饮用水净化技术
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二、强化沉淀的设施

1.斜板/斜管沉淀池

根据浅池理论,在沉淀池有效容积一定的条件下,增加沉淀面积,可使颗粒去除率提高。过去曾根据这一理论,将许多普通平流式沉淀池改建成多层多格的池子,使沉淀面积增加。但由于排泥问题无法解决而未得到推广。为解决排泥问题,斜板和斜管沉淀池发展起来,浅池理论才得到应用。

斜流式沉淀池是根据浅池理论,在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管而构成。它由斜板(管)沉淀区、进水配水区、清水出水区、缓冲区和污泥区组成。它大幅度地提高了沉淀效率,减少了沉淀池的占地面积和造价。

斜板沉淀池是把与水平面成一定角度(大约60°)的诸多斜板放置于沉淀池中构成。水从下向上流动(也有从上向下或水平方向流动),颗粒则沉于斜管底部。当颗粒累积到一定程度时,便自动滑下。

斜管沉淀池是把与水平面成一定角度(大约60°)的管状组件(断面矩形或六角形等)置于沉淀池中构成。水流可以自下向上或自上向下流动,颗粒则沉于诸多斜管底部,而后自动滑下。

斜板、斜管沉淀池满足了水流的稳定性和层流的要求,其处理水效果应较平流沉淀池更好。但实际情况并非如此。从国内水厂的应用情况可知,斜板或斜管沉淀池存在着抗冲击负荷能力差、排泥效果差等问题,其运行效果与平流沉淀池相比,并未显现出优势。分析其原因,主要是:

①在相同流量的情况下,由于斜板、斜管沉淀池的停留时间短,对抗各种不利因素的能力较弱;

②斜板、斜管沉淀区只占沉淀池的1/2~1/3,这一区域的水流状态不能代表整个斜板、斜管沉淀池的水流状态,而在平流沉淀池中,沉淀区的水流状态基本一致;

③斜板、斜管沉淀池的进水区约占整个池子容积的1/3,进口配水是否均匀和稳定对沉淀池的影响远远超过这一区域对平流沉淀池的影响。

2.高密度澄清池

高密度澄清池(DENSADEG)是由法国得利满公司开发研制并获专利的一种池型,在欧洲已经应用多年,该池表面水力负荷可达23m3/(m2·h),在水质适应性和抗冲击负荷能力上比机械搅拌澄清池更强,效率更高,而且在寒冷地区便于修建外围护结构保温。

(1)高密度澄清池主要优点

①出水水质好,通过斜管分离产生优质的出水;

②耐冲击负荷,在较大范围内不受流量或水质负荷变化的影响;

③运行成本低,与传统工艺相比,节约10%~30%的药剂;

④排放的污泥浓度高,可达30~550g/L,一体化污泥浓缩避免了后续的浓缩工艺,与静态沉淀池相比,水量损失非常低;

⑤沉淀效率高,结构紧凑,减少了土建造价并且节约建设用地,具有适应性广、效率高等特点,在给水、污水以及工业废水处理中必将具有广泛的应用前景。

(2)高密度澄清池的工艺特点

①设有外部污泥循环系统把活性污泥从污泥浓缩区提升到反应池进水管,与原水混合;

②凝聚、絮凝在两个反应区中进行,首先通过搅拌的混合反应区,接着进入推流式反应区;

③采用合成有机絮凝剂PAM;

④从低速反应区到斜管沉淀区矾花完整、颗粒大、密度高;

⑤采用高效的斜管沉淀,沉淀区上升速度可达20~40m/h,高密度矾花在此得到很好的沉淀;

⑥能有效地完成污泥浓缩,出水水质稳定,耐冲击负荷。

(3)高密度澄清池的结构 高密度澄清池综合了斜管沉淀和泥渣循环回流的优点,工艺构成可分为反应区、预沉-浓缩区、斜管分离区三个主要部分,如图3.1所示。

图3.1 DENSADEG高密度澄清池

①反应区 在该区进行物理-化学反应。反应区分为两个部分,具有不同的絮凝能量,中心区域配有一个轴流叶轮,使水流在反应区内快速絮凝和循环;在周边区域,主要是柱塞流使絮凝以较慢速度进行,并分散低能量以确保絮状物增大致密。

加注混凝剂的原水经高密度澄清池前部的快速混合池混合后进入反应区,与浓缩区的部分沉淀泥渣混合,在絮凝区内投加助凝剂并完成絮凝反应。经搅拌反应后的出水以推流形式进入沉淀区域,反应池中悬浮固体(絮状物或沉淀物)的浓度保持在最佳状态,泥渣浓度通过来自泥渣浓缩区的浓缩泥渣的外部循环得以维持。

因此,反应区可获得大量高密度、均质的矾花,以满足接触絮凝要求。这些絮状物以较高的速度进入预沉区域。

②预沉-浓缩区 矾花慢速地从一个大的预沉区进入到澄清区,这样可避免损坏矾花或产生旋涡,使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。

矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层,一层位于排泥斗上部,一层位于其下部。上层为再循环污泥的浓缩,污泥在这层的停留时间为几小时,然后排到排泥斗内。排泥斗上部的污泥入口处较大,无需开槽。部分浓缩污泥自浓缩区用污泥泵排出,循环至反应池入口。下层是产生大量浓缩污泥的地方,浓缩污泥的浓度不小于20g/L。污泥浓缩区设有超声波泥位控制开关,用来控制污泥泵的运行,保证浓缩污泥层在所控制的范围内,并保证浓缩池的正常工作。

采用污泥泵从预沉池浓缩池的底部抽出剩余污泥,送至污泥脱水间直接进行脱水处理。

③斜管分离区 在逆流式斜管沉淀区可将剩余的矾花沉淀,通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布,这些板有效地将斜管分为独立的几组以提高水流均匀分配。澄清水由一个集水槽系统回收。絮凝物堆积在澄清池的下部,形成的污泥也在这部分区域浓缩。通过刮泥机栅条的慢速搅动,将污泥间空隙水排挤,浓缩污泥在刮泥机轴心较小范围处聚集,部分循环至反应池入口处,剩余污泥排放。