高密度沉淀池用于處理低溫低濁水庫水的技術(shù)改造分析

周強(qiáng)

摘 要：高密度沉淀池是一種高效沉淀池，對(duì)原水水量、水質(zhì)變化適應(yīng)能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，目前已廣泛應(yīng)用于處理低溫低濁水庫水。文章介紹了高密度沉淀池用于處理西北地區(qū)某低溫低濁水庫水的工程案例，并對(duì)運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行了詳實(shí)的分析，提出了技術(shù)改造方案，并取得了較好的運(yùn)行效果。提出了高密度沉淀池運(yùn)行中重點(diǎn)關(guān)注的要素，如配水均勻性、加藥系統(tǒng)、污泥回流比、污泥排放等，對(duì)后期類似采用高密度沉淀池工藝用于處理北方地區(qū)低溫低濁水庫水具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：高密度沉淀池；低溫低濁；水庫水；改造；工程

中圖分類號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0114-03

Abstract： High-density sedimentation tank is a kind of high-efficiency sedimentation tank， which has strong adaptability to the change of raw water quantity and water quality， and the effluent quality is stable. At present， it has been widely used in the treatment of low-temperature and low-turbidity reservoir water. This paper introduces the engineering case of high density sedimentation tank used to treat the water of a low-temperature and low-turbidity reservoir in Northwest China， analyzes the problems existing in operation， puts forward the technical transformation scheme， and obtains good operation effect. The key factors in the operation of high density sedimentation tank are put forward， such as water distribution uniformity， drug adding system， sludge reflux ratio， sludge discharge and so on. It has a certain reference significance for the similar use of high density sedimentation tank process in the treatment of low temperature and low turbidity reservoir water in the North of China.

Keywords： high density sedimentation tank； low temperature and low turbidity； reservoir water； reconstruction； project

通常我們將溫度0～4℃、濁度小于30NTU的水稱為低溫低濁水。受地域條件和季節(jié)的影響，我國西北地區(qū)幾乎有6個(gè)月左右的時(shí)間原水都處于低溫低濁狀態(tài)。

1 低溫低濁水水質(zhì)特點(diǎn)

低溫低濁水中顆粒物濃度較低，且有很強(qiáng)的動(dòng)力穩(wěn)定性和凝聚穩(wěn)定性，常以細(xì)小的膠體分散體系溶于水中，碰撞幾率很小。[1]除此之外水中膠體顆粒的Zeta電位較高，水粘滯系數(shù)增大，顆粒布朗運(yùn)動(dòng)動(dòng)能小，顆粒運(yùn)動(dòng)不活躍，凝聚效果不好；加之低溫影響混凝劑水解速率，所以低溫低濁水形成的絮體細(xì)、少、輕，難于沉淀，使得低溫低濁水處理相對(duì)較為困難。目前國內(nèi)對(duì)低溫低濁水常用的處理技術(shù)主要有藥劑強(qiáng)化混凝、泥渣回流、溶氣氣浮、微絮凝過濾、膜技術(shù)等。

2 高密度沉淀池工藝

高密度沉淀池是20世紀(jì)90年代，法國得利滿公司研發(fā)的一種高效沉淀池，是以體外泥渣循環(huán)回流為主要特征的一項(xiàng)沉淀澄清技術(shù)。其凈水工藝原理基本類同于機(jī)械攪拌澄清池，屬于內(nèi)部泥渣循環(huán)型澄清池，不同之處在于其采用了機(jī)械混合、外部濃縮泥渣回流、進(jìn)水投加高分子助凝劑、澄清區(qū)上部設(shè)置斜管和下部設(shè)置污泥濃縮區(qū)以及排泥泵回流等工藝措施。

高密度沉淀池主要特點(diǎn)是：把混合區(qū)、絮凝區(qū)、沉淀區(qū)在平面上緊密串接成為一個(gè)有機(jī)的整體，充分利用加速混合、接觸絮凝和淺池理論，把機(jī)械混合凝聚、機(jī)械強(qiáng)化絮凝、斜管分離沉淀進(jìn)行了較好的優(yōu)化組合。采用集成污泥濃縮，污泥無需額外濃縮，排泥濃度含固率可達(dá)到3%以上，減少設(shè)備和后期維護(hù)工作量；出水表面負(fù)荷高、占地面積小，最高表面負(fù)荷可達(dá)20m/h以上。高密度沉淀池對(duì)原水水量、水質(zhì)變化適應(yīng)能力強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定，該工藝對(duì)低溫低濁水處理效果較好，目前已廣泛應(yīng)用于處理低溫低濁水庫水。

3 已建工程運(yùn)行案例

我國西北地區(qū)某20×104m3/d水廠采用高密度沉淀池作為沉淀工藝處理經(jīng)水庫沉淀后的黃河水取得了不錯(cuò)的效果，但該工程后期運(yùn)行中仍出現(xiàn)了一些問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘分析，對(duì)原工程和運(yùn)營條件進(jìn)行了優(yōu)化改造，改造后取得了較好的運(yùn)行效果。

3.1 原設(shè)計(jì)主要參數(shù)

（1）池體總體設(shè)計(jì)：工程設(shè)計(jì)1座高密度沉淀池，分成平行并聯(lián)運(yùn)行的3組，每組處理規(guī)模6.7萬m3/d。單組混合池的平面尺寸4.8×4.8m，有效水深4.75m，攪拌槳葉輪直徑按d=1.6m，葉輪轉(zhuǎn)速n=1.2r/s。單組絮凝池平面尺寸8.8×7.0m，有效水深6.8m，絮凝攪拌器葉輪直徑3500mm，螺旋槳轉(zhuǎn)速8.2r/min。機(jī)械混合池平面尺寸15.0×15.0m，有效水深6.8m，刮泥機(jī)刮泥臂外緣線直徑為15.0m，轉(zhuǎn)速3～6r/min。斜管分離沉淀池單組平面尺寸15.0×11.2.0m，斜管內(nèi)切圓直徑50mm，斜管長度750mm，斜管沉淀區(qū)液面負(fù)荷21.3m3/（m2*h）。

（2）污泥回流及排泥設(shè)計(jì)：循環(huán)污泥擬由轉(zhuǎn)子泵泵送，最大流量120m3/h，最大壓力2bar=20mH2O。設(shè)計(jì)污泥回流量為原水流量的2%～4%；沉淀池內(nèi)設(shè)置一套泥位計(jì)，當(dāng)泥位達(dá)到設(shè)定值時(shí)（0.6～1.0m）污泥轉(zhuǎn)子泵自動(dòng)開始排泥。

（3）加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)：混凝劑采用聚合氯化鋁（PAC）：常年投加量15mg/L，最大30mg/L，常年投加濃度5%；助凝劑采用聚丙烯酰胺（PAM）：設(shè)計(jì)投加量0.15mg/l，投加濃度為0.5%，在線稀釋至0.1%投加。

3.2 工程實(shí)際運(yùn)營情況

因原水濁度較低，為增加原水濁度使高密度沉淀池盡快在預(yù)沉-濃縮區(qū)形成活性污泥，在高密度沉淀池開始調(diào)試運(yùn)營時(shí)，向每格池子投加5-8m3黃泥，部分活性污泥在上層停留幾個(gè)小時(shí)之后被回流至快速反應(yīng)區(qū)，其余部分污泥進(jìn)入濃縮區(qū)下層，高密度沉淀池在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入了正常運(yùn)行狀態(tài)。

（1）原水水質(zhì)：在水庫上水期，進(jìn)水濁度最高為

50NTU，在冬季進(jìn)水最低濁度為1.23NTU，原水濁度通常在5NTU左右；PH值通常在8.0左右；水溫最高20℃，最低零下2℃。

（2）設(shè)備運(yùn)行：混合池和絮凝池?cái)嚢杵靼凑赵O(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，刮泥機(jī)運(yùn)行速度4～5r/min，污泥實(shí)際運(yùn)行回流比2.4%。

（3）加藥系統(tǒng)：平時(shí)運(yùn)行中PAC投加量為15～18mg/L，常年投加濃度5%；PAM投加量為0.1-0.12mg/L，投加濃度為0.5%，在線稀釋至0.1%投加。

3.3 運(yùn)行中存在的問題及分析

（1）高密度沉淀池運(yùn)行3～5個(gè)月后濃縮區(qū)出現(xiàn)泥位虛高，排泥后泥位無變化反而出現(xiàn)虛增高現(xiàn)象，沉淀區(qū)出水水質(zhì)出現(xiàn)惡化，局部礬花上浮現(xiàn)象。水廠平常只能通過持續(xù)加泥，定時(shí)排泥的方式，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)造成了高密池內(nèi)積泥現(xiàn)象加重等問題。

（2）絮凝區(qū)泥水分配不均勻，特別在絮凝區(qū)側(cè)面、四個(gè)底角積泥嚴(yán)重，積泥內(nèi)部為黑色。絮凝區(qū)積泥的原因初步判斷為：由于所投加黃土的密度較大、數(shù)量多，而原設(shè)計(jì)的絮凝攪拌器產(chǎn)生的提升水流，無法將超出設(shè)計(jì)負(fù)荷的過量污泥從絮凝區(qū)帶走，從而在絮凝區(qū)流速較慢的區(qū)域形成積泥。

（3）在絮凝階段礬花無法鋪滿整個(gè)絮凝池，絮體成脈動(dòng)狀推向池面，礬花顆粒大、不飽滿，呈現(xiàn)出典型的污泥濃度過高的現(xiàn)象。

（4）斜管沉淀區(qū)（澄清區(qū)）出水水質(zhì)呈現(xiàn)霧狀，水中含有較多顆粒物，且分塊明顯，無明顯礬花。初步判斷是因?yàn)榧幽嘣斐傻母呙芏瘸恋沓爻伢w內(nèi)污泥高度太高，混凝劑和絮凝劑投加量、絮凝沉淀時(shí)間不足，而導(dǎo)致細(xì)小的黃泥流出。

（5）械混合池刮泥機(jī)底部到高密池沉淀區(qū)混凝土面存在一層黑色污泥，底部沉泥長期無法刮至泥斗參與循環(huán)或者排出。沉淀池底部集泥的原因初步判斷為刮泥機(jī)無法正常有效的刮泥，底部刮板需要檢查和更換，底部刮板需要采用硬質(zhì)橡膠板。

（6）部分集水槽安裝水平高度不一致，造成各集水槽出水負(fù)荷不均勻。

4 工程改造的技術(shù)措施

（1）優(yōu)化加藥系統(tǒng)：通過燒杯實(shí)驗(yàn)，利用混凝、絮凝原理確定混凝劑、絮凝劑的最佳投加量，重新組合PAC和PAM的投加量，使其達(dá)到好的絮凝效果。原運(yùn)行PAC投加量15～18mg/L，PAM投加量0.1～0.12mg/L；建議調(diào)整為PAC投加量21～23mg/L，PAM投加量0.2mg/L。由于PAM投加泵的能力目前已經(jīng)達(dá)到最大設(shè)計(jì)能力，需要適當(dāng)增加PAM制備濃度，以便增加原水中PAM的投加量。藥劑投加量調(diào)整后，絮凝形成的礬花密實(shí)均勻，易于沉降，縮短了沉淀時(shí)間，沉淀出水濁度降低（0.6NTU左右）。參考相關(guān)水司單位的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，PAM藥液從絮凝池的投加環(huán)投加的效果優(yōu)于從污泥管投加的效果好；當(dāng)單點(diǎn)投加量滿足需求時(shí)，優(yōu)先選用環(huán)投加。在PAM所需投加量較大，一臺(tái)PAM投加泵無法滿足投加量的情況下，采用兩點(diǎn)投加，啟動(dòng)另外一臺(tái)PAM投加泵，投加點(diǎn)為污泥管，兩投加點(diǎn)投加比例為1：1。

（2）增加配水的均勻性：在每個(gè)沉淀池過水堰墻體側(cè)面中間加裝10mm厚不銹鋼隔水板，拆除每個(gè)沉淀池過水堰墻體上部40cm高砼墻體。改造后配水的均勻性增加，沉淀區(qū)污泥堆積有效減少，礬花翻堰平順，運(yùn)行良好。

（3）優(yōu)化控制污泥回流比：正常情況下（不考慮投加黃土），污泥泵的回流量一般占進(jìn)水量的2%～5%。如果高密池內(nèi)污泥界面高，減少回流泵循環(huán)比，反之增加。目前的回流比還是在合理范圍內(nèi)，若污泥量不足，可以增加污泥循環(huán)泵頻率，增加污泥回流比。若污泥量太多，可以減少污泥循環(huán)泵頻率，減少污泥回流比。

（4）底泥排放方式優(yōu)化：目前水廠主要通過每日排放一次，根據(jù)泥位計(jì)濃度進(jìn)行排放，每日根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排放三種方式進(jìn)行排泥，排泥方式不夠科學(xué)。建議底泥排放的量可以根據(jù)采樣管的泥位進(jìn)行管理，泥位計(jì)的讀數(shù)作為參考，為了避免排放底泥對(duì)高密池原有泥位的干擾，建議采用每日多次排放，每次排放量在1分鐘左右。

（5）刮泥機(jī)底部池底處理：放空檢修后發(fā)現(xiàn)，刮泥機(jī)底部池底底板不平整，造成日常運(yùn)行刮泥不夠徹底，使大量的泥長期堆積在底部，無法有效循環(huán)。采用人工鑿除10cm厚砼，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)刮泥機(jī)底板高度重新澆筑10cm厚砼池底板，底部坡度重新找平，距離刮泥板橡膠墊平均高度在3cm。改造后有利于泥斗收泥，防止底部不均勻出現(xiàn)泥層板結(jié)。

（6）沉淀分離區(qū)集水槽調(diào)整：斜管沉淀池集水槽安裝水平高度不一致，使用人工調(diào)整集水槽高度至設(shè)計(jì)高程，以保證過水均勻。處理后，各個(gè)集水槽上升流速平緩，過水均勻，減少局部負(fù)荷較大的問題，整理出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。

具體工藝改造布置如圖1所示。

5 結(jié)論

對(duì)高密度沉淀池進(jìn)行工藝改造后，沉淀出水濁度有著明顯改善，后續(xù)濾池反沖洗的時(shí)間由30小時(shí)調(diào)整至36小時(shí)，對(duì)水廠運(yùn)行中節(jié)能減排起到了較明顯的效果。高密度沉淀池是集絮凝、沉淀、污泥濃縮工藝為一體的高效水處理構(gòu)筑物，尤其是對(duì)北方地區(qū)經(jīng)水庫沉淀的低溫低濁水具有較好的處理效果。在設(shè)計(jì)及運(yùn)行中應(yīng)注意對(duì)配水均勻性、混凝劑和助凝劑的投加方式、投加量，斜管沉淀區(qū)的水平安裝均勻性、污泥回流參數(shù)等的選取，這些因素將會(huì)是高密度沉淀池能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

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