淺析：污水處理中沉淀工藝的原理及特點(diǎn)
文章作者: 宏森環(huán)保
沉淀是去除水中懸浮物的主要單元，對(duì)沉淀工藝的進(jìn)展方面進(jìn)行了論述，本文主要給大家介紹了平流式沉淀池、蜂窩斜管填料沉淀池、高密度沉淀池、攔截式沉淀池的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，旨在提高沉淀池的沉降效率。
目前，國(guó)內(nèi)外的給水處理工藝大多采用沉淀(澄清)過(guò)濾和消毒形式，其中沉淀部分對(duì)原水中懸浮物的去除顯得尤為重要。沉淀池作為去除水中懸浮物的主要設(shè)施之一，在水行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。縱觀沉淀構(gòu)筑物的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，在20世紀(jì)60年代以前主要采用平流式、豎流式和輻流式沉淀池，60年代起各種澄清池盛行一時(shí)，70年代后，主要是斜管、斜板及復(fù)合型沉淀池。沉淀構(gòu)筑物形式的改進(jìn)提高了沉淀分離的效率。沉淀池的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)都是圍繞怎樣增加沉淀面積和改變水流流態(tài)這兩方面進(jìn)行的。沉淀池的設(shè)計(jì)總是以提高沉淀池的沉降效率為目的。
提高沉降效率有兩種方法
1)縮短顆粒的沉淀距離、增大沉淀池面積，斜管沉淀屬這一類;
2)增大礬花顆粒的下沉速度，通過(guò)采用高效絮凝劑和優(yōu)化絮凝工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一、平流式沉淀池
平流式沉淀池是目前我國(guó)大中型給水廠使用較廣泛的池型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理方便、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。平流式沉淀池為矩形，上部為沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，池前部有進(jìn)水區(qū)，池后部有出水區(qū)。經(jīng)混凝的原水流入沉淀池后，沿進(jìn)水區(qū)整個(gè)截面均勻分配，進(jìn)入沉淀區(qū)，然后緩慢流向出口區(qū)。水中的顆粒沉于池底，沉積的污泥定期排出池外。
二、蜂窩斜板（管）沉淀池
蜂窩斜板(管)沉淀是把與水平面成一定角度(一般為60。)的眾多蜂窩斜板(管)組件置于沉淀池中。水流可從下向上或從上向下流動(dòng)，顆粒則沉于底部，而后自動(dòng)滑下。從改善沉淀池水力條件來(lái)分析，由于沉淀池水力半徑大大減小，從而使雷諾數(shù)R大為降低，弗勞德數(shù)大為提高，滿足了水流穩(wěn)定性和層流的要求。為了進(jìn)一步提高沉淀效率，許多改良型的蜂窩斜板(管)沉淀池應(yīng)運(yùn)而生。
蜂窩斜管填料特點(diǎn)：
1.濕周大，水力半徑小。
2.層流狀態(tài)好，顆粒沉降不受絮流干擾。
3.當(dāng)斜管管長(zhǎng)為1米時(shí)，有效負(fù)荷按3-5噸/米2˙時(shí)設(shè)計(jì)。V0控制在2.5-3.0毫米/秒范圍內(nèi)，出水水質(zhì)較佳。
4.在取水口處采用蜂窩斜管，管長(zhǎng)2.0～3.0米時(shí)，可在50-100公斤/米3泥砂含量的高濁度中安全運(yùn)行處理。
5.采用斜管沉淀池，其處理能力是平流式沉淀池的3-5倍，加速澄清池和脈沖澄清池的2-3倍。
產(chǎn)品規(guī)格：Φ25mm、Φ35m、Φ50mm、Φ80mm
三、迷宮式斜管沉淀池
迷宮式斜板沉淀池是在普通斜板沉淀池的斜板垂直方向上安裝數(shù)道翼形葉片，翼形葉片將進(jìn)入的水流分為主流區(qū)、旋流區(qū)和環(huán)流區(qū)。位于主流區(qū)內(nèi)的絮體，在流速和沉速的共同作用下，逐步下沉。在旋渦區(qū)的絮體，被強(qiáng)制輸送到環(huán)流區(qū)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)翼片截留一些絮體。進(jìn)入環(huán)流區(qū)的絮體，在環(huán)流作用下，呈螺旋形運(yùn)動(dòng)并沿翼片下沉到池底。迷宮斜板沉淀池的渦旋區(qū)的渦旋強(qiáng)制輸送和環(huán)流區(qū)的高效沉淀作用，使其具有較高的沉淀效率。
迷宮斜板的顆粒分離屬于動(dòng)態(tài)分離，特別是在渦旋區(qū)，它包括了旋流作用下進(jìn)行的重力、流體阻力和慣性力等作用的分離過(guò)程，而且在主流區(qū)和旋流區(qū)產(chǎn)生的質(zhì)量交換也有使絮體互相碰撞絮凝的作用。因此，其處理效果優(yōu)于普通斜板沉淀。
四、小間距斜板沉淀池
蜂窩斜管填料沉淀池中水流在理論上處于層流狀態(tài)，其實(shí)不然，實(shí)際上在斜管沉淀池中水流是有脈動(dòng)的，這是因?yàn)楫?dāng)斜管中大的礬花顆粒在沉淀中與水產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在礬花顆粒后面產(chǎn)生小渦旋，這些渦旋產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)造成了水流的脈動(dòng)。這些脈動(dòng)對(duì)于大的礬花顆粒沒(méi)有影響，對(duì)于反應(yīng)不完全的小顆粒的沉淀起到頂托作用，故此也就影響了出水水質(zhì)。為了克服這一現(xiàn)象，抑制水流的脈動(dòng)，小間距斜板沉淀設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。
這一設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、由于間距明顯減少，礬花沉淀距離也明顯減少，使更多小顆粒可以沉淀下來(lái);
2、由于間距減小，水力阻力增大，使之占水流在沉淀池中水流阻力的主要部分，這樣沉淀池中流量分布均勻，與斜管相比，明顯改善了沉淀?xiàng)l件;
3、排泥性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他形式的淺層沉淀池，因?yàn)檫@種設(shè)備基本無(wú)側(cè)向約束，設(shè)備沉淀面積與排泥面積相等。
五、高密度沉淀池
高密度沉淀工藝是在傳統(tǒng)的平流沉淀池的基礎(chǔ)上，充分利用了動(dòng)態(tài)混凝、加速絮凝原理和淺池理論，把混凝、強(qiáng)化絮凝、斜管沉淀三個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。主要基于4個(gè)機(jī)理：獨(dú)特的一體化反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)、反應(yīng)區(qū)到沉淀區(qū)較低的流速變化、沉淀區(qū)到反應(yīng)區(qū)的污泥循環(huán)和采用斜管沉淀布置。反應(yīng)池分為2個(gè)部分：快速混凝攪拌反應(yīng)池和慢速混凝推流式反應(yīng)池?？焖倩炷龜嚢璺磻?yīng)池是將原水引入到反應(yīng)池底板的中央，在圓筒中間安裝一個(gè)葉輪，該葉輪的作用是使反應(yīng)池內(nèi)水流均勻混合，并為絮凝和聚合電解質(zhì)的分配提供所需的動(dòng)能。礬花慢速地從預(yù)沉池進(jìn)入到澄清池，這樣可避免礬花破碎，并產(chǎn)生渦旋，使大量的懸浮固體顆粒在該區(qū)均勻沉積。
礬花在澄清池下部匯集成污泥并濃縮。濃縮區(qū)分為兩層：上層為再循環(huán)污泥的濃縮，下層是產(chǎn)生大量濃縮污泥的地方。逆流式斜管沉淀區(qū)將剩余的礬花沉淀。通過(guò)固定在清水收集槽進(jìn)行水力分布，斜管將提高水流均勻分配。清水由一個(gè)集水槽系統(tǒng)收回。絮凝物堆積在澄清池下部，形成的污泥也在這部分區(qū)域濃縮。
該沉淀池有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
1.將混合區(qū)、絮凝區(qū)與沉淀池分離，采用矩形結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化池型;
2.沉淀分離區(qū)下部設(shè)污泥濃縮區(qū)，占地少;
3.在濃縮區(qū)和混合部分之間設(shè)污泥外部循環(huán)，部分濃縮污泥由泵回流到機(jī)械混合池，與原水、混凝劑充分混合，通過(guò)機(jī)械絮凝形成高濃度混合絮凝體，然后進(jìn)入沉淀區(qū)分離。
六、新型中置式高密度沉淀池
新型中置式高密度沉淀池是上海市政工程研究總院設(shè)計(jì)的新池型，該工藝過(guò)程集中了斜管沉淀池、機(jī)械攪拌澄清池和高密度沉淀池的優(yōu)點(diǎn)，將混合、絮凝、沉淀、污泥濃縮綜合于一體。中置式高密度沉淀池設(shè)有5個(gè)過(guò)程區(qū)：混合區(qū)、絮凝反應(yīng)區(qū)、分離沉淀區(qū)、濃縮排泥區(qū)和分離出水區(qū)。
新型中置式高密度沉淀池有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、占地小;
2、絮凝時(shí)間較短，由于污泥回流，可形成高濃度混合液，大大提高了絮凝效果，縮短了機(jī)械攪拌階段的絮凝時(shí)間;
3、布水均勻，由于采用了池中向兩側(cè)均勻布水形式，大大縮短了布水路徑，從而有效避免了布水不均影響出水水質(zhì)的問(wèn)題;
4、減少了加藥量;
5、沉淀池的水流流勢(shì)合理，由于進(jìn)出沉淀池水流是由下而上再由下而上垂直運(yùn)動(dòng)，泥水分離效果更徹底，不宜跑礬花;
6、水廠可不設(shè)濃縮池，由于沉淀池底采用濃縮刮泥，污泥含固率高，可直接進(jìn)行脫水處理;
7、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，布置簡(jiǎn)潔合理。
七、攔截式沉淀池
攔截式沉淀池是集重力、碰撞吸附力、接觸吸附力等多種沉降作用于一體的沉淀池，提高了顆粒沉降效率。攔截式沉淀池是在池內(nèi)裝有攔截體，對(duì)水中自由運(yùn)動(dòng)的顆粒設(shè)置障礙，顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)與攔截體在三維空間發(fā)生碰撞，這樣運(yùn)動(dòng)顆粒在三維空間上與固定的攔截體實(shí)現(xiàn)了碰撞靜止，即顆粒運(yùn)動(dòng)速度為零。
這是由于顆?？繑r截體摩擦力的約束，便于附著和吸附在攔截體上，攔截體吸附了無(wú)數(shù)小顆粒靜止的等待不斷運(yùn)動(dòng)的顆粒碰撞，結(jié)成大泥團(tuán)，當(dāng)泥團(tuán)達(dá)到足夠質(zhì)量后便克服攔截體摩擦力沉淀下來(lái)。由于水中顆粒運(yùn)動(dòng)是在三維空間上與固定的攔截體碰撞沉淀，因此呈現(xiàn)出多向性和短距離，不論顆粒尺寸、質(zhì)量、形狀有何差異，只要與攔截體碰撞均能附著在攔截體上形成大泥團(tuán)沉淀。攔截沉淀對(duì)于處理低濁水效果十分理想，不使用助凝劑，處理相同水量，攔截沉淀池可較其他沉淀池混凝劑用量降低20%左右。
