必要的合理的技术改造是充分发挥常规处理效果的重要保证

宋仁元

　　常规处理通常包括混和，絮凝，沉淀，过滤和消毒等几个工艺过程。就降低浊度等物质而言，混和是成功的关键，絮凝是提高沉淀效果的重点，沉淀是保证滤前水质的条件，滤池是达到目标浊度要求的保证。

　　1、快速而均匀地混和是成功的关键

　　在加注量较低的情况下，如无有效的快速混和，滤后水浊度不会低于0.2NTU，除非再以聚合物作助凝剂或助滤剂。相反，有效的快速混和即使直接过滤也可使滤后水浊度小于0.1NTU。
　　要达到快速而均匀地混和，关键是采用合理的参数和混和型式。美国的基本经验以及多数的实践，比较合适的参数是速度梯度G＝500－2000秒^－1，停留时间T＝1～3秒。
　　比较合适的混和方式是：
　　·当加压泵距絮凝池较近时，利用水泵混和是一种效果较好的因地制宜方式。
　　·机械混和。为减少短路机械混和宜二级，二级机械混和效果较好，但较易损坏，维护工作量大。
　　·管道混和器。设计较好的混和器在设计流量时效果较好，流量降低时影响混和效果。
　　·水泵扩散式混和系统如附图1。
　　不少美国文献推荐这种混合方式。美国Kawamura教授提供的资料，这种混和方式的投资比机械省50％，水厂运行证明混凝剂省25％～35％。
　　检验现有混和设备效果，较好的方法是在经混和的管道外壁开6－8个小洞，分析水中混凝剂或消毒剂分布的均匀性。为分析方便一般测氯或铝。如均匀程度在90％以上可认为是比较满意。如开洞有困难，可在混和结束，絮凝池进口处各断面取样分析，在测试期间维持水质、水量及加注量不变。
　　如水厂混和条件不够理想，改善混和条件将是化钱很少，效益很大的改造措施。　

　　2、絮凝要完善

　　沉淀池出水浊度决定于绒体粒径，比重和沉淀池沉淀条件。要使绒体更有效地沉淀，绒体要凝结得大而均匀。从微小的悬浮颗粒可能絮凝到多大粒径的绒体决定于GTC。G为速度梯度（秒^－1），T为停留时间（秒），C为原水浊度（NTU）。GTC值可在1～10间选择。这里可见当原水浊度较高时可选择较低的GT值，反之要选择较高GT值。G的最大值有一定制约，随着绒体在絮凝池中逐步增大，绒体能承受剪力（μG）值逐步降低。所以絮凝池设计成G值逐步降低的方式是合理的。
　　确定合适的GT组合，较理想的办法是做搅拌试验。是先用六联搅拌机求得原水的合适混凝剂加注量。然后用六联搅拌机，以同样的混和条件和混凝剂加注率，试验不同絮凝条件，测其同样沉淀时间后的浊度。
　　如先用G＝100秒^－1，t＝0、1、2、3、4、5分；再G＝80，t＝0、2、4、6、8、12；再G＝60，t＝0、4、8、12、16、20；再G＝40，t＝0、5、10、15、20、25；再G＝20，t＝0、5、10、20、30、50分。
　　可测得浊度回线为附图2。合适的组合是G₁T₁、G₂（T₂－T₃）；G₃（T₅－T₆）；G₄（T₇－T₈）；G₅（T₈－T₉）。
　　如果进行上述试验有困难，也可借鉴类似水源的成功经验。
　　在考虑絮凝时要强调完善，不必强调减少絮凝时间。如絮凝设备不完善要靠增加混凝剂或增加沉淀时间来补偿，在极大多数情况是不经济的，考虑絮凝时间时宜留有一定余地。
　　·絮凝设备的形式
　　絮凝设备基本上可分为二大类：机械式和隔板式。机械式的优点为：水量降低时，絮凝效果不降低并稍有提高；根据温度等条件变化G值可调节。但主要缺点是：短流相对较大，设备较易损坏，维修量大。
　　隔板式有多种型式如水平往复式，垂直往复式，水平回转式，网格式，水平或垂直折板式。隔板式的主要优点是设备相对简单，短流相对少。主要缺点是随着流量降低，絮凝效果相对有所降低；多数型式G值在絮凝过程中分布相对不均匀。在城市地面水供水厂通常夏季供水多，冬季供水少；夏季水温高可用较高G值，冬天水温低宜用较低G值，一定程度上可以抵销。
　　选择隔板的形式主要宜考虑絮凝过程中G值分布均匀程度。如水平往复式隔板絮凝池在转变处G值较大，在直槽部分G值较小。为了不打碎绒体，形成一定绒体时最大G值受转弯处控制，因此直槽部分絮凝效果较差。为了降低直槽部份距离，日本倾向于上下式，但也带来其他矛盾。回转式可以减少转弯和直槽部份的G值差距，从而提高总体絮凝效果。折板式G值分布相对均匀，同样时间的絮凝效果更好。在水量允许的条件下，水平折板比上下折板在设备和管理上更方便些。
　　美国和日本过去较多使用机械式絮凝池。但在近15年内东京、大阪的多数水厂及美国部份中型水厂均采用隔板式絮凝池。
　　检查现有絮凝池效果的较好办法是以生产池同样的水样和混凝剂加注量的搅拌试验与生产池进行比较。在搅拌机上，先以G＝500～1000秒^－1快速搅拌1～2秒，再以上述方法求得的理想GT组合进行絮凝，然后在烧杯中停留一定时间取样分析浊度。另外在生产絮凝池结束处用烧杯在不打碎绒体条件下取样，放在池壁走道上沉淀同样的时间，取样测定其浊度。二者的浊度差别，大致就是改造可能获得的效益。上述测定包括了混和因素，如要去除混和因素，可在絮凝池进口处取样，就在池旁把水样倒入烧杯，以理想GT值进行搅拌，然后用以上方法对比二者之间的静置沉淀后浊度。

　　 3、过滤效果决定于滤料结构，能否经常维持这个效果决定于合理冲洗。

　　在一定的原水水质，混凝剂加注条件和滤速条件，过滤效果决定于滤层。滤层越细，越深，越均匀，过滤效果越好；滤层越粗，越深，越均匀则含泥能力越大，即允许的过滤周期，滤速或进水浊度可以更高。
　　1970年后美国普遍使用双层滤料，0.5m煤（Es＝1.0mm，Uc＝1.5），0.25m砂（Es＝0.5mm，Uc＝1.5）。这里Es为有效值径；Uc为均匀系数。1980年后深层（1.8m）粗粒（Es＝1.3mm，Uc＝1.5）煤，下面0.3m砂（Es＝0.75mm）（或者没有）的滤层盛行起来。近年来国内较多使用粗粒（d＝0.95mm）深层（L＝1.2m）砂滤层。粗粒深层滤料即使较高的滤速（15～20m/时），出水浊度仍可≤0.1NTU。
　　为了保证过滤效果，滤层厚度L与有效直径d之间宜维持一定比例；
　　普通砂滤池和标准双层滤池L/d≥1000
　　粗粒深层滤池L/d≥1300
　　为使出水浊度达到0.1NTU，双层滤池及粗粒深层滤池如不加聚合物时，L/d比需在此基础上增加25％。
　　Kawamura教授总结美国水厂滤池运行经验认为，当滤层厚度＜0.9m时，表面冲洗和气水冲是同样有效，表面冲洗不亚于气水冲洗。当＞0.9m时宜用气水冲洗加（或不加）表面冲洗。
　　现有水厂滤池的技术改造受滤层深度甚至冲洗强度的制约，为提高过滤效果，常规滤池翻砂时宜改为均粒滤料，其深度要尽量利用，均匀系数宜尽量小，有效粒径为厚度的1/1000，最好冲洗强度能满足新滤层的需要，否则加表面冲洗。是否较彻底地改造为粗粒深层滤池决定于技术经济比较。