加速澄清池斜板装置处理效果

　　［译者注］加速澄清池安装斜板装置技术，国内有很多水厂都已采用，收到了很大效果。但对于安装斜板的长短、板间距离、泥浆浓度以及斜板与泥浆界面的分析和讨论，则尚未见到，国外最近对于上述问题，已有一些水厂与研究单位开始做了此工作，提出了许多更好的改善水质、提高水量的意见，可作借鉴。此种方法认为对于斜板沉淀池及一些沉淀澄清设备安设斜板的水厂等，都可以考虑使用。现节译出的一篇日本新津市的一个水厂实践经验的报告作为参考。

　　一、前言

　　加速澄清池在1955-1965年建设的很多，后来由于运行管理困难，几乎没有建设。但到了1980年，日本全国已有744座加速澄清池运转，处理水量1000万m³/d，（约占全国整个沉淀池的23%）。最近在加速澄清池中设置上向流斜板装置，增大了水量或者改善了处理水的水质，因此这种办法引起了注意。
　　新津市水道局满愿市净水厂，以阿贺野川地表水为原水，于1955年应用加速澄清池以来，在1980年又开始第六次扩建（1985年计划日供水量大量45000 m³/d）扩建后共为四池，并同时于四个池中都安装了斜板装置。于扩建工程当时，结合斜板安装完了的池子，及还未装置斜板的池子做了比较运转试验，对加速澄清池安装好斜板的特性，情况叙述如下：
　　1、装置概要
　　（一）加速澄清池（未安装斜板）
　　形式为泥渣循环形，处理水量333 m³/h（每一池），装置池数共4池，停留时间101min，平均上升流速49.8mm/min。
　　（二）斜板装置
　　形式为上向流斜板，处理水量391 m³/h（增加水量17.4%），斜板尺寸宽1050mm×长922mm，平均间距78mm，装置面积99.1m²平均上升流速65.8mm/min，有效沉降面积557.6 m²，通过装置时间12.1min。
　　（三）投注药剂
　　碱剂消石灰（15泥浆），混凝剂聚氯化铝（原液）
　　2、运转调查方法
　　在两个加速澄清池（斜板施工完了及斜板未施工池子）中，以相同条件（处理水量、药剂投加量、搅拌速度）运转比较，测定两池处理情况，做完上述测定后，将板间的每两块斜板撤走一块，再以同样方法测定。测定时界面位置，是以浊度20度以上浊度作为界面。
　　原水水质：冬季期间，阿贺野川河水为稳定的低浊水，除后述的要调查的高浊度水期间以外，所调查的原水水质为，浊度1-26℃，水温1.7-6.5℃，M碱度6.9-1.5mg/l。
　　运转调查期间：1983年1月5日－4月5日，共为三期调查。

　　二、调查结果

　　1、泥浆区运转状态
　　左右加速澄清池处理状况的因素，外因为处理水量，原水浊度、投药率；内因为搅拌速度、泥浆量、界面状况。
　　以斜板未施工中的二次反应室不同的三种泥浆（不足3%、7%、14%）作为试样，按规定时间静置后，所得结果示于图2。泥浆浓度虽不同，然形成界面时间都是6-7min，此时水面－界面距离约300-350mm。形成界面的絮体粒子沉降速度为40-60mm/min。此值和加速澄清池的设计值（平均上升流速49.8mm/min）几乎一致。
　　在图2中，水中泥浆浓度多，在界面形成的附近，上澄水的浊度偏低。这就显示出在高浓度泥浆的场合，于凝聚作用时，微小絮体有相当程度的吸附，如絮体增大，以及在泥浆自由沉降时和微小絮体的碰撞吸附率高。
　　总之，从图2看，加速澄清池所用平均上升流速，使处理后水的浊度，按理应当为30度左右，实际在生产上，其处理后水的浊度只有5度。两者的泥浆形状几乎一样，但絮体分离过程是有某些不同的，因此两者上澄水浊度有差别。一般泥浆循环式加速澄清池，其界面位置比之二次反应室流出口，存在于上部的多，而且从二次反应室出口出来的泥浆喷出流，由于惯性或密度流关系，在分离室内有某些程度的下降后再上升。二次反应室流出的泥浆，实质上必然要通过泥浆区，因此上述静置的试验和实际装置所得值的差是因为，前者絮体在分离过程中，上澄水不通过泥浆区，后者则其上澄水通过泥浆区。从此情况看来，泥浆循环形加速澄清池和泥浆　毯形高速澄清池同样，由于泥浆作用使泥浆区吸附微小絮体。
　　 从以上调查看来，泥浆循环加速澄清池作用是良好的，然为了稳定处理，维护泥浆稳定是必要的，不可缺少的。因此加速澄清池长期运转妥当。

　　2、斜板有无和界面位置
　　为了调查斜板有无对泥浆区的变化，做了池内垂直浊度分布的调查。
　　在处理水量度（250-500m³/h）间，取水量330m³/h及500m³/h测得数据比较（图3-4）。
　　在处理水量330m³/h的场合，于其测得的水深一浊度曲线上看，几乎是所处理水的浊度都低。从水深到1.4-1.5m附近，浊度急速上升，形成的界面很明显。在处理水量500m³/h的场合，于斜板未施工池情况下，其上澄水不仅是高浊度的，且界面位置不好分清，界面位置也高，其泥浆区高涨且含泥层稀薄。在斜板已施工情况下，斜板不论全部都安装上或安装上半，界面都在斜板下端附近，上澄水水质良好。
　　从此情况看来，在斜板有抑制界面上升的作用力。由于稳定了泥浆区，对于大水量（上升流速大），能够良好而稳定的处理。

　　3、正常运转处理能力
　　原水稳定时，徐徐提高处理水量的场合，调查有无斜板的两种池子所显示的处理情况，以及两池处理限界所到的程度。
　　有无斜板两种池子处理的水量，从280m³/h起，到500m³/h，在24-72h里，以20m³/h增长，对此处理水浊度做了调查。

　　斜板未施工池，在原水浊度低且稳定的场合下，经过长时间徐徐增量，直到流量增到480m³/h（上升流速72mm/分钟）。根据水情况，其处理水的浊度低，显然用澄清处理就可以了。但是标准偏差是有的。斜板未施工池处理水量大时处理水浊度变动过大。在处理水浊度变动幅度上，从池内一点取的澄清处理水（整个处理水汇合点）相当敏感。总之，造成处理水浊度幅度增大的直接原因是，泥浆区膨胀和不稳定，使得微小的絮体吸附能力，在某个时间内有部分的降低。
　　而斜板施工池斜板数量（有效沉降面积）去掉一半的场合，在500 m³/h（上升流速84mm/分钟）时，处理后水质良好且稳定，特别是在整套斜板装在池内时，处理水一直都约在一度以下，且浊度变动幅度极小。（图5-7）斜板全量或半量，以凡求立管测定，范围都没有越过500 m³/h。

　　4、界面位置和斜板运用效果
　　在加速澄清池（装设斜板）运转场合，控制界面位置非常困难。由于界面会进到斜板内，需调查界面进入斜板内场合的处理情况。
　　斜板施工池的处理水量因定在400 m³/h。泥浆浓度一界面位置一处理水浊度的关系，以图－8表示，垂直浊度分布情况以图－9表示。
　　从图－8看到，池内泥浆浓度越增加，界面位置越上升。两者几乎有着一定的相关关系。在界面位置和处理水浊度的关系上，界面位置在斜板以下无甚关系，处理水浊度几乎一定。一方面，留在界面以上的斜板长度缩短，处理水浊度升高。因此加速澄清池由于增大有效沉降面积，使通过泥浆区不能捕捉的微细絮体，得以有效去的效果（也叫面积效果）。面积效果从絮体理论考虑，仅有留在界面以上的斜板部分，能起有效作用。斜板设置位置原则上希望在界面上面。

　　5、处理水量突增和斜板效果
　　一般加速澄清池正在运行的时期，处理水量突增，是破坏泥浆区均衡，使处理水恶化的原因。调查结果为增加水量率及增加水量后的处理水量都小的场合，斜板有无，对处理水的浓度相差都小。但是增加水量率和增加水量后处理水量都大的场合，处理状况则大有出入。急剧增加水量的澄清池状态是，斜板未施工池的场合，短时间(20-30分钟)内概不能处理。相对的斜板设置全半的场合，界面有所控制，处理水浊度上升减少。因此加速澄清池设置了斜板，不仅单单使增大处理水量，且改善了处理水的水质，以往有的加速澄清池存在的弱点，也得到了缓冲作用的改善效果。（图10）

　　6、高浊度时的处理

　　阿贺野川冬季期间水质为低浊度很稳定，但自三月底以来是融雪期为高浊度，有小的颗粒很难以处理。原水浊度的变化很大，记录最高浊度为189度。把以浊度50度以上的原水为对象所记录结果汇总如图－11所示，和把低浊度原水（图8）几乎一样的处理情况示出。其结果至少在190°和以下的原水浊度，由于有了斜板，这样浊度的原水在处理上不受影响。

　　三、考察

　　1、斜板的界面上升抑制力
　　从二一2和二一5的调查结果看，斜板对界面上升有抑制力。这样对处理水量增大和处理能力急剧增大，发挥了大的力量。下面就这种界面控制力根据哪种情况得来加以考虑。
　　从图3、4，图9表示出，一般界面停留在斜板下端附近或下端以下，界面上升控制力与增加的沉降面积没有关系。一方面池内（斜板装置内）的雷诺数比较如下：
　　　　斜板全量　Re=33
　　　　斜板半量　Re=66
　　　　无斜板　　Re=1484
　　条件：处理水量　400m³/h，水温10℃，Re=RV/r
　　其中R：径深(m)、：V平均上升流速(m/s)、r：动力粘滞系数(m²/s)　
　　从以上数值可看出，斜板虽然半量装置，池内（斜板装置内）流况由紊流变为层流。从一般整流作用看，整流效果受整流装置（此处指斜板）前后某些程度距离的影响，以此来抑制界面上升是适当的。由于在泥浆循环形加速澄清池澄清部分设整流设备，泥浆区稳定且处理良好。丹保等的实验证明了这一点。从以上看，由于斜板可抑制界面上升力，斜板有着整流效果。
　　2、整流效果和面积效果
　　加速澄清池内斜板的整流效果面积效果已进行了叙述，下面考察一下斜板对沉淀处理有何帮助。
　　从图3、4和图9所示，每次处理水量时形成良好界面的场合，界面以上（高于界面20-30cm）澄清水浊度相当低（1-5度）。界面上升抑制力即斜板整流效果大大有助于处理水量的增大。一方面，象图3所示的那样，不论有无斜板装置，都可以形成良好的界面，并且界面位置在同一高度上（斜板下端附近），但处理水浊度有差别（斜板全量为0.3°，半量为0.5°，无斜板1.4°），这是因为斜板面积效果关系，即斜板面积效果有助于提高处理水水质。
　　3、装有斜板的加速澄清池最适当泥浆浓度
　　一般，在泥浆循环形加速澄清池的运行管理条例上，指明左右处理效果最主要因素是二次反应室的泥浆浓度。最适合的泥浆浓度，水道维护管理指针提出为10%。丹保等实验为10-20%。这些都是指没有安装斜板的数据。安装斜板的加速澄清池的场合，多大泥浆浓度最合适，对于净水厂管理者来说是重要的。
　　从本调查结果考虑，从图8及图11看出，泥浆浓度超过最低限度的10%时，由于斜板插入界面内，水处理得不好。界面位置不仅受泥浆浓度影响，且为平均上升流速所左右。在处理水量大的场合，就是斜板没有插入界面，泥浆浓度上限值也要小。另一方面泥浆浓度小，在凝聚时及穿过泥浆层时，吸附微细絮体低，从图2（界面形成以后，泥浆浓度大，处理水浊度低）所示，可以想到。
　　由此可知，细小絮体除去作用，是由于斜板面积效果和泥浆浓度增大吸附效果。因此看处理作用是否卓越，最主要的决定因素是装有斜板的加速澄清池要有适当的泥浆浓度。
　　从图9可了解到，在形成明显界面的场合里，界面上斜板有效长度越长，斜板上处理水浊度越低。可见面积效果的优越作用。虽然几乎没有泥浆（没有起加速凝聚澄清池的作用，只是单单有上向凝聚澄清池的作用）处理效果也好。在原水为高浊度时，是否能得到同样的结果不明确（本调查是在原水浊度低时进行的）。从图9上来看，泥浆浓度为3%时，处理就能好。
　　从以上结果看，在净水厂内加速澄清池二次反应室泥浆浓度为3-10%，可作为运行管理目标。
　　4、斜板长和斜板间隔
　　从以上所述情况判明的基于“面积效果”“整流效果”作用，对斜板长与斜板间隔的关系加以考察。
　　由斜板理论来看，板长长的，设置板间间隔可大，板长短的则板间间隔可以小。如果沉降面积相同，面积效果就相同。在整流效果上，紊流变化层流，整流效果就加大。同样都是层流的，Re数有变化，流况没有太大变化。有相同沉降面积的，在可能范围内，使从水面到离开斜板的位置都有整流效果，并且使经过此层区间（直到集水槽附近）保持着整流效果。设置方法是斜板长度要长，斜板间隔要大。但是，在泥浆循环形加速澄清池的场合，斜板设置的可能高度，从集水插深度和正常时界面位置等关系看，因为只约有1m，所以斜板装置高度仅量限制在800-900mm（斜板长约1m左右）。

　　四、汇总

　　1、泥浆循环形加速澄清池和泥浆　毯形高速澄清池同样，存在着泥浆区内微小体的吸附作用。
　　2、由于设置了上向流斜板装置，泥浆循环形加速澄清池的处理能力飞跃增大，超过了水道设施设计指针规定的平均上升流速80mm/min限值，处理效果良好而稳定。
　　3、比之以前应用的加速澄清池，有着在水量急增时的处理不好弱点，采用了斜板有缓冲效果，使处理水的水质良好且稳定的要求成了可能。
　　4、安设斜板装置增大处理能力的原因是，由于沉降面积增大，将未设斜板的泥浆区内不能除去的微小絮体，能够有除去的面积效果和由于池内Re数降低，抑制了界面上开，能够有将微小絮体除去的整流效果的两个特点。前者主要是改善处理水水质，后者主要是帮助增大处理水量及增大缓冲能力。
　　5、有着同样沉降面积的斜板、板子长、板子间隙大就能够处理效果好。但是，界面进入斜板内，因为处理水质倾向恶化，所以设计指南提出斜板应置于泥浆界面以上。
　　6、使用河流原水水质，装有斜板的加速澄清池最适合的泥浆量，要比惯例上无斜板的加速澄清池少，调查的是3-10%。

杨福才　译自“水道协会杂志”1984年6月