絮凝快速分離水處理技術與應用探究

張蓬勃

摘要：絮凝分離技術是利用絮凝作用將溶液中微小膠體、顆粒及懸浮物去除并分離的技術，分為絮凝和分離兩個過程。絮凝快速分離水處理技術是在絮凝分離技術的基礎上發展而來，通過優化絮凝或者改善分離過程，達到快速分離目的。工程上應用較多的絮凝快速分離技術有斜管（斜板）沉淀、高密度沉淀、砂加載沉淀、磁加載沉淀和水力旋流分離技術等。盡管這些技術已得到應用，但針對技術的共性特點、具體差異、選擇依據尚無系統性研究和針對性報道。本文從技術原理及特點、應用現狀和發展趨勢對各項技術進行綜合分析，以期為工程技術選擇提供依據。

關鍵詞：絮凝分離技術；高密度沉淀；砂加載沉淀；共性特點

絮凝快速分離技術因反應速度快、占地面積小、操作方便等優點，在水處理領域得到了廣泛應用。重點梳理了斜管（斜板）沉淀技術、高密度沉淀技術、砂加載沉淀技術、磁加載沉淀技術、超磁分離技術和水力旋流分離技術 6 種絮凝快速分離水處理技術，分別闡述各技術的原理、特點、應用現狀和發展趨勢，并對幾種技術進行了綜合分析，為實際工程中的技術選擇提供參考。

1 斜管（斜板）沉淀技術

1）技術簡介。斜板填料式沉淀池的沉淀區，由一系列平行的斜管（斜板）把水流分隔成薄層，增加沉淀池的有效沉淀面積，相應增加了過水斷面的濕周，降低了雷諾系數，減少水力擾動，從而更容易形成較大的絮體顆粒，斜管（斜板）沉淀池上升流速可達 10 m / h，而普通絮凝沉淀池上升流速最高為 2. 16 m / h。但部分斜管（斜板）沉淀工程排泥不暢，和局部短流導致的絮體破碎對處理效果影響的問題仍有待解決。

2）應用現狀與發展趨勢。斜管（斜板）沉淀池于 1972 年在我國開始使用，被廣泛應用于水處理領域，其應用于污水處理廠可代替普通二沉池，同時也作為絮凝沉淀池被廣泛應用。如污水處理廠提標改造工程中應用斜管沉淀池進行深度脫磷，出水 ρ（TP）≤0. 3 mg /L。該技術在工業廢水回用領域也得到了一定應用，如應用斜管沉淀池作為工業造紙回用水處理工 藝，改造后沉淀池的占地面積為改造前的50%。斜管（斜板）沉淀池的積泥現象是該技術目前需解決的首要問題。張海濤研究污水處理廠的斜管沉淀池 運行發現，污泥斗安裝角度的不合理以及表面粗糙 會導致積泥。李三中等[發現，如果斜管沉淀池原水濁度較低、無穩流措施等，會使斜管上部絨狀泥堆積現象嚴重，導致沉淀池每周至少清洗 1 次。目 前，此類問題大多通過改進斜板（斜管）沉淀池結構、強化絮凝效果和增加反沖洗頻率來解決。

2 高密度沉淀技術

1）技術簡介。高密度沉淀技術由法國開發，其特點是在混凝階段將 2%～6%的化學污泥進行回流，增加絮體半徑和密度，因而高密度沉淀池的上升流速高達 25 m / h，由于高密度沉淀池設置了污泥濃縮區，系統產泥的含水率可低至 85%。目前工程運行情況來看，由于待處理水體水質不盡相同，部分項目還存在污泥成分、濃度不易掌控，回流比需要調試等問題。2）應用現狀與發展趨勢。高密度沉淀池處理污水的 ρ（SS）濃度為 200～2 000 mg /L，被廣泛用于自來水廠的給水處理。如水廠應用高密度沉淀池作為飲用水的處理工藝，沉淀池表面負荷達到 16. 2 m3 /（m2·h），處理后出水濁度≤0. 3 NTU[12]。在污水深度處理領域，該技術也得到了一定應用，如污水處理廠提標改造項目，應用高密度沉淀池對污水進行深度除磷，出水 ρ（TP）≤0. 5 mg /L。近年來關于高密度沉淀池的研究多集中在結構優化及與其他工藝的耦合上。付文博等在高密池回流的污泥中摻入生化系統的活性污泥，并在絮凝的后混合區增設曝氣系統，使高密池對 COD 的去除率由原來的 3. 8% 提高至 19. 2%。魯劍等研究采用高密度沉淀池作為超濾膜前預處理，使反沖洗頻率降至無預處理的 1 /4，以降低超濾膜污染。

3 砂加載沉淀技術

1）技術簡介。砂加載絮凝沉淀工藝由法國威立雅集團公司在20 世紀 90 年代初開發，主要用于去除水中懸浮物、濁度、色度、藻類、鐵、錳以及顆粒態有機物，其原理是混凝過程投加高密度細砂顆粒（直徑為60～140 μm），促進生成大密度礬花，提高澄清池的處理效率。砂加載沉淀池的上升流速高達 120 m /h。帶有砂的漿液可機械擠破藻類細胞壁，藻類去除率高達 85%～95%。細砂化學性質穩定，經砂水分離器分離后可回收利用。相比于高密度沉淀技術，該技術在絮凝過程沒有充分利用污泥的絮凝功能，故污泥量較大是需要改進的方向。2）應用現狀與發展趨勢。目前，砂加載沉淀技術已經在法國、美國、英國和馬來西亞等國家得到廣泛應用。我國也較早使用了該技術。砂加載沉淀工藝目前主要集中對不同污水處理效果研究方面。如閆靜采用砂加載絮凝沉淀處理油田污水，出水達到了油田回注水標準。黃廷林等將砂加載絮凝沉淀應用于低濁度污水處理領域，出水濁度≤1. 7 NTU，對藻類去除率高于 80%。張益應用砂加載絮凝沉淀池凈化海水，對海水 SS的去除率高于 99%。

4 磁加載沉淀技術

1）技術簡介。磁加載沉淀技術（CoMag）由美國麻省理工學院于 20 世紀 90 年代發明的一種分離技術，該技術是在普通的混凝中加入磁性介質，使之與污染物絮凝結合成一體，磁性介質能夠降低絮團的電位，促進混凝作用，磁加載沉淀技術上升流速最高為 40 m /h。磁性介質可以通過磁鼓回收循環使用。該技術在運營過程中需保證污水中磁性介質含量 > 5 g /L，故需要不斷補充磁性介質。2）應用現狀與發展趨勢。磁加載沉淀技術被廣泛用于污水應急處理、污水處理廠提標改造和工業廢水深度處理領域等。磁加載沉淀技術在沉淀段工藝相對成熟，磁絮凝過程由于不同于一般絮凝過程而得到更多的研究。

5水力旋流分離技術

1）技術簡介。旋流分離器開始只用于選礦過程中的固液分離和固固分離，后來發展到固氣分離、氣液分離等領域。應用于污水處理領域的水力旋流分離器在離心力場的作用下，密度大與密度小的相因受力不同而分離。設備水力停留時間僅為2～3 s。旋流分離器內的水流有很大的切向速度，會導致設備磨損。2）應用現狀與發展趨勢。水力旋流分離器最初由英國的 Hydro 公司發明，并應用于污水處理領域。水力旋流分離技術在煤炭、石油和化工等行業環保領域有較多應用。近年來，關于水力旋流器的研究多集中在運行參數和結構優化上。俞接成等研究軸向入口的旋流分離器，通過數值模擬油水分離效率高達 100%。劉鴻雁等研究水分離器的結構對顆粒物去除的影響，發現通過增加溢流管的插入深度，能夠使直徑50 mm的水力旋流分離器的分割直徑降至 5μm。

參考文獻：

[1]黃立標，陳雪嬌. 斜管沉淀池的改造實例[J].廣東化工，2016，40（2）：82，85.