宋仁元

　　常規處理通常包括混和，絮凝，沉淀，過濾和消毒等幾個工藝過程。就降低濁度等物質而言，混和是成功的關鍵，絮凝是提高沉淀效果的重點，沉淀是保證濾前水質的條件，濾池是達到目標濁度要求的保證。

　　1、快速而均勻地混和是成功的關鍵

　　在加注量較低的情況下，如無有效的快速混和，濾后水濁度不會低于0.2NTU，除非再以聚合物作助凝劑或助濾劑。相反，有效的快速混和即使直接過濾也可使濾后水濁度小于0.1NTU。
　　要達到快速而均勻地混和，關鍵是采用合理的參數和混和型式。美國的基本經驗以及多數的實踐，比較合適的參數是速度梯度G＝500－2000秒^－1，停留時間T＝1～3秒。
　　比較合適的混和方式是：
　　·當加壓泵距絮凝池較近時，利用水泵混和是一種效果較好的因地制宜方式。
　　·機械混和。為減少短路機械混和宜二級，二級機械混和效果較好，但較易損壞，維護工作量大。
　　·管道混和器。設計較好的混和器在設計流量時效果較好，流量降低時影響混和效果。
　　·水泵擴散式混和系統如附圖1。
　　不少美國文獻推薦這種混合方式。美國Kawamura教授提供的資料，這種混和方式的投資比機械省50％，水廠運行證明混凝劑省25％～35％。
　　檢驗現有混和設備效果，較好的方法是在經混和的管道外壁開6－8個小洞，分析水中混凝劑或消毒劑分布的均勻性。為分析方便一般測氯或鋁。如均勻程度在90％以上可認為是比較滿意。如開洞有困難，可在混和結束，絮凝池進口處各斷面取樣分析，在測試期間維持水質、水量及加注量不變。
　　如水廠混和條件不夠理想，改善混和條件將是化錢很少，效益很大的改造措施。　

　　2、絮凝要完善

　　沉淀池出水濁度決定于絨體粒徑，比重和沉淀池沉淀條件。要使絨體更有效地沉淀，絨體要凝結得大而均勻。從微小的懸浮顆粒可能絮凝到多大粒徑的絨體決定于GTC。G為速度梯度（秒^－1），T為停留時間（秒），C為原水濁度（NTU）。GTC值可在1～10間選擇。這里可見當原水濁度較高時可選擇較低的GT值，反之要選擇較高GT值。G的最大值有一定制約，隨著絨體在絮凝池中逐步增大，絨體能承受剪力（μG）值逐步降低。所以絮凝池設計成G值逐步降低的方式是合理的。
　　確定合適的GT組合，較理想的辦法是做攪拌試驗。是先用六聯攪拌機求得原水的合適混凝劑加注量。然后用六聯攪拌機，以同樣的混和條件和混凝劑加注率，試驗不同絮凝條件，測其同樣沉淀時間后的濁度。
　　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。
　　可測得濁度回線為附圖2。合適的組合是G₁T₁、G₂（T₂－T₃）；G₃（T₅－T₆）；G₄（T₇－T₈）；G₅（T₈－T₉）。
　　如果進行上述試驗有困難，也可借鑒類似水源的成功經驗。
　　在考慮絮凝時要強調完善，不必強調減少絮凝時間。如絮凝設備不完善要靠增加混凝劑或增加沉淀時間來補償，在極大多數情況是不經濟的，考慮絮凝時間時宜留有一定余地。
　　·絮凝設備的形式
　　絮凝設備基本上可分為二大類：機械式和隔板式。機械式的優點為：水量降低時，絮凝效果不降低并稍有提高；根據溫度等條件變化G值可調節。但主要缺點是：短流相對較大，設備較易損壞，維修量大。
　　隔板式有多種型式如水平往復式，垂直往復式，水平回轉式，網格式，水平或垂直折板式。隔板式的主要優點是設備相對簡單，短流相對少。主要缺點是隨著流量降低，絮凝效果相對有所降低；多數型式G值在絮凝過程中分布相對不均勻。在城市地面水供水廠通常夏季供水多，冬季供水少；夏季水溫高可用較高G值，冬天水溫低宜用較低G值，一定程度上可以抵銷。
　　選擇隔板的形式主要宜考慮絮凝過程中G值分布均勻程度。如水平往復式隔板絮凝池在轉變處G值較大，在直槽部分G值較小。為了不打碎絨體，形成一定絨體時最大G值受轉彎處控制，因此直槽部分絮凝效果較差。為了降低直槽部份距離，日本傾向于上下式，但也帶來其他矛盾。回轉式可以減少轉彎和直槽部份的G值差距，從而提高總體絮凝效果。折板式G值分布相對均勻，同樣時間的絮凝效果更好。在水量允許的條件下，水平折板比上下折板在設備和管理上更方便些。
　　美國和日本過去較多使用機械式絮凝池。但在近15年內東京、大阪的多數水廠及美國部份中型水廠均采用隔板式絮凝池。
　　檢查現有絮凝池效果的較好辦法是以生產池同樣的水樣和混凝劑加注量的攪拌試驗與生產池進行比較。在攪拌機上，先以G＝500～1000秒^－1快速攪拌1～2秒，再以上述方法求得的理想GT組合進行絮凝，然后在燒杯中停留一定時間取樣分析濁度。另外在生產絮凝池結束處用燒杯在不打碎絨體條件下取樣，放在池壁走道上沉淀同樣的時間，取樣測定其濁度。二者的濁度差別，大致就是改造可能獲得的效益。上述測定包括了混和因素，如要去除混和因素，可在絮凝池進口處取樣，就在池旁把水樣倒入燒杯，以理想GT值進行攪拌，然后用以上方法對比二者之間的靜置沉淀后濁度。

　　 3、過濾效果決定于濾料結構，能否經常維持這個效果決定于合理沖洗。

　　在一定的原水水質，混凝劑加注條件和濾速條件，過濾效果決定于濾層。濾層越細，越深，越均勻，過濾效果越好；濾層越粗，越深，越均勻則含泥能力越大，即允許的過濾周期，濾速或進水濁度可以更高。
　　1970年后美國普遍使用雙層濾料，0.5m煤（Es＝1.0mm，Uc＝1.5），0.25m砂（Es＝0.5mm，Uc＝1.5）。這里Es為有效值徑；Uc為均勻系數。1980年后深層（1.8m）粗粒（Es＝1.3mm，Uc＝1.5）煤，下面0.3m砂（Es＝0.75mm）（或者沒有）的濾層盛行起來。近年來國內較多使用粗粒（d＝0.95mm）深層（L＝1.2m）砂濾層。粗粒深層濾料即使較高的濾速（15～20m/時），出水濁度仍可≤0.1NTU。
　　為了保證過濾效果，濾層厚度L與有效直徑d之間宜維持一定比例；
　　普通砂濾池和標準雙層濾池L/d≥1000
　　粗粒深層濾池L/d≥1300
　　為使出水濁度達到0.1NTU，雙層濾池及粗粒深層濾池如不加聚合物時，L/d比需在此基礎上增加25％。
　　Kawamura教授總結美國水廠濾池運行經驗認為，當濾層厚度＜0.9m時，表面沖洗和氣水沖是同樣有效，表面沖洗不亞于氣水沖洗。當＞0.9m時宜用氣水沖洗加（或不加）表面沖洗。
　　現有水廠濾池的技術改造受濾層深度甚至沖洗強度的制約，為提高過濾效果，常規濾池翻砂時宜改為均粒濾料，其深度要盡量利用，均勻系數宜盡量小，有效粒徑為厚度的1/1000，最好沖洗強度能滿足新濾層的需要，否則加表面沖洗。是否較徹底地改造為粗粒深層濾池決定于技術經濟比較。