湟水河净化水系统设计与工业用水水处理技术措施

孙英

摘要：针对青海湟水河河水浊度变化的特殊性和普遍性，通过工程技术措施、创新技术工艺，破解了高海拔高寒区高浊度急流水净水技术的难题;解决了高浊度湟水河净化水系统设计与工业用水水质处理技术;检验了集成式一体化水处理设备在中小型水厂中的应用状况;新型净水工艺操作简单、不耗电、无机械、出水水质好;同时，采用沉沙池或适当加大清水池容量的工程措施，不仅承担了调蓄避沙峰的任务，而且还强化了供水的安全性;探索出适应企业自身发展需求的创新供水模式。

关键词：湟水河;浊度;水处理;工艺流程;技术措施

中图分类号：TQ085+.4         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）14-0038-03

Abstract： Aiming at the particularity and universality of turbidity change of huangshui river in qinghai province， the problem of high turbidity rapid water purification technology in high altitude and cold region was solved through engineering technical measures and innovative technology. The design of purifying water system of Huangshui River with high turbidity and the treatment technology of industrial water quality were solved. The application of integrated water treatment equipment in small and medium scale water plant was tested. The new water purification process was simple in operation， with no power consumption， no machinery， and the effluent quality was good. At the same time， by adopting engineering measures of sinking sand pool or appropriately increasing the capacity of cleaning water tank， it was not only undertook the task of regulating and storing sand peak， but also strengthened the security of water supply. An innovative water supply model was explored to meet the development needs of enterprises.

Key words： Huangshui River; turbidity; water treatment; technological process; technical measures

為深入实施“十三五”规划，全面推进绿色制造，项目实施单位通过实业投资与资本经营相结合，投资电力资源和新兴铝合金加工项目，发展下游铝加工产业，形成水电铝联营的绿色产业发展模式。项目建设运营年产10万t新型轨道交通用铝合金挤压材项目及与之配套的年产40万t铝基合金项目和25万t阳极炭素项目。项目实施单位因时制宜、合理开发利用资源，就近选择水源为湟水河河水，采取岸边取水、净化、管道输送满足供水，具体涉及到高浊度湟水河净化水系统设计以及工业用水水质处理工艺流程等技术措施。从实际上解决了企业生产供水水量不足，高浊度湟水河河水直接引水净化处理等难题，实现了节能减排、降本增效、保护环境的可持续发展目标[1-4]。

1  项目区流域概况

项目实施地民和县工业园区位于湟水流域，是黄河上游的一级支流，由湟水干流和大通河支流组成。大通河是湟水河的一级支流，发源于青海省天峻县境内托莱南山的岗格尔肖合合力（海拔5 174 m）东麓，自西北向东南流经青海、甘肃两省，最后在民和县享堂镇汇入湟水河。大通河干流河道全长574.12 km，流域面积15 133 km2，河道平均比降为4.57‰，在民和县境内流域面积14.02 km2。湟水河年径流量19.85亿m3/s，多年平均流量157.1 m3/s，调查历史洪水流量2 800 m3/s，20年一遇洪水流量1 790 m3/s，多年平均含沙量11.4 kg/m3。历史最大含沙量716.0 kg/m3。湟水河为大陆性季风区雨源性河流。项目地表水资源分布不均匀，水土资源结合极为不平衡，受地形、气候等大自然地理因素影响较大，尤其冬季流量更小，时有干枯现象[5，6]。

1.1  湟水河水文特点

湟水河在民和水文站河段内的最主要水文特征：一是含沙量高，最高达到716.0 kg/m3（1999年8月5日）;二是持续时间长，含沙量大于100.0 kg/m3的时间最长可达34.5 h（1998年5月31日至6月2日）;三是高含沙量出现频率高[7，8]。

1.2  供水安全性计算

综合湟水河民和段水文资料及湟水河已建工程实例，确保净水工段生产用水的安全可靠，方案设计中设置新型澄清池3座（2用1备），每座设计产水量312.50 m3/h，正常供水量625.00 m3/h，设计进水含沙量70 kg/m3，当含沙量超过70 kg/m3时，3座同时减量产水，保证30%的产水量。清水池3座，每座5 000 m3，共计15 000 m3的清水贮量。供水安全计算方式见表1。根据水文资料，百年一遇的高含沙量时段，持续时间为21.2 h，表1第1种运行方式可保证，经济性能好;百年一遇的长时间沙峰，持续时间34.5 h，若减少供水量，第2、第3种运行可以保证;假设这两种百年一遇状况相遇，可采用第4种运行方式。

2  净化水系统设计

综合相关水文资料及已建工程实例，为了从净水工段确保企业生产用水的安全可靠，方案设计中确定设置新型澄清池3座（2用1备），每座设计产水量312.50 m3/h，正常供水量625.00 m3/h，设计进水含沙量70.0 kg/m3，当含沙量超过70.0 kg/m3时，3座同时减量产水，保证30%的产水量。清水池3座，每座5 000.00 m3，共计15 000.00 m3的清水贮量。

2.1  项目设计规模

水量Q=15 000.00 m3/d=625.00 m3/h。总变化系数K总=1.1，则Qmax=687.50 m3/h。

2.2  工程项目组成

项目以地表水湟水河水为水源，主要由取水、净化、 供水三大部分组成，水处理技术采取创新技术、新的净化工艺，去除原水中各种杂质，使净化后的水质符合GB5749-2006[8]。

2.3  取水口选址

工程水源为高浊度黄河水，确定清水池位置的选择系统设计的核心和关键。由于湟水河的水质较差，含沙量大，因此，为了保证生产供水安全可靠，清水池确定设置3座5 000.00 m3钢筋混凝土清水池，合计容量15 000.00 m3。根据40万t/年铝基合金大板锭项目的厂址和供水净化工程的位置，将3座5 000.00 m3清水池选择在净水厂内，其优点是：清水池若设在项目厂区内，则存在二次提升的问题，现设在净水厂内不需二次提升，以节约能源;清水池设在净水厂内，管理方便;净水厂距湟水河近，清水池的溢水、泄水较方便。因此，将3座5 000.00 m3清水池设在净水厂内较为经济合理。

2.4  工程概况

澄清室内设新型澄清池3座，加药池2座，卸药罐1个，进水管道设浊度监测仪1台，以根据进水的浊度确定加药量;气浮过滤室内设气浮过滤池2座;露天设清水池3座，单池有效容积5 000.00 m3;设集泥池1座，设泥沙提升泵房1座，脱水间1座（二期规划建设项目）;设供水泵房1座，用于给上城区生产供水。另设锅炉房1座。

3  水处理工艺技术措施

湟水河水处理技术核心问题主要是排泥沙，年排放量为6.24万t/年，由于在工程设计中考虑到泥沙排放问题，新型澄清池处理后的泥沙排至集泥池，再提升至泥沙脱水车间脱水后外运至环保部门指定的地点或作建筑原料。

3.1  净化水工艺流程

净化水工艺流程见图1。该工程的水源为湟水河，经取水泵提升（冬季取水進水口结冰利用电热闸板解决取水难问题），后进入新型澄清池，经澄清池处理后，流进气浮滤池，再经气浮滤池过滤处理后，流入净水间外的3座5 000 m3清水池;清水池中的清水再经设置在供水泵房内的扬水泵，提升至项目生产区。新型澄清池的污泥排入集泥池，由泥沙提升泵提升至脱水车间。泥沙经离心脱水机脱水后，形成的固体泥饼外运至环保部门指定的地点。

3.2  水质要求

①进水水质。水源为湟水河水，含沙量≤70.0 kg/m3，溶解性固体516.0 mg/L;②出水水质。达到GB5749-2006中感官性状和一般化学指标要求，浊度≤1 NTU，色度≤15度，耗氧量≤3 mg/L，细菌总数≤100 CFU/mL，大肠菌群0 CFU/mL[9，10]。

3.3  新型澄清池工艺

新型澄清池工艺流程包括混合、反应、絮凝、旋流沉淀、悬浮泥渣过滤、澄清分离多个处理过程，在同一池体内进行，内外层共用池壁。新型澄清池是适用于高浊度水一级处理流程的处理构筑物，科学合理控制加药量直接影响澄清效果。新型澄清池排泥主要通过水力静压排泥，系统分为中部排泥和底部排泥两部分。一级沉淀对原水浊度的去除率因原水浊度不同而不同，经取水样分析浊度，计算去除率。

综上所述，新型澄清池工艺与结构设计的创新点，使新工艺与传统工艺相比，压缩了工艺流程，节省了工程投资，减少了占地面积;采用重力排泥，不用刮泥机械，降低运行费用;去除污染物COD效果明显，保证了安全卫生供水。

3.4  气浮法净水工艺

气浮法净水是设法在水中通入大量的微细气泡，使其粘附在杂质絮粒上，造成整体比重小于水的状态，并依靠浮力使其浮至水面，从而获得固、液分离的一种净水法。而比水重的泥沙颗粒下沉至滤池，通过滤料截留在滤池中。当泥渣积累到一定程度时过水阻力增大，水面升高，通过反冲洗净化滤料[3，5]。周而复始，起到深度净水作用。气浮滤池是一种快速、高效的固、液分离装置，主要功能是去除水中的胶体物质、石油类、有机物，降低水中的色度、浊度，去除水中异味等。

3.5  混凝处理工艺

水质的混凝处理是向水中投加混凝剂，通过混凝剂水解产物压缩胶体颗粒的扩散层，达到胶体脱稳而相互聚结，或通过混凝剂的水解和缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附架桥作用，使胶体颗粒被吸附粘结[2，9]，相互凝聚生成大的矾花，加强、加速沉淀。混凝效果的好坏与许多因素有关，如原水中的胶体性质、混凝剂种类和投加量、水的pH和温度等。通过长期积累的运行经验，同时通过试验来确定混凝剂投加量。目前湟水河水水质大多采用碱式氯化铝（PAC）、聚丙烯酰胺（PAM）两种处理方式。

3.6  加氯净化工艺

加氯净化工艺是通过二氧化氯发生器，采用化学反应原理，氯酸钠水溶液与盐酸在负压条件下，经供料系统定量输送到反应系统中，在一定混合条件下经过负压曝气反应产生二氧化氯与氯气的混合气体，经系统吸收后，形成一定浓度的二氧化氯混合消毒液，然后加入待处理水中。进行二氧化氯消毒是保证水质、确保安全供水的关键。

氯酸钠和盐酸在一定的比例下，其反应产物为两份二氧化氯和一份氯气的混合消毒气体。该混合消毒气体具备快速、高效、广谱的消毒效果，其消毒能力是单一消毒剂能力的3～5倍，是一种理想且安全可靠的消毒药剂[2，9，10]。

4  小结

根据实际运行经验和数据，针对黄河水浊度变化的普遍性和特殊性选择工艺，结合湟水河民和段水体的特点，运用“新型澄清池预处理+气浮过滤池”工艺技术，通过工业用水水处理项目的实施，经过实践运行情况良好，取得了良好的效果，同时该项目的成功实施也为后续中小型水厂水处理方面积累了宝贵的实践经验。综合处理方案成功解决了湟水河河道取水高濁度水处理及高海拔高寒地区冬季水处理技术难题。

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