高密度澄清池工艺选择及设计研究

夏卫红¹ 张明非²
（1、广东得利满水务工程有限公司设计部 广州 510060；2、新疆乌鲁木齐市自来水公司 830000）

　　摘要：一种新型高效的澄清池，称为高密度澄清池，是由得利满公司开发的。该池目前已进入中国市场。本文对该池的工艺原理、运行条件，以及在乌鲁木齐供水工程的应用参数等做了介绍说明。
　　关键词：高密度澄清池；工艺原理；乌鲁木齐市供水工程；主要参数。

1、概况

　　沉淀池在经历了平流沉淀池，斜板（管）沉淀池和机械加速（脉冲）澄清池之后，新型的一种澄清池称做高密度澄清池（DENSADEG）问世了。该池是由法国得利满公司开发研制获专利的一种新型澄清池，它在欧洲已经应用多年，目前开始进入中国市场。由于该池效率高，适用性广，因而在中国各城市用地日益短缺的情况下，采用这种高效的澄清池技术应是一种适宜的选择。在乌鲁木齐20万吨/日城市供水项目中，通过与得利满公司的技术交流，结合该项目在原水水质状况，以及考虑到乌鲁木齐冬季气候寒冷，所有构筑物必须加盖房子，因而选用高效的澄清池节省土建投资是首选，通过技术经济比较后，我们采用了得利满公司的高密度澄清池技术，下面对该种池型及工程中的设计应用做一简单介绍。

2、高密度澄清池介绍

　　高密度澄清池（DENSADEG）是由法国得利满公司研制的一种采用斜管沉淀及污泥循环方式的收速、高速的澄清池。其工作原理基于下五个方面：
　　·原始概念上的整体化的絮凝反应池。
　　·推流式反应池至沉淀池之间的慢速传输。
　　·污泥的外部再循环系统。
　　·斜管沉淀机理。
　　·采用合成絮凝剂+高分子助凝剂。
　　高密度澄清池的适用范围广，可以称得上是“万能”澄清池。可用于以下方面：
　　·饮用水（澄清、除碳……）
　　·工业用水（澄清、除碳……）
　　·城市生活污水（物化初沉池，三次除磷）
　　·工业污水（特殊处理）
　　·污泥浓缩（滤池反冲洗废水）

3、高密度澄清池的说明

3.1高密度澄清池的三种类型
　　RL型高密度澄清池。（多用生活用水处理工艺，及生活污水处理工艺。）
　　该池是目前使用范围最广的一种高密度澄清池（95%的项目采用）。
　　采用该类型的高密度澄清池，水泥混合物流入澄清池的斜管下部，污泥在斜管下的沉淀区从水中分离出来，此时的沉淀为阻碍沉淀；剩余絮片被斜管截留，该分离作用是遵照斜管沉淀机理进行的。因此，在同一构筑物内整个沉淀过程就为两个阶段进行：深层阻研沉淀、浅层斜管沉淀。其中，阻碍沉淀区的分离过程是沉清池几何尺寸计算的基础。
　　该类型高密度澄清池的上升流速取决于斜管区所覆盖的面积，(上升流速23m/h。)
　　RP型高刻度澄清池。
　　当出水及污水排放标准不是极严格的情况下，采用此类高密度澄清池，效果较好在安装时可不带斜管。
　　该澄清池较少采用（只用于滤池冲冼废水带排放上清液的浓缩，特殊浓缩要求）。
　　RPL型高密度澄清池。（多用于城市污水处理工艺、工业污水处理艺。）
　　这一类型的高密度澄清池只有当必须集中贮泥并对处理无反作用时才采用。所以它的应用仅限于除碳工艺（非饮用水）及工业污水处理中特殊的沉淀工艺。
3.2工艺原理
　　高密度澄清池包括五个重要因素：
　　·均质絮凝体及高密度矾花
　　·由于沉淀速度快（15和40m/h）采用密集型设计
　　·有效地完成污泥浓缩
　　·沉淀后出水质量较高，一般在10NTU以内。
　　·抗冲击负荷能力强，不易受突发冲击负荷的变化而变化。
　　此外，该池可在流速波动范围大的情况下工作。
　　工艺原理见所附流程示意图（1）。

　　高密度澄清池由三个主要部分组成：一个“反应池”，一个“预沉池—浓缩池”以及一个“斜管分离池”。
　　a）反应池
　　得利满专利产品反应池是本工艺的根本 特色。在该池中进行物理—化学反应，或在池中进行其他特殊沉淀反应。
反应池分为两个部分：一个是快速混凝搅拌反应池，另一个是慢速混凝推流式反应池。
　　·快速混凝搅拌反应池
　　将原水（通常已经过预混凝）引入到反应池底板的中央。一个叶轮位于中心稳流型的圆筒内。该叶轮的作用是使反应池内水流均匀混合，并为絮凝和聚合电解质的分配提供所需的动能量。
　　混合反应池中悬浮絮状或晶状固体颗粒的浓度保持在最佳状态，该状态取决于所采用的处理方式。通过来自污泥浓缩区的浓缩污泥的外部再循环系统使池中污泥浓度得以保障。
　　·推流式反应池
　　上升式推流反应池是一个慢速絮凝池，其作用就是连续不断地使矾花颗粒增大。
　　因此，整个反应池（混合和推流式反应池）可获得大量高密度、均质的矾花，以达到最初设计的要求。沉淀区的速度应比其他系统的速度快得多，以获得高密度矾花。
　　b）预沉池—浓缩池
　　矾花慢速地从一个大的预沉区进入到澄清区，这样可避免损坏矾花或产生旋涡，确使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。
矾花在澄清池下部汇集成污泥并浓缩。浓缩区分为两层：一层位于排泥斗上部，一层位于其下部。
　　上层为再循环污泥的浓缩。污泥在这层的停留时间为几小时。然后排入到排泥斗内。排泥斗 上部的污泥入口处较大，无需开槽。为了更好地使污泥浓缩，刮泥机配有尖桩围栏。在某些特殊情况下（如：流速不同或负荷不同等），可调整再循环区的高度。由于高度的调整，必会影响污泥停留时间及其浓度的变化。部分浓缩污泥自浓缩区用污泥泵排出，循环至反应池入口。
　　下层是产生大量浓缩污泥的地方。浓缩污泥的浓度至少为20g/l（澄清工艺）。
　　采用污泥泵从预沉池—浓缩池的底部抽出剩余污泥，送至污泥脱水间或现有的可接纳高浓度泥水的排水管网或排污管、渠等。
　　c）斜管分离区
　　逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。通过固定在清水收集槽下侧的纵向板进行水力分布。这些板有效地将斜管分为独立的几组以提高水流均匀分配。不必使用任何优先渠道，使反应沉淀可在最佳状态下完成。
　　澄清水由一个集水槽系统回收。絮凝物堆积在澄清池的下部，形成的污泥也在这部分区域浓缩。
　　通过刮泥机将污泥收集起来，循环至反应池入口处，剩余污泥排放。
3.3运行条件
　　要使高密度澄清池工作状况良好，应考虑到几个重要事项：
　　·高效的絮凝及混凝过程
　　·污泥层泥位界面的控制
　　·高效的斜管分布、设置
　　·连续的工况自动监控

4、乌鲁木齐供水工程项目

　　乌鲁木齐市拟建一座日处理量为200,000m3的水处理厂，分为两个相同的处理流程，每个处理流程的处理量为100,000m3/天。
4.1原水特性及方案选择
　　原水来从乌拉泊水库重力自流到水厂。
　　原水特性主要为低温低浊。PH值：8至8.4； 浊度：低浊度<50NTU（十月到次年五月间）,中间值<200NTU（五月到九月的雨季），峰值在六月低至七月初<=5000NTU，八月份暴雨后的该洪峰值不会持续七十二个小时。
　　现有同样取乌拉泊水库水的五水厂在雨季及暴雨后原水浊度会有以下变化：
　　原水浊度的稳定值为200NTU但会突然上升并持续几个小时，两个值的转化时间很短，最长为六至八小时。
　　低温的问题：
　　乌拉泊水库的水温度为4°C（持续五至六个月）。运行处理过程中必须考虑到混凝和絮凝的困难及速度慢的事实。
　　低浊度问题：
　　当处于低浊度阶段，很难估算混凝剂投加量。事实上，低浊度是由胶体质物引起的。这些胶体质物有时很容易去除，在没有投加适量的混凝剂和助凝剂时该物质是很难被及附沉降。
　　处理流程：
　结合以上原水特性，并通过对处理工艺的多选参考与得利满公司进而进行深入细致的技术讨论，我们选择的处理流程是：得利满专利技术“Densadeg”高密度澄清池和著名的“V”型滤池。
4.2高密度澄清池主要设计参数
　　乌鲁木齐水厂分为两个系列，每个系列有两座高密度澄清池合建为一组，中间设置 污泥泵房。其平面布置见附图（2）。

　　主要参数如下：
　　土建工程设计：
　　　·总流量（立方米/天）…………………200,000+10%
　　　·单位流量（立方米/小时）……………2294
　　反应池单位尺寸（米）
　　　·长度……………………………………6.9
　　　·宽度……………………………………6.9
　　　·水深……………………………………6.25
　　预沉池/浓缩池单位尺寸（米）
　　　·长度……………………………………12.7
　　　·宽度……………………………………12.7
　　　·水深……………………………………4.30
　　斜管分离区单位尺寸（米）
　　　·长度……………………………………9.47
　　　·宽度……………………………………11
　　　·水深……………………………………0.65
　　单位面积（平方米）
　　　·总面积（平方米）……………………161
　　　·斜管面积（平方米）…………………100
　　流速（立方米/平方米/小时）
　　　·斜管上…………………………………22.9
　　总面积上…………………………………14.2

5、高密度澄清池的自动控制

　　由现场PLC系统接收的来自两个污泥界面探测器及每个高密度澄清池的刮泥力矩开关的信息可用于控制排泥泵的运行及刮泥机的运行。
　　安装在高密度澄清池下游的两台浊度计（每个流程上一台）用于控测澄清水的浊度，并将其信号反馈至混凝反应区的控制PLC系统。以便适时地调整混凝剂和助凝剂的投加量。

6、结束语

　　高密度澄清池技术虽然在国内才刚刚开始起步研究、使用，乌鲁木齐供水工程目前亦处于施工阶段，尽管人们对该池的工艺机理及设计研究国内尚处于起步阶段。但由于高密度澄清池占地面积小、节省土建投资、抗冲击负荷能力强、具有适用性广、效率高等特点，必将在给水处理、废水处理，以及工业污水处理中具有广泛的应用前景。
　　高密度澄清池能不能真正称得上是“万能”澄清池，能不能象“V”型滤池那样被国内普遍采用，我们将拭目以待。