高效沉淀池在白龍港污水處理中的應用
一、高效沉淀池發展與應用
混合、絮凝、沉淀及污泥濃縮于一體組成的污水處理工藝已有近百年歷史，技術已相當成熟，隨著科技進步，上世紀九十年代起，經過數十年的努力，國外對混合、絮凝、沉淀三個基本工藝技術的研究，根據哈真（hazen）的“淺層沉淀理論”，成功開發了新型高效沉淀池，取得了顯著成效。目前國外新建污水處理廠大多采用該項技術，如法國的colombes污水處理廠，處理規模104萬m3/d，高效沉淀池9座，1998年投入使用。mets污水處理廠（二期）處理規模17.3萬m3/d，高效沉淀池2座，1995年投入使用。加拿大的laval污水處理廠和beloeil污水處理廠也采用了高效沉淀池技術。自1990年以來世界各地已有50多家污水廠采用了該項技術。我國在九十年代以來也展開對高效沉淀池的研究和開發工作。2000年正式投入使用的大連馬蘭河污水處理廠就采用了高效沉淀池，但其污水處理規模只有15萬m3/d，屬小型污水處理廠。而上海污水治理二期工程的后續工程——上海市白龍港城市污水處理廠是一座特大規模的污水處理廠，遠期污水處理能力為210萬m3/d，近期處理規模予處理部分172萬m3/d，一級加強為120萬m3/d。由于上海是人口密集城市，土地資源十分有限，因此污水處理廠的占地面受到限制，若采用圓形輻流式沉淀池造成占地面積大，池子數量多，既不美觀，運行管理又不方便，從綜合技術經濟和占地情況考慮，白龍港污水處理廠也采用高效沉淀技術，利用高效沉淀池中斜管裝置可節省大量的土地，其次平流式斜管沉淀池水力條件好，出水水質穩定，大大提高污水處理效果。
二、高效沉淀池機理與作用
白龍港污水處理廠中的高效沉淀池是根據物化法處理和哈真的淺層沉淀原理制成的斜管沉淀池結合而成的一種污水處理方法。
⑴、物化法
經過預處理后的污水和混凝劑（Al2(so4)3常用的）快速混合，迅速將混凝劑擴散在污水中，充分發揮混凝劑高電荷對水中膠體電中和脫穩作用，通過脫穩顆粒的有效碰撞，同時加入apm高分子助凝劑,發揮助凝劑的吸附架橋作用，使細小顆粒逐漸結成較大絮體鋁鹽和污水中的堿反應形成較大的氫氧化物絮體，其反應分子式為Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)2→2Al(OH)3↓+3caso4+6co2生成的氫氧化物絮體很便于固液分離，有助于去除水中的懸浮物及膠體，鋁鹽還會和污水中溶解性的磷酸鹽反應生成不溶解磷酸鋁
Al3++PO3-4→AlPO4↓
一般物化法處理流程：
進水→快速混合→慢速攪拌絮凝→沉淀→出水
⑵、斜管、斜板沉淀池
斜管、斜板沉淀池就是利用“淺層沉淀”的概念，逐步發展而得，如果某一沉淀池長為l、深為h，池中水平流速為v，顆粒沉速為u0當水處于理想狀態下流動。則l/h=v/u0
當l與v值不變時，池深h越淺，則可截留的顆粒的沉淀速度u0亦越小，且成正比關系。假如在池中增設水平隔板，將原池的h分為三層，每層深度為h/3。此時水平流速v和最小顆粒的沉速u0都保持不變。由于沉降深度由h減小為h/3，在每層隔板上的流動距離l縮短為l/3。因此可將池的總容積減少到1/3，其次若池的長度l不變，截留顆粒的沉速仍采用u0，由于沉降深度減少為h/3，則水平流速v可增大3倍為3v，仍可將沉速為u0的顆粒截留在池底。即過水能力提高三倍，水的處理效果保持原狀。
工程上為解決各層的排泥問題，將水平隔層改為斜面，斜面與水平面成一定角度α（通常α為500—600），斜面可制成斜板式或斜管式。各層斜板的有效面積總和，乘以傾角α的余弦，得水平總和的投影面積，也就是水流的總沉降面積。
為了創造理想的層流條件，提高沉淀效率，在沉淀過程中必須控制水流雷諾數re（re為500以下），和費魯德數fr（fr值一般為10-3—10-4級），為顆粒沉降創造最佳條件，達到提高沉降效率，減少池容的目的。
三、高效沉淀池組成
白龍港污水處理廠采用的multiflo—300高效沉淀池是一個緊湊型的斜管沉淀池并相應有化學藥劑的投加系統。由法國out公司設計制造。整個高效沉淀池設計非常緊湊，它把混合池、絮凝池和斜管沉淀池及污泥濃縮集合于一體。
污水首先進入混合池，投加化學混凝劑，快速攪拌，使藥劑與污水混合均勻，隨后進入絮凝池，投加apm高分子助凝劑，慢速攪拌形成絮體，最后污水進入沉淀池，水從下向上流經斜管，進行分離處理，水由集水槽排出，沉淀物因重力作用沿斜管下滑至污泥濃縮區，由污泥濃縮機使污泥濃集，匯合與池中心泥斗中。泥斗中的部分污泥通過泵送至絮凝池，剩余污泥排至污泥處理系統，部分回流污泥中未完全反應的藥劑得到進一步利用，可節約加藥量。
1、斜管沉淀池
斜管沉淀池由如下部分構成：
*兩套斜板（安裝在multiflo-300沉淀池中心渠的兩側）*和斜管相配套的支撐系統
*澄清水收集系統
在白龍港污水處理工程中，設計了12個沉淀池并把它們分成3組（每組包括4個沉淀池）。每個沉淀池的平面尺寸為16m×16m。
斜管沉淀的主要參數如下：
⑴斜管沉淀池的在旱季高峰流量時鏡向水流速度為30m/h。在這個速度下我們仍可以得到良好的沉淀效果并且會減少沉淀池的面積。
⑵斜管的長度為1.5m，它的安裝傾度和水平方向呈600。這個傾度可以保證沉淀在斜管上的污泥可以順利地滑向底部而不至于淤積。
⑶斜管的剖面是六邊形而不是通常的梯形。因為對于斜管沉淀來說投影面積和鏡向面積之間的比值非常重要，六邊形剖面的斜管此值較高于梯形剖面形的斜管，如此可以得到較大的有效沉淀面積，實際操作中的效果也十分良好。
為了收集絮凝體，采用蜂窩狀斜管，其開口尺寸為80mm
a.斜管的安裝角度和水平成60度。
b.六邊形開口寬度為80mm。
c.投影面積/鏡向面積=10.41
d.斜管長度為1.5m。
斜管沖洗
高效沉淀池的正確運行需要定期的有效的沖洗，這個過程需要排放污泥以降低污泥層的高度，我們用以下方法實現污泥層的降低：
重力排放，通過安裝在斜管下方的管道把污泥排到廢液池中。通過運行，每7天沖洗一次，沖洗水壓力0.2mpa，沖洗時間約30min。
澄清水的收集：集水槽
集水槽的優點在于能避免浮渣的積累。
中心渠道（multiflo-300）
中心渠道采用砼建造，中心渠道收集沉淀后的污水。
中心渠道的底板也被利用作為斜管的支撐梁。中心渠道的寬度為1.20m。刮泥機的軸通過中心渠道底板時采用軸套以避免沉淀池的污泥泄露進入澄清水中。
在渠道的出口處設有疊梁閥以保證各個沉淀池的隔離并且在必要時調節閥門以提高液位以排出浮渣。
2、混合反應池
混凝攪拌池
污水在multiflo-300r的前部的混凝池中進行混凝反應。尺寸5×5×7.5m有效容積193m3。停水時間2.79min，水力梯度g=3091/s。
化學混凝反應是整個處理系統的關鍵步驟，在這個過程中將化學藥劑與水井懸浮物、bod和cod。po4充分接能，并起反應。
按照現行的水廠運行，鋁鹽的投加相對與鐵鹽具有如下優點：低消耗、高效率、易于操作。
混合反應池主要攪拌設備有水流擋板、攪拌器、導流筒、防濺板、十字板幾個部分構成。
池子是串聯布置時，這種形式的安裝避免了水流推力方向的交替或者為了保持水流的同向性而必須安裝其他擋板。
這種形式的組合使兩個池子中攪拌組件的安裝及水流旋轉方向同向。停留時間14.9min，水力梯度g=861/s
3、助凝反應池
絮凝是一種物理機械過程，在這過程中，絮凝體由于物理攪拌作用和分子間的作用力從而使絮凝體增大以利于沉淀。投加陰離子高分子助凝劑作為混凝劑而起到附架橋作用以提高絮凝效果。
助凝反應池（尺寸8×16×7.7；有效容積985m3）。助凝反應池主要攪拌設備有攪拌器、導流筒、環行穿孔管、反旋流板、十字板幾部分構成。
兩個攪拌器及與之配套的導流筒，因為絮凝反應池是長方形的，兩個慢速攪拌器并選擇一個合適的水力梯度。這樣可以得到一個良好的絮凝效果。
一個環行的穿孔管安裝在導流筒的上方以利于助凝劑的分配（孔口向內）
2套反旋流板安裝在池體的上方。（和水流方向垂直）
1個十字板位于導流筒的下方（和混凝池的形式一樣）優點：
*充分利用絮凝容積（提高均勻性）。
*通過徑向水流的能量復原作用從而得到較高的抽力。*抑制了旋流從而避免了因為旋流作用而使水中的懸浮物的沉淀。*助凝劑由于良好的分配而得到充分的利用。
*可以提高葉輪的轉速（形成小而且密度高的絮體）避免了旋流的危險。
四、高效沉淀池與普通平流式沉淀池相比具有以下優點：
⑴水力負荷高，沉淀區表面負荷約為20～25m3/m2.hr，大大超過常規沉淀池的表面負荷。
⑵污染物去除率高，codcr、bod5、和ss的去除率分別可達到60%、60%和80%，磷的去除率可達80～90%。
⑶由于加強了反應池內部循環并增加了外部污泥循環，提高了分子間相互接觸的機率，使絮凝劑在循環中得到充分利用，減少了藥劑投加量（減少17%），降低能耗，節省了運行成本。
⑷在沉淀區分離出的污泥在濃縮區進行濃縮，提高了污泥的含固率，降低了含水率，含水率達到97%。
五、結束語
高效沉淀池以其去污效率高，工程投資低，占地面積少，運行成本低等優點。上海白龍港城市污水處理廠成功引進了該項先進技術，建成后，通過近一年的調試、運行，其效果十分理想，達到設計要求，成為我國在大型污水處理廠建設中的典范。
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