水平流沉淀设备对水中SS的去除研究

2022-10-27苏建明韩佳言柏昕然于红松

供水技术 2022年5期

苏建明，韩佳言，柏昕然，邹冲，于红松

(天津市华博水务有限公司，天津 300040)

平流沉淀池是常规水处理工艺中使用较广、应用较早的泥水分离构筑物[1-2]。平流式沉淀池构造简单，工作性能稳定，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，但低表面负荷运行模式使得池体占地面积增大，造价增加，且排泥不方便，而机械排泥模式下机械设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀。较多采用平流沉淀池的污水厂，其在实际运行中受制于多种因素，导致运行负荷很难有较大突破，开发适合污水处理的成套技术及产品具有良好的应用需求。此外，现阶段一些水厂正在开展平流沉淀池的升级改造，采用新型高效沉淀管可极大地提高沉淀效率。因此，平流沉淀池在供水领域同样具有较大的拓展空间。笔者探索了不同进水工况条件下高效沉淀管的作用和效能，以期获得稳妥有效的运行负荷，并基于不同进出水形式研究，获得可工程化的水平管形式及进出水布置，为高效沉淀管技术的推广应用提供重要依据。

1 材料和方法

1.1 实验装置

实验装置由进水泵、进水区、沉淀区、集水槽、沉泥区、排泥管等组成，集水区分别设有上中下三根集水管。水体由生产线絮凝区通过进水泵进入到中试装置的进水区，经过沉淀后流至集水槽，在集水槽混合后排出，如图1所示。

图1 实验装置Fig.1 Experiment device

1.2 实验用水和检测指标

装置进水取自静海西城污水处理厂斜管沉淀池絮凝区。分别检测进出水SS及浊度，考察新型高效沉淀管的沉淀效率。SS采用重量法检测，浊度采用HACH 2100Q浊度仪检测。

1.3 新型沉淀管与传统斜管沉淀池的比较

对于传统斜管沉淀池，由于泥和水都在同一通道异向流动，相互影响容易形成可逆沉淀，且存在死区可能造成断流，在实际应用中对低温、低浊度进水及含藻类的原水的处理效果并不理想[3]。研究中所应用的高效沉淀管是基于来水在水平方向上流动而进行泥水分离的设备，其主要特点在于处理的原水经过泥水分离后，沉淀污泥经独立通道排往积泥区，泥与水的流经通道相互分离，减少了水流对沉泥的干扰，沉淀管如图2所示。

图2 沉淀管俯视Fig.2 Top view of sedimentation tube

2 结果与讨论

2.1 同向流沉淀管对浊度的去除效果

当沉淀管由高往低向下倾斜时，水与污泥均沿斜板向下流动，为同向流。在同向流沉淀池中，颗粒借助于水流同向的冲击力可大幅提高表面水力负荷。为了探究不同表面负荷对浊度去除效果的影响，以生产线絮凝区出水为原水，改变表面负荷为1～4 m3/(m2·h)，对进出水浊度进行监测，进水浊度及处理效果如图3所示。

图3 表面负荷对浊度去除效果的影响Fig.3 Influence of surface load on turbidity removal

图3中1～7组实验的表面负荷为4 m3/(m2·h)，8～10组的表面负荷为3 m3/(m2·h)，11～13组的表面负荷为2 m3/(m2·h)，14～16组的表面负荷为1 m3/(m2·h)。当水力表面负荷为4 m3/(m2·h)时，沉淀区水力停留时间为0.24 h，进水平均浊度为11.35 NTU，出水平均浊度为7.37 NTU，平均去除率为34.1%；当进水浊度偏高时，出水浊度也相应较高，但去除率基本保持不变。依次降低表面水力负荷至3，2和1 m3/(m2·h)，浊度的平均去除率分别为30.3%、34.5%、24.7%。此过程中可观察到沉淀颗粒先沉积到三角板的表面，经过一个排泥周期的累积后，部分沉淀颗粒通过排泥通道滑落至底部的积泥区。原斜管沉淀池进水流量虽有波动，但大都处于满负荷运行状态，即表面负荷为4 m3/(m2·h)，此时斜管沉淀池对浊度的平均去除率为73.9%。

2.2 异向流沉淀管对浊度的去除效果

当沉淀管由低往高向上倾斜时，水体向上流动而污泥向下流动，形成异向流。与同向流相比，该方式可有效解决泥水分离不充分的问题，进一步提高沉淀效率。为了考察不同表面水力负荷对异向流沉淀管去除浊度的影响，以生产线絮凝区出水为原水，对进出水浊度进行监测，实验结果如图4所示。

图4 表面负荷对浊度去除效果的影响Fig.4 Influence of surface load on turbidity removal

图4中，1～10组实验的表面负荷为4 m3/(m2·h)，11 ～ 20组的表面负荷为3 m3/(m2·h)，21～30组的表面负荷为2 m3/(m2·h)，31～39组的表面负荷为1 m3/(m2·h)。表面水力负荷为4 m3/(m2·h)时，浊度的平均去除率为39.8%，依次降低表面水力负荷至3，2和1 m3/(m2·h)，浊度的去除率分别为40.3%、34.8%和38.7%。

进一步比较发现，无论是同向流还是异向流，浊度去除率并没有随表面水力负荷的降低而升高。但在4个不同表面负荷的情况下，前低后高布设方式对浊度的去除率均高于前高后低。因此，采用前低后高的倾斜方式更为有效，实验结果如图5所示。

图5 不同表面水力负荷下倾斜方式对浊度去除效果的影响Fig.5 Influence of tilt mode on turbidity removal under different surface hydraulic loads

2.3 异向流沉淀管对SS的去除效果

为了探究异向流沉淀管对不同浓度原水SS的处理效能，选取咸水沽、西城和双桥三个污水厂的混凝沉淀区出水作为实验原水，其SS浓度分别为10～20，50～80以及150～200 mg/L。采用前低后高的沉淀管布设形式，采用处理水量4 m3/h，排泥时间10 min，设计排泥周期8 h。

2.3.1低SS原水

异向流沉淀管对低SS(10～20 mg/L)原水的处理效果如图6所示。在连续运行模式下，出水SS一直稳定在5 mg/L以下，去除率在63.64%～86.67%之间，并且在一个排泥周期内，出水SS变化极小，这可能是由于进水SS过低，在一个排泥周期内尚未有大量污泥堆积的现象产生，即在低SS(10～20 mg/L)进水情况下，同向流沉淀管在一个排泥周期内的处理效果变化不大。

进水出水161412108642SS/(mg·L-1)0246810121416t/ha.SS去除率/%908580757065600246810121416t/hb.去除率图6 异向流沉淀管对低SS原水的处理效果Fig.6 Treatment effect of opposite flow sedimentation tube on raw water with low SS进水出水70605040302010SS/(mg·L-1)0246810121416t/ha.SS去除率/%0246810121416t/hb.去除率8075706560555045图7 异向流沉淀管对中SS原水的处理效果Fig.7 Treatment effect of opposite flow sedimentation tube on raw water with medium SS

2.3.2中SS原水

异向流沉淀管对中SS(50～80 mg/L)原水的处理效果如图7所示。在第1个排泥周期内，出水SS从18 mg/L增长到32 mg/L，SS去除率从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个排泥周期内，出水SS再次由15 mg/L增长到29 mg/L，去除率从77.94%降低至56.06%。这可能是因为在一个排泥周期内，已沉淀的矾花不断在排泥区堆积，产生跑泥现象，造成出水SS升高。而在排泥之后，排泥区的沉积物被清空，使得沉淀工艺处理效果恢复。

2.3.3高SS原水

异向流沉淀管对高SS(150～200 mg/L)原水的处理效果如图8所示。在每个排泥周期内，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%。这是因为进水SS过高，在每个排泥周期内，沉淀的污泥迅速堆满排泥区，最终导致排泥区功能丧失。而在排泥之后，排泥区堆存的沉积物得以快速排放，使得系统沉淀功能恢复，出水SS重新有所降低。

进水出水t/ha.SS20018016014012010080SS/(mg·L-1)024681012141650403020100t/hb.去除率去除率/%0246810121416图8 异向流沉淀管对高SS原水的处理效果Fig.8 Treatment effect of opposite flow precipitation tube on raw water with high SS