重力式外筒进水旋流沉淀池

夏国武?陈常洲
包头钢铁设计研究总院?包头　014010

　　摘要：阐述了重力式下旋外筒进水旋流沉淀池的工作原理、设计参数、设计实例。
　　关键词：下旋、旋流、外筒进水
　　中图分类号：TU991.23
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2000)02-0036-03

概述

　　重力式旋流沉淀池是一种特殊型式的沉淀池。与平流式沉淀池相比有许多优点，见表1。

表1 重力式旋流沉淀池与平流式沉淀池比较 序号 名称 平流池 旋流池 1 出水悬浮物/（mg.L^-1) 100-200 50-80 2 沉淀效率/% 80-90 95 3 水力负荷/（m³.m^-2.L^-1) 0.7-2 25-35 4 占地比例/% 100 15 5 基建投资比例/% 100 60 6 经营费用比例/% 100 65 7 清渣情况 刮集后抓渣 直接抓渣 8 除油 集油后再除油 直接除油

　　从表1可见，重力式旋流沉淀池比平流式沉淀池优越得多。因此，已广泛用于连铸、轧钢等车间的铁皮浊环水处理上。
　　生产实践证明，上旋式旋流沉淀池不如下旋式旋流沉淀池优越。首先是上旋池含铁皮的污水从内筒切线入口标高很低。致使旋流池纵向加深，基建投资增加，内筒切线入口污水管需要竖管且要转弯，因此容易堵塞，检修时十分困难；内筒切线进水在上旋升流的过程中，常搅动已沉降池底的泥渣，使出水悬浮物增至80mg/L左右；污水中的浮油多集中在内筒水面上，抓渣时抓斗及钢丝绳被油泥粘结，不便清洗。相比之下，下旋池含铁皮的污水从内筒切线入口标高抬起。进水管可按铁皮沟的坡度入池，或保证0.5～0.6m的作用水头以跌水方式入池，均使旋流池纵向缩短，施工方便基建投资节省，易于清理。污水在下旋流动及从内筒升流的过程中不搅动池底中心沉渣，保证出水悬浮物在50mg/L左右。综上原因，目前已不再设计上旋式旋流沉淀池，而广泛采用下旋式旋流沉淀池。
　　近几年来，在处理连铸、轧钢车间浊环水，当水量大于3000m³／H时，多采用外筒切线进水的下旋式旋流沉淀池。因为外筒切线进水时，由于有内筒外壁的隔挡，起到障板的作用。除使污水在池中分配均匀外，同时使内筒上升水流稳定，因而出水悬浮物含量波动小。另外，浮油多聚集散在外筒水面上；除油更方便。内筒水面上只有很少量的浮油，给出水进一步除油减轻了负荷。
　　以下较详细阐述外筒切线进水下旋式旋流沉淀池。

1　工作原理

　　连铸或轧钢车间大量含氧化铁皮的污水，通过在线下具有3％～4％坡度的铁皮沟流至重力式旋流沉淀池。如果铁皮沟中的污水作用水头不足0.5～0.6 m时，需将入口处铁皮沟做成跌水形成，沿旋流沉淀池外筒内壁以切线方向进入，其水平夹角以3°为宜。见图1切线进水铁皮沟断面图及图2外筒切线进水下旋式旋流沉淀池平面图。沿外筒内壁以切线进水的铁皮沟，最好改成厚钢板内衬辉绿岩铸材料，耐磨耐蚀少检修。

　　从图3外筒切线进水下旋式旋流沉淀池断面图中可以看出，含氧化铁皮的污水以2.0～2.5 m/s的入流速度，在外筒和内筒之间旋流并下降。由于有内筒壁的隔挡，相当配水障板，使得污水旋流下降时，流量和速度上在同一标高的断面上分配比较均匀。如果不设内筒，或内筒设置不高，污水会因温差、浓度差产生异重流现象，从而导致进出水短流事故。污水中大于1.0mm的固体颗粒在旋流下降时，沉积到与池底成50-60°夹角的漏斗斜壁上，并逐渐向池底中心滑落。当污水旋流至内筒底角时，其旋流速度在1.0-1.2m/s之间，便通过内筒稳步旋流上升，夹带1.0～0.1mm的固体颗粒在重力的作用下自由沉降到池底中心渣坑已堆积的泥渣上。到达内筒上口时，污水只夹带小于60μm的固体颗粒，经挡渣挡浮油隔板后，再通过溢流堰流入环形集水槽。见图4出水溢流堰放大图。环形集水槽以半环坡向(i＝0.007～0.008)总出水槽，最后流入吸水井。污水从进池到出池，其水力停留时间在6-10min之间。即使不投加化学药剂，尤其是在铁皮沟入池前设置永磁絮凝器，能使处理出水SS≤50mg/L，经加压泵可直接冲氧化铁皮。

　　为便于抓渣，内筒直径可根据重型抓斗开张的最大尺寸设计为3.5～4.5 m。若在内筒除浮油可以将其直径扩至10.0 m。
　　根据内筒直径的大小，机械除浮油装置的PP2毛毡可设于外筒。亦可设于内筒。设于内筒时，抓渣时容易将浮油拥入环形集水槽，同时抓斗和钢丝绳亦易粘结油泥。所以要及时运转除油装置。当内筒中心走私在4.5m以内时，除浮油装置最好设置于外筒。通过PP2毛毡吸油绳或带将水面上的浮油吸走，进到设置于外筒顶部平台上的除油机，用油泵将含水废油扬至地面上设置的带电加热器的油水贮槽，以便再进一步处理。见图5除浮油装置布置图。

　　流入吸水井的污水，经加压、或沉淀、或过滤处理后，其水中SS≤10～20mg/L，油≤3～5mg/L。可以用去冷却轧机、轧辊、轴承，甚至还可以做二次水以冷却闭路循环系统的软水、除盐水。

2　设计实例

　　包钢CSP厂连铸和轧钢生产线上排出的设计含氧化铁皮污水量为8770m³/h。污水含氧化铁皮量约为1000mg/L。经外筒切线进水下旋式旋流沉淀池处理后，出水SS≤50mg/L，油≤10mg/L。
　　沉淀效率：η＝[(1000－50)／1000]×100％＝95％
　　单位面积水力负荷: q₀＝30m³／(m²·H)?
　　需要的沉淀面积：F＝8770／30＝2923m²
　　沉淀池的直径：D＝(4×292.3/3.14)^0.5＝19.3 m ?设计取值18 m
　　沉淀时间:?T＝70min
　　沉淀池澄清区的高度：H₁＝(7／60)×30＝3.5m结构设计值为3.487m
　　池底渣坑容积一般按3～5D铁皮量计算，则堆渣高度：H3＝4.0m
　　沉淀池分离区高度根据结构设计 ：H₂＝2.433m
　　设计选用1.0m³重型抓斗，带式PP2除油装置。

3　结束语

　　3.1　设计实例内筒直径为10.0m，内筒除油。然而利用外筒除油更加有利。
　　3.2　若外筒除油，内筒直径可以缩至4.0m。
　　3.3　总出水SS≤500mg/L，油≤10mg/L，用去冲氧化铁皮。若再经加压、沉淀、过滤、冷却等处理后，其SS≤10mg/L，油≤3～5mg/L，用去冷却轧辊、轴承，还可以作为闭路循环系统的二次冷却水。

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作者简介：
　　夏国武?(1956－)，男，工程师
　　陈常洲?(1942－)，男，高级工程师。