强化平流沉淀池工艺 保证沉淀出水水质

　　金善功　 李彪

　　沉淀工艺在常规水处理中的重要性沉淀的原理就是利用固、液相之间的密度差，使得密度大于液相的固相(悬浮固体颗粒)下沉，从而实现固液分离的过程。在常规水处理工艺中，沉淀担负着去除原水中大量悬浮物(约80—90％)的任务，是必不可少的主体工艺。沉淀工艺因为构造简单，管理方便，营建、运行费用低廉，使得它在生产当中得到了非常广泛的应用，当今几乎所有的净水(地表水)工程中 都采用了沉淀，或者澄清等相当的工艺形式，可以说沉淀工艺在净水技术中的作用一直以来都为人们所重视。沉淀理论相对已比较成熟，但关于完善或深化沉淀理论方面的研究仍然持续进行着。
　　平流沉淀池的忧缺点沉淀池的形式主要有：平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池、斜管(板)沉淀池、以及各矣澄清池，如机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池、总浮澄清池等。对于不同的水质、水量等条件，几种沉淀池各具有相应的适应范围。辐流沉淀池对于高浊度水的预沉效果较好；应用在单座10万m³／d的沉淀池优势较为明显，与平流沉淀池相比，药耗较高；机械搅拌澄清池虽有较高的沉淀效率，但限于国产搅拌机在使用过程中故障率较高，供水安全性差，每年停池检修频繁，所以机械加速澄清池也不是目前推崇的 沉淀池型；斜管(板)沉淀池是效率较高的沉淀形式，但单池规模较大时，它的应用受到诸如配水、支撑、排泥等因素的限制。
　　平流沉淀池是历史悠久的沉淀池型，在当今沉淀技术越来越成熟，沉淀池的型式日益繁杂的时代，人们并未放弃对平流沉淀池的选择，土地资源相对有限的地方尚且能这样，到底还是因为平流沉淀池的确存在着其它沉淀池型不可比拟的优势，它构造简单，池深较浅，造价较低，沉淀效果稳定，操作管理方便，对原水水质和水量变化的适应性较强，药耗量较低，能耗较低，排泥设备如虹吸、泵吸或同时具备两种方式的国产刮泥机技术已非常成熟。平流沉淀池较适用于大、中型水厂的混凝沉淀，特别对于大型水厂尤为经济、适用。平流沉淀池 的最大的缺点是占地面积大，其次运行当中有的时候可能会跑矾花或产生其他不稳定的现象。但归根结底，平流沉淀池的停留时间长，生产安全性是最高的，国内曾经出现达澄清池热、斜管(板)池热等，但对平流沉淀池的应用一直较为广泛。
　　强化平流沉淀池工艺的必要性我国现行饮用水国家水质标准相对于欧共体和世界卫生组织制定的水质标准来说，尚存在着差距，可以说现行国家水质标准的制定受当时国家经济和水处理技术水平的制约。随着我国新时期经济的发展，人民生活水平的显著改善，以及我国水处理技术水平的提高，我国饮用水水质目标应该向国际先进水平看齐。
　　我国城镇供水规划要求出水浊度目标值为1NTU以下，只有作到沉淀池的出水浊度界于10NTU—5NTU，且经常保持在5NTU以下，才能够保征滤后水1NTU以下的目标值。我国各地原水水质差异很大、要能够使沉淀池的出水浊度界于5NTU以下，如对于原水为一般江河水、湖泊水和水库水等，较容易作到，但对于高浊度水(如黄河或长江上游地区原水合砂量高达200kg／m3)、低温低浊水处理，如果没有沉淀池的大幅度去除悬浮物的作用或弱化沉淀池的功能的情况下，要保证滤后水1NTU以下的出水指标则比较困难。所以我们有必要强化平流沉淀池工艺，以便保证后续过滤得到更高品质的水质。我国当前新建净水厂滤池的设计参数基本上接近或者与国际上流行的滤池的设计参数相当，滤池的能力已充分的得以发挥、唯沉淀池的设计参数停留在较低的范围内，据资料表明：我国大多数平流沉淀池的停留时间为1—1.5h，最长的停留时间为2h，而国外沉淀池的停留时间均较长，美国一般为2～4h，日本为3～5h。就是说国内沉淀池的停留时间仅是国外停留时间的一半左右，若要使国内沉淀池的时间一下于提高到国外的水平，恐怕难以作到。而在现有条件下。改善、挖潜或强化沉淀池工艺显得必要而迫切。
　　 强化反应池工艺拥有完善的絮凝条件，所形成的矾花致密、结实、硕大，易于沉淀，这样的话，沉淀的功能就能完全的体现出未，可以说，好的反应是沉淀的必要前提，强化反应池工艺就是为后续沉淀创造了优越的先天条件。反应池的形式也是繁复多样，不管采用那一种形式，都要求有好的梯级递减的G值，并避免将成熟的矾花打碎。机械反应池算得上是最好的反应池了，但能耗相对较高，且日常维护运行费用也很高，安全性差，国内搅拌设备的生产多未过关，故国内多数水厂倾向于水力反应池，具体形式多选择填料型，如波纹板、折 板、网桨等反应池形式，总的来说池体选择，更加追求G值的平稳 过渡，使得颗粒在反应池的前段增加碰撞机会，后段避免打碎已形成 的矾花，占地尽量得少等原则，实际上就是强化反应池工艺。
　　 强化平流沉淀池工艺平流沉淀池一般在大、中型水厂里普遍采用，分析国内目前平流沉淀池运行当中较常发生的现象，如：出水带矾花、容积利用率低、有异重流现象等。强化工艺的措施，可以利用浅层沉淀的原理，在平流沉淀池某一部位加装侧向流斜扳，变相的增加了池长，从理论上增大了停留时间；另外如改善平流沉淀池的进出水条件，设置开孔率适当的进出水花墙，增加必要的配水段，出水增加出水堰的长度，合理设置池体纵向导流(或分隔)墙，使得平流沉淀池流态更加平稳，从而避免诸如短流、偏流、异重流等不利因素， 提高沉淀效率，降低出水浊度。

　　介绍某水厂强化平流沉淀池工艺工程实例

　　黄河上游菜市供水扩建工程，是在原水厂的基础上改、扩建，新增供水能力30万m³／d，一水厂是在黄河原水的予处理厂，二水厂是 常规水处理工艺为主的水厂。
　　二水厂新建部分采用混凝、沉淀、过滤、消毒常规处理工艺。1#、2#沉淀站是关键处理构筑物之一，处理来自一水厂夏季高浊度絮凝沉淀予处理水(冬季原水直接超越一水厂)。来水浊度＞400NTU，水温2—3℃，水质兼有高浊、低温低浊的特点；受取水上游未彻底处理工业废水排放的影响，夏季时原水中藻类经日光照射后会过量繁殖；另外，工程用地受场地限制不可能将停留时间设计过长。为了能满足以上几种情况下，沉淀站均能得到良好的处理效果，特采用了快速混凝、竖向流水力絮凝、平流十侧向流斜板沉淀池的工艺形式。
　　沉淀站分为1#和2#两座，每座沉淀站由一组机械混合池和两组竖流式多通道絮凝池以及平流十侧向流波形斜板沉淀池组合而成。沉淀池分为平流段和斜板段，平流段采用桁车式虹吸泥机排泥，斜板段为穿孔管排泥；为了防止反应池底部积泥，在其下也设穿孔管排泥。所有穿孔排泥管管未采用角式液动快开排泥阀，定时通过电磁阀控制排泥。析车式虹吸泥机根据进水浊度、时间及积泥量，自动／人工定 时进行排泥。沉淀站所有设备的动作由设于现场的控制柜和操作员终 端共同控制。现将沉淀站的设计思路详述如下：
　　防藻和处理低温低浊水，池体加设围护体系。为了防藻和防冬季低温低浊水结冰及保证生产运行当中设备的正常操作和维护，设计采用了大跨度(26m)拱形轻质金属屋面围护体系，屋面内衬聚胺脂材料保温，室内采暖三项措施。混凝剂的选择。沉淀站的来水虽属高浊水的范畴、但夏季已经一 水厂予沉，一般浊度≯400NTU，主要构成浊度的组分为粉质砂，这种砂粒的特点是粒径小、质量轻，不易直接沉淀，通过对几种混凝剂 实际使用效果的比较，结合水厂多年运行经验，决定选用三氯化铁，以它作为混凝剂，形成的絮体粒径大且质地密实，沉淀性能优越。但考虑到将来黄河水质的变坏的可能因素，设计予留投加高分子助凝剂PAM的设施。
　　混合池的设计。从混凝全过程机理来看，混凝剂首先与原水混合，这段时间通常非常短，然后才是混凝剂水解、肢体脱稳以及脱稳胶体聚集。混合池的设计充分体现了混凝剂水解之前与原水的迅速混合，静混合时间28s，采用两级双层桨叶机械搅拌器将原水与药剂进行快速搅拌混合，快速混合搅拌器功率2×7.5KW，对水体产生的速度梯度G值不小于750s-1，过度时间为68s，总混合时间为96s。原水和 混凝剂混合均匀度不小于85％。之所以采用机械混合，是因为其相比于其它混合形式，不仅混合效果好而且易调节，所采用的搅拌器可装 设有变频调速器装置(调频范围100—50％)，可较大限度的适应不同的浊度和水量的变化。
　　 絮凝池(反应池)的设计。设计采用竖流(推流)内置多通道异波波纹板式絮凝池，下设穿孔排泥管。总停留时间25min，静反应时 间12.1min。反应池共分三级，一级反应池，平均流速0.151m／s，停留时间79.5s；二级反应池，平均流速0.108m／s，停留时间278s；三级反应池，平均流速0.054m／s，停留时间369s。该絮凝池的最大优点是其反应能量随反应过程不断得到补充，由于水流通道较狭小，通 道沿程宽度至梯级不断增大，在并行的波形多通道中，水流旋涡式前进，沿程旋涡几乎扩散到整个水体中，因而能量得到较充分的利用， 效率较高；它的另一个特点是反应时间短，在同样的停留时间下，相当于延长了反应时间，通常认为延长反应时间能保证低温低浊水的絮 凝；还有它的平面布置为推流式，末端与沉淀池衔接时配水方式最好。
　　 沉淀池的设计。二水厂一期沉淀形式为辐流沉淀池，处—理高浊水较好，二期为机械加速澄清池，出水水质好，但设备故障率较高，本期工程决定采用平流沉淀池。平流沉淀池是最普遍的沉淀池型，因为停留时间长，耐冲击，采用虹吸式机械排泥设备，国产设备应用已很成熟。
　　 考虑到池体围护及占地的因素，沉淀池的停留时间控制在90min，为了弥补停留时间相对短的不足，特在沉淀池的后部加装侧 向流波形斜板沉淀器。通过对黄河高浊度水沉降曲线的理论研究得知，该曲线在等时间区段内近似至线性关系，其斜率沿时间的无限增 长而逐渐减小，也就是说，絮体在沉淀池的前部沉速较大，往后沉速梯级降低，所以在沉淀池的后部，单是考虑增加池长是不经济的，若 将斜板段放在沉淀池的后部，利用浅层沉淀的原理，相当于在池体投影长方向上增加了池长。总的来说，斜板安放在沉淀池的任何部位都 可以，但沉淀池的前中部，絮体本身就有良好的沉淀性能，若加装斜板，则斜板板面负荷太大，容易压坏斜板。侧向流斜板的水流流态和 平流沉淀池类似，断面配水形式好，排泥和水流方向互相垂直，相互扰动较小；由于斜板本身的结构以及斜板段前后都有多孔布水板，客观上起到了整流的作用，可以避免诸如短流、偏流、异重流等使平流沉淀池出水“跑矾花”的现象，从而极大的提高沉淀池的效率，保证出水水质。若使用斜管，无论在平流池的任何部位，都难以克服配水不均匀的缺点；另外，使用斜管，流态也与平流池不太好匹配，尽管它的沉淀性能非常好。絮凝池与沉淀池之间采用花墙配水的形式；沉淀池在斜板段后设出水过度段外，另设一道出水穿孔花墙和一道矩形出水薄壁堰，确保出水均匀。
　　 侧向流斜板采用力学性能好的ABS波形斜板，且有专用滑泥通道、当在设计角度安放时，板面不易因负荷而发生变形和积泥。在沉 淀池斜板段，因泥量相对较小，底部排泥采用穿孔管排泥。沉淀池前部平流段水平流速0.0139m/s，总长59.3m；后部斜板段长7.2m，有效板高3.5m，板间距60mm，板倾角60°，斜板总面积8200m²，有效系数0.8，斜板总投影面积3282m²，板面负荷0.29mm／s(1.05m³／m².h)； 尾部出水区长3.1m。
　　 絮凝池和沉淀池斜扳段填料采用框架式波形板板箱构造，具有良好便利的安装互换性。

　　结　论

　　通过对混合、反应、沉淀、配水等各环节的工艺优比，强化了平流沉淀池工艺，从理论上保证了沉淀出水效果，本文工程实例的处理效果，有待在今后实际运行中证实。有关池体工艺的强化措施可供水厂原有沉淀池改建时作参考。