天然錳砂濾料與無閥濾池除鐵錳工藝選擇及設計方法

 一、除鐵錳工藝選擇及設計

      1.1除鐵除錳處理工藝流程
      根據(jù)除鐵錳基理及我國多年的實驗和生產(chǎn)實踐，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、機械通風曝氣塔等曝氣裝置；過濾裝置可分為壓力式和重力式兩種形式，壓力式過濾形式以壓力過濾器為主，濾料分為天然錳砂濾料和纖維濾料；重力過濾形式以濾池為主，常用的濾池形式有普通快濾池、無閥濾池等，濾料為天然錳砂濾料。
由于原水含鐵、錳指標分別為9.0mg/l、1.5mg/l，鐵錳超標嚴重，本設計根據(jù)原水水質(zhì)采用重力式機械通風接觸式曝氣塔+重力式無閥過濾器二級除鐵、錳工藝，其工藝流程為：

1.2工藝設計及參數(shù)
      1.12曝氣塔
      曝氣塔采用機械通風接觸式曝氣塔，曝氣填料采用活化無毒多面空心球雙層布置。水源井來水從塔的上端均勻配水進入塔體，通過雙層空心球盡可能與填料接觸，填料下設置離心軸流風機由下至上向塔內(nèi)充氧，達到對原水進行充分曝氣的作用。曝氣塔設計表面負荷為25m3/m2.h，直徑為φ3000，單臺產(chǎn)水量為175 m3/h，配套4-72-4型離心風機（Q=9750-14750 m3/，H=324-224mm，N=7.5KW）。由于水量規(guī)模的變化，設計由原來四臺更改為2臺。

曝氣塔結構圖

1.2.2無閥過濾器
      錳砂除鐵除錳過濾裝置采用無閥過濾器，由于原水鐵錳含量較高，設計采用二級串聯(lián)除鐵錳工藝，原水經(jīng)曝氣塔充分曝氣后重力進入一級除鐵過濾器，經(jīng)一級處理后進入中間水池，經(jīng)中間水池提升泵進入二級除錳過濾器。兩級過濾采用同型號無閥過濾器，濾料為連云港產(chǎn)的天然錳砂，三臺過濾器為一組，兩工一備，反沖洗實現(xiàn)水力自動反沖并輔助壓縮空氣沖洗。

錳砂除鐵除錳無閥過濾器結構圖

      凈水車間共設無閥過濾器二組共6臺，除鐵除錳各一組3臺，單臺直徑為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，反沖洗強度為18L/s.m2，氣沖洗強度為15L/ m2.s,配套Q=20 m3/min，H=6m鼓風機，水沖洗歷時為5min，氣沖歷時為2min。
1.2.3反沖洗水處理系統(tǒng)
      為避免水資源的浪費，防止高濃度含鐵、錳廢水進入礦區(qū)污水系統(tǒng)，影響污水處理廠的正常運行，本設計對反沖洗水進行了收集和處理。凈水車間外設置V=400 m3生產(chǎn)廢水池，內(nèi)設HJ-1600混合攪拌機四臺，防止污泥沉淀，內(nèi)設WQX50-8-2.2（Q=25m3/h，H=8m，N=2.2Kw）型潛水排污泵二臺將污泥提升至凈水車間內(nèi)混凝反應池（1.5m×1.5m×1.4m），反應池設置兩座，一工一備，各設WQX50-8-2.2型潛水排污泵及反應攪拌機一臺，污泥通過提升進入豎流沉淀器，污泥處理系統(tǒng)設置φ3600豎流沉淀器兩座，沉淀時間為1.5h，設計表面負荷為0.0007m/s，污泥經(jīng)沉淀器分離后，清水回流至中間水池，污泥進入污泥濃縮池，經(jīng)污泥分級濃縮后提升至DYL-500型帶式壓濾機壓濾后泥餅外運。設置加藥裝置一套，藥劑為聚丙烯酰胺。
二、除鐵除錳工藝設計特點；
      2.1無閥過濾器用于地下水除鐵、錳處理的技術改進無閥過濾器屬于小阻力配水系統(tǒng)，反沖洗壓力很難保證，在國內(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筑物，本設計的設計能力為Q=13000m3/d中小型水廠，水質(zhì)為鐵、錳含量較高的地下水，采用設備化的無閥過濾器在工藝選擇上確實有相當?shù)娘L險。針對上述問題，本設計對無閥過濾器采取了以下措施：

      ①.為防止鐵離子穿透一級除鐵濾層，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，在承托層的上方布置了豐字型氣體反沖洗管，反沖洗時進行氣水防沖；

      ③.由于設計規(guī)模變化，原一、二級除鐵、錳各設兩組無閥過濾器，本設計改變無閥過濾器兩臺一組的習慣，設三臺過濾為一組，除鐵除錳各一組，通過過濾器水箱連通管閥門切換，三臺過濾器可任意兩臺并聯(lián)工作，當一臺設備出現(xiàn)濾料板結時，保留三臺同時工作的可能，為設備檢修、更換錳砂濾料、實現(xiàn)強制反沖提供了設計上的保證；

      ④.為實際運行管理方便，本設計在過濾器本體上設置了監(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設備的運行狀態(tài)，清晰的觀察到反沖洗的形成和結束及效果，實現(xiàn)了科學管理。無閥過濾器進行了上述改進，實現(xiàn)了氣水反沖、過濾裝置的交替使用，有效的解決了重力式無閥過濾器自身的缺點，工程2001年9月驗收移交以來，過濾效果良好，實現(xiàn)了自動反沖洗，反沖洗周期為12-48小時，出水水質(zhì)鐵、錳指標分別為0.15mg/l、0.07mg/l，完全符合國家生活飲用水鐵、錳0.3mg/l、0.1mg/l的水質(zhì)標準，達到了設計要求。
      2.2豎流沉淀器排泥設計改進；
      豎流沉淀器用于污泥處理系統(tǒng)的泥水分離，常規(guī)設計泥斗設在地下，排泥采用側向靜
壓排泥，由于鐵錳泥的自身特點，將泥斗設于地下極易造成污泥板結，清理有十分困難。本設計將該處理裝置完全設于地面上，排泥通過泥斗下方的排空、排泥管進行排泥，打破了常規(guī)設計的排泥方式，解決了維修、清理的實際困難，運行效果良好。
三、工藝設計體會
     3.1設計中應注意的幾個問題：

     3.1.1系統(tǒng)超越管道的設置含鐵、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行清洗，管道清洗廢水含有大量泥砂，進入處理系統(tǒng)勢必造成濾料的堵塞甚至報廢。因此在凈、配水廠的設計中必須考慮進入系統(tǒng)前的超越。
     3.1.2系統(tǒng)動力設備的匹配；
對于鐵、錳含量高而采用重力式二級串聯(lián)處理工藝的設計，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)運行。
     3.1.3曝氣塔風機的安裝位置；
曝氣塔風機吸風口的安裝必須高于底層填料布風管標高，否則當風機事故停機時會造成水的回灌而損壞風機、造成跑水事故。
      3.14水封井的加高
 無閥過濾器水封井設計上緣一般與地面相平，由于反沖洗瞬時流量及強度很大，極易造成沖洗水濺出水封井，本工程在試運中曾多次發(fā)生冒水現(xiàn)象，因此在設計中應充分考慮這一點。
      3.2設計中仍需解決的問題
      3.2.1主工藝系統(tǒng)出水水質(zhì)的檢測
由于鐵、錳等重金屬的化驗周期較長，運行中只能根據(jù)反沖洗周期的變化預測出水水質(zhì)是否惡化，而通過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。如何快速定量的對出水水質(zhì)作出分析判斷是除鐵、錳處理廠設計面臨的課題。
      3.2.3污泥處理系統(tǒng)的監(jiān)測運行； 本設計污泥處理系統(tǒng)的豎流沉淀器及污泥濃縮池無法實現(xiàn)泥水液面分離監(jiān)測，即在實際操作中無法觀測到沉淀器、污泥濃縮池內(nèi)分層液面，致使很難準確的控制沉淀器的排泥時間，無法根據(jù)濃縮池內(nèi)分層情況進行分級濃縮。如何有效的檢測泥水分離液面位置，實現(xiàn)科學管理與運行是污泥處理面臨的難題。