水平流沉淀設備對水中SS的去除研究

蘇建明， 韓佳言， 柏昕然， 鄒 沖， 于紅松

(天津市華博水務有限公司， 天津 300040)

平流沉淀池是常規水處理工藝中使用較廣、應用較早的泥水分離構筑物[1-2]。平流式沉淀池構造簡單，工作性能穩定，對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較強，但低表面負荷運行模式使得池體占地面積增大，造價增加，且排泥不方便，而機械排泥模式下機械設備和驅動件均浸于水中，易銹蝕。較多采用平流沉淀池的污水廠，其在實際運行中受制于多種因素，導致運行負荷很難有較大突破，開發適合污水處理的成套技術及產品具有良好的應用需求。此外，現階段一些水廠正在開展平流沉淀池的升級改造，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域同樣具有較大的拓展空間。筆者探索了不同進水工況條件下高效沉淀管的作用和效能，以期獲得穩妥有效的運行負荷，并基于不同進出水形式研究，獲得可工程化的水平管形式及進出水布置，為高效沉淀管技術的推廣應用提供重要依據。

1 材料和方法

1.1 實驗裝置

實驗裝置由進水泵、進水區、沉淀區、集水槽、沉泥區、排泥管等組成，集水區分別設有上中下三根集水管。水體由生產線絮凝區通過進水泵進入到中試裝置的進水區，經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 實驗裝置Fig.1 Experiment device

1.2 實驗用水和檢測指標

裝置進水取自靜海西城污水處理廠斜管沉淀池絮凝區。分別檢測進出水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，濁度采用HACH 2100Q濁度儀檢測。

1.3 新型沉淀管與傳統斜管沉淀池的比較

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

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

2 結果與討論

2.1 同向流沉淀管對濁度的去除效果

當沉淀管由高往低向下傾斜時，水與污泥均沿斜板向下流動，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荷。為了探究不同表面負荷對濁度去除效果的影響，以生產線絮凝區出水為原水，改變表面負荷為1～4 m3/(m2·h)，對進出水濁度進行監測，進水濁度及處理效果如圖3所示。

圖3 表面負荷對濁度去除效果的影響Fig.3 Influence of surface load on turbidity removal

圖3中1～7組實驗的表面負荷為4 m3/(m2·h)，8～10組的表面負荷為3 m3/(m2·h)，11～13組的表面負荷為2 m3/(m2·h)，14～16組的表面負荷為1 m3/(m2·h)。當水力表面負荷為4 m3/(m2·h)時，沉淀區水力停留時間為0.24 h，進水平均濁度為11.35 NTU，出水平均濁度為7.37 NTU，平均去除率為34.1%；當進水濁度偏高時，出水濁度也相應較高，但去除率基本保持不變。依次降低表面水力負荷至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，經過一個排泥周期的累積后，部分沉淀顆粒通過排泥通道滑落至底部的積泥區。原斜管沉淀池進水流量雖有波動，但大都處于滿負荷運行狀態，即表面負荷為4 m3/(m2·h)，此時斜管沉淀池對濁度的平均去除率為73.9%。

2.2 異向流沉淀管對濁度的去除效果

當沉淀管由低往高向上傾斜時，水體向上流動而污泥向下流動，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，進一步提高沉淀效率。為了考察不同表面水力負荷對異向流沉淀管去除濁度的影響，以生產線絮凝區出水為原水，對進出水濁度進行監測，實驗結果如圖4所示。

圖4 表面負荷對濁度去除效果的影響Fig.4 Influence of surface load on turbidity removal

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

進一步比較發現，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荷的降低而升高。但在4個不同表面負荷的情況下，前低后高布設方式對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，實驗結果如圖5所示。

圖5 不同表面水力負荷下傾斜方式對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SS的去除效果

為了探究異向流沉淀管對不同濃度原水SS的處理效能，選取咸水沽、西城和雙橋三個污水廠的混凝沉淀區出水作為實驗原水，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形式，采用處理水量4 m3/h，排泥時間10 min，設計排泥周期8 h。

2.3.1低SS原水

異向流沉淀管對低SS(10～20 mg/L)原水的處理效果如圖6所示。在連續運行模式下，出水SS一直穩定在5 mg/L以下，去除率在63.64%～86.67%之間，并且在一個排泥周期內，出水SS變化極小，這可能是由于進水SS過低，在一個排泥周期內尚未有大量污泥堆積的現象產生，即在低SS(10～20 mg/L)進水情況下，同向流沉淀管在一個排泥周期內的處理效果變化不大。

進水出水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

異向流沉淀管對中SS(50～80 mg/L)原水的處理效果如圖7所示。在第1個排泥周期內，出水SS從18 mg/L增長到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個排泥周期內，出水SS再次由15 mg/L增長到29 mg/L，去除率從77.94%降低至56.06%。這可能是因為在一個排泥周期內，已沉淀的礬花不斷在排泥區堆積，產生跑泥現象，造成出水SS升高。而在排泥之后，排泥區的沉積物被清空，使得沉淀工藝處理效果恢復。

2.3.3高SS原水

異向流沉淀管對高SS(150～200 mg/L)原水的處理效果如圖8所示。在每個排泥周期內，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%。這是因為進水SS過高，在每個排泥周期內，沉淀的污泥迅速堆滿排泥區，最終導致排泥區功能喪失。而在排泥之后，排泥區堆存的沉積物得以快速排放，使得系統沉淀功能恢復，出水SS重新有所降低。

進水出水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 結論

采用新型高效沉淀管對污水廠混凝區出水進行處理，考察不同表面負荷及傾斜方式對濁度與SS的去除效果，得到以下結論：

① 基于新型沉淀管構建的高效沉淀池對濁度或SS去除穩定有效，該裝置在進水端增加了平流段，使得流速降低，布水更加均勻且在沉淀區有效解決了泥水分離問題，實現了“泥走泥道，水走水道”。

② 沉淀管采用前低后高的傾斜方式，形成的異向流對濁度的去除更為有效，且該布設方式對低SS進水的處理效果良好，但隨著進水SS的增加，處理效果逐漸降低，應考慮增加排泥頻次。