高效沉淀池在白龙港污水处理中的应用
一、高效沉淀池发展与应用
混合、絮凝、沉淀及污泥浓缩于一体组成的污水处理工艺已有近百年历史，技术已相当成熟，随着科技进步，上世纪九十年代起，经过数十年的努力，国外对混合、絮凝、沉淀三个基本工艺技术的研究，根据哈真（hazen）的“浅层沉淀理论”，成功开发了新型高效沉淀池，取得了显著成效。目前国外新建污水处理厂大多采用该项技术，如法国的colombes污水处理厂，处理规模104万m3/d，高效沉淀池9座，1998年投入使用。mets污水处理厂（二期）处理规模17.3万m3/d，高效沉淀池2座，1995年投入使用。加拿大的laval污水处理厂和beloeil污水处理厂也采用了高效沉淀池技术。自1990年以来世界各地已有50多家污水厂采用了该项技术。我国在九十年代以来也展开对高效沉淀池的研究和开发工作。2000年正式投入使用的大连马兰河污水处理厂就采用了高效沉淀池，但其污水处理规模只有15万m3/d，属小型污水处理厂。而上海污水治理二期工程的后续工程——上海市白龙港城市污水处理厂是一座特大规模的污水处理厂，远期污水处理能力为210万m3/d，近期处理规模予处理部分172万m3/d，一级加强为120万m3/d。由于上海是人口密集城市，土地资源十分有限，因此污水处理厂的占地面受到限制，若采用圆形辐流式沉淀池造成占地面积大，池子数量多，既不美观，运行管理又不方便，从综合技术经济和占地情况考虑，白龙港污水处理厂也采用高效沉淀技术，利用高效沉淀池中斜管装置可节省大量的土地，其次平流式斜管沉淀池水力条件好，出水水质稳定，大大提高污水处理效果。
二、高效沉淀池机理与作用
白龙港污水处理厂中的高效沉淀池是根据物化法处理和哈真的浅层沉淀原理制成的斜管沉淀池结合而成的一种污水处理方法。
⑴、物化法
经过预处理后的污水和混凝剂（Al2(so4)3常用的）快速混合，迅速将混凝剂扩散在污水中，充分发挥混凝剂高电荷对水中胶体电中和脱稳作用，通过脱稳颗粒的有效碰撞，同时加入apm高分子助凝剂,发挥助凝剂的吸附架桥作用，使细小颗粒逐渐结成较大絮体铝盐和污水中的碱反应形成较大的氢氧化物絮体，其反应分子式为Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2Al(OH)3↓+3caso4+6co2生成的氢氧化物絮体很便于固液分离，有助于去除水中的悬浮物及胶体，铝盐还会和污水中溶解性的磷酸盐反应生成不溶解磷酸铝
Al3++PO3-4→AlPO4↓
一般物化法处理流程：
进水→快速混合→慢速搅拌絮凝→沉淀→出水
⑵、斜管、斜板沉淀池
斜管、斜板沉淀池就是利用“浅层沉淀”的概念，逐步发展而得，如果某一沉淀池长为l、深为h，池中水平流速为v，颗粒沉速为u0当水处于理想状态下流动。则l/h=v/u0
当l与v值不变时，池深h越浅，则可截留的颗粒的沉淀速度u0亦越小，且成正比关系。假如在池中增设水平隔板，将原池的h分为三层，每层深度为h/3。此时水平流速v和最小颗粒的沉速u0都保持不变。由于沉降深度由h减小为h/3，在每层隔板上的流动距离l缩短为l/3。因此可将池的总容积减少到1/3，其次若池的长度l不变，截留颗粒的沉速仍采用u0，由于沉降深度减少为h/3，则水平流速v可增大3倍为3v，仍可将沉速为u0的颗粒截留在池底。即过水能力提高三倍，水的处理效果保持原状。
工程上为解决各层的排泥问题，将水平隔层改为斜面，斜面与水平面成一定角度α（通常α为500—600），斜面可制成斜板式或斜管式。各层斜板的有效面积总和，乘以倾角α的余弦，得水平总和的投影面积，也就是水流的总沉降面积。
为了创造理想的层流条件，提高沉淀效率，在沉淀过程中必须控制水流雷诺数re（re为500以下），和费鲁德数fr（fr值一般为10-3—10-4级），为颗粒沉降创造最佳条件，达到提高沉降效率，减少池容的目的。
三、高效沉淀池组成
白龙港污水处理厂采用的multiflo—300高效沉淀池是一个紧凑型的斜管沉淀池并相应有化学药剂的投加系统。由法国out公司设计制造。整个高效沉淀池设计非常紧凑，它把混合池、絮凝池和斜管沉淀池及污泥浓缩集合于一体。
污水首先进入混合池，投加化学混凝剂，快速搅拌，使药剂与污水混合均匀，随后进入絮凝池，投加apm高分子助凝剂，慢速搅拌形成絮体，最后污水进入沉淀池，水从下向上流经斜管，进行分离处理，水由集水槽排出，沉淀物因重力作用沿斜管下滑至污泥浓缩区，由污泥浓缩机使污泥浓集，汇合与池中心泥斗中。泥斗中的部分污泥通过泵送至絮凝池，剩余污泥排至污泥处理系统，部分回流污泥中未完全反应的药剂得到进一步利用，可节约加药量。
1、斜管沉淀池
斜管沉淀池由如下部分构成：
*两套斜板（安装在multiflo-300沉淀池中心渠的两侧）*和斜管相配套的支撑系统
*澄清水收集系统
在白龙港污水处理工程中，设计了12个沉淀池并把它们分成3组（每组包括4个沉淀池）。每个沉淀池的平面尺寸为16m×16m。
斜管沉淀的主要参数如下：
⑴斜管沉淀池的在旱季高峰流量时镜向水流速度为30m/h。在这个速度下我们仍可以得到良好的沉淀效果并且会减少沉淀池的面积。
⑵斜管的长度为1.5m，它的安装倾度和水平方向呈600。这个倾度可以保证沉淀在斜管上的污泥可以顺利地滑向底部而不至于淤积。
⑶斜管的剖面是六边形而不是通常的梯形。因为对于斜管沉淀来说投影面积和镜向面积之间的比值非常重要，六边形剖面的斜管此值较高于梯形剖面形的斜管，如此可以得到较大的有效沉淀面积，实际操作中的效果也十分良好。
为了收集絮凝体，采用蜂窝状斜管，其开口尺寸为80mm
a.斜管的安装角度和水平成60度。
b.六边形开口宽度为80mm。
c.投影面积/镜向面积=10.41
d.斜管长度为1.5m。
斜管冲洗
高效沉淀池的正确运行需要定期的有效的冲洗，这个过程需要排放污泥以降低污泥层的高度，我们用以下方法实现污泥层的降低：
重力排放，通过安装在斜管下方的管道把污泥排到废液池中。通过运行，每7天冲洗一次，冲洗水压力0.2mpa，冲洗时间约30min。
澄清水的收集：集水槽
集水槽的优点在于能避免浮渣的积累。
中心渠道（multiflo-300）
中心渠道采用砼建造，中心渠道收集沉淀后的污水。
中心渠道的底板也被利用作为斜管的支撑梁。中心渠道的宽度为1.20m。刮泥机的轴通过中心渠道底板时采用轴套以避免沉淀池的污泥泄露进入澄清水中。
在渠道的出口处设有叠梁阀以保证各个沉淀池的隔离并且在必要时调节阀门以提高液位以排出浮渣。
2、混合反应池
混凝搅拌池
污水在multiflo-300r的前部的混凝池中进行混凝反应。尺寸5×5×7.5m有效容积193m3。停水时间2.79min，水力梯度g=3091/s。
化学混凝反应是整个处理系统的关键步骤，在这个过程中将化学药剂与水井悬浮物、bod和cod。po4充分接能，并起反应。
按照现行的水厂运行，铝盐的投加相对与铁盐具有如下优点：低消耗、高效率、易于操作。
混合反应池主要搅拌设备有水流挡板、搅拌器、导流筒、防溅板、十字板几个部分构成。
池子是串联布置时，这种形式的安装避免了水流推力方向的交替或者为了保持水流的同向性而必须安装其他挡板。
这种形式的组合使两个池子中搅拌组件的安装及水流旋转方向同向。停留时间14.9min，水力梯度g=861/s
3、助凝反应池
絮凝是一种物理机械过程，在这过程中，絮凝体由于物理搅拌作用和分子间的作用力从而使絮凝体增大以利于沉淀。投加阴离子高分子助凝剂作为混凝剂而起到附架桥作用以提高絮凝效果。
助凝反应池（尺寸8×16×7.7；有效容积985m3）。助凝反应池主要搅拌设备有搅拌器、导流筒、环行穿孔管、反旋流板、十字板几部分构成。
两个搅拌器及与之配套的导流筒，因为絮凝反应池是长方形的，两个慢速搅拌器并选择一个合适的水力梯度。这样可以得到一个良好的絮凝效果。
一个环行的穿孔管安装在导流筒的上方以利于助凝剂的分配（孔口向内）
2套反旋流板安装在池体的上方。（和水流方向垂直）
1个十字板位于导流筒的下方（和混凝池的形式一样）优点：
*充分利用絮凝容积（提高均匀性）。
*通过径向水流的能量复原作用从而得到较高的抽力。*抑制了旋流从而避免了因为旋流作用而使水中的悬浮物的沉淀。*助凝剂由于良好的分配而得到充分的利用。
*可以提高叶轮的转速（形成小而且密度高的絮体）避免了旋流的危险。
四、高效沉淀池与普通平流式沉淀池相比具有以下优点：
⑴水力负荷高，沉淀区表面负荷约为20～25m3/m2.hr，大大超过常规沉淀池的表面负荷。
⑵污染物去除率高，codcr、bod5、和ss的去除率分别可达到60%、60%和80%，磷的去除率可达80～90%。
⑶由于加强了反应池内部循环并增加了外部污泥循环，提高了分子间相互接触的机率，使絮凝剂在循环中得到充分利用，减少了药剂投加量（减少17%），降低能耗，节省了运行成本。
⑷在沉淀区分离出的污泥在浓缩区进行浓缩，提高了污泥的含固率，降低了含水率，含水率达到97%。
五、结束语
高效沉淀池以其去污效率高，工程投资低，占地面积少，运行成本低等优点。上海白龙港城市污水处理厂成功引进了该项先进技术，建成后，通过近一年的调试、运行，其效果十分理想，达到设计要求，成为我国在大型污水处理厂建设中的典范。
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