中试斜管沉淀池运行管理研究
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【摘要】
以生物预处理、常规处理、深度处理多组合，处理水量为5m3/h的中试组合工艺为研究对象，探讨了中试斜管沉淀池矾花周期性上冒的成因，提出三种主要积泥因素的存在直接导致了沉淀池运行的不稳定，而温度对混凝效果的影响也会加重积泥因素的影响作用，针对相应问题产生的原因提出了稳定运行措施，为试验研究和生产运行提供参考。
【关键词】
运行管理；斜管沉淀池；组合工艺；微污染水
中图分类号：E835.7 文献标识码：A 文章编号：
随着污染程度日益加重、饮用水水质标准的提高，现在给水工程较之过去更加重视水处理过程中的预处理技术和深度处理技术。为保证整个处理工艺的去除效能，目前水厂对常规工艺阶段沉淀工艺稳定运行的要求越来越高。斜管沉淀池具有池体小、占地少、沉淀效率高等优点，曾被国内水厂普遍采用。但经过几十年的水厂运行实践，发现斜管沉淀池有其使用的局限性，例如运行维护水平要求高，抗冲击能力差等[1]。
本文基于两年的观察和试验，对某市水厂中试斜管沉淀池运行管理中遇到的一些问题及好的运行模式进行总结分析，以期为试验研究和生产运行提供参考。
试验装置及运行参数
中试工艺流程采用生物预处理，常规处理技术以及深度处理技术相结合的工艺，处理水量为5m3/d，具体流程见图1。
图1 中试工艺流程
其中具体池型采用机械搅拌混合池、机械搅拌絮凝池、斜管沉淀池。混凝单元投加的混凝剂为聚合氯化铝（PAC），投加量按有效成分（以Al2O3计算）取值4.5～5.5 mg/l。沉淀区设计停留时间约为21.2 min，采用正六角形（外接圆直径约为25 mm）斜管，管身长0.99 m，倾角为60°，管内流速约为3.41 mm/s。
斜管沉淀池稳定运行研究
2.1斜管沉淀池矾花周期性上冒现象
稳定性较差时，斜管沉淀池出水浊度变化趋势如图2。
图2 斜管沉淀池出水浊度
如图1，斜管沉淀池稳定运行一段时间后会出现细小矾花持续上冒的现象，停池静置10 min并适当排泥可恢复稳定运行；重复一定周期后，会出现大量矾花上冒现象，出水浊度接近7.0 NTU，此时必须放空沉淀池并对沉淀区进行冲洗以恢复处理效果。上述过程周期性出现，需频繁放空沉淀池以保证工艺出水，严重影响了中试系统的稳定性。
2.2矾花上冒成因分析
如果斜管沉淀池沉淀区内的流态并不理想，存在着异重流、短流及漩涡现象，这势必会影响矾花的沉降效果[2]。结合中试运行的实际情况，分析斜管沉淀池中可能存在着几种导致矾花的周期性上冒的原因：（1）斜管破损，部分斜管积泥堵死（如图3-A所示）。（2）沉淀池内支撑结构的角钢（如图3-B所示）。斜管破损导致短流，直接影响出水水质。而设在沉淀区内的支撑角钢等边壁突变或渐变的地方则易出现主流与边壁的脱离，形成漩涡区，漩涡区存在积聚矾花（积泥）的现象。当形成大尺度漩涡后会被上升的主流带走，从而加剧沉淀池上层一定范围内的紊流脉动[3]，严重时即出现矾花上冒的现象。（3）底部取样口的碗形泥斗排泥不畅（如图3-C所示）等。沉淀区进水口处异重流现象明显，异重流产生的环流流速较大时会冲刷池底的一部分活性污泥，而池底碗形泥斗及底部“死角”区等积泥因子的存在会加大异重流的这一影响作用，污泥絮体被扰动浮起。此外，中试装置加工安装过程中，未扣除边界尺寸，使斜管沉淀池实际尺寸小于设计尺寸，间接地加大了斜管沉淀池的运行负荷也是导致矾花周期性上冒的主要因素之一。
图2 几种导致积泥的边界因素
2.3稳定运行措施
运行中，主要通过以下措施以减小积泥因素的影响作用。首先，通过撤除设在沉淀池内侧的支撑角钢而加设在池身外壁、更换斜管并定期进行维护等，以保证斜管沉淀池的稳定性。另外，在斜管沉淀池池底死角区增加一处排泥点以辅助主排泥口进行有效排泥，减小受异重流冲刷的底泥泥量。同时，考虑到排泥过程会对沉淀区产生扰动，应合理调配两处排泥口的排泥周期，并正确选择排泥口的开度及排泥时间。
通过采取上述一系列的措施，斜管沉淀池出水水质有较大改观。但进入冬季低温期（水温5℃左右）后，由于水温影响，混凝效果降低，部分积泥影响作用加重，斜管沉淀池仍出现一定程度的矾花周期性上冒现象。运行中可以适当降低工艺运行负荷，以减轻这种影响。
小结
中试运行中，常规处理阶段沉淀池的不稳定运行，降低了后续工艺对特征污染物的去除效能。而斜管沉淀池周期性矾花上冒现象的成因可能与多种因素有关。根据中试运行管理的实际情况，分析发现三种主要积泥因素的存在直接导致沉淀池运行的不稳定，而温度对混凝效果的影响会加重积泥因子的影响作用。运行中应尽量避免积泥因素的存在，同时在低温期可适当降低工艺运行负荷。
参考文献
[1] 陈润明，张寅安.斜管沉淀池沉淀与排泥性能剖析[J].哈尔滨建筑大学学报，1996,29(2)：68 -72.
[2] 雷晓玲，方小桃，刘贤斌，等.给水厂高密度沉淀池沉淀区流态模拟及优化设计[J].中国给水排水，2011,27(3)：52 -55.
[3] 金建华，王烽.水力学[M].长沙：湖南大学出版社，2004：121 -123.
排版保留：作者简介：荣全稳，男（1988-），硕士研究生，浙江工业大学市政工程，研究方向为水处理技术。
基金项目：浙江省创新团队基金（2010R50037）