高密度沉淀池用于處理低溫低濁水庫水的技術改造分析

周強

摘 要：高密度沉淀池是一種高效沉淀池，對原水水量、水質變化適應能力強，出水水質穩定，目前已廣泛應用于處理低溫低濁水庫水。文章介紹了高密度沉淀池用于處理西北地區某低溫低濁水庫水的工程案例，并對運行中存在的問題進行了詳實的分析，提出了技術改造方案，并取得了較好的運行效果。提出了高密度沉淀池運行中重點關注的要素，如配水均勻性、加藥系統、污泥回流比、污泥排放等，對后期類似采用高密度沉淀池工藝用于處理北方地區低溫低濁水庫水具有一定的參考意義。

關鍵詞：高密度沉淀池；低溫低濁；水庫水；改造；工程

中圖分類號：TV697 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）20-0114-03

Abstract： High-density sedimentation tank is a kind of high-efficiency sedimentation tank， which has strong adaptability to the change of raw water quantity and water quality， and the effluent quality is stable. At present， it has been widely used in the treatment of low-temperature and low-turbidity reservoir water. This paper introduces the engineering case of high density sedimentation tank used to treat the water of a low-temperature and low-turbidity reservoir in Northwest China， analyzes the problems existing in operation， puts forward the technical transformation scheme， and obtains good operation effect. The key factors in the operation of high density sedimentation tank are put forward， such as water distribution uniformity， drug adding system， sludge reflux ratio， sludge discharge and so on. It has a certain reference significance for the similar use of high density sedimentation tank process in the treatment of low temperature and low turbidity reservoir water in the North of China.

Keywords： high density sedimentation tank； low temperature and low turbidity； reservoir water； reconstruction； project

通常我們將溫度0～4℃、濁度小于30NTU的水稱為低溫低濁水。受地域條件和季節的影響，我國西北地區幾乎有6個月左右的時間原水都處于低溫低濁狀態。

1 低溫低濁水水質特點

低溫低濁水中顆粒物濃度較低，且有很強的動力穩定性和凝聚穩定性，常以細小的膠體分散體系溶于水中，碰撞幾率很小。[1]除此之外水中膠體顆粒的Zeta電位較高，水粘滯系數增大，顆粒布朗運動動能小，顆粒運動不活躍，凝聚效果不好；加之低溫影響混凝劑水解速率，所以低溫低濁水形成的絮體細、少、輕，難于沉淀，使得低溫低濁水處理相對較為困難。目前國內對低溫低濁水常用的處理技術主要有藥劑強化混凝、泥渣回流、溶氣氣浮、微絮凝過濾、膜技術等。

2 高密度沉淀池工藝

高密度沉淀池是20世紀90年代，法國得利滿公司研發的一種高效沉淀池，是以體外泥渣循環回流為主要特征的一項沉淀澄清技術。其凈水工藝原理基本類同于機械攪拌澄清池，屬于內部泥渣循環型澄清池，不同之處在于其采用了機械混合、外部濃縮泥渣回流、進水投加高分子助凝劑、澄清區上部設置斜管和下部設置污泥濃縮區以及排泥泵回流等工藝措施。

高密度沉淀池主要特點是：把混合區、絮凝區、沉淀區在平面上緊密串接成為一個有機的整體，充分利用加速混合、接觸絮凝和淺池理論，把機械混合凝聚、機械強化絮凝、斜管分離沉淀進行了較好的優化組合。采用集成污泥濃縮，污泥無需額外濃縮，排泥濃度含固率可達到3%以上，減少設備和后期維護工作量；出水表面負荷高、占地面積小，最高表面負荷可達20m/h以上。高密度沉淀池對原水水量、水質變化適應能力強，出水水質穩定，該工藝對低溫低濁水處理效果較好，目前已廣泛應用于處理低溫低濁水庫水。

3 已建工程運行案例

我國西北地區某20×104m3/d水廠采用高密度沉淀池作為沉淀工藝處理經水庫沉淀后的黃河水取得了不錯的效果，但該工程后期運行中仍出現了一些問題。經過現場踏勘分析，對原工程和運營條件進行了優化改造，改造后取得了較好的運行效果。

3.1 原設計主要參數

（1）池體總體設計：工程設計1座高密度沉淀池，分成平行并聯運行的3組，每組處理規模6.7萬m3/d。單組混合池的平面尺寸4.8×4.8m，有效水深4.75m，攪拌槳葉輪直徑按d=1.6m，葉輪轉速n=1.2r/s。單組絮凝池平面尺寸8.8×7.0m，有效水深6.8m，絮凝攪拌器葉輪直徑3500mm，螺旋槳轉速8.2r/min。機械混合池平面尺寸15.0×15.0m，有效水深6.8m，刮泥機刮泥臂外緣線直徑為15.0m，轉速3～6r/min。斜管分離沉淀池單組平面尺寸15.0×11.2.0m，斜管內切圓直徑50mm，斜管長度750mm，斜管沉淀區液面負荷21.3m3/（m2*h）。

（2）污泥回流及排泥設計：循環污泥擬由轉子泵泵送，最大流量120m3/h，最大壓力2bar=20mH2O。設計污泥回流量為原水流量的2%～4%；沉淀池內設置一套泥位計，當泥位達到設定值時（0.6～1.0m）污泥轉子泵自動開始排泥。

（3）加藥系統設計：混凝劑采用聚合氯化鋁（PAC）：常年投加量15mg/L，最大30mg/L，常年投加濃度5%；助凝劑采用聚丙烯酰胺（PAM）：設計投加量0.15mg/l，投加濃度為0.5%，在線稀釋至0.1%投加。

3.2 工程實際運營情況

因原水濁度較低，為增加原水濁度使高密度沉淀池盡快在預沉-濃縮區形成活性污泥，在高密度沉淀池開始調試運營時，向每格池子投加5-8m3黃泥，部分活性污泥在上層停留幾個小時之后被回流至快速反應區，其余部分污泥進入濃縮區下層，高密度沉淀池在較短時間內進入了正常運行狀態。

（1）原水水質：在水庫上水期，進水濁度最高為

50NTU，在冬季進水最低濁度為1.23NTU，原水濁度通常在5NTU左右；PH值通常在8.0左右；水溫最高20℃，最低零下2℃。

（2）設備運行：混合池和絮凝池攪拌器按照原設計參數運行，刮泥機運行速度4～5r/min，污泥實際運行回流比2.4%。

（3）加藥系統：平時運行中PAC投加量為15～18mg/L，常年投加濃度5%；PAM投加量為0.1-0.12mg/L，投加濃度為0.5%，在線稀釋至0.1%投加。

3.3 運行中存在的問題及分析

（1）高密度沉淀池運行3～5個月后濃縮區出現泥位虛高，排泥后泥位無變化反而出現虛增高現象，沉淀區出水水質出現惡化，局部礬花上浮現象。水廠平常只能通過持續加泥，定時排泥的方式，保障系統的穩定運行，同時造成了高密池內積泥現象加重等問題。

（2）絮凝區泥水分配不均勻，特別在絮凝區側面、四個底角積泥嚴重，積泥內部為黑色。絮凝區積泥的原因初步判斷為：由于所投加黃土的密度較大、數量多，而原設計的絮凝攪拌器產生的提升水流，無法將超出設計負荷的過量污泥從絮凝區帶走，從而在絮凝區流速較慢的區域形成積泥。

（3）在絮凝階段礬花無法鋪滿整個絮凝池，絮體成脈動狀推向池面，礬花顆粒大、不飽滿，呈現出典型的污泥濃度過高的現象。

（4）斜管沉淀區（澄清區）出水水質呈現霧狀，水中含有較多顆粒物，且分塊明顯，無明顯礬花。初步判斷是因為加泥造成的高密度沉淀池池體內污泥高度太高，混凝劑和絮凝劑投加量、絮凝沉淀時間不足，而導致細小的黃泥流出。

（5）械混合池刮泥機底部到高密池沉淀區混凝土面存在一層黑色污泥，底部沉泥長期無法刮至泥斗參與循環或者排出。沉淀池底部集泥的原因初步判斷為刮泥機無法正常有效的刮泥，底部刮板需要檢查和更換，底部刮板需要采用硬質橡膠板。

（6）部分集水槽安裝水平高度不一致，造成各集水槽出水負荷不均勻。

4 工程改造的技術措施

（1）優化加藥系統：通過燒杯實驗，利用混凝、絮凝原理確定混凝劑、絮凝劑的最佳投加量，重新組合PAC和PAM的投加量，使其達到好的絮凝效果。原運行PAC投加量15～18mg/L，PAM投加量0.1～0.12mg/L；建議調整為PAC投加量21～23mg/L，PAM投加量0.2mg/L。由于PAM投加泵的能力目前已經達到最大設計能力，需要適當增加PAM制備濃度，以便增加原水中PAM的投加量。藥劑投加量調整后，絮凝形成的礬花密實均勻，易于沉降，縮短了沉淀時間，沉淀出水濁度降低（0.6NTU左右）。參考相關水司單位的運行經驗，PAM藥液從絮凝池的投加環投加的效果優于從污泥管投加的效果好；當單點投加量滿足需求時，優先選用環投加。在PAM所需投加量較大，一臺PAM投加泵無法滿足投加量的情況下，采用兩點投加，啟動另外一臺PAM投加泵，投加點為污泥管，兩投加點投加比例為1：1。

（2）增加配水的均勻性：在每個沉淀池過水堰墻體側面中間加裝10mm厚不銹鋼隔水板，拆除每個沉淀池過水堰墻體上部40cm高砼墻體。改造后配水的均勻性增加，沉淀區污泥堆積有效減少，礬花翻堰平順，運行良好。

（3）優化控制污泥回流比：正常情況下（不考慮投加黃土），污泥泵的回流量一般占進水量的2%～5%。如果高密池內污泥界面高，減少回流泵循環比，反之增加。目前的回流比還是在合理范圍內，若污泥量不足，可以增加污泥循環泵頻率，增加污泥回流比。若污泥量太多，可以減少污泥循環泵頻率，減少污泥回流比。

（4）底泥排放方式優化：目前水廠主要通過每日排放一次，根據泥位計濃度進行排放，每日根據經驗進行排放三種方式進行排泥，排泥方式不夠科學。建議底泥排放的量可以根據采樣管的泥位進行管理，泥位計的讀數作為參考，為了避免排放底泥對高密池原有泥位的干擾，建議采用每日多次排放，每次排放量在1分鐘左右。

（5）刮泥機底部池底處理：放空檢修后發現，刮泥機底部池底底板不平整，造成日常運行刮泥不夠徹底，使大量的泥長期堆積在底部，無法有效循環。采用人工鑿除10cm厚砼，根據現場刮泥機底板高度重新澆筑10cm厚砼池底板，底部坡度重新找平，距離刮泥板橡膠墊平均高度在3cm。改造后有利于泥斗收泥，防止底部不均勻出現泥層板結。

（6）沉淀分離區集水槽調整：斜管沉淀池集水槽安裝水平高度不一致，使用人工調整集水槽高度至設計高程，以保證過水均勻。處理后，各個集水槽上升流速平緩，過水均勻，減少局部負荷較大的問題，整理出水水質比較穩定。

具體工藝改造布置如圖1所示。

5 結論

對高密度沉淀池進行工藝改造后，沉淀出水濁度有著明顯改善，后續濾池反沖洗的時間由30小時調整至36小時，對水廠運行中節能減排起到了較明顯的效果。高密度沉淀池是集絮凝、沉淀、污泥濃縮工藝為一體的高效水處理構筑物，尤其是對北方地區經水庫沉淀的低溫低濁水具有較好的處理效果。在設計及運行中應注意對配水均勻性、混凝劑和助凝劑的投加方式、投加量，斜管沉淀區的水平安裝均勻性、污泥回流參數等的選取，這些因素將會是高密度沉淀池能否正常運行的關鍵。

參考文獻：

[1]羅九鵬，孫力平，陳旭，等.低溫低濁水處理技術[J].水工業市場，2010（9）：73-76.

[2]崔玉川.給水廠處理設施設計計算（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2012.

[3]洪覺民.現代化凈水廠技術手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.