蘇建明， 韓佳言， 柏昕然， 鄒 沖， 于紅松

(天津市華博水務(wù)有限公司， 天津 300040)

平流沉淀池是常規(guī)水處理工藝中使用較廣、應(yīng)用較早的泥水分離構(gòu)筑物[1-2]。平流式沉淀池構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定，對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，但低表面負(fù)荷運(yùn)行模式使得池體占地面積增大，造價(jià)增加，且排泥不方便，而機(jī)械排泥模式下機(jī)械設(shè)備和驅(qū)動(dòng)件均浸于水中，易銹蝕。較多采用平流沉淀池的污水廠，其在實(shí)際運(yùn)行中受制于多種因素，導(dǎo)致運(yùn)行負(fù)荷很難有較大突破，開發(fā)適合污水處理的成套技術(shù)及產(chǎn)品具有良好的應(yīng)用需求。此外，現(xiàn)階段一些水廠正在開展平流沉淀池的升級(jí)改造，采用新型高效沉淀管可極大地提高沉淀效率。因此，平流沉淀池在供水領(lǐng)域同樣具有較大的拓展空間。筆者探索了不同進(jìn)水工況條件下高效沉淀管的作用和效能，以期獲得穩(wěn)妥有效的運(yùn)行負(fù)荷，并基于不同進(jìn)出水形式研究，獲得可工程化的水平管形式及進(jìn)出水布置，為高效沉淀管技術(shù)的推廣應(yīng)用提供重要依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置由進(jìn)水泵、進(jìn)水區(qū)、沉淀區(qū)、集水槽、沉泥區(qū)、排泥管等組成，集水區(qū)分別設(shè)有上中下三根集水管。水體由生產(chǎn)線絮凝區(qū)通過進(jìn)水泵進(jìn)入到中試裝置的進(jìn)水區(qū)，經(jīng)過沉淀后流至集水槽，在集水槽混合后排出，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experiment device

1.2 實(shí)驗(yàn)用水和檢測(cè)指標(biāo)

裝置進(jìn)水取自靜海西城污水處理廠斜管沉淀池絮凝區(qū)。分別檢測(cè)進(jìn)出水SS及濁度，考察新型高效沉淀管的沉淀效率。SS采用重量法檢測(cè)，濁度采用HACH 2100Q濁度儀檢測(cè)。

1.3 新型沉淀管與傳統(tǒng)斜管沉淀池的比較

對(duì)于傳統(tǒng)斜管沉淀池，由于泥和水都在同一通道異向流動(dòng)，相互影響容易形成可逆沉淀，且存在死區(qū)可能造成斷流，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)低溫、低濁度進(jìn)水及含藻類的原水的處理效果并不理想[3]。研究中所應(yīng)用的高效沉淀管是基于來水在水平方向上流動(dòng)而進(jìn)行泥水分離的設(shè)備，其主要特點(diǎn)在于處理的原水經(jīng)過泥水分離后，沉淀污泥經(jīng)獨(dú)立通道排往積泥區(qū)，泥與水的流經(jīng)通道相互分離，減少了水流對(duì)沉泥的干擾，沉淀管如圖2所示。

圖2 沉淀管俯視Fig.2 Top view of sedimentation tube

2 結(jié)果與討論

2.1 同向流沉淀管對(duì)濁度的去除效果

當(dāng)沉淀管由高往低向下傾斜時(shí)，水與污泥均沿斜板向下流動(dòng)，為同向流。在同向流沉淀池中，顆粒借助于水流同向的沖擊力可大幅提高表面水力負(fù)荷。為了探究不同表面負(fù)荷對(duì)濁度去除效果的影響，以生產(chǎn)線絮凝區(qū)出水為原水，改變表面負(fù)荷為1～4 m3/(m2·h)，對(duì)進(jìn)出水濁度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)水濁度及處理效果如圖3所示。

圖3 表面負(fù)荷對(duì)濁度去除效果的影響Fig.3 Influence of surface load on turbidity removal

圖3中1～7組實(shí)驗(yàn)的表面負(fù)荷為4 m3/(m2·h)，8～10組的表面負(fù)荷為3 m3/(m2·h)，11～13組的表面負(fù)荷為2 m3/(m2·h)，14～16組的表面負(fù)荷為1 m3/(m2·h)。當(dāng)水力表面負(fù)荷為4 m3/(m2·h)時(shí)，沉淀區(qū)水力停留時(shí)間為0.24 h，進(jìn)水平均濁度為11.35 NTU，出水平均濁度為7.37 NTU，平均去除率為34.1%；當(dāng)進(jìn)水濁度偏高時(shí)，出水濁度也相應(yīng)較高，但去除率基本保持不變。依次降低表面水力負(fù)荷至3，2和1 m3/(m2·h)，濁度的平均去除率分別為30.3%、34.5%、24.7%。此過程中可觀察到沉淀顆粒先沉積到三角板的表面，經(jīng)過一個(gè)排泥周期的累積后，部分沉淀顆粒通過排泥通道滑落至底部的積泥區(qū)。原斜管沉淀池進(jìn)水流量雖有波動(dòng)，但大都處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，即表面負(fù)荷為4 m3/(m2·h)，此時(shí)斜管沉淀池對(duì)濁度的平均去除率為73.9%。

2.2 異向流沉淀管對(duì)濁度的去除效果

當(dāng)沉淀管由低往高向上傾斜時(shí)，水體向上流動(dòng)而污泥向下流動(dòng)，形成異向流。與同向流相比，該方式可有效解決泥水分離不充分的問題，進(jìn)一步提高沉淀效率。為了考察不同表面水力負(fù)荷對(duì)異向流沉淀管去除濁度的影響，以生產(chǎn)線絮凝區(qū)出水為原水，對(duì)進(jìn)出水濁度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 表面負(fù)荷對(duì)濁度去除效果的影響Fig.4 Influence of surface load on turbidity removal

圖4中，1～10組實(shí)驗(yàn)的表面負(fù)荷為4 m3/(m2·h)，11 ～ 20組的表面負(fù)荷為3 m3/(m2·h)，21～30組的表面負(fù)荷為2 m3/(m2·h)，31～39組的表面負(fù)荷為1 m3/(m2·h)。表面水力負(fù)荷為4 m3/(m2·h)時(shí)，濁度的平均去除率為39.8%，依次降低表面水力負(fù)荷至3，2和1 m3/(m2·h)，濁度的去除率分別為40.3%、34.8%和38.7%。

進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，無論是同向流還是異向流，濁度去除率并沒有隨表面水力負(fù)荷的降低而升高。但在4個(gè)不同表面負(fù)荷的情況下，前低后高布設(shè)方式對(duì)濁度的去除率均高于前高后低。因此，采用前低后高的傾斜方式更為有效，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同表面水力負(fù)荷下傾斜方式對(duì)濁度去除效果的影響Fig.5 Influence of tilt mode on turbidity removal under different surface hydraulic loads

2.3 異向流沉淀管對(duì)SS的去除效果

為了探究異向流沉淀管對(duì)不同濃度原水SS的處理效能，選取咸水沽、西城和雙橋三個(gè)污水廠的混凝沉淀區(qū)出水作為實(shí)驗(yàn)原水，其SS濃度分別為10～20，50～80以及150～200 mg/L。采用前低后高的沉淀管布設(shè)形式，采用處理水量4 m3/h，排泥時(shí)間10 min，設(shè)計(jì)排泥周期8 h。

2.3.1低SS原水

異向流沉淀管對(duì)低SS(10～20 mg/L)原水的處理效果如圖6所示。在連續(xù)運(yùn)行模式下，出水SS一直穩(wěn)定在5 mg/L以下，去除率在63.64%～86.67%之間，并且在一個(gè)排泥周期內(nèi)，出水SS變化極小，這可能是由于進(jìn)水SS過低，在一個(gè)排泥周期內(nèi)尚未有大量污泥堆積的現(xiàn)象產(chǎn)生，即在低SS(10～20 mg/L)進(jìn)水情況下，同向流沉淀管在一個(gè)排泥周期內(nèi)的處理效果變化不大。

進(jìn)水出水161412108642SS/(mg·L-1)0246810121416t/ha.SS去除率/%908580757065600246810121416t/hb.去除率圖6 異向流沉淀管對(duì)低SS原水的處理效果Fig.6 Treatment effect of opposite flow sedimentation tube on raw water with low SS進(jìn)水出水70605040302010SS/(mg·L-1)0246810121416t/ha.SS去除率/%0246810121416t/hb.去除率8075706560555045圖7 異向流沉淀管對(duì)中SS原水的處理效果Fig.7 Treatment effect of opposite flow sedimentation tube on raw water with medium SS

2.3.2中SS原水

異向流沉淀管對(duì)中SS(50～80 mg/L)原水的處理效果如圖7所示。在第1個(gè)排泥周期內(nèi)，出水SS從18 mg/L增長(zhǎng)到32 mg/L，SS去除率從71.43%降低至50.77%。在排泥之后，出水SS快速降低到15 mg/L，去除率升高至77.94%。但是在第2個(gè)排泥周期內(nèi)，出水SS再次由15 mg/L增長(zhǎng)到29 mg/L，去除率從77.94%降低至56.06%。這可能是因?yàn)樵谝粋€(gè)排泥周期內(nèi)，已沉淀的礬花不斷在排泥區(qū)堆積，產(chǎn)生跑泥現(xiàn)象，造成出水SS升高。而在排泥之后，排泥區(qū)的沉積物被清空，使得沉淀工藝處理效果恢復(fù)。

2.3.3高SS原水

異向流沉淀管對(duì)高SS(150～200 mg/L)原水的處理效果如圖8所示。在每個(gè)排泥周期內(nèi)，出水SS均迅速升高，SS去除率迅速降低。而在排泥之后，出水SS快速降低至111 mg/L，去除率升高至42.19%。這是因?yàn)檫M(jìn)水SS過高，在每個(gè)排泥周期內(nèi)，沉淀的污泥迅速堆滿排泥區(qū)，最終導(dǎo)致排泥區(qū)功能喪失。而在排泥之后，排泥區(qū)堆存的沉積物得以快速排放，使得系統(tǒng)沉淀功能恢復(fù)，出水SS重新有所降低。

進(jìn)水出水t/ha.SS20018016014012010080SS/(mg·L-1)024681012141650403020100t/hb.去除率去除率/%0246810121416圖8 異向流沉淀管對(duì)高SS原水的處理效果Fig.8 Treatment effect of opposite flow precipitation tube on raw water with high SS

3 結(jié)論

采用新型高效沉淀管對(duì)污水廠混凝區(qū)出水進(jìn)行處理，考察不同表面負(fù)荷及傾斜方式對(duì)濁度與SS的去除效果，得到以下結(jié)論：

① 基于新型沉淀管構(gòu)建的高效沉淀池對(duì)濁度或SS去除穩(wěn)定有效，該裝置在進(jìn)水端增加了平流段，使得流速降低，布水更加均勻且在沉淀區(qū)有效解決了泥水分離問題，實(shí)現(xiàn)了“泥走泥道，水走水道”。

② 沉淀管采用前低后高的傾斜方式，形成的異向流對(duì)濁度的去除更為有效，且該布設(shè)方式對(duì)低SS進(jìn)水的處理效果良好，但隨著進(jìn)水SS的增加，處理效果逐漸降低，應(yīng)考慮增加排泥頻次。