天然錳砂濾料與無(wú)閥濾池除鐵錳工藝選擇及設(shè)計(jì)方法

 一、除鐵錳工藝選擇及設(shè)計(jì)

      1.1除鐵除錳處理工藝流程
      根據(jù)除鐵錳基理及我國(guó)多年的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，地下水除錳工藝大多采用曝氣接觸氧化法。一般采用跌水、淋水、射流曝氣、壓縮空氣、接觸式曝氣塔、機(jī)械通風(fēng)曝氣塔等曝氣裝置；過(guò)濾裝置可分為壓力式和重力式兩種形式，壓力式過(guò)濾形式以壓力過(guò)濾器為主，濾料分為天然錳砂濾料和纖維濾料；重力過(guò)濾形式以濾池為主，常用的濾池形式有普通快濾池、無(wú)閥濾池等，濾料為天然錳砂濾料。
由于原水含鐵、錳指標(biāo)分別為9.0mg/l、1.5mg/l，鐵錳超標(biāo)嚴(yán)重，本設(shè)計(jì)根據(jù)原水水質(zhì)采用重力式機(jī)械通風(fēng)接觸式曝氣塔+重力式無(wú)閥過(guò)濾器二級(jí)除鐵、錳工藝，其工藝流程為：

1.2工藝設(shè)計(jì)及參數(shù)
      1.12曝氣塔
      曝氣塔采用機(jī)械通風(fēng)接觸式曝氣塔，曝氣填料采用活化無(wú)毒多面空心球雙層布置。水源井來(lái)水從塔的上端均勻配水進(jìn)入塔體，通過(guò)雙層空心球盡可能與填料接觸，填料下設(shè)置離心軸流風(fēng)機(jī)由下至上向塔內(nèi)充氧，達(dá)到對(duì)原水進(jìn)行充分曝氣的作用。曝氣塔設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為25m3/m2.h，直徑為φ3000，單臺(tái)產(chǎn)水量為175 m3/h，配套4-72-4型離心風(fēng)機(jī)（Q=9750-14750 m3/，H=324-224mm，N=7.5KW）。由于水量規(guī)模的變化，設(shè)計(jì)由原來(lái)四臺(tái)更改為2臺(tái)。

曝氣塔結(jié)構(gòu)圖

1.2.2無(wú)閥過(guò)濾器
      錳砂除鐵除錳過(guò)濾裝置采用無(wú)閥過(guò)濾器，由于原水鐵錳含量較高，設(shè)計(jì)采用二級(jí)串聯(lián)除鐵錳工藝，原水經(jīng)曝氣塔充分曝氣后重力進(jìn)入一級(jí)除鐵過(guò)濾器，經(jīng)一級(jí)處理后進(jìn)入中間水池，經(jīng)中間水池提升泵進(jìn)入二級(jí)除錳過(guò)濾器。兩級(jí)過(guò)濾采用同型號(hào)無(wú)閥過(guò)濾器，濾料為連云港產(chǎn)的天然錳砂，三臺(tái)過(guò)濾器為一組，兩工一備，反沖洗實(shí)現(xiàn)水力自動(dòng)反沖并輔助壓縮空氣沖洗。

錳砂除鐵除錳無(wú)閥過(guò)濾器結(jié)構(gòu)圖

      凈水車(chē)間共設(shè)無(wú)閥過(guò)濾器二組共6臺(tái)，除鐵除錳各一組3臺(tái)，單臺(tái)直徑為φ4700，每組產(chǎn)水量為320 m3/h，濾速為10m/h，錳砂濾料層厚為900mm，終期水頭損失為1.70m，反沖洗強(qiáng)度為18L/s.m2，氣沖洗強(qiáng)度為15L/ m2.s,配套Q=20 m3/min，H=6m鼓風(fēng)機(jī)，水沖洗歷時(shí)為5min，氣沖歷時(shí)為2min。
1.2.3反沖洗水處理系統(tǒng)
      為避免水資源的浪費(fèi)，防止高濃度含鐵、錳廢水進(jìn)入礦區(qū)污水系統(tǒng)，影響污水處理廠的正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)對(duì)反沖洗水進(jìn)行了收集和處理。凈水車(chē)間外設(shè)置V=400 m3生產(chǎn)廢水池，內(nèi)設(shè)HJ-1600混合攪拌機(jī)四臺(tái)，防止污泥沉淀，內(nèi)設(shè)WQX50-8-2.2（Q=25m3/h，H=8m，N=2.2Kw）型潛水排污泵二臺(tái)將污泥提升至凈水車(chē)間內(nèi)混凝反應(yīng)池（1.5m×1.5m×1.4m），反應(yīng)池設(shè)置兩座，一工一備，各設(shè)WQX50-8-2.2型潛水排污泵及反應(yīng)攪拌機(jī)一臺(tái)，污泥通過(guò)提升進(jìn)入豎流沉淀器，污泥處理系統(tǒng)設(shè)置φ3600豎流沉淀器兩座，沉淀時(shí)間為1.5h，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.0007m/s，污泥經(jīng)沉淀器分離后，清水回流至中間水池，污泥進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)污泥分級(jí)濃縮后提升至DYL-500型帶式壓濾機(jī)壓濾后泥餅外運(yùn)。設(shè)置加藥裝置一套，藥劑為聚丙烯酰胺。
二、除鐵除錳工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)；
      2.1無(wú)閥過(guò)濾器用于地下水除鐵、錳處理的技術(shù)改進(jìn)無(wú)閥過(guò)濾器屬于小阻力配水系統(tǒng)，反沖洗壓力很難保證，在國(guó)內(nèi)除鐵、錳工藝選擇中一般選擇雙閥或普通快濾池作為終端處理構(gòu)筑物，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能力為Q=13000m3/d中小型水廠，水質(zhì)為鐵、錳含量較高的地下水，采用設(shè)備化的無(wú)閥過(guò)濾器在工藝選擇上確實(shí)有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，本設(shè)計(jì)對(duì)無(wú)閥過(guò)濾器采取了以下措施：

      ①.為防止鐵離子穿透一級(jí)除鐵濾層，將傳統(tǒng)的700mm錳砂濾料層加厚至900mm；

      ②.為防止錳砂濾料板結(jié)，在承托層的上方布置了豐字型氣體反沖洗管，反沖洗時(shí)進(jìn)行氣水防沖；

      ③.由于設(shè)計(jì)規(guī)模變化，原一、二級(jí)除鐵、錳各設(shè)兩組無(wú)閥過(guò)濾器，本設(shè)計(jì)改變無(wú)閥過(guò)濾器兩臺(tái)一組的習(xí)慣，設(shè)三臺(tái)過(guò)濾為一組，除鐵除錳各一組，通過(guò)過(guò)濾器水箱連通管閥門(mén)切換，三臺(tái)過(guò)濾器可任意兩臺(tái)并聯(lián)工作，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)濾料板結(jié)時(shí)，保留三臺(tái)同時(shí)工作的可能，為設(shè)備檢修、更換錳砂濾料、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制反沖提供了設(shè)計(jì)上的保證；

      ④.為實(shí)際運(yùn)行管理方便，本設(shè)計(jì)在過(guò)濾器本體上設(shè)置了監(jiān)視玻璃透鏡和罐內(nèi)液位顯示裝置，在操作中能明確觀察每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，清晰的觀察到反沖洗的形成和結(jié)束及效果，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理。無(wú)閥過(guò)濾器進(jìn)行了上述改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了氣水反沖、過(guò)濾裝置的交替使用，有效的解決了重力式無(wú)閥過(guò)濾器自身的缺點(diǎn)，工程2001年9月驗(yàn)收移交以來(lái)，過(guò)濾效果良好，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)反沖洗，反沖洗周期為12-48小時(shí)，出水水質(zhì)鐵、錳指標(biāo)分別為0.15mg/l、0.07mg/l，完全符合國(guó)家生活飲用水鐵、錳0.3mg/l、0.1mg/l的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
      2.2豎流沉淀器排泥設(shè)計(jì)改進(jìn)；
      豎流沉淀器用于污泥處理系統(tǒng)的泥水分離，常規(guī)設(shè)計(jì)泥斗設(shè)在地下，排泥采用側(cè)向靜
壓排泥，由于鐵錳泥的自身特點(diǎn)，將泥斗設(shè)于地下極易造成污泥板結(jié)，清理有十分困難。本設(shè)計(jì)將該處理裝置完全設(shè)于地面上，排泥通過(guò)泥斗下方的排空、排泥管進(jìn)行排泥，打破了常規(guī)設(shè)計(jì)的排泥方式，解決了維修、清理的實(shí)際困難，運(yùn)行效果良好。
三、工藝設(shè)計(jì)體會(huì)
     3.1設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：

     3.1.1系統(tǒng)超越管道的設(shè)置含鐵、錳地下水給水工程一般均由水源地、加壓站、輸水管道、凈配水廠等工程組成，
由于輸水管道在施工竣工后必須進(jìn)行清洗，管道清洗廢水含有大量泥砂，進(jìn)入處理系統(tǒng)勢(shì)必造成濾料的堵塞甚至報(bào)廢。因此在凈、配水廠的設(shè)計(jì)中必須考慮進(jìn)入系統(tǒng)前的超越。
     3.1.2系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的匹配；
對(duì)于鐵、錳含量高而采用重力式二級(jí)串聯(lián)處理工藝的設(shè)計(jì)，必須注意水源井泵（加壓站泵）與中間水池提升泵的流量匹配，否則系統(tǒng)很難保證連續(xù)運(yùn)行。
     3.1.3曝氣塔風(fēng)機(jī)的安裝位置；
曝氣塔風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口的安裝必須高于底層填料布風(fēng)管標(biāo)高，否則當(dāng)風(fēng)機(jī)事故停機(jī)時(shí)會(huì)造成水的回灌而損壞風(fēng)機(jī)、造成跑水事故。
      3.14水封井的加高
 無(wú)閥過(guò)濾器水封井設(shè)計(jì)上緣一般與地面相平，由于反沖洗瞬時(shí)流量及強(qiáng)度很大，極易造成沖洗水濺出水封井，本工程在試運(yùn)中曾多次發(fā)生冒水現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。
      3.2設(shè)計(jì)中仍需解決的問(wèn)題
      3.2.1主工藝系統(tǒng)出水水質(zhì)的檢測(cè)
由于鐵、錳等重金屬的化驗(yàn)周期較長(zhǎng)，運(yùn)行中只能根據(jù)反沖洗周期的變化預(yù)測(cè)出水水質(zhì)是否惡化，而通過(guò)周期法只能定性的作出分析判斷，具有明顯的滯后性，不利于出水水質(zhì)的保證。如何快速定量的對(duì)出水水質(zhì)作出分析判斷是除鐵、錳處理廠設(shè)計(jì)面臨的課題。
      3.2.3污泥處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)運(yùn)行； 本設(shè)計(jì)污泥處理系統(tǒng)的豎流沉淀器及污泥濃縮池?zé)o法實(shí)現(xiàn)泥水液面分離監(jiān)測(cè)，即在實(shí)際操作中無(wú)法觀測(cè)到沉淀器、污泥濃縮池內(nèi)分層液面，致使很難準(zhǔn)確的控制沉淀器的排泥時(shí)間，無(wú)法根據(jù)濃縮池內(nèi)分層情況進(jìn)行分級(jí)濃縮。如何有效的檢測(cè)泥水分離液面位置，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理與運(yùn)行是污泥處理面臨的難題。