金善功　 李彪

　　沉淀工藝在常規(guī)水處理中的重要性沉淀的原理就是利用固、液相之間的密度差，使得密度大于液相的固相(懸浮固體顆粒)下沉，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的過程。在常規(guī)水處理工藝中，沉淀擔(dān)負(fù)著去除原水中大量懸浮物(約80—90％)的任務(wù)，是必不可少的主體工藝。沉淀工藝因?yàn)闃?gòu)造簡單，管理方便，營建、運(yùn)行費(fèi)用低廉，使得它在生產(chǎn)當(dāng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，當(dāng)今幾乎所有的凈水(地表水)工程中 都采用了沉淀，或者澄清等相當(dāng)?shù)墓に囆问?，可以說沉淀工藝在凈水技術(shù)中的作用一直以來都為人們所重視。沉淀理論相對已比較成熟，但關(guān)于完善或深化沉淀理論方面的研究仍然持續(xù)進(jìn)行著。
　　平流沉淀池的憂缺點(diǎn)沉淀池的形式主要有：平流沉淀池、豎流沉淀池、輻流沉淀池、斜管(板)沉淀池、以及各矣澄清池，如機(jī)械攪拌澄清池、水力循環(huán)澄清池、脈沖澄清池、總浮澄清池等。對于不同的水質(zhì)、水量等條件，幾種沉淀池各具有相應(yīng)的適應(yīng)范圍。輻流沉淀池對于高濁度水的預(yù)沉效果較好；應(yīng)用在單座10萬m³／d的沉淀池優(yōu)勢較為明顯，與平流沉淀池相比，藥耗較高；機(jī)械攪拌澄清池雖有較高的沉淀效率，但限于國產(chǎn)攪拌機(jī)在使用過程中故障率較高，供水安全性差，每年停池檢修頻繁，所以機(jī)械加速澄清池也不是目前推崇的 沉淀池型；斜管(板)沉淀池是效率較高的沉淀形式，但單池規(guī)模較大時，它的應(yīng)用受到諸如配水、支撐、排泥等因素的限制。
　　平流沉淀池是歷史悠久的沉淀池型，在當(dāng)今沉淀技術(shù)越來越成熟，沉淀池的型式日益繁雜的時代，人們并未放棄對平流沉淀池的選擇，土地資源相對有限的地方尚且能這樣，到底還是因?yàn)槠搅鞒恋沓氐拇_存在著其它沉淀池型不可比擬的優(yōu)勢，它構(gòu)造簡單，池深較淺，造價較低，沉淀效果穩(wěn)定，操作管理方便，對原水水質(zhì)和水量變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，藥耗量較低，能耗較低，排泥設(shè)備如虹吸、泵吸或同時具備兩種方式的國產(chǎn)刮泥機(jī)技術(shù)已非常成熟。平流沉淀池較適用于大、中型水廠的混凝沉淀，特別對于大型水廠尤為經(jīng)濟(jì)、適用。平流沉淀池 的最大的缺點(diǎn)是占地面積大，其次運(yùn)行當(dāng)中有的時候可能會跑礬花或產(chǎn)生其他不穩(wěn)定的現(xiàn)象。但歸根結(jié)底，平流沉淀池的停留時間長，生產(chǎn)安全性是最高的，國內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)達(dá)澄清池?zé)帷⑿惫?板)池?zé)岬?，但對平流沉淀池的?yīng)用一直較為廣泛。
　　強(qiáng)化平流沉淀池工藝的必要性我國現(xiàn)行飲用水國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相對于歐共體和世界衛(wèi)生組織制定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來說，尚存在著差距，可以說現(xiàn)行國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定受當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)和水處理技術(shù)水平的制約。隨著我國新時期經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的顯著改善，以及我國水處理技術(shù)水平的提高，我國飲用水水質(zhì)目標(biāo)應(yīng)該向國際先進(jìn)水平看齊。
　　我國城鎮(zhèn)供水規(guī)劃要求出水濁度目標(biāo)值為1NTU以下，只有作到沉淀池的出水濁度界于10NTU—5NTU，且經(jīng)常保持在5NTU以下，才能夠保征濾后水1NTU以下的目標(biāo)值。我國各地原水水質(zhì)差異很大、要能夠使沉淀池的出水濁度界于5NTU以下，如對于原水為一般江河水、湖泊水和水庫水等，較容易作到，但對于高濁度水(如黃河或長江上游地區(qū)原水合砂量高達(dá)200kg／m3)、低溫低濁水處理，如果沒有沉淀池的大幅度去除懸浮物的作用或弱化沉淀池的功能的情況下，要保證濾后水1NTU以下的出水指標(biāo)則比較困難。所以我們有必要強(qiáng)化平流沉淀池工藝，以便保證后續(xù)過濾得到更高品質(zhì)的水質(zhì)。我國當(dāng)前新建凈水廠濾池的設(shè)計參數(shù)基本上接近或者與國際上流行的濾池的設(shè)計參數(shù)相當(dāng)，濾池的能力已充分的得以發(fā)揮、唯沉淀池的設(shè)計參數(shù)停留在較低的范圍內(nèi)，據(jù)資料表明：我國大多數(shù)平流沉淀池的停留時間為1—1.5h，最長的停留時間為2h，而國外沉淀池的停留時間均較長，美國一般為2～4h，日本為3～5h。就是說國內(nèi)沉淀池的停留時間僅是國外停留時間的一半左右，若要使國內(nèi)沉淀池的時間一下于提高到國外的水平，恐怕難以作到。而在現(xiàn)有條件下。改善、挖潛或強(qiáng)化沉淀池工藝顯得必要而迫切。
　　 強(qiáng)化反應(yīng)池工藝擁有完善的絮凝條件，所形成的礬花致密、結(jié)實(shí)、碩大，易于沉淀，這樣的話，沉淀的功能就能完全的體現(xiàn)出未，可以說，好的反應(yīng)是沉淀的必要前提，強(qiáng)化反應(yīng)池工藝就是為后續(xù)沉淀創(chuàng)造了優(yōu)越的先天條件。反應(yīng)池的形式也是繁復(fù)多樣，不管采用那一種形式，都要求有好的梯級遞減的G值，并避免將成熟的礬花打碎。機(jī)械反應(yīng)池算得上是最好的反應(yīng)池了，但能耗相對較高，且日常維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用也很高，安全性差，國內(nèi)攪拌設(shè)備的生產(chǎn)多未過關(guān)，故國內(nèi)多數(shù)水廠傾向于水力反應(yīng)池，具體形式多選擇填料型，如波紋板、折 板、網(wǎng)槳等反應(yīng)池形式，總的來說池體選擇，更加追求G值的平穩(wěn) 過渡，使得顆粒在反應(yīng)池的前段增加碰撞機(jī)會，后段避免打碎已形成 的礬花，占地盡量得少等原則，實(shí)際上就是強(qiáng)化反應(yīng)池工藝。
　　 強(qiáng)化平流沉淀池工藝平流沉淀池一般在大、中型水廠里普遍采用，分析國內(nèi)目前平流沉淀池運(yùn)行當(dāng)中較常發(fā)生的現(xiàn)象，如：出水帶礬花、容積利用率低、有異重流現(xiàn)象等。強(qiáng)化工藝的措施，可以利用淺層沉淀的原理，在平流沉淀池某一部位加裝側(cè)向流斜扳，變相的增加了池長，從理論上增大了停留時間；另外如改善平流沉淀池的進(jìn)出水條件，設(shè)置開孔率適當(dāng)?shù)倪M(jìn)出水花墻，增加必要的配水段，出水增加出水堰的長度，合理設(shè)置池體縱向?qū)Я?或分隔)墻，使得平流沉淀池流態(tài)更加平穩(wěn)，從而避免諸如短流、偏流、異重流等不利因素， 提高沉淀效率，降低出水濁度。

　　介紹某水廠強(qiáng)化平流沉淀池工藝工程實(shí)例

　　黃河上游菜市供水?dāng)U建工程，是在原水廠的基礎(chǔ)上改、擴(kuò)建，新增供水能力30萬m³／d，一水廠是在黃河原水的予處理廠，二水廠是 常規(guī)水處理工藝為主的水廠。
　　二水廠新建部分采用混凝、沉淀、過濾、消毒常規(guī)處理工藝。1#、2#沉淀站是關(guān)鍵處理構(gòu)筑物之一，處理來自一水廠夏季高濁度絮凝沉淀予處理水(冬季原水直接超越一水廠)。來水濁度＞400NTU，水溫2—3℃，水質(zhì)兼有高濁、低溫低濁的特點(diǎn)；受取水上游未徹底處理工業(yè)廢水排放的影響，夏季時原水中藻類經(jīng)日光照射后會過量繁殖；另外，工程用地受場地限制不可能將停留時間設(shè)計過長。為了能滿足以上幾種情況下，沉淀站均能得到良好的處理效果，特采用了快速混凝、豎向流水力絮凝、平流十側(cè)向流斜板沉淀池的工藝形式。
　　沉淀站分為1#和2#兩座，每座沉淀站由一組機(jī)械混合池和兩組豎流式多通道絮凝池以及平流十側(cè)向流波形斜板沉淀池組合而成。沉淀池分為平流段和斜板段，平流段采用桁車式虹吸泥機(jī)排泥，斜板段為穿孔管排泥；為了防止反應(yīng)池底部積泥，在其下也設(shè)穿孔管排泥。所有穿孔排泥管管未采用角式液動快開排泥閥，定時通過電磁閥控制排泥。析車式虹吸泥機(jī)根據(jù)進(jìn)水濁度、時間及積泥量，自動／人工定 時進(jìn)行排泥。沉淀站所有設(shè)備的動作由設(shè)于現(xiàn)場的控制柜和操作員終 端共同控制。現(xiàn)將沉淀站的設(shè)計思路詳述如下：
　　防藻和處理低溫低濁水，池體加設(shè)圍護(hù)體系。為了防藻和防冬季低溫低濁水結(jié)冰及保證生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中設(shè)備的正常操作和維護(hù)，設(shè)計采用了大跨度(26m)拱形輕質(zhì)金屬屋面圍護(hù)體系，屋面內(nèi)襯聚胺脂材料保溫，室內(nèi)采暖三項(xiàng)措施?；炷齽┑倪x擇。沉淀站的來水雖屬高濁水的范疇、但夏季已經(jīng)一 水廠予沉，一般濁度≯400NTU，主要構(gòu)成濁度的組分為粉質(zhì)砂，這種砂粒的特點(diǎn)是粒徑小、質(zhì)量輕，不易直接沉淀，通過對幾種混凝劑 實(shí)際使用效果的比較，結(jié)合水廠多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，決定選用三氯化鐵，以它作為混凝劑，形成的絮體粒徑大且質(zhì)地密實(shí)，沉淀性能優(yōu)越。但考慮到將來黃河水質(zhì)的變壞的可能因素，設(shè)計予留投加高分子助凝劑PAM的設(shè)施。
　　混合池的設(shè)計。從混凝全過程機(jī)理來看，混凝劑首先與原水混合，這段時間通常非常短，然后才是混凝劑水解、肢體脫穩(wěn)以及脫穩(wěn)膠體聚集?；旌铣氐脑O(shè)計充分體現(xiàn)了混凝劑水解之前與原水的迅速混合，靜混合時間28s，采用兩級雙層槳葉機(jī)械攪拌器將原水與藥劑進(jìn)行快速攪拌混合，快速混合攪拌器功率2×7.5KW，對水體產(chǎn)生的速度梯度G值不小于750s-1，過度時間為68s，總混合時間為96s。原水和 混凝劑混合均勻度不小于85％。之所以采用機(jī)械混合，是因?yàn)槠湎啾扔谄渌旌闲问?，不僅混合效果好而且易調(diào)節(jié)，所采用的攪拌器可裝 設(shè)有變頻調(diào)速器裝置(調(diào)頻范圍100—50％)，可較大限度的適應(yīng)不同的濁度和水量的變化。
　　 絮凝池(反應(yīng)池)的設(shè)計。設(shè)計采用豎流(推流)內(nèi)置多通道異波波紋板式絮凝池，下設(shè)穿孔排泥管?？偼Ａ魰r間25min，靜反應(yīng)時 間12.1min。反應(yīng)池共分三級，一級反應(yīng)池，平均流速0.151m／s，停留時間79.5s；二級反應(yīng)池，平均流速0.108m／s，停留時間278s；三級反應(yīng)池，平均流速0.054m／s，停留時間369s。該絮凝池的最大優(yōu)點(diǎn)是其反應(yīng)能量隨反應(yīng)過程不斷得到補(bǔ)充，由于水流通道較狹小，通 道沿程寬度至梯級不斷增大，在并行的波形多通道中，水流旋渦式前進(jìn)，沿程旋渦幾乎擴(kuò)散到整個水體中，因而能量得到較充分的利用， 效率較高；它的另一個特點(diǎn)是反應(yīng)時間短，在同樣的停留時間下，相當(dāng)于延長了反應(yīng)時間，通常認(rèn)為延長反應(yīng)時間能保證低溫低濁水的絮 凝；還有它的平面布置為推流式，末端與沉淀池銜接時配水方式最好。
　　 沉淀池的設(shè)計。二水廠一期沉淀形式為輻流沉淀池，處—理高濁水較好，二期為機(jī)械加速澄清池，出水水質(zhì)好，但設(shè)備故障率較高，本期工程決定采用平流沉淀池。平流沉淀池是最普遍的沉淀池型，因?yàn)橥Ａ魰r間長，耐沖擊，采用虹吸式機(jī)械排泥設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用已很成熟。
　　 考慮到池體圍護(hù)及占地的因素，沉淀池的停留時間控制在90min，為了彌補(bǔ)停留時間相對短的不足，特在沉淀池的后部加裝側(cè) 向流波形斜板沉淀器。通過對黃河高濁度水沉降曲線的理論研究得知，該曲線在等時間區(qū)段內(nèi)近似至線性關(guān)系，其斜率沿時間的無限增 長而逐漸減小，也就是說，絮體在沉淀池的前部沉速較大，往后沉速梯級降低，所以在沉淀池的后部，單是考慮增加池長是不經(jīng)濟(jì)的，若 將斜板段放在沉淀池的后部，利用淺層沉淀的原理，相當(dāng)于在池體投影長方向上增加了池長。總的來說，斜板安放在沉淀池的任何部位都 可以，但沉淀池的前中部，絮體本身就有良好的沉淀性能，若加裝斜板，則斜板板面負(fù)荷太大，容易壓壞斜板。側(cè)向流斜板的水流流態(tài)和 平流沉淀池類似，斷面配水形式好，排泥和水流方向互相垂直，相互擾動較??；由于斜板本身的結(jié)構(gòu)以及斜板段前后都有多孔布水板，客觀上起到了整流的作用，可以避免諸如短流、偏流、異重流等使平流沉淀池出水“跑礬花”的現(xiàn)象，從而極大的提高沉淀池的效率，保證出水水質(zhì)。若使用斜管，無論在平流池的任何部位，都難以克服配水不均勻的缺點(diǎn)；另外，使用斜管，流態(tài)也與平流池不太好匹配，盡管它的沉淀性能非常好。絮凝池與沉淀池之間采用花墻配水的形式；沉淀池在斜板段后設(shè)出水過度段外，另設(shè)一道出水穿孔花墻和一道矩形出水薄壁堰，確保出水均勻。
　　 側(cè)向流斜板采用力學(xué)性能好的ABS波形斜板，且有專用滑泥通道、當(dāng)在設(shè)計角度安放時，板面不易因負(fù)荷而發(fā)生變形和積泥。在沉 淀池斜板段，因泥量相對較小，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，總長59.3m；后部斜板段長7.2m，有效板高3.5m，板間距60mm，板傾角60°，斜板總面積8200m²，有效系數(shù)0.8，斜板總投影面積3282m²，板面負(fù)荷0.29mm／s(1.05m³／m².h)； 尾部出水區(qū)長3.1m。
　　 絮凝池和沉淀池斜扳段填料采用框架式波形板板箱構(gòu)造，具有良好便利的安裝互換性。

　　結(jié)　論

　　通過對混合、反應(yīng)、沉淀、配水等各環(huán)節(jié)的工藝優(yōu)比，強(qiáng)化了平流沉淀池工藝，從理論上保證了沉淀出水效果，本文工程實(shí)例的處理效果，有待在今后實(shí)際運(yùn)行中證實(shí)。有關(guān)池體工藝的強(qiáng)化措施可供水廠原有沉淀池改建時作參考。