六廠　 杜思勇

　　摘要：沈陽市自來水公司六水廠采用接觸氧化膜法，去除遼河地下水中的高鐵高錳，進行系統(tǒng)化管理，自86年建廠以來，運行穩(wěn)定，結(jié)果表明水質(zhì)良好。
　　關(guān)鍵詞：曝氣　 接觸氧化　 氣囊運動　 調(diào)頻速給水　 混凝

　　水處理系統(tǒng)優(yōu)化運行的目的在于：通過提高水廠的技術(shù)管理水平，合理使用水廠現(xiàn)有處理設(shè)施，提高供水水質(zhì)，降低供水成本，使系統(tǒng)在不斷變化的運行狀況中，經(jīng)常處于良好的運行狀態(tài)。
　　水廠的工藝技術(shù)以及原水水質(zhì)、處理效率、投資與經(jīng)營費用等因素，而選擇了不同凈水工藝及處理設(shè)備。
　　由于不同流程、不同凈水工藝、不同處理構(gòu)筑物型式的處理能力、處理效率及運行費用不同，而且各種構(gòu)筑物的運行參數(shù)又都互相聯(lián)系、互相制約，因此就存在著整個處理系統(tǒng)在一定的運行條件下，各流程在處理能力上的相互協(xié)調(diào)、各處理構(gòu)筑物在處理效率上的相互協(xié)調(diào)，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的處理費用最小、能源消耗最低，即系統(tǒng)處于經(jīng)濟運行狀態(tài)。

我廠的凈水工藝

　　管井——跌水曝氣——除鐵濾池——中間泵房——除錳濾池——清水泵房——市區(qū)管網(wǎng)

廢水回收工藝

　　除鐵錳反沖洗水——調(diào)解池——沉淀池——回收池——跌水曝氣

1高鐵高錳地下水的凈化

　　我廠建于80年代中期，是亞洲第一座高鐵高錳地下水處理廠，屬典型遼河流域高鐵高錳地下水，采用天然錳砂接觸氧化法去除水中的高鐵高錳。鐵的常見化合價有十2價和十3價，地下水的氧化還原電位比較低，PH值在6.0～7.5之間，這種情況下鐵一般是以Fe²⁺的形式存在地下水中。鐵的氧化還原電位比氧低，易于被空氣中的氧所氧化，pH值對Fe²⁺的氧化速率有較大影響，在 pH＞5.5的情況下，地下水的pH值每升高1.0，二價鐵的氧化速度就增大100倍。
　　其基本原理是曝氣充氧后將二價鐵氧化為三價鐵，經(jīng)反應(yīng)沉淀之后，過濾將其去除。前已述及，提高地下水的pH值能夠大大加快Fe²⁺氧化為Fe³⁺的速度。因此，空氣自然氧化工藝通常采用較大曝氣強度，在充氧的同時散除地下水中的游離CO₂以提高pH值,散出水中的HS，曝氣后的pH值一般在7.0以上。盡管如此，空氣自然氧化除鐵工藝所需的停留時間仍較長，約2－3h，且由于三價鐵絮凝體較小。容易穿透濾層，影響水質(zhì)，造成二價鐵與錳砂無法吸附，出現(xiàn)濾后水渾濁的現(xiàn)象。另一方面，水中溶解性硅酸與三價鐵氫氧化物形成硅鐵絡(luò)合物：

　　Fe³⁺＋Si0（OH）₃^-1＝FeOSi（OH）₃²⁺

　　使Fe（OH）₃膠體凝聚困難，影響氫氧化鐵的絮凝，難以從水中分離。在地下水堿度較低時，溶解性硅酸對除鐵效果影響尤為顯著。
1.1接觸催化氧化除鐵
　　接觸氧化除鐵，地下水經(jīng)過簡單曝氣要絮凝、沉淀而直接進入濾池，在濾料表面催化劑的作用下，亞鐵迅速地氧化為三價鐵，并被濾層截留而去除。由于催化劑的作用，只要處理水的pH值高于6.0，F(xiàn)e²⁺就能順利的氧化為Fe³⁺。我廠地下水pH值都是高于6.6的，F(xiàn)e²⁺的氧化均能迅速完成，這樣就可以簡化曝氣過程。曝氣只需要向水中充氧即可。接觸氧化除鐵工藝的構(gòu)筑物較為簡單，水力停留時間只需5～15min。同時，鐵的去除不受溶解性硅酸價的影響。出水總鐵濃度也隨著過濾時間的增加而減少。在周期時間內(nèi)，水質(zhì)會越來越好。
　　接觸氧化除鐵的機理是催化氧化反應(yīng)，起催化作用的是濾料表面的鐵質(zhì)活性濾膜。鐵質(zhì)活性濾膜首先吸附水中的亞鐵離子，被吸附的亞鐵離子在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為三價鐵，并且使催化劑再生，反應(yīng)生成物為催化劑，又參與新的催化反應(yīng)，鐵質(zhì)活性濾膜接觸氧化鐵的過程是一個自催化反應(yīng)過程。其反應(yīng)式如下：

　　

　　鐵質(zhì)活性濾膜的化學(xué)組成為Fe（OH）₃·2H₂O。新鮮的濾膜具有很強的催化活性，隨著時間的增長，濾膜老化脫水活性也逐漸降低，濾膜最終老化生成FeOOH便喪失催化活性。在除鐵濾池中自然形成的羥基化鐵（FeOOH）的羥基表面起接觸催化作用。羥基氧化鐵不是以FeOOH所示的簡單分子形式存在的，它是鐵原子、氧原子和固體內(nèi)氫原子三者相結(jié)合的巨大無機分子。
1.2. 除錳理論與工藝
　　錳常見的化合價有十2，＋4，＋6，＋7四種價位，其中十6價和十7價錳在天然水中一般不穩(wěn)定，實際中可以認(rèn)為不存在。＋2價錳溶于水是要去除的主要對象，十4價錳則常以固體物質(zhì)MnO₂及水合物的懸浮粒子形式存在于水中，其溶解度甚低，不足為害。錳比鐵去除難得多，F(xiàn)e²⁺在 pH＞7.0的情況下就能夠迅速氧化為Fe³⁺，而水中二價錳則需在PH＞9.5時，才能比較迅速地氧化為MnO₂析出。地下水的PH值一般在7.5以下，必須加以適宜條件，反應(yīng)才能進行。
　　接觸氧化除錳工藝流程比較簡單，原水經(jīng)簡單曝氣之后進入除錳濾池，在濾料表面的錳質(zhì)活性濾膜的作用下，Mn^2十被水中的溶解氧氧化為MnO₂，并吸附在濾料表面，使濾膜得到更新，該過程也是自催化反應(yīng)。
　　關(guān)于錳質(zhì)活性濾膜的組成有幾種不同的觀點，接觸催化物為MnO₂，其反應(yīng)式為：
　　2Mn²⁺ ＋（X-1）O₂ ＋ 4OH^- ＝ 2MnO_X·zH₂O＋2（l—z）H₂O
　　接觸氧化除錳與接觸氧化除鐵的工藝非常類似，都是簡單曝氣后直接過濾，水力停留時間短。但由于鐵錳性質(zhì)略有不同，因而影響因素也有所不同。前已述及，鐵的氧化還原電位比錳低，二價錳較難被氧化成四價錳，所以其濾速比除鐵濾速低，一般為8～10 m／h。而且二價鐵對四價錳成為還原劑，大大阻礙二價錳的氧化：
　　2Fe²⁺ ＋ MnO₂ ＋ 2H₂O ＝ 2Fe³⁺ ＋ Mn²⁺ ＋ 4OH^-錳的去除遠(yuǎn)較鐵為困難，鐵錳共存時，鐵對錳的去除有干擾。在濾層中，要先完成對鐵的去除，才能開始除錳，由于錳的電位比鐵要高的多，因此錳比鐵需要的能量要高很多，要獲得穩(wěn)定的除錳效果，F(xiàn)e²⁺的界限質(zhì)量濃度約為2 mg／L，才會有很好的效果。
　　無論是接觸氧化還是生物去除均需要6.0以上的PH值和對鐵的處理效果的支持，才能完成。
1.3濾料對曝氣濾池的性能的影響
1.3.1粒徑
　　由于濾料的膨脹率的影響，濾料的粒徑的大小決定了濾池的反沖效果和過濾效果，因此濾料的選擇應(yīng)以50%為宜，例如一號料為18-26mm，二號則應(yīng)為10-14mm，三號為6-8mm，四號為2-4mm，五號為1-2mm，這樣的級配對于濾料的反沖及濾速均有很好的益處。確定濾料粒徑應(yīng)考慮待濾水性質(zhì)、預(yù)期達(dá)到的濾后水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、濾池類型、可利用的水頭損失等因素。粒徑與濾池運行參數(shù)的關(guān)系見表1。

粒徑 粒層深 濾速 水頭損失 濾后水質(zhì) ↓ ↑ ↓ = 濾池運行周期 ↑ ↑ ↓ ↑ 復(fù)合/m² = ↑ = ↑

1.3.2濾料流失
　　主要原因包括:(1)濾床內(nèi)積聚了氣體；(2)表面反沖洗持續(xù)時間過長(>5min)；(3)反沖洗強度太高，尤其是在低水溫季節(jié)；(4)粒徑不匹配；(5)錳砂離V形槽太近（錳砂大多已經(jīng)形成銹砂）；(6)氣、水反沖洗程序安排不當(dāng)；(7)池底集水系統(tǒng)漏砂等。
　　一般認(rèn)為，在原深度基礎(chǔ)上變薄20%或總深度降低15cm的流失是可接受的水平，而對表面沖洗系統(tǒng)，當(dāng)濾床表面下降超過15cm后，表面沖洗的優(yōu)勢喪失。此外，濾層度變薄20%后，濾池的截污能力開始下降。
　　快濾池的補砂操作很簡單，將與原粒徑相同但不均勻系數(shù)略低,濾料鋪加到濾床表面。對不均勻系數(shù)的要求高些，主要是控制細(xì)砂阻濾而縮短濾池運行周期。補充用濾料必須與原濾料的物理特性匹配，從而保證各層濾料在反沖洗過程中均衡膨脹。
1.4濾池的運行管理
　　運行濾池一定要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進行，嚴(yán)格控制清水，反沖兩門的開度，并及時向負(fù)責(zé)人報告濾池的不正常現(xiàn)象，做好濾池的大修工作。
1.4.1快濾池的操作與維護
1.4.1.1快濾池投產(chǎn)前的準(zhǔn)備
　　普通雙閥快濾池大修后需作好投產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作。檢查所有管道和閘閥是否完好，各管口標(biāo)高是否符合設(shè)計要求，特別是排水槽上緣是否水平。對濾料最好是在放入前進行嚴(yán)格的檢查，確保其粒徑和級配與設(shè)計相符，初次鋪設(shè)的濾料應(yīng)比設(shè)計厚度增加5-10cm左右。清除濾池內(nèi)的雜物，保持濾料平整，然后按“操作運行”的“過濾操作”要求放水檢查，排除濾料內(nèi)的空氣。待放水檢查結(jié)束后，對濾料進行連續(xù)沖洗，直至清潔為止，沖洗方法按“操作運行”的沖洗操作進行。
1.4.2快濾池的操作運行
1.4.2.1過濾操作
　　徐徐開啟進水閥，當(dāng)水位升到排水槽上緣時，徐徐開啟出水閥，過濾開始。開始開啟出水閥門時要注意出水水質(zhì)，待達(dá)到設(shè)計指標(biāo)時方可全部開啟。對過濾過程的時間、出水水質(zhì)、水頭損失等主要運行參數(shù)應(yīng)作好原始記錄。
1.4.2.2快濾池的保養(yǎng)和檢修
　　濾池是凈水設(shè)備中最主要的設(shè)備之一，其保養(yǎng)和檢修制度分為：一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)和大修理。 一級保養(yǎng)為日常保養(yǎng)，每天要進行一次，由操作值班人員負(fù)責(zé)；二級保養(yǎng)為定期檢修，一般每半年或每年進行一次，由操作值班人員配合檢修人員進行；大修理為設(shè)務(wù)恢復(fù)性修理，包括濾池的翻砂和閥門的解體大修或更換，由廠部安排檢修人員進行。
　　濾池的保養(yǎng)和檢修內(nèi)容見表：

保 養(yǎng) 內(nèi)　　　 容 一
級
保
護 （1）保持濾池池壁及排水槽的清潔，洗刷和清除孳生的藻類和蛛網(wǎng)
（2）各類閥門填料壓蓋漏水的校緊，濾池各種附屬設(shè)備的正常維護
（3）管廊保持清潔無積水，濾池周圍環(huán)境整潔、衛(wèi)生
（4）各種測定儀器及化驗儀器的維護 二
級
保
護 （1）濾池放空檢查，檢查過濾及反沖洗后濾層表面是否平坦，裂縫出現(xiàn)多少，以及濾層四周有無脫離池壁現(xiàn)象，測定承托是否移動
（2）各種閥門運行的故障排除、維護、檢修
（3）清洗表面濾料或更換調(diào)整表面濾料、濾層中如發(fā)現(xiàn)有機物含量大可采用液氯、漂白粉處理，嚴(yán)重可用鹽酸或硫酸處理處理前首先對濾料進行最大強度沖洗，然后在濾料表面保持10-15cm 水深，并以每平方米濾池面積加入1—5kg工業(yè)硫酸鹽酸均勻地散布在濾池濾層上，在傾倒鹽酸及硫酸時要特別注意安全，要佩戴膠皮手套、膠皮靴子和防毒面具。傾倒后每3h對濾料進行翻動一次，連續(xù)翻動4次，再靜置6-8h后進行徹底沖洗 大

檢

修 1、濾池大檢修一般在下列情況下考慮：
（1）濾池含泥量顯著增高，泥球過多并且靠改善沖洗已不能解決
（2）砂面裂縫甚多，甚至脫離池壁
（3）沖洗后砂面凹凸不平，砂層逐步降低，清水池中已發(fā)現(xiàn)大量跑砂
（4）配水系統(tǒng)堵塞或管道損壞已明顯感到?jīng)_洗不均勻
（5）濾后水濁度經(jīng)多方檢查、改進，仍長期達(dá)不到30攝氏度，細(xì)菌和大腸菌值甚至比沉淀水還高
　　如無不正常情況，濾池連續(xù)運行時間已達(dá)10年，則應(yīng)進行大檢修

2、濾池進行大檢修的主要內(nèi)容：
（1）將濾料全部取出清洗、如無清洗價值則應(yīng)完全更換新濾料
（2）將承托層全部取出，清洗，按層次重新篩分
（3）徹底清洗池壁、池底平口池及其他構(gòu)筑物
（4）對配水系統(tǒng)進行拆裝檢查，調(diào)換損壞部分并對金屬管道進行防腐刷油
（5）檢修所有控制閥門和附屬設(shè)備，有損壞和不能正常使用的都需進行修理或更換

3、濾池大檢修時間安排：
　　濾池大檢修要在年初列入計劃并安排在供水淡季進行

4、濾池大檢修后的驗收：
　　濾池大檢修后驗收十分重要，一般采用分段驗收的辦法；
　?。?）配水系統(tǒng)重新安裝后進行一次反沖洗以檢查接頭緊密狀態(tài)及孔口、噴嘴的均勻性
　　（2）在鋪設(shè)濾料及承托層時要分層檢查，以確保按規(guī)定的級配和層次鋪設(shè)
　　（3）濾料全部鋪設(shè)后再進行整體驗收，每次驗收都要由負(fù)責(zé)操作的人員和主要技術(shù)人員與修理人員共同參加

2.氣囊運動的危害與防護

2.1濾層進氣產(chǎn)生的原因、危害及防范措施
2.1.1、濾料層進氣產(chǎn)生的原因
　　濾料反沖洗后，濾層中截留物質(zhì)大部分被沖洗掉，這時，濾層孔隙率最大，水頭損失阻抗系數(shù)最小。濾池開始過濾生產(chǎn)時，由于水在濾層中水頭損失小，濾池內(nèi)水位迅速下降，最后整個濾料表面裸露，在濾料層中進入空氣并出現(xiàn)動水位。待濾水從洗水槽進入濾池直接跌落到濾料表面，攜帶空氣進入濾層過濾（見圖1）。濾層內(nèi)水頭損失過大，有的濾層內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，溶于水中的氣體從水中析出形成氣塞。

　　隨著工作時間延長，濾層中水頭損失不斷增大，水位不斷上升逐漸浮出水面。這種現(xiàn)象出現(xiàn)，對濾池正常工作和出水水質(zhì)會帶來很大影響，對其危害產(chǎn)生的原因和解決措施，本文做以闡述。
2.1.2、濾料層進氣帶來的危害
2.1.2.1 增大水流在濾層中的水力損失，大幅度降低濾工作周期
　　由于濾料層裸露，在濾料層中的水位以上部分充滿了空氣，待濾水從洗水槽跌入濾層中時又?jǐn)y帶空氣進入濾層。
　　過濾生產(chǎn)一段時間后，濾池的液面將淹沒濾料并不斷上升。在浮力作用下，濾層中空氣欲上浮，過濾水在濾層中向下流動，阻礙空氣上浮，最后，濾層中空氣在向下運動水流的作用下形成氣泡附著在濾料顆粒下方，對水流產(chǎn)生額外阻力。
　　有人提出過濾時水力坡降公式：

　　i=i₀·[l/l-(△m/m₀)]³

　　式中
　　i⁰——濾池開始工作而且無氣泡時水在濾層中的初期水力坡降，該值取決于濾料粒徑、濾速等因素。
　　i——濾池工作t時間后水在濾層中的水力坡降。
　　m₀——濾池反沖洗后孔隙率。
　　△m——濾池工作t時間后，濾層因截留物質(zhì)和氣泡使孔隙率減少的數(shù)量。
　　由于大量氣泡存在，孔隙率減少的數(shù)量△m大幅度增加，從而使水在濾層中的水頭損失迅速增加，濾池工作周期大幅度減小，見圖2。

　　①——濾層中無空氣時水頭損失變化曲線；
　?、凇獮V層中有空氣時水頭損失變化曲線；
　　H₀——濾池開始工作時初始水頭損失；
　　H₁——濾料層厚度；
　　H₂——濾池工作水頭；
　　T₁——濾層內(nèi)無空氣時工作周期；
　　T₂——濾層中有空氣時工作周期。

　　濾層內(nèi)存在空氣層對工作周期影響很大，生產(chǎn)實踐證明濾層中腔調(diào)氣時工作周期T2僅為濾層中無空氣時工作周期的50——60%，因而迫使濾池加大反沖洗密度，浪費反沖洗水量。
2.1.2.2 沖刷濾料對水質(zhì)產(chǎn)生危害
　　當(dāng)濾料層裸露時，濾層中出現(xiàn)動水位，實際過濾層厚度下降影響濾過水水質(zhì)。待濾水從洗水槽跌入裸露的濾層中，待濾水在濾層平面上頒布不均勻，出現(xiàn)若干流量集中區(qū)，局部濾速過大，對水質(zhì)帶來影響。洗水槽上跌落的待濾水沖刷濾料，有時把濾層中截面的物質(zhì)沖刷下來造成二次污染，甚至出現(xiàn)濾后水質(zhì)指標(biāo)大于待濾水現(xiàn)象。
　　2.1.2.3 氣泡的浮力作用，反沖洗時千萬注意濾料流失。
　　過濾工作結(jié)束后，關(guān)閉濾過水門停止過濾，這時，濾層中有大量空氣釋放出來，形成氣泡浮出水面，但是濾層中仍有相當(dāng)數(shù)量的空氣。反沖洗時濾料片懸浮狀態(tài)，濾料顆粒上附著的氣泡使其綜合比重大幅度下降，由于氣泡的浮力作用，有部分濾料顆粒被反沖洗水流帶走，通過洗水槽排到下水道中，造成濾料流失，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的水廠需要經(jīng)常向濾池中補充濾料，造成浪費。
2.1.3 控制空氣進入濾層的技術(shù)措施

　　H0——濾池開始工作時起始水頭損失；
　　H1——濾料層厚度；
　　H2——濾池工作水頭；
　　H3——洗水槽到濾料層下沿高度。

　　控制濾池內(nèi)水位，不但要使濾層不裸露，而且要使待濾水通過洗水槽進入濾池時不要產(chǎn)生過大的跌水，濾層內(nèi)不產(chǎn)生真空。反沖洗后濾池投入生產(chǎn)時，控制濾過水門的開啟程度，使濾池內(nèi)水位在洗水槽上沿H3附近（見圖3）。隨著工作時間延長，水頭損失沿曲線②變化。工作時間達(dá)到t1時間，再增加濾過水門開啟程度，水頭損失沿曲線③變化。工作時間達(dá)到t2時間，將濾過水門全部開啟，水頭損失延曲線④變化，曲線④變化，曲線④與曲線①重合，當(dāng)水頭損失達(dá)到工作水頭H2，工作時間達(dá)到T1時，濾池開始反沖洗。上述操作過程可杜絕空氣進入濾層。
　　控制濾池液位可采用如下方法：
　　對于自動控制濾池、采用可控制開啟程序的濾過水門，通過濾池工作時間控制濾過水門開啟程序，保證濾池最低工作水位。2、濾池安設(shè)液位計，根據(jù)濾池液位控制濾過水門開啟程度。3、V型濾池是通過液位計控制濾過水門開啟程度，使濾池在恒水位下工作。對于手動操作濾池，可根據(jù)濾池工作時間，手動控制濾過水門的開啟程度。
2.2有壓管道中氣囊對濾速的影響
　　因管道排氣不暢而造成的氣囊運動隨之而來的壓力振蕩效應(yīng)，輕則占據(jù)管道通水?dāng)嗝嬖斐赏ㄋщy，增大水阻，增加電耗，加劇破壞作用，重者使管道破裂，供水中斷。因此充分認(rèn)識氣囊的危害是保證供水暢通的關(guān)鍵之一。
2.2.1管道中氣體的來源及存氣條件
　　管道中的進入氣體的狀況很多，對于濾池來說，主要是頻繁的開井和減井，導(dǎo)致濾池水位波動所致，而濾池后的管路因中間泵房的原因，無排氣閥，導(dǎo)致濾池與中間泵房的矛盾加劇，影響濾池的濾速。
2.2.2氣囊運動的解決措施
　　解決濾池的氣囊不僅需要對濾池的門和操作制度進行控制，更重要的是嚴(yán)格控制開停井的次數(shù)和中間泵房的變頻的額度，使水位保持于V形槽上沿0.1-0.3米，使空氣很難進入濾層，進而從根本上杜絕氣囊的危害。

3調(diào)頻速給水系統(tǒng)的幾點節(jié)能措施

　　由于變頻調(diào)速給水系統(tǒng)不需要建造傳統(tǒng)給水系統(tǒng)的高位水箱、水塔，避免了二次污染并減少了土建投資，而且設(shè)計得合理能達(dá)到較好的節(jié)能效果。?
　　在給水系統(tǒng)中，定速泵只有在其高效段運行才能保證系統(tǒng)正常工作且沒有能量浪費。在設(shè)計中，一般以管網(wǎng)的最不利情況(此時流量最大，所需揚程也最大)作為選擇水泵機組的主要依據(jù)，但當(dāng)管網(wǎng)流量減小時，能量的浪費不可避免，而且還可能造成低流量時管道內(nèi)超壓問題 。水泵根據(jù)系統(tǒng)流量實時變化實現(xiàn)無級調(diào)速運行，是較好地解決以上問題，達(dá)到節(jié)能目的的途徑之一。
3.1　兩種變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的節(jié)能情況分析
　　水泵調(diào)速可以通過很多途徑實現(xiàn)，其中變頻調(diào)速是目前較理想的一種。變頻調(diào)速是通過給水系統(tǒng)管網(wǎng)上的壓力傳感器對管網(wǎng)的水壓進行采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將其送至PID調(diào)節(jié)器與用戶設(shè)置的壓力值進行比較和運算，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號送至變頻器。變頻器根 據(jù)傳送過來的頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速。
　　變頻調(diào)速給水系統(tǒng)根據(jù)水泵出口壓力的變化情況可分為兩種：變壓變量給水系統(tǒng)和恒壓變量 給水系統(tǒng)。
3.1.1變壓變量給水系統(tǒng)
　　變壓變量給水系統(tǒng)的壓力傳感器設(shè)置在給水管網(wǎng)末端，PID調(diào)節(jié)器設(shè)定值為管網(wǎng)末端用戶所需的服務(wù)水頭值。系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)使管網(wǎng)末端水壓保持恒定，使管路特性曲線和系統(tǒng)靜揚 程不變，而水泵出水口壓力則隨著供水量變化依管路特性曲線而改變，故理論上實現(xiàn)了“系統(tǒng)需要多少，機組提供多少”，不會由于供水量的減小而產(chǎn)生多余的靜揚程，節(jié)能效果滿意。但這只是一種理想情況，且系統(tǒng)中僅有變頻泵在單獨工作。由于變頻設(shè)備比較昂貴，大型給水系統(tǒng)往往采用變頻泵與定速泵并聯(lián)運行的方式供水。
　　現(xiàn)以系統(tǒng)中設(shè)置一臺變頻泵和一臺工頻泵并聯(lián)運行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時，需要揚程相應(yīng)降低，變頻泵可以通過減速運行實現(xiàn)。但為保證并聯(lián)機組正常工作，工頻泵揚程也必須相應(yīng)降低，這只能通過增加流量實現(xiàn)，從而造成水量的漏失，且還可能導(dǎo)致工頻泵離開高效段工作，即沒有達(dá)到真正節(jié)能的目的。遇有以上情況，可以采取以下措施來改善其節(jié)能效果：
　?、賹τ谛∫?guī)模的給水系統(tǒng)，可以僅設(shè)一臺變頻泵，并使泵的高效區(qū)(其高效范圍比工頻泵運行時的范圍要大)盡可能多地包括出現(xiàn)幾率較大的工況點。
　?、诓捎枚嗯_泵調(diào)速運行，當(dāng)然，由于變頻調(diào)速裝置價格比較昂貴，應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟因素而定。
　?、圻x擇工頻泵時，應(yīng)使系統(tǒng)在最不利點工作時，工頻泵的工況點盡量靠近其高效區(qū)左側(cè)；如果最不利情況出現(xiàn)幾率較小，可以使其稍偏離高效區(qū)，落在高效區(qū)左外側(cè)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)揚程降低時，工頻泵仍可在高效區(qū)工作。
3.2　恒壓變量給水系統(tǒng)
　　恒壓變量給水系統(tǒng)將壓力傳感器設(shè)在水泵機組出水口，旨在使水泵出水口壓力保持恒定，一般設(shè)定為最不利工況時水泵出水口所需壓力值。仍以一臺變頻泵與一臺工頻泵并聯(lián)運行為例。當(dāng)管網(wǎng)流量減小時，變頻泵通過減速運行，保持揚程不變而減小出水量。由于出口壓力不變，工頻泵出水量不會改變(即運行工況不變)，仍在高效區(qū)工作，從而達(dá)到節(jié)能目的。需要指出的是，當(dāng)系統(tǒng)所需流量變小時，水泵出水口壓力(仍為最不利情況下系統(tǒng)所需壓力)大于 管路此時需要的壓力，從而仍會在一定程度上導(dǎo)致靜揚程的浪費。以下兩種措施可以改善其節(jié)能效果：
　 ①適當(dāng)放大管網(wǎng)的管徑，使管路特性曲線更趨平緩，但這會增加管網(wǎng)的一次性投資，需要和節(jié)能效果作綜合經(jīng)濟比較。?
　 ②選擇工頻泵時盡量使每臺泵的工況點落在高效區(qū)。
3.3 微流量時的節(jié)能措施
　　給水系統(tǒng)在用水低谷時(如夜間)，系統(tǒng)內(nèi)用水量很小，甚至達(dá)到零流量，稱為“微流量”。在這種情況下，若依靠在高效區(qū)大流量范圍運行的水泵來維持系統(tǒng)壓力，不僅折損水泵壽命，而且效率低，不能達(dá)到節(jié)能的目的。理論上，變頻泵的流量在高效范圍可以接近于零，但實際上水泵轉(zhuǎn)速不可能無限制地減小，僅靠變頻泵往往還難以勝任微流量工況。實際工程一般采用在系統(tǒng)中增設(shè)小流量工頻輔泵、小流量變頻輔泵、氣壓罐等設(shè)施來維持微流量時的系統(tǒng)壓力。對不同系統(tǒng)的微流量問題應(yīng)具體情況具體分析，并對一次性投資與長期運行費用 進行綜合考慮才能作出合理的解決方案。表2列出了微流量運行的幾種節(jié)能措施并進行了比較。

表2　　微流量時節(jié)能措施比較

微流量時維持工作的設(shè)備 優(yōu)點 缺點 適用系統(tǒng) 工頻輔泵 投資少，控制簡單 輔泵啟動頻繁 系統(tǒng)規(guī)模大，微流量時流量波動小 工頻輔泵+氣壓罐 避免輔泵啟動頻繁 投資多，占地大 系統(tǒng)規(guī)模大，微流量時流量波動大 變頻輔泵+氣壓罐 避免輔泵啟動頻繁 投資多，占地大 系統(tǒng)規(guī)模小，主泵功率小 變頻主泵 節(jié)省投資 系統(tǒng)規(guī)模小 系統(tǒng)規(guī)模小，微流量時流量波動小 變頻輔泵 節(jié)能效果佳 控制程序復(fù)雜 較少采用

3.4在變頻調(diào)速給水系統(tǒng)的設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)給水管網(wǎng)的特點合理選泵，以達(dá)到在滿足使用要求的前提下，既節(jié)省投資又節(jié)能的目的。同時，合理的運用變頻調(diào)速泵更加對濾池有很大的益處，可以充分的發(fā)揮濾池的最大性能和提升濾池的最大周期，從而節(jié)約反沖洗水量，節(jié)約資金。

4.反沖廢水的回用及沉淀池運行管理

　　做好廢水回收的工作是杜絕廢水對跌水曝氣的二次污染，是使混凝藥劑得以充分的利用的最有效的措施，聚合氯化鋁是我廠長期以來一直應(yīng)用的藥劑，效果非常好，適合高濁度水的沉淀工作。
4.1.聚氯化鋁水解聚合形態(tài)與混凝效果研究
　　無機高分子混凝劑是從正鹽水解為氫氧化物過程中形成的中間產(chǎn)物，對鋁的水解聚合形態(tài)的分析方法主要有化學(xué)分析法和電位滴定法，近年興起的27AlNMR法和Al-Ferron逐時絡(luò)合比色法為鋁水解聚合形態(tài)的研究提供了較好的手段，并成為國內(nèi)外混凝劑基礎(chǔ)研究的熱點。研究認(rèn)為，無機高分子混凝劑聚氯化鋁只存在單體、二聚體和Al₁₃［Al₁₂AlO₄(OH)₂₄⁷⁺］及其高聚體的形態(tài)，其中Al₁₃是最佳的凝聚—絮凝成分，其含量可反映產(chǎn)品的有效性^［1～3］。
4.1.1 不同鹽基度聚氯化鋁的水解聚合形態(tài)
　　表3為不同鹽基度聚氯化鋁的逐時絡(luò)合比色形態(tài)組成。

絡(luò)合時間(min) 1 5 30 60 90 120 　 鹽基度(%) Al_a(%) 不同時間下的Al_b含量(%) Alb(%) Ala+Alb(%) Alc(%) 2.1 91.48 6.52 7.18 7.52 7.69 7.85 　 　 34.4 73.93 9.69 18.71 21.05 22.06 22.72 　 　 45.2 62.41 12.03 24.06 27.57 29.41 30.24 　 　 54.3(日本某公司) 39.10 8.70 20.60 24.80 26.40 27.70 　 　 64.0 37.02 8.97 21.52 24.91 26.32 27.47 　 　 76.4 25.79 3.98 8.77 11.46 13.22 14.50 　 　 85.0 13.74 3.39 9.36 11.58 13.57 14.97 　 　 88.0 11.64 1.75 6.43 8.89 11.11 12.63 　 　 92.0 10.94 2.69 6.90 9.71 11.93 13.45 24.37 　 94.5(鞏義) 8.71 1.75 5.03 7.02 8.54 9.82 18.53 　

　注： ① 除日本某公司樣品為氫氧化鋁壓溶法生產(chǎn)外，其余均為鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)。② 除注明外，其余樣品均為深圳中潤公司工業(yè)化產(chǎn)品。

　　從表3可看出，隨著鹽基度值從小到大的變化，Ala含量相應(yīng)由大逐步變小、Alc含量則由小變大，分別呈現(xiàn)較好的正、負(fù)相關(guān)性。Alb含量隨著鹽基度的變化大體呈正態(tài)曲線分布：鹽基度在0%～45%區(qū)間內(nèi)Alb含量呈上升趨勢，鹽基度在45%～94.5%區(qū)間內(nèi)則Alb呈下降趨勢，與文獻(xiàn)^{［2、3］}中報道的鹽基度越高則Alb含量越高的分布規(guī)律呈現(xiàn)明顯的差異。引起Alb分布差異的原因在于所研究樣品的生產(chǎn)或制作條件不同，國內(nèi)樣品均為鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)，鋁的水解聚合是在高鋁濃度(＞2mol/L)、高溫(＞100℃)、短時間(＜4h＝條件下進行，有利于高鹽基度、高聚合度的Alc形態(tài)的生成，而文獻(xiàn)^［2、3］中研究的樣品是采用慢速滴堿法在實驗室制作，鋁的水解是在低鋁濃度(0.1mol/L)、室溫、長時間滴定的條件下進行，有利于Alb形態(tài)的生成。
4.1.2 鋁水解聚合形態(tài)與混凝效果
　　由混凝沉淀試驗得出的凈化水剩余濁度與鹽基度的關(guān)系見圖3。凈化水剩余濁度的高低可反映出混凝效果的優(yōu)劣。從圖3、表3可看出，剩余濁度隨鹽基度、Alc含量的升高和Ala含量的降低而降低，四者之間呈較好的相關(guān)性。

　　Alb與混凝效果的關(guān)系為：在鹽基度為0%～45%區(qū)間內(nèi)則剩余濁度隨Alb含量的升高而降低，在鹽基度為45%～94.5%區(qū)間內(nèi)則剩余濁度隨Alb含量的降低而降低。這與文獻(xiàn)^［1］中報道的Alb含量越高則混凝效果越佳的結(jié)論呈現(xiàn)出明顯的差異。
　　綜上所述，鹽基度、Alc、Ala均可作為衡量混凝效果的特征指標(biāo)，但是與鹽基度指標(biāo)相比，由于Alc、Ala的分析時間較長、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較差，故作為定量分析指標(biāo)尚有待于繼續(xù)完善。
4.1.3 鈣含量對鋁形態(tài)和混凝效果的影響
　　由于國內(nèi)聚氯化鋁產(chǎn)品中以鋁酸鈣作為主要原料，因而產(chǎn)品普遍含有氯化鈣成分。含鈣聚氯化鋁和純聚氯化鋁的鋁形態(tài)及混凝效果的比較見表3?？梢娫谙嗤}基度下，含鈣聚氯化鋁與純聚氯化鋁的水解聚合形態(tài)組成相似，但含鈣聚氯化鋁的Alc含量稍高、Ala和Alb含量稍低、混凝效果相近或稍好。

表3純PAC及含鈣PAC的鋁形態(tài)及混凝效果比較

樣品名稱 鹽基度(%) Alb(%) Alc(%) Ala(%) 加藥量(mgAl₂O₃/L) CaO(%) 1.4 2.0 2.6 3.2 凈化水剩余濁度(NTU) 純PAC 85.0 18.5 65.9 15.6 10.4 5.8 2.6 1.6 0 含鈣PAC 85.0 15.0 71.3 13.7 10.0 4.8 2.4 1.6 3.48

4.1.4
　　①聚氯化鋁水解聚合形態(tài)組成中的Alb值隨鹽基度的變化呈正態(tài)曲線分布,在鹽基度為0%～45%區(qū)間的Alb值為上升段，鹽基度為45%～94.5%區(qū)間內(nèi)Alb值為下降段。這不同于國內(nèi)外文獻(xiàn)報道的鹽基度越高則Alb值越高的結(jié)論。
　?、贏lb(≈Al₁₃)不是聚氯化鋁中的最佳組分，不能將高Alb(Al₁₃)作為聚氯化鋁生產(chǎn)工藝追求的目標(biāo)。在鹽基度為0%～45%區(qū)間內(nèi)，Alb含量越高則混凝效果越好，但在45%～94.5%區(qū)間內(nèi)Alb含量越高則混凝效果越差。
　　③聚氯化鋁水解聚合形態(tài)中，除Alb外，Alc和Ala含量與混凝效果均呈較好的相關(guān)性，能間接反映聚氯化鋁的混凝性能。Ala、Alc與鹽基度也有良好的相關(guān)性，但因該指標(biāo)分析時間長、重現(xiàn)性差，尚不能取代鹽基度作為分析指標(biāo)。
　　④鹽基度是聚氯化鋁性能和形態(tài)的重要指標(biāo)之一，提高鹽基度不但可提高混凝效果，還可以降低生產(chǎn)和使用成本。提高鹽基度或Alc值是提高聚氯化鋁混凝性能的重要途徑。
　　⑤鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)的聚氯化鋁產(chǎn)品具有鹽基度高、Alc含量高、Ala含量低、成本低及混凝效果好等優(yōu)點，與以氫氧化鋁為原料采用壓溶法生產(chǎn)的國外聚氯化鋁產(chǎn)品比較，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。
4.2.沉淀池的管理
　　沉淀池運行管理的基本要求是保證各項設(shè)備安全完好，及時調(diào)控各項運行控制參數(shù)，保證出水水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)。為此，應(yīng)著重作好以下幾方面工作。
4.2.1避免短流
　　進入沉淀池的水流，在池中停留的時間通常并不相同，一部分水的停留時間小于設(shè)計停留時間，很快流出池外；另一部分則停留時間大于設(shè)計停留時間，這種停留時間不相同的現(xiàn)象叫短硫。
　　短流使一部分水的停留時間縮短，得不到充分沉淀，降低了沉淀效率；另一部分水的停留時間可能很長，甚至出現(xiàn)水流基本停滯不動的死水區(qū)，減少了沉淀池的有效容積。總之短流是影響沉淀池出水水質(zhì)的主要原因之一。
　　形成短流現(xiàn)象的原因很多，如進入沉淀池的流速過高；出水堰的單位堰長流量過大；沉淀池進水區(qū)和出水區(qū)距離過近；沉淀池水面受大風(fēng)影響；池水受到陽光照射引起水溫的變化；進入和池內(nèi)水的密度差；以及沉淀池內(nèi)存在的柱子、導(dǎo)流壁和刮泥設(shè)施等，均可形成短流形象。
　　為避免短流，一是在設(shè)計中盡量采取一些措施（如采用適宜的進水分配裝置，以消除進口射流，使水流均勻分布在沉淀池的過水?dāng)嗝嫔?，降低紊流并防止污泥區(qū)附近的流速過大，采用指形出水槽以延長出流堰的長度；沉淀池加蓋或設(shè)置隔墻，以降低池水受風(fēng)力和光照升溫的影響；高濃度水經(jīng)過預(yù)沉，以減少進水懸浮固體濃度高產(chǎn)生的異重流等）；二是加強運行管理，在沉淀池投產(chǎn)前應(yīng)嚴(yán)格檢查出水堰是否平直，發(fā)現(xiàn)問題，要及時修理。在運行中，浮渣可能堵塞部分溢流堰口，致使整個出流堰的單位長度溢流量不等而產(chǎn)生水流抽吸，操作人員應(yīng)及時清理堰口上的浮渣；用塑料加工的鋸齒形三角堰因時間關(guān)系，可能發(fā)生變形，管理人員應(yīng)及時維修或更換，以保證出流均勻，減少短流。通過采取上述措施，可使沉淀池的短流現(xiàn)象降低到最小限度。
4.2.2正確投加混凝劑
　　當(dāng)沉淀池用于混凝工藝的液固分離時，正確投加混凝劑是沉淀池運行管理的關(guān)鍵之一。要做到正確投加混凝劑，必須掌握進水質(zhì)和水量的變化。以飲用水凈化為例，一般要求2-4小時測定一次原水的濁度、pH值、水溫、堿度。在水質(zhì)頻繁季節(jié)，要求1-2小時進行一次測定，以了解進水泵房開停狀況，根據(jù)水質(zhì)水量的變化及時調(diào)整投藥量。特別要防止斷藥事故的發(fā)生，因為即使短時期停止加藥了也會導(dǎo)致出水水質(zhì)的惡化。
4.2.3及時排泥
　　及時排泥是沉淀池運行管理中極為重要的工作。污水處理中的沉淀池中所含污泥量較多，有絕大部分為有機物，如不及時排泥，就會產(chǎn)生厭氧發(fā)酵，致使污泥上浮，不僅破壞了沉淀池的正常工作，而且使出水質(zhì)惡化，如出水中溶解性BOD值上升；pH值下降等。
　　初次沉淀的池排泥周期一般不宜超過2日，二次沉淀池排泥周期一般不宜超過2小時，當(dāng)排泥不徹底時應(yīng)停池（放空）采用人工沖洗的方法清泥。機械排泥的沉淀池要加強排泥設(shè)備的維護管理，一旦機械排泥設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)及時修理，以避免池底積泥過度，影響出水水質(zhì)。
4.2.4防止藻類滋生
　　在給水處理中的沉淀池，當(dāng)原水藻類含量較高時，會導(dǎo)致藻類在池中滋生，尤其是在氣溫較高的地區(qū)，沉淀池中加裝斜管時，這種現(xiàn)象可能更為突出。藻類滋生雖不會嚴(yán)重影響沉淀池的運轉(zhuǎn)，但對出水的水質(zhì)不利。防止措施是：在原水中加氯，以抑止藻類生長。采用三氯化鐵混凝劑亦對藻類有抑制作用。對于已經(jīng)在斜板和斜管上生長的藻類，可用高壓力水沖洗，往往一經(jīng)沖洗即可去除附著的藻類。
　　活性污泥處理系統(tǒng)的二次沉淀池是該系統(tǒng)的重要組成部分。二次沉淀池的運轉(zhuǎn)是否正常，直接關(guān)系到處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)和回流污泥的濃度，對整個系統(tǒng)的凈化效果產(chǎn)生重大影響。二次沉淀池運行管理較為復(fù)雜，其運行過程中常見問題及防止措施參見“活性污泥法處理系統(tǒng)的運行管理”。

5.結(jié)束語

　　供水管理就以系統(tǒng)為基礎(chǔ)，既要認(rèn)識到城市用水系統(tǒng)各要素之間的復(fù)雜關(guān)系，又要對這種聯(lián)系及其相應(yīng)的利益，進行管理控制的一種全新的模式，把多種管理方法和手段集成起來，從技術(shù)，運作，系統(tǒng)控制這三個最基本的方面入手，管理好城市水資源和城市用水。

2005年9月15日