净水技术 | 砷超标？刮泥车优化？看看这些水厂是怎么做的吧！
栏目导读：科技论文的要求和定位为写作设立了一个较高的入门门槛,同时也对广大县镇级别一线水务工作者的行业交流设置了较大的障碍。《净水技术》以推动行业的全面技术进步为己任，针对县镇级水务工作者的交流需求设立县镇专栏，让县镇水司的技术人员轻松交流和展示，并学习更多一线实践中的检验和教训，在头脑风暴中寻求思路，探索未来。本栏目由深圳市清时捷科技有限公司冠名支持，并设立栏目专论优秀论文奖。
丽江二水厂应对原水砷超标的处理措施
丽江第二自来水厂以17 km外丽江玉龙雪山的三束河为主要水源，年取水量为1 700万m3/d，是丽江市主城区最主要供水厂，始建于1987年，分期建设，至2019年处理能力为10万m3/d。二水厂主要工艺为絮凝沉淀、虹吸过滤和二氧化氯消毒常规处理，至2019年供水量为8万m3/d，供水区域包括了丽江市古城区和玉龙县，服务人口18万人。
由于丽江得天独厚的自然环境，水资源无论从量和质都相对良好。二水厂主要水源之一的三束河水源，年平均取水量约4.6万m3/d，丰水期可达10万m3/d，2009年城市供水量约5万m3/d，旱季不足部分由清溪水源补给。三束河水源为一类水质，但由于地质原因，含有少量的砷，浓度约为0.015～0.020 mg/L。2006年《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)将饮用水中砷的限值从0.05 mg/L调整为0.01 mg/L，从而二水厂常规水处理无法有效保障出厂水砷含量在限值以下。新国标限值提高后因为砷超标问题且难以解决，二水厂主水源改成了清溪水源，旱季三束河水源做适量补充，清溪水源水质虽然为一类水质，但水厂靠泵取水，成本增加的同时，城市供水与丽江古城景观用水矛盾突出(当时清溪水源是丽江古城景观用水的主要水源)，水质性缺水矛盾逐渐突出。
地下水中，砷一般以三价和五价的价态存在，三价砷的毒性是五价砷的60倍以上，且在水中五价砷比三价砷更易吸附与沉淀。常规混凝、沉淀工艺除砷的不足在于：对于三价砷的去除效果不佳，对于五价砷的去除率也受水质的影响。对于较严格的0.010 mg/L的限值标准，三束河原水中三价砷含量过高，常规的混凝沉淀工艺无法有效除砷，导致出厂水难以达标。
通过现场勘查、预氯化烧杯试验等研究，二水厂拟定了针对三束河原水的除砷方案，在后续的方案实施过程中，二水厂不断改进和优化方案，成功解决了砷超标问题。
2009年，确定了预氯化-铁盐混凝沉淀的工艺路线，通过前加氯预氧化，将原水中的三价砷氧化成五价砷，再通过三价铁水解产物与五价砷之间的吸附与络合作用，最终在滤池中分离除砷。
通过监测二水厂工艺运行水质情况表明，沉淀池出水的含砷量与原水的含砷量基本相同，且沉淀池中没有明显矾花但存在微小絮体，说明工艺除砷阶段主要在滤池中进行，滤池微絮凝和吸附作用在除砷工艺中应占主导作用。通过过滤工艺去除混凝剂水解产生所形成的胶体颗粒，对提高砷的去除效果有积极意义。研究采用不同粒径的石英砂层作为滤料，而石英砂过滤的效果与沙的填充高度和粒径有关。当砂粒粒径较小、填充较多时，微絮凝作用增强，表现出较好的分离效果。在吸附滤料的选择上，应结合滤料对除砷的特点：对三价和五价砷均有吸附作用。因此,选择0.1 mm石英砂，填充厚度900 mm有较好的分离效果。
总的来说，预氯化除砷工艺方案实施后，出厂水砷含量被有效控制在0.005 mg/L以下，但同时，前加氯量增大带来pH降低导致混凝效果差、处理成本增加等问题。在较佳的工况运行状况下，二水厂耗氯量为0.27 g/m3；三氯化铁耗量为1.4 g/m3。
因三束河水源出水水系至二水厂有近260 m的高程落差，至2016年，二水厂的原水管道几经改造，在17 km的输水管道过程中设置了4个减压池，形成了跌水曝气系统，实现了自然空气对原水充分预氧化的目的，从而取代了前加氯工艺对三价砷的预氧化效果。原水从保护区出水点至水处理工艺曝气系统不同高程溶解氧、砷含量如表1所示。
为提升混凝沉淀效果，选用了三氯化铁混凝剂，三价铁混凝剂虽对三价砷去除效果不佳,但对五价砷的去除率却基本可达到90%以上，且较为稳定。
通过预氧化、微絮凝、吸附沉淀和过滤工艺，同样能保障出厂水含砷量控制在0.005 mg/L以下，且节省了氯投加成本，并有效解决了因前加氯导致的pH降低、副产物风险增加等问题。
由于饮用水中砷的卫生标准日趋严格，饮用水除砷工艺的选择，应根据当地原水水质与经济情况综合考虑。本研究选用的预氧化-铁盐混凝吸附沉淀/过滤法综合了二水厂的现有设备和实际情况拟定的有较高效率和经济技术优势的处理工艺，通过多年的运行，证明能有效解决饮用水中微量砷的去除，对相似条件的水厂运行有一定的参考价值。
更多信息
杨学光，陈丽琼，王菊青
(丽江水务集团甘源环境检测有限公司，云南丽江 674100)
注：本文发表在《净水技术》2019年第12期“'清时捷'县镇级供排水企业进步成果”专栏，有删减，长按下列二维码可阅读文章原文。
平流沉淀池刮泥车的改造和应用
平流沉淀池是净水系统中的重要组成部分，其中大部分的平流沉淀池排泥设备采用行车式虹吸排泥车，设备运行主要根据生产经验确定运行时间。为积极响应国家节能减排政策，深入地开展节能减排工作，小榄自来水厂技术员针对平流沉淀池虹吸式排泥车存在的排泥含固率低、排放量大的缺点进行了优化改造。此次改造为一期2#网格平流沉淀池，投产于1993年，水处理能力为3万m3/d，采用虹吸排泥车排泥。在运行过程中，当原水浊度低于100 NTU时排泥周期为1 d，高于100 NTU时运行周期为12 h。但由于没有精确的运行参数，只根据过往生产经验运行，导致管道排泥的含固率普遍较低、排泥时间较长，浪费大量的水资源。因此，本文主要介绍在不更换整套设备的基础上，对排泥车的运行方式和排泥方式进行改造的经验。
该水厂平流沉淀池长度为60 m，水泥底部水平差约8 cm，在安装虹吸排泥穿孔管时需与平流池最低部位有较大距离。在运行过程中，为了彻底将底部淤泥排出，必须安装一块软板与水泥地完全接触，使软板长期保持与底部的接触。
改造拟实现的功能为排泥车正行走时刮泥软板与平流池地面接触，随着刮泥软板的泥层逐渐增多，堆积到一定的高度时(略低于挡泥板高度)触发信号并进行排泥，排泥时间约1 min直至排泥信号关闭，此时关闭排泥管道阀，刮泥车继续行走，直至再次触发排泥信号。如此循环直至到达终点，升起刮泥板返回起点。
由于改造后整个排泥过程中，排泥信号由改造前的一个增加为多个，使得真空泵的启动次数增加，导致额外的用电量和设备损耗。为优化这一现状，在两条排泥管靠近出水槽的下端安装气动阀门，每次排泥直接开启气动阀即可进行排泥，大大减少了真空泵的启动次数(在管道没有泄漏的情况下真空泵启动次数为零)。
排泥车行走时如何检测到泥尘高度以反馈至PLC，可选用安装在线高量程浊度仪进行检测，但设备成本将大大提高。为了更为经济地进行改造，选用简易的光电浊度开关作为信号反馈。在刮泥板顶部安装信号采集管，利用微型潜水泵将水样进行简易浊度分析，水样浊度达到设定值后发出信号至PLC进行排泥，排泥时间设定在1 min后停止排泥，刮泥车继续行走，如此循环直至终点。
排泥车在返回起点时不需要进行排泥，但是在返回时刮泥软板同时会与地面接触继续形成刮泥状态，导致泥尘无法排出。改造时利用气缸将刮泥板提升一定高度，刮泥车在返回时刮泥软板完全不与地面接触，不会导致扬起泥尘也不影响行走顺畅。
开启气动阀门排泥期间，每隔0.5 min采集一次水样，按照重量法测定泥水中的含固率，改造前后数据如表1所示。记录每次排水的时间和频率，得到排泥水的用量。
由此可见，排泥水含固率由0.6%上升至4%，同时，气动阀门的应用和排泥车行走的方式改变使得排泥时间大大缩短，由原来的32 min缩短为8 min。单次排水量由180 m3缩减为50 m3，一年大约节省25 000 m3排泥水。
由于运行时刮泥软板与平流沉淀池池底接触，池底泥尘基本为零，定期清洗池底可节约大量人力及缩短清洗时间，确保能快速投入运行。
本文所改造的平流沉淀池刮泥车已实际应用到小榄自来水厂一期平流沉淀池，运行结果表明，该设备改造费用低，具有运行可靠、操作方便等特点。测试数据反映了该设备真正做到节约排泥用水、降低自来水厂内部损耗，减少人力清洗池底，切实达到了节能降耗的目的。
更多信息
丁文东，何英华，宋振洪
(中山市小榄水务有限公司，广东中山 528415)