絮凝工藝表現不佳，將直接影響渾濁度的去除，并影響后續工藝的運行效果，從而對出水的水質(zhì)情況產(chǎn)生負面影響。而部分工藝上運行狀況的不佳和構筑物的設計存在一定關(guān)聯(lián)。針對構筑物設計的缺陷和相應的改建優(yōu)化問(wèn)題，文章以水廠(chǎng)運行過(guò)程中的一個(gè)小改造為切入點(diǎn)，對比了改造前后的效果，在水力旋流型網(wǎng)格絮凝池流道設計和絮凝裝置方面有創(chuàng )新點(diǎn)。該改造實(shí)例可為水司提供借鑒和參考。

某水廠(chǎng)網(wǎng)格絮凝工藝落后、運行年限長(cháng)，在進(jìn)水負荷較高的工況下處理能力和出水水質(zhì)不能滿(mǎn)足用水需求，隨著(zhù)更高水質(zhì)標準的實(shí)施以及遠期深度處理工藝對預處理要求提高，需強化常規處理工藝處理效果，對絮凝池進(jìn)行全面的技術(shù)改造。

絮凝反應是給水處理中重要的工藝環(huán)節，也是保障出水水質(zhì)的第一步工藝流程。絮凝反應的效果不僅取決于絮凝劑的特性，還取決于絮凝裝置所提供的動(dòng)力學(xué)條件。改造前該水廠(chǎng)采用柵條網(wǎng)格絮凝池，當水流通過(guò)柵條絮凝池時(shí)水流收縮，通過(guò)孔洞后水流擴大，在這一過(guò)程中水中顆粒與水流形成相對運動(dòng)，促進(jìn)顆粒碰撞形成絮體。但是當進(jìn)水負荷升高時(shí)，柵條絮凝裝置提供的水力條件難以達到理想的絮凝效果，更換新型網(wǎng)格絮凝裝置是提高絮凝反應效果的有效途徑。張先斌等將個(gè)舊市松礦水廠(chǎng)原穿孔旋流絮凝池改造為微渦流絮凝池，水流經(jīng)反應器時(shí)產(chǎn)生了微渦流動(dòng)，增加了顆粒碰撞幾率，提高絮凝反應效果，濾前水渾濁度由改造前3-4NTU降低至3NTU以下。何華良將南方某水廠(chǎng)回旋式絮凝反應池改建成網(wǎng)格絮凝池，在出廠(chǎng)水渾濁度及各項指標均能達標的情況下，實(shí)現供水量超出設計處理能力8%和半年月均投礬量減少21.13%。

水力旋流網(wǎng)格絮凝裝置是一種由三角組件、斜棱板兩部分拼裝而成的六邊形網(wǎng)格絮凝裝置（見(jiàn)文末的圖示）。當水流通過(guò)絮凝裝置時(shí)，斜楞板上的斜楞板對水流轉向擾動(dòng)，打破水流跟從效應，形成流體折轉紊動(dòng)，其特點(diǎn)是水流通過(guò)旋流網(wǎng)格過(guò)程中產(chǎn)生多層次微動(dòng)力擾動(dòng)，促進(jìn)礬花的形成與結合，從而提升絮凝效果。此外，經(jīng)水力旋流網(wǎng)格反應后的絮體沉降性能大幅度改善，有利于降低絮凝劑投加單耗。本次改造選用水力旋流型網(wǎng)格絮凝裝置，因目前國內對于水力旋流型網(wǎng)格在給水廠(chǎng)工藝改造的應用研究較少，本文將改造方案以及運行效能進(jìn)行分析和探討，為存在相似問(wèn)題的水廠(chǎng)提供改造借鑒。

該案例改造前的工藝概況

該水廠(chǎng)一期工藝于1994年投產(chǎn)，設計規模3萬(wàn)m3/d，采用預氧化-柵條網(wǎng)格絮凝池-平流沉淀池-虹吸濾池-消毒的強化常規處理工藝。在進(jìn)水渾濁度較低時(shí)，沉淀池出水和濾池出水渾濁度可分別滿(mǎn)足2.0NTU和0.15NTU的公司過(guò)程水水質(zhì)管控要求，當進(jìn)水渾濁度升高超過(guò)200NTU時(shí)，沉淀池和濾池出水水質(zhì)惡化，為保障出水質(zhì)，工藝需按設計負荷的50%-90%減產(chǎn)運行。

該水廠(chǎng)原水取自東深引水工程北線(xiàn)二期管道，因原水未經(jīng)過(guò)水庫調蓄，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大。2019年-2020年進(jìn)水水質(zhì)情況見(jiàn)下表。

該水廠(chǎng)絮凝工藝采用柵條網(wǎng)格絮凝池，按1座2組配置，每組設置20格豎井，共分為三級。在第一級設置開(kāi)孔比38%的絮凝網(wǎng)格，二、三級豎井內設置開(kāi)孔比50%的網(wǎng)格柵條絮凝裝置，總絮凝時(shí)間為14.2 min。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)測算和絮凝條件分析，該絮凝池存在以下問(wèn)題：

（1）構筑物池容利用不充分前端豎井流速偏小，且由于后端為經(jīng)中間豎井向兩側分流再進(jìn)入配水區，使后端豎井流速更小，僅為0.032mm/s。由中間向兩側分流的配水形式，雖然滿(mǎn)足了均勻布水的要求，但因為豎井流速過(guò)低，沒(méi)有使末端絮凝池容積得以充分利用，造成礬花生長(cháng)過(guò)程中結合混合力度不夠，終端形成的顆粒不夠密實(shí)，沉淀性能不佳。

（2）絮凝裝置布置不合理改造前該水廠(chǎng)絮凝裝置采用柵條網(wǎng)格，柵條分三級布置，在第一級安裝3層開(kāi)孔比為50%的柵條裝置，在2級和3級分別安裝2層和1層開(kāi)孔比為38%的柵條裝置。根據該絮凝工藝長(cháng)期運行效果的分析以及現場(chǎng)測量水力學(xué)參數結果，該絮凝裝置在較短的絮凝時(shí)間內提供的局部紊動(dòng)不足，絮體形成效果不佳，且不夠密實(shí)，致使礬花進(jìn)入沉淀區后沉降性能較差。

水廠(chǎng)“手工耿”設計了哪些技改方案？

（1）更換絮凝裝置將原有絮凝裝置拆除，重新在絮凝池內安裝水力旋流網(wǎng)格絮凝裝置，在柵條網(wǎng)格提供的收放擾動(dòng)效應的基礎上增加旋流擾動(dòng)的作用，使水流在流道中發(fā)生產(chǎn)生高頻譜渦旋，增加懸浮物互相碰撞吸附的機會(huì )，為絮凝劑與水中的顆粒充分接觸提供動(dòng)力學(xué)條件。

（2）合理配置絮凝裝置放置密度依據水力旋流網(wǎng)格絮凝裝置的設備參數，合理分配絮凝裝置布置方式，控制絮凝過(guò)程中速度梯度均勻遞減，提供礬花生長(cháng)環(huán)境，使懸浮物借助藥劑輔助作用互相碰撞吸附、絮凝長(cháng)，且絮體具備良好的沉降性能。

本次改造將絮凝池分為四級，其中1-6#豎井為第一級，7-10#豎井為第二級，11-14#豎井為第三級，15-20#豎井為第四級，總絮凝時(shí)間為14.93 min。在第一、二、三級豎井內分別設置12套、9套、5套開(kāi)孔比為55.18%的水力旋流型網(wǎng)格絮凝裝置，第四級放置2套開(kāi)孔比為78.28%的水力旋流型網(wǎng)格絮凝裝置。通過(guò)對絮凝裝置密度的合理分配，調節各段絮凝速度梯度由大到小均勻遞減。

（3）合理改善原有構筑物流道條件改造前絮凝池尾端16#-20#豎井采用由中間向兩側分流的布水形式，其主要起均勻配水的作用，但是也造成了絮凝工藝有效反應時(shí)間減少。本次改造通過(guò)優(yōu)化水流流道，使有效反應時(shí)間增加2.84min，在有限的絮凝時(shí)間內使構筑物容積得以有效利用，更好的實(shí)現絮凝段工藝功能。此外，在絮凝池出水端采用導流板對后端沉淀區進(jìn)水進(jìn)行均布，導流板布置在絮凝池出水端外側斜向安裝，降低水流由絮凝池進(jìn)入沉淀池時(shí)產(chǎn)生的局部擾動(dòng)，有利于絮體在沉淀池的快速沉淀。改造前后水流方向見(jiàn)下圖：

改造后運行效果見(jiàn)奇效

（1）水力條件改造后絮凝池平均G值由40.246s-1提升至52.346s-1，反應速度梯度的提高有利于絮凝劑的快速擴散和礬花絮體的生成。此外，速度梯度隨著(zhù)反應的進(jìn)行而逐漸減小，第一級至第四級的速度梯度依次為71s-1、55s-1、35s-1和18s-1。絮凝池尾端過(guò)網(wǎng)流速由改造前0.1371m/s降低為0.0832m/s，可有效防止絮凝反應末期礬花因混合強度過(guò)大而破碎。

（2）水質(zhì)指標在滿(mǎn)負荷運行工況下，對比改造前后沉后水水質(zhì)情況，結果如下圖所示。在進(jìn)水渾濁度最高值28.02NTU，最低值3.02NTU，平均13.03NTU的條件下，改造后沉后水渾濁度平均值為0.71NTU，優(yōu)于改造前0.88NTU，改造前后沉后水的渾濁度去除率分別是93.03%和92.69%。以上結果說(shuō)明，更換水力旋流型網(wǎng)格絮凝裝置以及改變進(jìn)水流道等措施可以?xún)?yōu)化顆粒脫穩和凝聚過(guò)程，使形成的礬花密實(shí)，具有良好的沉降性能，從而有效提高絮凝效果。

（3）絮凝劑藥耗對比改造前后該水廠(chǎng)聚合氯化鋁藥耗（以Al₂O₃計）變化情況，結果如下圖所示。改造后聚合氯化鋁藥劑投加量下降，藥劑投加量由改造前2.3mg/L降低至2.16mg/L，平均藥劑單耗下降6.09%。按照理論處理水量估算，全年聚合氯化鋁藥劑費用由228176.1元/年降至214287.1元/年。本次改造同時(shí)實(shí)現了沉淀池出水水質(zhì)提升和混凝劑藥劑單耗降低，主要原因一是通過(guò)絮凝條件的改善，反應初期混合強度加強，有利于實(shí)現絮凝劑與水中顆粒充分反應。二是由于進(jìn)水流道的改變使有效反應時(shí)間延長(cháng)，進(jìn)一步促進(jìn)絮體密實(shí)生長(cháng)，提高絮體沉降性能。

（4）改造費用本次改造總投資約103萬(wàn)元，其中水力旋流型絮凝裝置采購費用約74萬(wàn)元。水力旋流網(wǎng)格絮凝器的多邊形網(wǎng)格固定組件采用ABS材質(zhì)，該材質(zhì)具有質(zhì)量輕、耐腐蝕的特點(diǎn)。絮凝器由三角組件、斜棱板兩部分拼裝后模塊化組裝，不需要焊接或粘結，結構本身可有效消除應力，不易損壞，拆裝和維護方便，絮凝裝置使用壽命約10年。

“手工耿”的小結論

該水廠(chǎng)采用水力旋流型網(wǎng)格對絮凝池進(jìn)行改造，通過(guò)合理布置絮凝裝置和改變進(jìn)水流道等方式，提高絮凝池反應效果，實(shí)現沉淀池出水水質(zhì)的提升和混凝劑藥劑單耗降低，并得出以下結論：

（1）水力旋流型網(wǎng)格絮凝裝置可以提供高頻譜渦旋的水力條件，增加懸浮物互相碰撞吸附的機會(huì )，使絮凝劑與水中的顆粒充分接觸，礬花沉降性能提高。（2）改造后絮凝池G值顯著(zhù)提高，并且G值隨著(zhù)反應進(jìn)行而逐漸降低，有利于生成密實(shí)絮體。（3）改造后沉淀池出水渾濁度平均0.71NTU，較改造前沉淀池出水渾濁度0.88NTU相比降低19.32%，沉淀池出水水質(zhì)提升。（4）改造后絮凝劑藥劑單耗由2.3mg/L降低至2.16mg/L，可節約聚合氯化鋁藥劑費用13889元/年。

水力旋流型絮凝裝置

水力旋流網(wǎng)格絮凝裝置的特征在于整個(gè)裝置由三角組件、斜棱板兩部分拼裝而成，斜棱板通過(guò)三角組件拼接成多組六邊型，水流通過(guò)六邊形時(shí)，斜楞板上的斜楞板對水流轉向擾動(dòng)，打破水流跟從效應，形成流體折轉紊動(dòng)，從而造成“宏觀(guān)水流碰撞減弱，微觀(guān)水流碰撞加劇”的顆粒碰撞水力學(xué)環(huán)境，其特點(diǎn)是裝置結構本身根據斜楞板寬度分級，各級絮凝裝置形成不同的水流紊動(dòng)速度，從而可以根據需要調整所需的速度梯度，提供工藝需要的水力學(xué)絮凝條件。水通過(guò)渦流網(wǎng)格，促使水流的折轉，增加水中懸浮顆粒碰撞機會(huì )，從而使絮體更快形成。