絮凝沉淀法在城市内河水质净化中的应用

时间：2024-07-28

李林

（福州城建设计研究院有限公司，福州 350001）

目前，我国城市内河污染严重，城市河段乱修乱建的现象相当普遍，特别是南方许多大中型城市，垃圾、污水等污染物未经处理直接排向内河，堵塞河道，严重影响到城市景观、内涝防治和小气候调节，制约了城市的品质提升和安全发展。因此，研究如何净化城市内河水质具有现实意义。

1 各内河水质净化方法的优缺点分析

城市内河水质净化的方法分物化法和生物生态法。常用的物化法有环境调水冲污、源头截污、疏浚底泥和絮凝沉淀；常见的生物生态法有河道曝气充氧、投加生物制剂、草坪和水生植物生态护岸、生态浮岛和漂浮式人工湿地、生物修复底泥等。

环境调水冲污主要通过河闸和抽水泵房等水利设施实现清、污水的交换，因此，该工程需要提高水利枢纽的质量，如加固水闸等，同时还要整治河道[1]。运行费用也较昂贵，如福州内河调水冲污工程日运行费用为3万～5万元[2]。

源头截污是从根本上解决河湖污染的关键，只有污染源从源头上得到控制，才能真正使河湖水质状况得到改善。但截污治理需要理清城市污水管网，大量修补断头管，必要时还需增加一定数量的污水泵站来保证污水的输送，因此，截污治理工程工作量大，难度大，投资成本高。

疏浚底泥是治理污染河流及湖泊污染源的重要措施，其改善内河水质的效果明显，如我国滇池草海一期工程疏浚底泥400万m3后，水体透明度由原来的不足0.37m提高到0.8m[3]。但清淤工程量大，且恶臭污泥处置不当会造成二次污染，另外，过度清淤还会破坏内河现有的生物链系统。

河道曝气有鼓风曝气、纯氧曝气和机械曝气，去除内河水质污染物的效果较好、无二次污染，如北京清河曝气充氧后BOD去除率为74.7%～88.2%，SS去除率为76.7%～81.9%，NH3-N去除率为15.8%～45%[4]，但河道曝气采用鼓风或纯氧曝气时需建设鼓风机房或液氧站，设备投资费用高，设备运行时电耗大，运行成本也较高。

絮凝沉淀法在制水工艺中的应用较多，技术成熟可靠。该方法可消除水体中的藻类和其他悬浮物质，净化原水，降低浊度，作用时间短、见效快，且运行成本低。

生物制剂投加法应用简单、见效快，但持效期短，连续使用还会导致水中微生物处理水质能力下降，且必须定期进行微生物筛选培育、保存、复壮等一系列专业处理过程。

生态护岸不仅水质净化效果好，还能营造湿地景观。如我国汾河太原城区段利用格宾网箱来修筑护岸[5]，江西德安的博阳河下游利用了自嵌式植生挡土墙[6]，均取得了很好的效果。由于生态护岸既要考虑河水与地下水之间的交换，又要考虑护岸耐河水的冲刷能力，因此，其投资成本高、建设周期长，且建成后需要专业性维护。生态浮岛、生物修复底泥等其他生物生态法均存在同样的问题。

2 絮凝沉淀法净化内河水质的优势

各种内河水质净化方法中，源头截污是内河整治必不可缺的，但其投资成本高、河道截污难以彻底，尤其是老城区污水管线错综复杂，更是增加了截污的难度；环境调水和曝气充氧都存在运行成本高的问题；疏浚底泥存在二次污染的风险；生物生态法虽然运行成本低，可美化环境，但其投资高、见效慢，还需专业性的维护。絮凝沉淀法相对其它内河水质净化方法的优势在于见效快、运行成本一般，适宜于在短期内需改善内河水质、提高河水透明度的地方。

3 絮凝剂投加和絮凝沉淀设备选用要点

3.1 絮凝剂的选用及投加

絮凝剂一般分无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂常作为混凝剂使用，常见的有铝盐和铁盐两大类，铁盐腐蚀性大，不易贮藏、保管，对浊度较低的原水混凝效果不好，而铝盐中聚合氯化铝（PAC）能以各种聚合物种和Al(OH)3的形式直接存在于水中，可获得比用同剂量的硫酸铝处理更佳的效果，因此，PAC在净水工程中常作为混凝剂使用。有机絮凝剂主要是高分子絮凝剂，它常作为助凝剂与混凝剂联用，以应对混凝剂处理低温低浊度原水时效果不明显的问题[7]。目前使用的比较多的助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM）。由于城市内河一般浊度不高，在内河水质净化工程设计中，常将PAC和PAM联用，其中PAC投加量为10～20mg/L，PAM投加量为0.1mg/L。PAM在投PAC之后投加，且两者的时间间隔为1～5min[8]。

3.2 絮凝形式的选用

常用的絮凝设备有：隔板絮凝池、折板絮凝池、网格絮凝池及机械絮凝池，其中除机械絮凝池外，其余均属水力絮凝池。各絮凝设备的优缺点比较见表1。

表1 各种絮凝设备优缺点比较一览表

在内河水质净化工程中，一般要求投资省，管理维护简单，另外，由于取水规模固定，因此，多采用隔板絮凝和网格絮凝的方式，而网格絮凝可与斜管/斜板沉淀合建，更具节约用地的优势。

3.3 沉淀形式的选用

常用的沉淀池型式有：平流式沉淀池、斜板沉淀池、机械搅拌澄清池和高密度澄清池等。各种沉淀设备的优缺点见表2。

按投资和运行费用省、管理维护简单的原则，内河水质净化工程中多采用平流沉淀池和斜管/板沉淀池。其中斜管/板沉淀池在用地紧张的项目中更具优势。

表2 各种沉淀设备优缺点比较一览表

4 应用实例——福州安泰河水质净化工程

4.1 工程背景及工程内容

福州市安泰河位于白马河东侧，是一条东西走向贯穿福州市著名的旧城区三坊七巷的河道。受三坊七巷的影响，该项目需在3个月实现安泰河“水清”的任务。由于工期短，且要求见效快，安泰河水质净化工程采用了絮凝沉淀的处理工艺。

该工程选址于白马河与安泰河交叉处的道路旁，用地面积约200多m2（总平面布置示意见图1）。工程取水白马河，设计取水规模1万m3/d，出水要求浊度＜5NTU。由于工期紧、用地面积小，推荐采用网格混凝+斜管沉淀的处理工艺，设备采用一体式不锈钢设备。

图1 总平面布置示意图

4.2 生产构筑物设计

该工程的生产构筑物主要有取水泵井、絮凝沉淀池、加药间等。

（1）取水泵房

构筑物类型为地下式，平面尺寸5.2×5.2（m），高度6.8m。水泵设计为3台（2用1库存），技术参数为：流量Qmax= 220m3/h，扬程H = 10m，功率P = 11kW。

（2）絮凝沉淀池

构筑物尺寸及类型为：平面尺寸13.36 × 9.52（m），高度4.5m。地下式。絮凝沉淀设备为不锈钢之成套设备。

絮凝沉淀池设计参数为：絮凝池平均分成25格絮凝竖井，每格尺寸800×800（mm），每格絮凝单元上升（下降）流速0.1m/s；总反应时间16.67min；G=57.48/s；GT = 5.75×104；其中1～8格为第一级，每格5层网格，每层81个50×50（mm）方孔，网孔流速0.316m/s；水头损失0.2844m；G=92.96/s；停留时间t1=5.33min，GT= 2.7×104；9～16格为第二级，每格4层网格，每层49个80×80（mm）方孔，网孔流速0.204m/s；水头损失0.0467m；G =37.67/s；停留时间t2=5.33min，GT=1.63×104；17～25格为第三级，不放网格，水头损失0.027m；G=27/s；停留时间t3=6.0min，GT=0.97×104。

斜管沉淀池设计参数为：蜂窝斜管斜长1000mm，内切圆直径30mm；斜管沉淀区清水区上升流速：V=2.5mm/s。

（3）加药间

构筑物尺寸及类型为：平面尺寸5.2×3.8（m），高度4.0m。一层砖混结构。

主要设备有：隔膜计量泵2台（1用1备），Q=100L/h，N=0.25kW，Pnmax=0.3MPa，吸程3m；PAC溶药装置，有效容积1.0m3，N=0.37kW，配置浓度10%。螺杆泵2台（1用1备），Q=100L/h，N=0.37kW，Pnmax=0.8MPa，吸程3m；PAM三槽式自动溶药装置，N总= 0.65kW。

PAC投加量按20ppm设计，药耗为200kg/d；PAM按0.1ppm设计，药耗为1kg/d。