机械搅拌澄清池改造研究

1微涡流絮凝/斜管沉淀技术用于机械搅拌澄清池的改造黄继华1,方永辉1,方永忠2（1.上海富大同诺环境科技有限公司,上海200082;2.同济大学环境科学与工程学院,上海200092）摘要：针对机械搅拌澄清池存在的处理效率低、处理能力不能满足要求、能耗大的问题，提出采用微涡流絮凝/斜管沉淀技术对机械澄清池进行改造。实施上述改造后，澄清池的效率得以提高，出水浊度3.0NTU。关键词：微涡流絮凝；斜管沉淀；机械搅拌澄清池；技术改造ReconstructionofMechanicalClarificationTankUsingMicro-vortexFlocculatingandInclined-tubeSettlingTechnologyHuangJi-hua1,FangYong-hui1,FangYong-zhong2(1.ShanghaiFudaTongnuoEnviromentalTechnologyCo.,LTD.,Shanghai200082,China;2.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Aimingattheproblemsoflowtreatmentefficiency,inadequatetreatmentcapacityandhigh-energyconsumptionofthemechanicalclarificationtank.ThepaperintroducesthereconstructionofmechanicalclarificationtankbyusingMicro-vortexFlocculatingandInclined-tubeSettlingTechnology.Afterthereconstruction,theefficiencyofthetankisimproved,theturbidityoftreatedwaterislessthan3.0NTU.Keywords:micro-vortexflocculating;inclined-tubesettlingtechnology;mechanicalclarificationtank;technicalreconstruction1.机械搅拌澄清池工艺简介机械搅拌澄清池是利用池中积聚的泥渣与原水中的杂志颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的净水构筑物，可较充分发挥混凝剂的作用和提高澄清效率。和竖流式沉淀池相比，澄清池具有生产能力高、处理效果好等优点；但其对原水的水量、水质、水温及混凝剂等因素的变化影响比较明显。澄清池主要有机械搅拌澄清池、水力循环澄清池、脉冲澄清池悬浮澄清池等几种形式。机械搅拌澄清池属泥渣循环型澄清池，其特点是利用机械搅拌的提升作用来完成泥渣回流和接触反应。其主要缺点如下：①机械搅拌絮凝工艺落后；根据现代絮凝理论，水的涡旋流动可以增加流速梯度和紊动程度，促进水中胶体亚微扩2散与絮体碰撞，提高絮凝效率。涡流尺寸越小，越接近絮体尺寸（毫米级），效果越显著。第一代机械搅拌和隔板等絮凝工艺为大涡流（米级），第二代穿孔漩流、折板和波纹板等絮凝工艺为小涡流（分米级），第三代网格絮凝工艺为微涡流（厘米级），第四代微涡流球反应器絮凝工艺为毫米级。目前机械搅拌絮凝工艺还处于第一代米级大涡流絮凝工艺。②机械搅拌装置电能消耗大；以1000m3/h的机械搅拌澄清池为例，其搅拌机功率为5.5kW，刮泥机功率为1.5kW，单池每天的电能消耗是168kWh。电费以0.6元/kWh计，每年需消耗3.68万元电费。③需要机械搅拌设备，维修工作量大；对于机械搅拌澄清工艺来说，搅拌机可谓是核心设备。搅拌机的自然磨损严重，特别是涡轮箱，经常需要维护甚至更换，由此产生的维护费用很高。④当水厂有两种水原且存在温差时，两种水在池内形成异重流，悬浮泥渣随异重流进入出水槽，可导致出水水质迅速恶化；综上所述，机械搅拌澄清工艺落后、耗能大、维护困难，已经不适应当前水处理工艺的要求。2.机械搅拌澄清池改造的必要性①目前的机械搅拌澄清池大部分是70、80年代建设的，设施陈旧老化，基本很难达到设计水量水质，必须改造使其恢复功能；②1985年的规范《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）规定出厂水浊度为≤3NTU，2006年的规范《生活饮用水卫生规范》（GB5749-2006）规定出厂水浊度必须≤1NTU。大部分采用机械搅拌澄清工艺的水厂都是按当时的规范即出厂水浊度为≤3NTU设计的，水质要求提高后，必须改造使其适应新的要求；③机械搅拌澄清池能耗大、运行费用高，维护工作量大，不适应国家节能减排的基本国策，必须改造使其适应我国国情；④机械搅拌澄清工艺落后，必须改造为其他先进的絮凝、沉淀工艺，推动我国的水处理工艺技术的发展。3.改造实例3.1工程概况安吉供水公司源水取自附近水库，多数时段为低温低浊水，较高浊度为10度左右，短时间最高浊度小于15度。采用一组机械澄清池与滤池配套的净水工艺，机械搅拌澄清池直径为25m，池深为7.5m，设计处理能力为1330m3/h。改造的主要原因是工艺落后、设备陈旧老化、能耗高维护量大、处理水量达不到设计能力，且夏季两种水源产生异重流，严重影响供水水质。3.2改造思路理论知识和工程经验告诉我们，为了节能、降耗、提高产水量，必须同时在絮凝工艺和3沉淀工艺两个环节上采取技术措施。以下对絮凝工艺和沉淀工艺作简略介绍。①絮凝工艺絮凝工艺的基本要求是，原水与药剂经混合后，通过絮凝设备应形成肉眼可见的大的密实絮凝体。絮凝池形式较多，概括起来分成两大类：水力搅拌式和机械搅拌式。考虑到机械絮凝池维修工作量大、能耗高，本技改工程采用水力絮凝池。水力絮凝工艺主要有以下几种：隔板工艺、折板工艺、网格工艺及微涡流絮凝工艺，常见水力絮凝工艺见表1。表1常见水力絮凝工艺比较情况Tab.1contrastofCommonhydraulicflocculationprocess比较项目反应时间优点缺点隔板工艺20～30min1、絮凝效果较好2、构造简单，管理方便1、絮凝时间较长2、出水流量不易分配均匀3、水量变化大者絮凝效果不稳定折板工艺10～15min1、絮凝时间较短2、絮凝效果较好1、构造较复杂，安装维修较困难2、水量变化影响絮凝效果3、折板费用较高网格工艺10～15min1.、絮凝时间短2、絮凝效果较好3、构造简单1、水量变化影响絮凝效果2、网格容易滋生藻类，堵塞网眼微涡流工艺5～8min1、絮凝时间很短2、絮凝效果很好3、抗冲击能力强4、构造简单，施工周期短1、核心产品加工工艺要求较高2、微涡流费用较高通过比较，在这几种水力絮凝工艺中，微涡流絮凝工艺效率最高，而且微涡流絮凝工艺具有安装简便、施工周期特别短等优点。因此改造中采用了微涡流絮凝工艺。②沉淀工艺给水处理中的沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中分离的过程。在净水处理中沉淀担负着去除80%～90%以上悬浮固体的作用，是主要净水构筑物之一。根据水在池中的流动的方向，沉淀池分为平流式、竖流式、辐流式沉淀池及斜管沉淀池，各种沉淀池的优缺点及适用条件见表2。4表2常见沉淀池工艺比较Tab.2contrastofCommonsedimentationprocess方式优缺点适用条件平流式沉淀池优点：1、造价较低2、操作管理方便、施工较简单3、对原水浊度适应性强，潜力大，处理效果稳定4、带有机械排泥设备时，排泥效果好一般用于大、中型净水厂缺点：1、占地面积较大2、不采用机械排泥装置时，排泥较困难。3、需维护机械排泥设备竖流式沉淀池优点：1、排泥较方便2、一般与絮凝池合建、不需另建絮凝池3、占地面积小一般用于小型净水厂缺点：1、上升流速受颗粒沉降速度所限、出水量小，一般沉淀效果较差。2、施工较平流式困难辐流式沉淀池优点：1、沉淀效果好2、有机械排泥装置时，排泥效果好一般用于大中型净水厂的高浊度水预沉缺点：1、基建投资和经常费用大2、刮泥机维护管理较复杂，耗用金属材料多。3、施工较平流式困难斜管式沉淀池优点：1、沉淀效率高2、池体小、占地少(1)用于各种规模水厂(2)宜用于老沉淀池的改建、扩建和挖潜缺点：1、斜管(板)耗用较多材料，老化后需更换，费用较高2、对原水浊度适应性较平流池差3、不设机械排泥装置时、排泥较困难；设机械排泥时，维护管理较平流池麻烦缺点：1、核心产品加工工艺要求较高2、斜管费用较高通过比较，斜管式沉淀池沉淀效率高，且宜用于老沉淀池的改建、扩建和挖潜。因此本次改造工程中采用了斜管沉淀工艺。3.3改造方案在对上述混凝和沉淀工艺改造技术进行调研的基础上，通过多方了解、反复论证，5最终决定采用微涡流絮凝和斜管沉淀技术对机械搅拌澄清池进行技术改造。澄清池改造后示意图见图1图1机械搅拌澄清池改造后示意图Schematicdiagramofmechanicaltankafterreconstruction3.4改造后的设计参数机械搅拌澄清池改造后的主要设计参数见表1。表3机械搅拌澄清池改造后的主要设计参数Tab.3Designparametersofmechanicaltankafterreconstruction设计参数数值设计水量/(m3/h)1600絮凝时间/(min)7.8速度梯度/(s-1)47斜管沉淀面积/(m2)380沉淀表面负荷/m3/(m2·h)4.50沉淀出水浊度/(NTU)3.064.运行效果整个改造工程简单，施工方便、工期短、改造费用低。从厂方记录的数据看，采用微涡流絮凝及斜管沉淀技术改造后，水厂运行效果比较理想。澄清池出水浊度3.0NTU，处理水量从1330m3/h提升至1600m3/h。5.工程实例表机械搅拌澄清池改造工程实例表见表4。表4机械搅拌澄清池改造工程实例表Tab.4Engineeringexampleofreconstructionofmechanicalclarificationtank序号澄清池改造业主名称规格数量水质特点水量改造技术1丹东化纤水厂φ12.4mx5.5m2座低温低浊320m3/h微涡流+斜管2十堰东风汽车水厂φ23.88mx6.5m2座河水1280m3/h微涡流+斜管3安吉供水公司φ25.mx7.5m1座水库+河水1330m3/h微涡流+斜管4即墨市自来水公司φ14.3mx6.5m1座河水430m3/h微涡流+斜管5青岛新源热电厂φ12.4mx5.5m1座水库水320m3/h微涡流+斜管采用微涡流絮凝斜管沉淀工艺已成功应用在数十个项目中，包括以上7座机械搅拌澄清池中，改造后水量普遍增大了20%~50%，沉淀出水浊度3.0NTU。6.结论微涡流絮凝/斜管沉淀技术应用于机械搅拌澄清池的改造中，可以在不增加土建工程的情况下使老水池重新焕发活力，增加水量，减少能耗及维护工作量，保证出水水质。且机械搅拌澄清池改造的周期较短，可以短时间内增加在缺水地区水厂的产量，满足缺水地区对供水的需求，减少了因水量不足而产生的低压供水现象。因此该项技术具有显著地经济效益和社会效益。参考文献[1]童祯恭,方永忠,胡锋平.微涡流混凝技术在十堰水厂的应用[J].中国给水排水,2008,24(4):66-68.[2]蒋力.水力澄清池的技术改造[J].净水技术,2004,23,(3):35-37.[3]王白杨,熊树林,胡兆吉等.斜管沉淀技术用于澄清池的改造[J].中国给水排水,2006,22(14):19-21.电话：[phone]通讯处：上海市东余杭路1168号上海富大同诺环境科技有限公司200082E-mail:[e-mail]