用高位水池的水反流進(jìn)行反洗，用電動(dòng)蝶閥控制反洗流量，通過一年以上的時(shí)間運(yùn)行觀察效果良好。運(yùn)行一年后，找開濾罐入孔，檢查濾料，第二濾罐的濾料流失約十分之一，第一濾罐的濾料維持原有水平，沒有流失，可能是由于串聯(lián)反洗時(shí)第二濾罐的濾罐的濾料流失到第一濾罐內(nèi)，第一濾罐的濾料流失后得到補(bǔ)充，實(shí)際上反沖洗流失的濾料是第一罐的濾料。
　　4、關(guān)于高渾濁度水源水的處理
　　微絮直接過濾不適宜租高渾濁度水源水的處理，我們經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，如果源水渾濁度在500-100度時(shí)，采用微絮直接過濾凈化的水質(zhì)渾濁度要大于1度，運(yùn)行一個(gè)周期約8小時(shí)就需要進(jìn)行反沖洗。這樣反洗耗水量加大，增加制水成本。在水源長期超過50度以上小時(shí)，不適宜設(shè)計(jì)直接過濾系統(tǒng)。在過濾前應(yīng)進(jìn)行沉淀處理對因暴雨季節(jié)影響，每年有短期的高濁度水，我們采取建砂濾集水井的辦法，通過近兩年的運(yùn)行證明效果良好。增城中新鎮(zhèn)水廠因取水量大，第一期工程沒有修建粗濾設(shè)施，只是在引水渠上設(shè)立了幾個(gè)沉砂井，這樣不能解決暴雨后短期高渾濁度水的問題，為解決這一難題，我們在河邊取水處又修建了砂濾池，高渾濁度水通過砂濾后，渾濁度明顯下降，基本上解決了暴雨后高濁度水的處理問題。

　　四、結(jié)論

　　微絮兩級陶粒直接過濾凈水系統(tǒng)是對混凝聚力、過濾基本微粒化學(xué)理論及工藝術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著混凝與過濾單元操作過程的微觀物化理論研究的深入，揭示了兩者間的相似性和一致性，從而變革了傳統(tǒng)的水處理廠總體設(shè)計(jì)與操作概念，促進(jìn)并擴(kuò)展了微絮——直接過濾工藝技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用范圍，尤其近年來在我國水源水微污染日趨加劇的情況下，進(jìn)一步深入研究微絮——直接過濾過程的理論機(jī)理及其影響因素，并在如凝理論的研究基礎(chǔ)上，發(fā)展我國的微絮——直接過濾工藝技術(shù)，無疑具有十分重要的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)意義。微如兩級陶粒直接過濾工藝以其占地面積小。過濾速度快（濾速可達(dá)30mh-1）。固體顆粒物微污染低濁水的工藝技術(shù)。微如常——兩級陶注直接過濾工藝簡化了處理單元，不城要沉淀和污泥收集裝置，采用管道凝聚絮凝，不需要建造大的如凝反應(yīng)池，且可顯著地節(jié)省基建投資。微絮——兩級陶粒直接過濾主要具有自近代運(yùn)行。操作簡便、節(jié)省占地面積以及減少投資和運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

　　五、參考文獻(xiàn)

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