水平管沉淀技術(shù)

1、摘要：分析水平管沉淀分離技術(shù)高效去除懸浮物的機(jī)理，試驗(yàn)水平管沉淀分離技術(shù)對(duì)原水濁度的適應(yīng)范圍以及對(duì)含藻類、紅蟲(chóng)原水的處理效果。水平管沉淀分離技術(shù)適用于凈水處理、污水處理、中水回用等水處理工程的懸浮物沉淀分離，重點(diǎn)介紹將該技術(shù)如何運(yùn)用于凈水廠。新建水廠可減少占地面積，節(jié)省土建投資；改造老水廠的沉淀池，可提升出水水質(zhì)，提高產(chǎn)水量。本文還結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)介紹和裝置的選型說(shuō)明。關(guān)鍵詞：水平管沉淀分離技術(shù)沉淀池水廠升級(jí)改造提質(zhì)達(dá)標(biāo)工程實(shí)例隨

2、著《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749－2006）的實(shí)施，各地對(duì)水廠“提質(zhì)達(dá)標(biāo)”的工作越來(lái)越重視。在水廠中，固—液分離單元（如沉淀池、氣浮池、澄清池）擔(dān)負(fù)著80%~90%以上懸浮固體分離的作用，是主要的凈水構(gòu)筑物之一。固—液分離單元的高效穩(wěn)定運(yùn)行，可大大降低濾前水的濁度，減少濾池負(fù)荷，延長(zhǎng)濾池反沖洗周期，保障出水濁度滿足飲用水的要求。沉淀技術(shù)在污水處理、工業(yè)水處理、石油化工等行業(yè)固–液分離的場(chǎng)合用途非常廣泛，其基本原理相同，本文重點(diǎn)以凈

3、水工程為例，介紹九通水務(wù)研發(fā)的“水平管沉淀分離技術(shù)”（以下簡(jiǎn)稱“水平管”）懸浮物沉淀分離的作用機(jī)理，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行了分析。一、“水平管”的優(yōu)勢(shì)基于“水平管”的重力沉淀池稱為水平管沉淀池，通常的結(jié)構(gòu)為矩形，在矩形池中組裝也不會(huì)形成三角形過(guò)水死區(qū)，提高了池容的利用率。組成如圖1所示。上部為安裝水平管沉淀裝置的沉淀區(qū)，下部為污泥區(qū)，前部為進(jìn)水區(qū)，后部為出水區(qū)。經(jīng)加藥、混凝反應(yīng)的原水流入沉淀池后，沿進(jìn)水區(qū)整個(gè)截面均勻分配，進(jìn)入水平管沉淀分離

4、裝置，澄清后的水緩慢地流向出水區(qū)。水平管沉淀池具有平流式沉淀池的主要優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，操作彈性大，出水濁度低，是目前最接近“淺池理論”的沉淀技術(shù)。水在水平管內(nèi)水平流動(dòng)，懸浮顆粒受重力作用豎直下沉，懸浮顆粒接觸水平管60的管底后從排泥口滑入滑泥道，泥水即時(shí)分離，污泥很快從滑泥道掉入污泥區(qū)，有效地解決“淺池理論”排泥難題，水平管流態(tài)見(jiàn)圖2。沉淀區(qū)的水平管沉淀分離裝置內(nèi)水平管束組合規(guī)則排列，在極小的雷諾數(shù)和較佳的弗勞德數(shù)條件下

5、，水在水平管束內(nèi)流態(tài)為層流，沉淀效率高。水平管沉淀池水平流速采用714mms，一般采用10mms。有效沉淀時(shí)間采用3~5min，水平管沉淀分離裝置的長(zhǎng)度：106031000=1.8m。包括進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)的長(zhǎng)度，水平管沉淀池的長(zhǎng)度為6m。而平流式沉淀池水平流速可采用1025mms，一般采用15mms。停留時(shí)間為2h，長(zhǎng)度一般為108m。兩種沉淀池的有效水深一般都為3.0~3.5m，根據(jù)以上設(shè)計(jì)取值可以得出水平管沉淀池的寬度為平流式沉淀池的

6、1.5倍。由此可見(jiàn)，一般情況下水平管沉淀池池容為平流式沉淀池的，占地面積也為平流式沉淀池的9%。顯而易見(jiàn)，采用水平管沉淀技術(shù)，可大幅度減少水廠占地面積和工程投資。二、“水平管”對(duì)濁度適應(yīng)范圍以及對(duì)含藻類、紅蟲(chóng)原水的處理效果水平管沉淀池良好的沉淀水力條件和很短的沉降距離，懸浮顆粒在較短的時(shí)間內(nèi)能接觸到管底。水平管沉淀分離裝置內(nèi)，水走水道，泥走泥道，泥水互不干擾，因此，相對(duì)于其他沉淀方式，“水平管”適應(yīng)的濁度范圍廣，對(duì)密度接近水的物體（如藻

7、類、紅蟲(chóng)等）都有很高的去除率。這些有價(jià)值的結(jié)論，通過(guò)安裝在珠海市拱北水廠的“水平管”裝置所做的試驗(yàn)得到了逐一證實(shí)。1、濁度適應(yīng)范圍試驗(yàn)部設(shè)施（如沉淀池中的斜管、斜板填料），加裝水平管沉淀分離裝置，改造出水區(qū)。必要時(shí)，還需對(duì)前后構(gòu)筑物（如絮凝反應(yīng)池、過(guò)濾池）和設(shè)備進(jìn)行配套改造。這樣改造的土建工作量少，容易實(shí)施，投入產(chǎn)出比高，通常水平管沉淀池的出水濁度可降低到2NTU以下，大大減輕了濾池的負(fù)荷，提高了出水水質(zhì)。如圖4所示，一座水量1.010

8、4m3d的水廠斜管沉淀池改造為水平管沉淀池的示意圖。(2)水廠供水范圍的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，造成供水量嚴(yán)重不足。改造措施：在保留原有主體構(gòu)筑物的前提下，保留原有的排泥系統(tǒng)，拆除原有的沉淀池內(nèi)部設(shè)施，增大進(jìn)出水管道，加裝水平管沉淀分離裝置、改造出水區(qū)。改造后，可大大提高沉淀率，以斜管沉淀池為例，處理水量比原來(lái)增大1倍。利用“水平管”對(duì)水廠改造挖潛不僅可提高產(chǎn)水量，還可提升沉淀池出水水質(zhì)，降低沉淀池的維護(hù)成本。例如：將一座水量2.5104m3d的

9、斜管沉淀池改造為水平管沉淀池，如果前后工藝配套合理，水量可增大到5104m3d。四、“水平管”的發(fā)展歷程及工程實(shí)例水平管沉淀分離技術(shù)從自主立項(xiàng)到實(shí)際的工程運(yùn)行，歷時(shí)近五年時(shí)間。通過(guò)綜合分析平流式沉淀池、斜管（板）沉淀池、澄清池等的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，終于研發(fā)成功。主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。1、2007年8月，“水平管沉淀分離裝置”在深圳水務(wù)集團(tuán)的國(guó)家863安全飲用水保障技術(shù)研究基地做試驗(yàn)。2、2007年12月，“水平管沉淀分離裝置”

10、在珠海市拱北水廠中試成功。3、2008年7月26日“水平管沉淀分離裝置”通過(guò)了廣東省科技廳組織的科技成果鑒定；沈大年、宋仁元等專家組成的鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)是沉淀工藝的一次重大創(chuàng)新突破，在技術(shù)上達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。4、2008年9月18日“水平管沉淀分離裝置”獲得國(guó)家創(chuàng)新基金。5、2009年10月，“水平管沉淀分離裝置”獲得國(guó)家發(fā)明專利。6、2010年8月中旬，“水平管沉淀分離裝置”在內(nèi)蒙內(nèi)蒙古巴彥淖爾市河套水務(wù)公司通水投入使用。

11、8月21日，“水平管沉淀分離技術(shù)”工程項(xiàng)目應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)會(huì)的召開(kāi)，標(biāo)志著此項(xiàng)技術(shù)成果已具備實(shí)際工程范例。以下介紹水平管沉淀分離技術(shù)在該項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用情況。河套水務(wù)集團(tuán)有限公司恒源供水公司地處內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市，水廠原水取自黃河灌溉水，基本上達(dá)到《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB38382002)中的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但原水含砂量大、濁度高，年平均濁度5000NTU，最大可達(dá)到7000NTU。以前供水主要采用滲渠取水，無(wú)其他凈水措施，滲渠取水管易淤塞

12、。針對(duì)如此高濁度的原水，河套水務(wù)集團(tuán)經(jīng)過(guò)多方面調(diào)研，實(shí)地考察我公司的“水平管”中試裝置，確信水平管沉淀分離技術(shù)對(duì)黃河流域的水處理的技術(shù)可行性，采用“水平管”建設(shè)一座新的水廠，處理水量1104m3d，處理工藝為“管道混合器絮凝反應(yīng)池水平管沉淀池”。工藝流程圖見(jiàn)圖5。主要構(gòu)筑物和設(shè)備如下：(1)絮凝反應(yīng)池：尺寸：L4.5W7.0H4.0m，數(shù)量：1座，絮凝時(shí)間：18min。(2)水平管沉淀池：設(shè)計(jì)參數(shù)：水平流速采用10mms，有效沉淀時(shí)間為