北極星水處理網訊:摘 要：結合實際工程應用項目，介紹了復合沉淀池的衍變及運行效果。復合沉淀池是平流沉淀池和斜管沉淀池的優化組合。首先在斜管沉淀池前增設一段12～25m長的平流沉淀池，使大量礬花與泥渣在前端平流段沉淀，從而降低斜管沉淀池的泥量負荷，而且使位于復合沉淀池后部的斜管沉淀池前端不再積泥。其次，通過在池底配置刮泥小車、結合向上流排泥管沉淀池技術徹底解決了沉淀池排泥不暢的問題。復合沉淀池特別適用于冬季低溫低濁、夏季高濁的水廠，具有結構簡單、適用性強、降低運行成本、節省占地及投資等優勢。
1 沉淀池技術應用現狀
1.1 研究背景
常規給水處理工藝流程包括混凝、沉淀、過濾、消毒。其中，沉淀是從水中分離出懸浮物的基本操作單元。懸浮物顆粒的去除效率主要取決于顆粒在水體中所處的位置，粒徑相同的懸浮顆粒處在水體表面和水體中部時，其去除幾率是不同的。根據此特點衍生出多種類型沉淀池。
作為傳統水處理構筑物的平流式沉淀池，具有水力條件好、沉淀效果穩定等優點；但停留時間長，尤其在處理低溫低濁水時停留時間要超過2h，占地面積大，做外圍護結構防凍投資較大。斜管沉淀池由淺池理論發展而來，具有處理效果好、停留時間短、占地面積小并適用于低溫地區等優點，但對原水濁度適應性較差，且前端斜管易堵塞。在處理高濁度水的沉淀構筑物中，輻流式沉淀池的關鍵技術在于沉淀泥渣的排除，具有排泥方便的特點，又可作為高濃度泥沙原水的污泥濃縮池。高效沉淀池可通過污泥回流，發揮接觸絮凝的作用。在絮凝區及回流污泥中投加高分子絮凝劑有助于絮凝顆粒聚結沉淀，沉淀出水經過斜管沉淀區，進一步沉淀分離出水中的細小雜質顆粒，下部設大容積污泥濃縮區定時排泥。給水處理中沉淀池設計的兩大技術難點是沉淀效果不穩定和排泥不暢的問題。
針對以上技術難點，國內出現的多級斜管/斜板沉淀池和高效沉淀池。這兩種沉淀池都是對斜管沉淀池進行改造，不僅結構池體發生改變，還額外增加了斜管、斜板或過濾介質，構造復雜，但并沒有解決斜管沉淀池前端易積泥、前端斜管易損壞、排泥不暢，以及進水水質變化（如冬季低溫低濁，夏季高濁）所帶來的沖擊等問題。
1.2 復合沉淀池的衍變
西安市自來水公司曲江水廠建于1987年，工程設計規模60×104m3/d，1990年8月通水運行。2001年6月國家頒布了新的《生活飲用水衛生規范》，該規范對供水水質提出了更高的要求。曲江水廠原水經現有工藝處理，出水水質已達不到新規范要求；再加上水廠經12年的生產運行，部分設備已經老化、故障頻繁，嚴重影響了水廠的正常運行。鑒于以上情況，曲江水廠改造工程從2001年開始設計，改造工程設計規模60×104m3/d。
原有絮凝沉淀工藝(見圖1)為回轉隔板絮凝池，停留時間約20 min。斜管沉淀池出水最大允許濁度按照15 NTU進行控制，清水區平均上升流速約為2.8 mm/s，實際出水濁度一般在10 NTU以下。原工藝存在的主要問題：隔板絮凝池的絮凝效果差，易沉泥且排泥困難，尤其是渠道連接段沉泥嚴重，而且無法利用原池型進行改造。由于原設計中考慮曲江水廠二期工程水處理工藝改為直接過濾工藝，即一期工程的沉淀池是以濾池外形為基礎改設為斜管沉淀池，這種設計使斜管沉淀池一直存在上升流速大、沉淀效果差、排泥不暢、配水廊道積泥難以排除等問題。
改造工程可利用的場地為改造前的隔板反應池和配水廊道區域，水廠分為四個系列，改造時一個系列停水，其余三個系列正常運行。本次改造一方面要降低沉淀負荷，改善排泥條件；另一方面要結合現有場地條件，提高濾池截污能力。改造方案見圖2。新建混合絮凝池，增加了13m長的平流段沉淀池及23m長的斜管沉淀池，將新建的兩段沉淀池合建，保留原斜管沉淀池前4格，增大沉淀池的總有效面積，降低沉淀池負荷，清水區上升流速由2.8mm/s降至1.46mm/s。該方案比平流沉淀池需要的總長減少至少30m。
改造運行后的混合沉淀池的沉淀效果、沉淀效率等各項技術性能均優于單一的沉淀池。采用正面全斷面直接配水，有效提高了斜管沉淀池配水的均勻性，泥渣在流經長10～15m的區段時大部分已自由沉降，有清晰的泥水分界沉降界面線，高濁度原水中大量的泥沙在前端平流段內沉淀，從而降低了斜管沉淀池的負荷，保證了沉淀池的出水水質。新建平流段和斜管沉淀池排泥統一采用池底小車刮泥，通過鋼絲繩牽引小車將泥渣刮到排泥斗，再由排泥管排出。
曲江水廠改造完成后，全廠沉淀均采用復合沉淀池，幾年的生產運行表明，新系統對不同季節的原水都具有較強的適應性，表現出良好的抗水量和水質沖擊負荷的能力，有效解決了低溫低濁、大流量高濁度水難處理的問題。
通過幾年的運行總結，曲江水廠最大日處理能力可達65×104m3/d。2011年7月―9月雨季期間，進廠原水濁度持續偏高，連續一周超過300NTU，特別是9月21日―9月23日，西安發生多年一遇的持續強降雨，致使原水最高瞬時濁度達1700NTU，這時的進廠水量約2.4×104m3/h，接近滿負荷運行，但經過處理后出廠水濁度仍然控制在0.4NTU以下。
在隨后的多個給水處理工程中，這種創新的沉淀池形式也同樣表現出了優異的處理效果。為了更廣泛地推廣和應用這種技術，根據設計和運行經驗，中國市政工程西北設計研究院有限公司申請并取得了復合沉淀池專利（專利號：ZL201020526832.4）。
2 復合沉淀池技術
2.1 基本構造
該復合沉淀池為前置平流段全斷面配水斜管沉淀池，在斜管沉淀池前增設一段12～25m長的平流沉淀池，大量礬花與泥渣在前端平流段沉淀，然后經斜管沉淀池二次沉淀，從而降低了斜管沉淀池的泥量負荷，使斜管沉淀池前端不再積泥，前端斜管不易損壞，延長斜管沉淀池的使用壽命，即使進水出現低溫低濁度或高濁時，出水水質也能穩定達標。根據設計經驗和沉定池運行效果，建議平流段最長25m，即可滿足前端礬花與泥渣的沉淀需要，然后再經斜管沉淀池二次沉淀。復合沉淀池平面布置及剖面分別見圖3和圖4。
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本文標題：復合沉淀池的衍變及工程應用
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