（市政工程专业论文）西宁市低温低浊水增效澄清池处理动态试验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 西宁市低温低浊水增效澄清池处理动态试验研究 专业：市政工程 硕士生：栾新晓 导师：黄廷林教授 谰晏 增效澄清池是将斜板沉淀池和外部污泥回流系统、污泥浓缩池结合在一起的 一种新型水处理工艺，该工艺通过机械搅拌混合配合高浓度泥渣回流形成污泥捕 捉层，通过小体积絮凝区加强絮凝反应，沉淀区另设有斜板沉淀区进一步增强沉 淀分离效果，保证沉后水的水质。本文通过大量模型试验，对增效澄清池处理西 宁市低温低浊水进行了系统的试验研究，本研究的目的是为西宁市第七水厂的稳 定运行提供操作参数和技术指导。主要的研究内容和成果包括： 静态试验初选的混凝剂为淄博p a c 、巩义p a c ，投量2 8 m g l ；初选的助凝 剂为淄博p a m l 、淄博p a m 2 、巩义p a m 、巩义p a m 。，投量o f 2 o 8 m g l ，出 水浊度低于1 n t u 。 动态试验优选的混凝剂为淄博p a c 、巩义p a c ，投量分别为6 s m g l 、 7 9 m g l ；优选的助凝剂为淄博p a m l 、淄博p a m 2 、巩义p a m 、巩义p a l m 。，投 量0 6 、o 4 5 、0 5 、o 4 5 m g l ，出水浊度低于1 5 n t u ，p a c 制水成本为0 0 1 3 0 0 i 6 元t ，p a m 制水成本依次为0 0 0 7 、o 0 0 6 、o 0 0 8 、o 0 1 0 元t 。 系统按最佳药量投加，混合池的搅拌强度g 最优值在6 0 0 s 。1 左右，出水浊度 为1 1 n t u ；当搅拌反应池的搅拌强度在1 2 0 1 6 0s 。范围时，出水浊度低于 1 3 n t u ，最佳搅拌强度为1 4 0s 。1 左右，此时的出水浊度为1 1 n t u 。 系统按优化药量投加时，污泥回流固体量在2 8 8 3 8 0 9 h ( 回流固体浓度为 7 6 9 l ，相应污泥回流比为1 4 7 1 9 ) 范围内时，出水浊度低于1 5 n t u ，其中 在污泥回流量为3 3 0 9 h ( 污泥回流比1 6 6 ) 时，系统出水浊度达到最低( o 8 n t u ) ， 处理系统在此回流比下运行最佳。 通过上述试验，对西宁市第七水厂的初步设计文件中药剂投加系统、澄清池 操作条件及设备选型进行校核，给出了建议和结论。 关键词：低温低浊水、增效澄清池、污泥回流比、参数优化 西安建筑科技大学硕士学位论文 t h es t u d yo nd y n a m i ct e s to fd e n s a d e g u s i n gr a ww a t e r f r o mx i n i n gc i t yw i t hl o w t e m p e r a t u r ea n d l o w t u r b i d i t y s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n t ：l u a nx i n x i a o a d v i s o r ：h u a n gt i n g l i n ，p r o f e s s o r a b s l 融k c t t h ed e n s a d e gi san e w1 ( i n do fw a t e rt r e a t m e n t p r o c e s sc o m b i n e do f i n c l i n e d p l a t es e d i m e n tt a n k ，o u t s i d es l u d g er e c i r c u l a t i n gs y s t e m ，a n ds l u d g ec o n d e n s e t a n k t h r o u g hm e c h a n i c a ls t i r r i n ga n dh i g h l yc o n c e n t r a t e ds l u d g er e c i r c u l a t i o n ，t h e s l u d g ec a p t u r el a y e ri sf o r m e d t h ef l o c c u l a t i o ni ss v e n g t h e n e di nt h es m a l l - v o l u m e f l o c c u l a t i o n a r e a i nt h es e d i m e n ta r e a , i n c l i n e d p l a t et a n ki su s e dt oi m p r o v et h e s e p a r a t i o ne f f e c t ，w h i c hg u a r a n t e e i n gt h ea f t e r - s e d i m e n t a t i o n w a t e rq u a l i t y t h r o u g ha g r e a td e a lo fm o d e l e de x p e r i m e n t s ，t h el o w t e m p e r a t u r ea n dl o w - t u r b i d i t yr a ww a t e ro f x i n i n gc i t yh a sb e e ns t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y , u s i n gt h ed e n s a d e g t h em a i np u r p o s e o ft h es t u d yi st o p r o v i d eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa n dt e c h n i c a lg u i d i n gf o rt h es t a b l e o p e r a t i o no ft h es e v e n t hw a t e rc o m p a n yi nx i n i n gc i t y 1 1 1 em a i nc o n t e n t sa n d a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h es t a t i cc o a g u l a t i o ne x p e r i m e n t sw e r ei n i t i a l l yc a r r i e do u tt os e l e c tz i b op a c g o n g y ip a c a st h ec o a g u l a n t s w i t l lad o s a g e2 - 8m g l ；t h ei n i t i a l l ys e l e c t e df l o c c u l a n t s w e r ez i b op a m l ，z i b op a m 2 ，g o n g y ip a m ，g o n g y ip a m 之，w i t had o s a g eo f0 2 0 8 m g le a c h t h et u r b i d i t yo f t h eo u t f l o ww a t e rw a sb e l o wln t u t h ed y n a m i ct e s t sh a v ec h o s e nz i b op a ca n dg o n g y ip a ca st h eo p t i m u m w i t l la d o s a g e6 - 8m e & ，7 - 9m g m ，r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m u mf l o c c u l a n t sw e r ec h o s e nt ob e z i b op a m l ，z i b op a m 2 ，g o n g y ip a m 。1a n dg o n g y ip a m ，w i t ha d o s a g eo f0 6 ，0 4 5 ， 0 5 ，0 4 5m g l ，r e s p e c t i v e l y a n dt h et u r b i d i t yo ft h eo u t f l o ww a t e rw a sb e l o w1 5 n t u t h ec o s to fw a t e rt r e a t m e n tu s i n gp a cw a so 0 13 - 0 。0 16y u a r d te a c h t h ep a m t r e a t m e n tc o s t sw e r e0 0 0 7 ，o 0 0 6 ，o 0 0 8a n d0 0 10y u a r g t ，r e s p e c t i v e l y w i t ht h eo p t i m u ma g e n td o s a g e ，a n dao p t i m u ms t i r r i n gs t r e n g t hgv a l u ee q u a l s 6 0 0s o rs oi nt h em i x i n gt a n k ，t h eo u t f l o wt u r b i d i t yw a s1 。1n t u w h e ngw a s i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 0 1 6 0 s ，t h eo u t f l o wt u r b i d i t yw a sb e l o w1 3n t u a n dam o d e r a t eg1 4 0s 。1 r e s u l t e di no m f l o wt u r b i d i t y1 1n t u w i t ht h eo p t i m u ma g e n td o s a g e ，a n dt h es l u d g er e c i r c u l a t i o n2 8 8 3 8 0 9s o l i d s h ( t h es o l i d sc o n c e n t r a t i o no f t h er e c i r c u l a t e ds l u d g e7 6 9 m ，t h er e l a t e dr e c i r c u l a t i o nr a t i o 1 4 7 1 9 ) ，t h eo m f l o wt u r b i d i t yw a s1 5n t u a n dw h e ns o l i d sr e e i r c u l a t i o nw a s 3 3 0 9 h ( s l u d g er e c i r c u l a t i o nr a t i o1 6 6 ) ，t h eo u t f l o wt u r b i d i t yw a sl o w e s t ( o 8n t u ) ， a n dt h eo p t i m u mo p e r a t i o nr e a c h e d t h r o u 曲t h ee x p e r i m e n t sa b o v e ，t h ei n i t i a l l yd e s i g n e da g e n t sd o s i n gs y s t e ma n d t h ec l a r i f i e r i nx i n i n g ss e v e n t hw a t e rc o m p a n yw e r ec h e c k e do ft h e i r o p e r a t i o n c o n d i t i o na n de q u i p m e n t st y p e w i mo u rc o n c l u s i o n sa n dr e c o m m e n d a t i o n s k e yw o r d s ：l o wt e m p e r a t u r ea n dl o wt u r b i d i t y ；d e n s a d e g ；s l u d g er e c i r c u l a t i o n r a t i o ；p a r a m e t e r so p t i m i z a t i o n 0 声明 、， ， 97 0 6 2 8 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 沦文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。 论文作者签名： 孝靳 关于论文使用授权的说明 日期：谢莎1 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后 论文作者签名：毒新易 注：请将此页附在论文首页。 州；。弓。r 飙 日 ) 代 、昝 瓠羲 魄 夕 蚴 黟 滋 翮 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1引言 1绪论 给水处理领域中对低温低浊水还没有确切的定义，但这种提法跟季节明显有 关。我国北方地区全年有3 5 个月的冰冻期，北方气候干燥寒冷，冬春季节水温 可降至o 2 ，浊度降至3 0 n t u 以下，通常将温度低于1 0 且浊度低于3 0 n t u 的地表水称为低温低浊水。 西宁市冬春季节黑泉水库主要的水温和水质参数如下：首年1 1 月次年5 月 原水温度为o 4 ，浊度为0 3 5 8 4 n t u ，由此认为该水源条件属于典型的低温 低浊水范畴。低温低浊水的处理多年来一直是一个未能很好解决的难题。目前，处 理低温低浊水主要有以下几种处理方式1 2 j ：改变低温低浊水的水质特性。通过添 加一定量的浊度物质提高原水的浊度是一种直接解决低温低浊水处理问题的方法。 但在实际水厂运行的过程中，这往往会增大水厂运行费用，给水厂的运行管理带来 不便，对大中型水厂来说，并不可行。采用优选的混凝剂及助凝剂。通过优选 受水温影响小的混凝剂以及添加合适的助凝剂来改善混凝效果也是一种解决低温 低浊水处理问题的有效途径。选择新型处理工艺。目前，低温低浊水的处理工 艺主要包括：溶气浮选工艺、微絮凝直接过滤工艺、强化混凝处理工艺、增效澄清 池处理工艺等。其中增效澄清池作为近年来开发的新的水处理工艺，对低温低浊水 的处理具有明显优势。因此，我们将围绕此工艺开展系统的试验研究。 1 2 低温低浊水处理工艺的发展及研究现状 我国近几十年来围绕低温低浊水开展了多方面的研究工作，尤其是关于低温低 浊水处理工艺方面的研究取得了诸多成果。低温低浊水处理技术很多，典型的处理 技术主要有气浮技术、微絮凝接触过滤技术、微涡旋混凝低脉动沉淀技术、活性砂 絮凝技术、高梯度磁力分离技术、增效澄清池技术等口“。针对低温低浊水的特点 以及不同的水源采取相应的技术措施，可以取得很好的效果。当原水浊度对水处理 影响颇大时，采取污泥回流法u 1 效果显著。泥渣回流提高了原水的颗粒浓度，增加 了颗粒碰撞机会，提高混合反应速率；另一方面还可以利用沉淀池污泥的剩余吸附 能力，提高絮凝效率。增效澄清池、机械循环澄清池【6 】、水力循环澄清池、增效澄 清池和向反应池中投加粘土1 7 j 等都具有这种效果。温度低对混凝效果的影响很大， 西安建筑科技大学硕士学位论文 采用投加助凝剂( 如p a m 、活化硅酸、骨胶【89 j ) 、微絮凝过滤1 ”、活性粉砂【1 2 】、 微涡旋混凝低脉动沉淀技术【1 3 ，1 4 1 等措施可以取得一定的效果【1 5 1 。受到有机物污染的 原水可以采用生物陶粒1 q 水处理工艺，生物陶粒依靠接触絮凝作用和生物絮凝作 用，对低温低浊水中的悬浮颗粒具有良好的截留作用【”】。 1 2 1 气浮技术 气浮工艺净化水质的原理是：利用压力溶气水骤然减压释放大量的微细气泡与 源水加药混凝产生的絮体粘附在一起，使其整体密度小于水的密度，使带气絮体浮 至水面，形成浮渣，从而实现悬浮胶体杂质的去除及水质的净化。 气浮技术优点较多，它不仅能处理低温低浊水，而且也能处理水库源水的色度、 藻类和嗅味，该技术处理低温低浊水的合理性在于：气浮技术用于处理密度小、不 易沉降的絮体效果显著；因水中悬浮杂质较少，气浮的气固比低，用气量少，可节 省加压回流水的能量；水温低，空气在水中的饱和度提高了，在同样压力下空气在 水中的溶解度，冬季要比夏季高5 4 1 1 8 9 1 。m a l l 等1 2 0 1 认为，浊度 1 0 0 n t u 的原 水不适合溶气气浮。t a m b o 等1 2 u 认为，当原水中悬浮固体含量为5 0 m g l 时，溶气 气浮工艺和沉淀工艺有几乎相同的效果，而在悬浮固体浓度更高时采用沉淀工艺较 合适。同时，气浮工艺也存在缺点：工艺复杂，控制参数很多，运营成本较高，电 能消耗大，对工艺管理人员要求较高，溶气气浮池必须覆盖。 1 2 2 微絮凝接触过滤技术 微絮凝接触过滤技术在给水处理领域的应用很广泛。b o i l e r 报告吲直接过滤适 用于三种源水：浊度和色度均低于2 5 单位；低浊度、色度小于或等于1 0 0 色度单位；低色度、浊度小于等于2 0 0 n t u 。w i e s n e re ta 1 【2 3 l 使用系统分析的 方法优化水处理设计，得到直接过滤最适合的源水类型：出水颗粒浓度 1 0 m g l ，悬浮颗粒直径 1 “m ；出水颗粒浓度2 1 5 m g l ，悬浮颗粒直径2 4 9 m 。 第一座直接过滤水厂是1 9 6 4 年在加拿大的t o r o n t o 建成的。随后，在o m a r i o 又陆 续建成几个类似的处理厂，滤速为6 1 2 m h 。8 0 年代以后，美国l o s a n e l e s 和u t a l l 等州对源水为水库水和河水的处理厂都采用了直接过滤工艺，滤速提高为1 4 r n h 3 3 m h 。到9 0 年代以后，直接过滤技术流行于处理低温低浊水。2 0 0 1 年中国科学院 生态中心的栾兆坤、李桂平等 2 4 1 首次设计并建立了采用大粒径均质滤料的中试规模 的微絮凝直接过滤工艺，我国有关直接过滤技术的实际工程实例很少，目前只有深 圳市的几家水厂采用的是微絮凝直接过滤技术。微絮凝直接过滤的特点是：处理构 西安建筑科技大学硕士学位论文 筑物少，一次投资小，构筑物布置紧凑，占地面积小，投药量少，能耗低，运行费 用小。运行不够稳定，抗冲击负荷的能力较差，对运行管理的要求高1 2 卯。 1 2 3 微涡旋混凝低脉动沉淀技术 给水处理中，通过混合、反应过程中碰撞凝聚进行合理的动力学控制，可以大 幅度提高单位体积内颗粒有效碰撞的几率，在保证胶体脱紊的前提下，节省药耗 【2 6 捌。 微涡旋混凝低脉动沉淀技术处理低温低浊水时，对反应池水流的全程进行了合 理有效地动力控制，可以有效地提高单位时间内颗粒的碰撞凝聚程度，同时可以适 当减少单位体积的颗粒数，在保证胶体脱稳的前提下，节省药剂。网格的布设一方 面形成微涡旋，使颗粒碰撞凝聚，另一方面利用过网的剪切使絮体密度增大。此外， 全程网格的布设为一些流动过程中破碎的矾花重新提供了水力条件。合理的网格布 设可以减弱低温低浊的影响。小间距斜板为矾花的沉降提供了良好的水力条件，这 在低温低浊期，颗粒极限沉速变小的情况下作用尤为突出。同时，斜板的材质、支 撑、角度保证了沉泥的快速彻底排除，在实际运行中小间距斜板也为良好的沉淀效 果提供了保证1 2 。 1 2 4 活性砂絮凝技术 六十年代，匈牙利学者以高分子聚合物活化了的粉砂做絮凝的悬浮接触介质， 进行了强化絮凝的试验研究，目前此项研究成果已在法国应用 2 9 , 3 0 。即循环絮凝澄 清池( c y c l o f l o cc l a r i f i e r ) 和快速絮凝澄清池( f l u o r a p i dc l a r i f i e r ) 。据报道【3 l 】在处理 相同低浊原水条件下，此类澄清池与传统澄清池相比，前者所需时间仅约3 m i n ，澄 清速度可提高3 倍。可见活性砂絮凝是高效絮凝的一种新途径，它是接触絮凝的发 展，与一般的接触絮凝的不同点是以活性砂取代澄清池中的成熟矾花所组成的悬浮 层泥渣。活性砂在投加前被活化。活化剂加入水中后，形成无数的链条，并与粉砂 充分混合接触，以其中一端吸附于粉砂表面而另一端则在水中保持自由状态。在絮 凝的初期，源水的微细胶粒经加混凝剂脱稳后，在适当的紊动条件下，频繁与活性 砂碰撞并有吸附干粉砂表面的高分子链进行桥联，迅速的形成以活性砂为核心的骨 架结构。 活性砂结构具有巨大的比表面积，随着絮体的延续，不断吸附水中的微小颗粒， 最终趋向于饱和状态，形成饱和结构。饱和砂的吸附能力会明显降低，截留能力减 弱，故应及时排放，经清洗，活性砂可继续使用。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 5 高梯度磁力分离技术 高梯度磁力分离技术是七十年代发展起来的新技术，首先在钢铁、电站等废水 处理中得到应用，继而用于水体的除营养盐。八十年代，我国工作者首次研究将其 应用在饮用水的处理上。 磁力分离技术是一种物理的方法，它借助于磁场作用来分离不同性质的物质。 水流通过高梯度磁力分离器时，水中固体颗粒在磁场中除受磁力作用外，还受与磁 力相抗衡的重力、惯性力、水流拖力及颗粒的相互作用力等。只有当作用于颗粒的 磁力大于与其相抗衡的力时，磁力分离器才能将磁性部分与非磁性部分分离。对某 一颗粒而言，它所受力的大小取决于磁场强度与磁场梯度的大小。没有一定的磁场 强度，要分离弱磁性微粒是困难的，但仅仅增大磁场强度来提高磁力，即所谓强磁 性分离是不经济的。如果在给定磁场强度下，以增大磁场梯度来提高磁场的目的， 则要经济的多，这就是高梯度磁力分离技术的优点b3 1 。 1 2 6 增效澄清池技术 增效澄清池是由法国得利满公司开发研制获专利的一种澄清池，它在欧洲已经 应用多年，比如法国的m o u t 水厂、德国的来格朗等诸多欧洲水厂均采用该工艺【3 2 1 。 增效澄清池具有处理效率高、单位面积产水量大、适应性强、处理效果稳定等优点 3 2 , 3 3 1 。目前国内已有工程采用该处理工艺，如乌鲁木齐石墩子山水厂扩建工程、石 家庄市桥西污水处理厂污水回用改造工程、首钢污水处理工程等”】。 增效澄清池有两部分组成：反应区和澄清区。反应区由混合反应区和推流反应 区组成，澄清区由入口、斜管沉淀区及浓缩区组成。高密度澄清池具有以下特点 【3 5 3 7 】： 1 ) 设有外部污泥循环系统把污泥从污泥浓缩区提升到反应池进水管，与原水 混合： 2 ) 凝聚一絮凝在两个反应区进行，首先通过搅拌的混合反应区，接着进入推 流反应区； 3 ) 采用高分子絮凝剂聚丙烯酰胺( p a m ) ； 4 ) 从低速反应区到斜管沉淀区矾花能保持完整，并且产生的矾花质均、密度 高； 5 ) 采用高效的斜管沉淀，沉淀区上升流速可达2 0 4 0 m h ，高密度矾花在此 得到很好的沉淀； 6 ) 能有效地完成污泥浓缩，出水水质稳定，而且抗冲击负荷。 西安建筑科技大学硕士学位论文 近十年来，随着人们对水处理认识的不断提高，低温低浊水处理技术倍受关注， 如何有效地处理低温低浊水，越来越引起重视。处理低温低浊水时，首先应重视分 析水质特点，这不仅包括水温、浊度，还应包括其中的有机物、胶态物质( 主要是 胶态硅) 等的含量，在此基础上，初步选择合适的处理工艺，然后通过试验再进一 步确定最佳水处理工艺1 2 j 。国内现有的几种低温低浊水处理技术，都各有优势，应 用时要根据条件因地制宜选择应用；在设计时，要通过技术经济比较，择优选用。 其中增效澄清池作为国内近年来开发的水处理新工艺，对低温低浊水的处理具有明 显优势。因此，我们将围绕此工艺处理该水源水质开展系统的试验研究。 1 3 课题研究背景 西宁市处于陇海至西藏的咽喉地段，是青海省省会，也是青海省政治、经济、 文化、科技中心。城市供水主要由自来水公司及部分企事业单位自备水源承担，目 前总的供水能力为5 2 9 万m 3 d 。供水水源均为地下水，由于长期大量开采地下水， 已对水源地及周边生态造成了负面影响。西宁市及周边地区近年来经济飞速发展， 对供水的需求量日益增大，特别是国家西部大开发战略的实施，在要求快速发展经 济的同时，更要注重水资源的合理开发与保护。 从西宁市的长远发展考虑，为涵养地下水源、保护生态环境，青海省人民政府 决定在近几年内全部关闭现有西宁市的地下水源，西宁市的用水全部由自来水公司 负担解决。根据西宁市经济、科技和社会发展战略纲要及西宁市国民经济社会发展 规划资料的分析预nl 3 8 , 3 9 ，2 0 1 0 年西宁市及郊区需水量为5 5 万m 3 d ，2 0 2 0 年高达 1 0 0 万m 3 d ，目前供水水源已无法满足供水增长的需要。根据规划及水量预测，需 要建设规模为3 0 万m 3 d 的西宁市第七水厂一期工程。 青海省及西宁市两级政府高瞻远瞩，在2 0 世纪9 0 年代初就决定建设大通县黑 泉水库，以解决西宁市远期供水问题。黑泉水库位于青海省大通县内、北川河上游 宝库河，距西宁市7 5 3 k m ，主要满足西宁市2 0 0 5 年以后的供水，辅助以防洪发电 的大型综合利用的水利工程。黑泉水库的建成将大大缓解水源问题的矛盾。该水库 于1 9 9 8 年开始建设，2 0 0 1 年9 月已建成蓄水。 因此，为改善和保护西宁市及周边环境，促进西宁市工农业生产持续发展，建 设西宁市第七水厂一期工程是十分必要和迫切的，各项建设条件业已具备。该水厂 采用的固液分离工艺为当今十分流行的增效澄清池水处理技术。由于话宁地处纬度 和海拔均较高的西北地区，全年平均气温较低，持续时间长，冬季日均气温在o 以下。作为第七水厂水源的黑泉水库的原水浊度长年较低，设计进水浊度为o 3 5 8 4 n t u 。冬季水温在o 4 ，夏秋季水温在8 1 3 。c ，水库的低温低浊期持续长达 西安建筑科技大学硕士学位论文 六个月以上。本课题正是在这样的背景下，针对增效澄清池处理此种低温低浊水的 各项参数展开了深入的研究。 1 4 课题研究意义及内容 1 4 1 课题来源 青海省京宁水务有限责任公司 1 4 2 研究意义 由于西宁地处纬度和海拔均较高的西北地区，全年平均气温较低，使得本地区 水厂的原水处于低温低浊的时期相当长。而且冬季原水浊度较低，这种低温低浊的 水质特点给净化处理带来了一定困难【2 5 】。如前所述，近年来，国内外在低温低浊水 净化方面进行了诸多研究。但是，由于研究对象和地理环境的差异，以上的研究成 果难以直接应用于西宁地区，而且从以往的研究成果中可以看出，对低温低浊水处 理的研究还处于发展阶段，至今还没有形成成熟的低温低浊水处理工艺。因此，通 过本项研究不但可以解决西宁地区的低温低浊水处理问题，而且也有利于一种新工 艺一增效澄清池的研究开发与推广应用。 常规水处理工艺具有不容忽视的除污染能力，而且以混凝沉淀起主要作用e 4 0 ， 同时自身能够对此起到强化作用的工艺较少。据此我们选用的低温低浊水固液分离 工艺为增效澄清池，其外部污泥回流及斜板区均能对混凝沉淀起到强化作用。不同 的水源所含杂质的种类和数量各不相同，即使同一水源，其杂质成分与含量也是随 着空间和时间而不断变化【4 l 】，因此，针对黑泉水库水质，进行中试试验是必要的。 我们围绕着新型水处理工艺增效澄清池处理该低温低浊水的目的在于通过动 态模型试验，解决药剂优选和不同工况下的最佳投药量问题，为西宁市第七水厂的 稳定运行提供操作参数和技术指导，对促进低温低浊水处理技术的研究和开发也有 深远意义。 1 4 3 研究内容 1 ) 水质分析与评价 针对西宁地区低温低浊水的各项物理、化学性质，就增效澄清池工艺对该水源 水质特点的适应性做出综合评价。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 ) 静态试验研究 根据质量、运输、价格等条件，初步选定2 3 家p a c 生产厂家，通过静态试 验对初选的混凝剂处理低温低浊水的效果进行分析，优选出适应于西宁市、性价比 最高的混凝剂。以活化硅酸和不同规格的p a m 为助凝剂，在静态试验的基础上， 优选出与西宁市原水水质相适应的助凝剂。确定出混凝剂和助凝剂的投加条件和投 加量范围。 3 ) 动态试验研究 以1 ：8 0 0 的比例设计、设计加工试验模型，通过增效澄清池动态模型试验， 以出水浊度和c 0 d 的去除率为控制指标，研究不同水质条件下混凝剂和助凝剂 的最佳投药量，优化混合池、网格反应池、搅拌反应池的搅拌强度g 值以及污泥回 流比等工艺运行参数，为第七水厂运行管理提供工艺参数和操作条件，同时对药剂 成本进行分析核算。 4 ) 设计工艺评价、校核 根据试验结果，对西宁市第七水厂的初步设计中的加药系统( 包括药剂投量、 加药泵流量) ，工艺运行参数( 包括电机功率、污泥回流泵流量等) 综合评价、校 核。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 水质分析与试验研究方案 对西宁市黑泉水库水源水进行水质分析与评价。首先，依据水源水质特点，制 定试验原水配制方案；其次，根据增效澄清池工艺运行特点制定试验研究方案与对 策。 2 1 水源水质特点 依据青海省水环境监测站对黑泉水库进水口硖门段水质监测结果( 见表2 1 ) ， 该水源符合地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i 类水质标准，可作为集中式 生活饮用水水源。 尽管该水源的水质较好，但低温、低浊是水质净化面l l 盎的主要问题，给水质净 化处理带来较大困难，特别是随着饮用水水质标准的提高，这一问题就显得更加突 出。经不定期检测，硖门段原水浊度在低温的冬、春季浊度均低于5 - 1 0 n t u 。随着 水库的正常运行，浊度还会进一步降低，西宁市第七水厂水处理工艺设计进水浊度 o 3 5 8 4 n t u ；另外，由于冰冻期较长，水库低温期长达数月。参照当地西川河水 温测定结果( 见表2 1 ) ，地表水冬季水温在0 - 4 。c ，夏秋季水温8 - 1 3 。c 。 表2 - 1黑泉水库原水水质化验表 三日于禁c m 叽，篡出篡出 。1 7 ， 删1 7 0 2 。， 坠竺掣。、 未检出 篡耋 兰：器 三兰：三：= 孥翟啪忑 未检出 铷0 0 2 珈0 0 2 _ ： 奎价格( r a g l )去0 舱0 0 ：未0 检0 2 7 出 0 。0 。1 7 。2 0 。0 0 0 0 4 2 0 。, 0 0 0 0 4 2 要c r a g l )篡耋黧裟淼淼 篓( n a g l )霎黧篡耋 三焉三满 三羞 竺( i n g 川l e )妻=篡塞 三黛三淼三焉 兰黑 黼0 出 篡塞黧。0m70掣041 0 0 0 2 0 0 0 2 u u i i 兰黑 一一 竺二。， 。， 。舢。 汞删 一 一”二。0 2 5 0 2 5 ：o s 0 “： 5 二僦 1 2 - 1 ：6 7 赫1 u - i l t ) 7 j 0 - 0 ： 8 8 ：赢二 1埘 6 “ 2 其他各项指标达标率超过8 0 。 3 黑泉水库含沙量：根据青海省水利水电勘测设计院编制的青海省黑泉水库 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 初步设计，水库多年平均含沙量o 6 5 k g m 3 和输沙量年内分配表，初步推算 月平均最大含沙量出现在7 月份，占全年的4 0 7 ，估算进库水月平均最 大含沙量3 1 8 k g m 3 ，故可认为原水条件属于低浊水( 浊度在3 0 n t u 以下 的地面水) 范畴。 4 根据黑泉水库水文统计： 6 1 0 月为高温期，水温为8 4 1 3 ；1 1 月次 年5 月为低温期，水温为0 4 | 。c ，可认为该水源属于低温水( 水温在1 0 。c 以下) 。 通过水质分析可以看出，黑泉水库水源水有毒有害物质达标率为1 0 0 ，其他 各项指标达标率超过8 0 ，符合地表水环境质量标准( g h z b 一1 9 9 9 ) i i 类水 质标准，可作为集中式生活饮用水源。但水源水在较长一段时期内属于低温低浊水， 增加了净水处理的难度。 2 2 低温低浊水特性分析 我国北方广大地区有长达5 “个月的冰冻期，水温长时间处于低温低浊状态。 江河水温在1 之间，水库水下层水温在2 44 c 之间；江河水浊度为3 3 0 n t u ， 水库水浊度为5 1 0 n t u l 4 2 。在冬季，水质的物理化学特性与其他季节相比具有温 度低、浊度低、碱度低、水的粘度大等特点【4 5 4 6 】。 胶体化学所研究的颗粒，一般都是单一的胶体，颗粒大小基本是均匀的。而水 处理混凝中的颗粒是个很复杂的体系，包括土、细菌、病毒、腐植酸以及蛋白质 等其他物质，前者以浊度为代表，后者以色度为代表，这些颗粒从最大的粘土( 粒 径4 m m ) 到最小的蛋白质( 粒径1 岫) ，相差4 x 1 0 3 倍【4 7 】。这些微小颗粒由于受到 周围水分子热运动的冲击，具有不同程度的布朗运动的特征，阻碍了它们的下沉， 使微细颗粒在相当长的时间内保持悬浮状态。粘粉砂在水中下沉l m 水深约需要 1 0 0 m i n 。而当直径由1 0 “m 缩小1 0 倍变为1 m 时，其理论沉降时间将变为1 0 0 0 0 m i n 。 由此看来，当颗粒尺寸小到一定程度，不仅仅带来颗粒尺寸上的差异，而且会引起 微细颗粒在絮凝性能上质的变化。 浊度低，粘土等大颗粒物质含量就少，细菌、病毒、腐植酸以及蛋白质等小颗 粒物质含量就多。小颗粒絮凝，以扩散作用为主，特别是在d 6 5 0s “时，出水 浊度不再明显降低，在该工况下，g 值最优值变大是因为温度升高，水的动力粘 性系数降低的原因，电机的输出功率并没有改变。搅拌强度理论值按速度梯度计， 一般g 在7 0 0 1 0 0 0 s 1 之内【3 “。建议水厂运行时为节省能耗，混合池的搅拌强度 g 值取为6 0 0s - i 。 4 3 2 混凝剂种类优选与投量优化 1 ) 低温低浊工况下，优选混凝剂，优化药量 在低温低浊( 水温3 。c ，原水浊度8 n t u ) 工况下，优选混凝剂种类、并优化其 投药量。助凝剂投量0 5 5 m g l 。混合反应池的搅拌强度6 0 0 s 1 ，搅拌反应池的搅拌 强度g 2 取为1 4 3 s ，根据静态试验结果初选混凝剂种类为淄