淺析Densade高密度沉淀池在煤化工給水站工藝系統(tǒng)中的應用

李名碩

山東金策環(huán)保設計院有限公司，中國·山東 濟南 250000

1 引言

Densade 高密度沉淀池由法國得利滿開發(fā)的集混合絮凝沉淀于一身的緊湊、高效的澄清技術，具有較高的耐沖擊負荷能力，廣泛應用于給水生產、污水處理、工業(yè)廢水回用和污泥處理等領域，在有關工程實例中其表面負荷高達23m3/(m2/h)，被認為是“第三代澄清池”的典范。中國市場已有多個工程實用案例，但關于其詳細設計參數(shù)的報道鮮見，論文對其核心設計參數(shù)進行了分析論述，以為行業(yè)內交流提供參考借鑒。

2 Densade 高密度沉淀池的基本結構和原理

Densade 高密度沉淀池核心結構如圖1所示，主要由集成式絮凝區(qū)、斜管沉淀區(qū)、污泥濃縮區(qū)三大模塊組成。

圖1 Densade 高密沉淀池結構簡圖

2.1 集成式絮凝區(qū)

集成式絮凝區(qū)包括快速混合攪拌區(qū)和軸流推進絮凝區(qū)，快速混合攪拌區(qū)使用高速度梯度攪拌使混凝劑、回流污泥和原水充分快速混合，回流污泥取自沉淀池污泥濃縮區(qū)，此處污泥含有大量絮凝藥劑，同時極高的污泥濃度提高了接觸絮凝效果，經過本混合區(qū)污水逐漸形成細小絮體顆粒?；旌虾蟮乃M入絮凝區(qū)第二空間的絮凝筒內，絮凝筒底設置絮凝加藥點，筒內設置推流攪拌器以提供污水提升所需的能量，同時進一步混合原水與回流污泥，筒外為慢速絮凝區(qū)，此處水中絮體逐漸增大形成較高密度的礬花。

2.2 斜管沉淀區(qū)

較大顆粒礬花經折流區(qū)慢速流至沉淀區(qū)，沉淀區(qū)包括兩個區(qū)域，斜管澄清區(qū)和斜管下方的成層沉淀區(qū)。攜帶大量礬花的污水進入沉淀區(qū)后首先接觸較高濃度的污泥層，絕大部分礬花在此區(qū)域完成沉淀。斜管澄清區(qū)利用淺池沉淀原理，增大了沉淀面積用于去除殘留的較小顆粒絮體。沉淀池內設置超聲波泥位計，監(jiān)測成層沉淀中污泥層的高度，作為是否排泥的控制信號，同時為確保泥位計正確無誤，沉淀池設置四根取樣管定期復核泥位計液位情況[1]。

2.3 污泥濃縮區(qū)

沉淀池底部設置錐形沉泥槽，柵型刮泥機連續(xù)刮掃促進污泥濃縮，將污泥匯入沉泥槽，槽內設置兩根污泥管路，上部污泥管引新鮮污泥經回流污泥泵回流至絮凝反應區(qū)，用于提供維持高效絮凝所需的污泥濃度，下部污泥管路做污泥外排用，利用沉淀池泥位計控制排泥。

3 Densade 高密度沉淀池在凈水廠中的應用

3.1 工程概況

凈水站工程設計規(guī)模4 萬m3/d，共分兩組，每組規(guī)模為2 萬m3/d。本項目主水源為亭口水庫水，原水水質如表1所示。

表1 原水水質表

產水水質如表2所示。

表2 產水水質表

3.2 工藝流程

主要工藝流程如圖2所示。

圖2 主要工藝流程

來自地表水庫的原水經泵入平衡水池，平衡水池內設置二氧化氯加藥點，用于殺滅原水中的藻類等物質防止高密度沉淀池內藻類滋生。原水殺菌后進入混合區(qū)，混合區(qū)內設置PAC 加藥點，投加量10mg/L（以Al2O3計）。原水經混合區(qū)溢流進入反應區(qū)，反應區(qū)內設置石灰加藥點和污泥回流點，污泥回流既能增加反應池內污泥濃度，也能保持沉淀池內穩(wěn)定的固體負荷，石灰既能保證混凝反應pH 在合理范圍內又能起到助沉作用。反應區(qū)混合液經導流管進入絮凝區(qū)，絮凝筒內設置推流式提升攪拌機，攪拌機采用變頻控制。絮凝區(qū)經折流區(qū)進入沉淀區(qū)，進入沉淀區(qū)后的污泥首先被懸浮污泥層截流大部分絮體被沉積下來，此處懸浮污泥層絮體含量達2g/L，少許殘留的微小絮體上升，在斜管中去除，經過斜管沉淀后出水濁度能保持在10NTU 以下。

沉淀池設置柵型刮泥機，污泥回流比5%，回流污泥泵變頻控制，反應區(qū)污泥回流后的混合液濃度控制在200～400g/m3。用泥位計控制排泥泵啟停，實現(xiàn)污泥外排。

3.3 工程設計主要參數(shù)

工程設計主要參數(shù)見表3。

3.4 關鍵設計參數(shù)設計原則

3.4.1 停留時間T 與攪拌G 值設計原則

停留時間和攪拌G 值共同影響攪拌效果，運行經驗表明GT 值保持在3 萬～5 萬即能滿足混合需求，本項目混合反應設計中GT 值取4 萬，其中G 值500s-1。絮凝反應GT值取2.7 萬，其中G 值30s-1，攪拌電機采用變頻控制。

3.4.2 折流區(qū)流速設計原則

本項目折流區(qū)設計流速取0.03m/s，根據(jù)其他項目運行經驗，當折流區(qū)流速低于0.02m/s時，會造成折流區(qū)嚴重積泥。高密度沉淀的核心技術是絮凝和壓縮沉淀，污泥沉積在折流區(qū)會影響污泥的正常循環(huán)，折流區(qū)將污泥截流后導致沉淀區(qū)污泥濃度越來越低，進而會降低反應區(qū)的固體濃度，絮凝反應速率與固體濃度三次方成正比，如此惡性循環(huán)，反應區(qū)出水情況勢必惡化[2]。

3.4.3 絮凝攪拌機參數(shù)設計原則

絮凝區(qū)攪拌設備參數(shù)計算是整個Densade 高密池系統(tǒng)的最關鍵參數(shù)，絮凝提升攪拌機與絮凝筒間距控制得越小絮凝效果越好，同時投資和運行要求會明顯升高，本項目中取5cm。絮凝攪拌機提升水頭10cm，筒內上升流速0.6m/s，筒外流速0.1m/s。

3.4.4 斜管區(qū)負荷的設計原則

本項目斜管區(qū)負荷取13m/s，相比與Densade 工程案例20～30m/s 的設計負荷值仍偏小，但對比傳統(tǒng)斜管沉淀池3～6m/s 的負荷仍然具有很大優(yōu)勢。斜管負荷選取要綜合考慮水質情況，中水回用中設計負荷一般明顯低于給水系統(tǒng)，低溫低濁水也會降低斜管區(qū)負荷的取值，本項目水源為西北地區(qū)水庫水，冬季呈現(xiàn)出明顯的低溫低濁特性[3]。

4 結語

Densade 高密度沉淀池的優(yōu)異性能已在中國及其他國家多個工程實例中得到驗證，在當今土地資源緊張和節(jié)能減排要求趨嚴的背景下具有重大的社會和經濟意義。但中國絕大部分設計院處于模仿階段，實際運行中尚存在許多問題制約其優(yōu)異性能的發(fā)揮，沉淀負荷的選取普遍較低，針對核心設計參數(shù)需加強中試試驗驗證，合理謀劃統(tǒng)籌解決，才能在沉淀負荷選取時擺脫保守的被動局面，真正發(fā)揮Densade 高密池優(yōu)異性能。