新型同向流斜板沉淀池裝置的運行與優化

田林青，張亞方，彭趙旭

(鄭州大學 水利與環境學院，鄭州 450001)

新型同向流斜板沉淀池裝置的運行與優化

田林青，張亞方，彭趙旭

(鄭州大學 水利與環境學院，鄭州 450001)

為克服傳統同向流斜板沉淀池在運行中難以解決泥水分離的問題，給出了一種新型同向流斜板沉淀池裝置，其核心為新型的斜板結構，于斜板板底增加溝槽和導泥管.試驗研究了進水濁度及水力停留時間對處理效果的影響，并對實驗數據進行分析擬合.結果表明,該裝置對一系列濁度的懸濁液都有較好的除濁效果，解決了泥水分離的難題，為同向流技術的發展提供了新方向.

同向流；斜板；泥水分離；濁度；除濁率

同向流斜板斜管沉淀池是一種高效沉淀裝置，原理為同向流斜板沉淀池在沉淀過程中顆粒與水流的流向相同，故沉淀面積最大.較之于異向流和側向流斜板沉淀池，同向流中水流向下的沖力有助于顆粒物的沉降，能夠大大提高沉淀效率[1].但是，因其在運行中存在布水不均以及不能很好地解決泥水分離的問題，導致同向流技術在水處理領域鮮有應用[2].因此，如何解決泥水分離問題，是同向流斜板沉淀池的推廣與應用的關鍵之一[3].本文在理論基礎上提出了一種新型同向流斜板沉淀池技術，并對其沉淀效果進行了試驗研究.

1 材料與方法

1.1新型同向流斜板沉淀池裝置模型

圖1 裝置示意圖

新型同向流斜板沉淀池裝置模型如圖1所示，其中包括進水區域、斜板沉淀區域、泥水分離區域、集泥區域、出水區域5個主要區域構造.該裝置將污水由注水管通過注水孔a進入區域A，泥水向下流動到達斜板沉淀區，即區域B，由多個斜板構成，如圖2所示.斜板的作用過程為：懸著物經由斜板，在水的沖力及自身重力作用下，沿著斜板向下滑至溝槽c，通過導管d導入泥水分離區最終落至集泥區，沉淀到底部的污泥從排泥管不定期外排以便于回收利用.

本裝置對傳統斜板進行改造，在斜板下部添加溝槽，溝槽中部連接導管，以便于將溝槽中的顆粒物導出，解決了傳統斜板易被堆積的顆粒物堵塞、壓塌的問題.

1.2試驗方法

試驗采用兩種原水，分別以硅藻土(絮凝能力強)和磷酸銨鎂(絮凝能力弱)為溶質，配置兩組不同濃度梯度的懸濁液，以蠕動泵實現對沉淀池的進水.試驗的水力停留時間為30 min和1 h、進水濁度為20～135 ntu、溫度在12～15 ℃范圍內、pH值在7～8之間.本研究共分為4個試驗階段，考察新型同向流斜板沉淀池對原水濁度的去除效果，根據存在的問題提出了改進方法，以對該裝置的實際應用提供理論支持和技術指導，具體操作方式如表1所示.

表1不同試驗階段的操作方式

試驗階段溶質水力停留時間/min進水濁度/ntu階段1硅藻土6020～135階段2硅藻土3020～70階段3磷酸銨鎂6030～100階段4磷酸銨鎂3020～100

1.3檢測分析項目

進水濁度(ntu)、出水濁度(ntu)：均用2100P(46500-00)哈希便攜式濁度儀測定；pH值：用PHs-3E式酸度計測定；水溫：用溫度計測定.

2 結果與討論

2.1進水濁度對處理效果的影響

2.1.1 硅藻土懸濁液

水力停留時間控制在60 min，一系列不同濁度的硅藻土懸濁液流經新型同向流斜板沉淀池裝置后，處理效果見圖2.硅藻土顆粒先是沉淀到斜板上，在同向水流的沖刷作用下，沒有出現明顯的堆積，都向下集中到了斜板下端的溝槽中.溝槽結構設計了由兩邊向中間的傾角，保證上面的沉淀物質能夠流暢地集中，并經由導泥管排入集泥區域，從而實現良性的泥水分離.

圖2 硅藻土的濁度去除情況(1h)

由圖2可知，新型同向流斜板沉淀池對濁度的去除效果非常明顯.即使隨著進水濁度的增大其出水濁度也略有增加，分析其去除率可知，此沉淀池的去除率基本穩定在90.5%～93%之間，平均去除率為：91.298 8%.運行效果穩定，擬合方程線性良好，可由已知的進水濁度預測出水濁度.

2.1.2 磷酸銨鎂懸濁液

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相比于硅藻土，磷酸銨鎂的絮凝性較差，故沉淀池裝置對磷酸銨鎂的去除率將略遜于硅藻土.水力停留時間控制在60 min，新型同向流斜板沉淀池裝置對磷酸銨鎂懸濁液的處理效果見圖3.

圖3 磷酸銨鎂的濁度去除情況(1 h)

由圖3可知，磷酸銨鎂懸濁液經過新型同向流斜板沉淀池處理1 h后，濁度去除率基本穩定在89.6%～90.9%之間，平均去除率為89.862 5%.雖然磷酸銨鎂顆粒的絮凝性質較差，但是該裝置仍然實現了較高的除濁效果，可見本研究中使用的同向流斜板沉淀池的運行效果還是比較理想的.

2.2水力停留時間對處理效果的影響

2.2.1 硅藻土懸濁液

當水力停留時間為30 min時，保持蠕動泵轉速不變，增加一臺蠕動泵進水.該新型同向流斜板沉淀池裝置對硅藻土懸濁液的處理效果見圖4.

圖4 硅藻土的濁度去除情況(30 min)

由圖4可知，試驗原水經過該新型同向流斜板沉淀池處理30 min后，其濁度明顯降低，懸浮物去除率基本穩定在89%～90.5%之間，平均去除率為89%.

2.2.2 磷酸銨鎂懸濁液

當停留時間為30 min時，新型同向流斜板沉淀池裝置對磷酸銨鎂懸濁液的處理效果見圖5.

圖5 磷酸銨鎂的濁度去除情況(30 min)

由圖5可知，磷酸銨鎂懸濁液經過新型同向流斜板沉淀池處理30 min后，濁度亦明顯降低，懸浮物去除率基本穩定在88.3%～ 90%之間，平均去除率為88.925%.

綜合上述四個實驗階段分析得，當水力停留時間為1 h時，該新型同向流斜板沉淀池裝置對兩種懸濁液濁度的去除率都普遍大于其在水力停留時間為30 min時的情況，但去除率相差并不十分顯著，說明該裝置能夠在水力停留時間較短的條件下完成除濁任務.該沉淀池裝置對溶質為硅藻土懸濁液的濁度去除情況優于以磷酸銨鎂為溶質的懸濁液.其原因為：硅藻土的絮凝效果較好，且顆粒的粒徑更大，故更易沉降、黏附在斜板上而被沉淀下來.

總體而言，該新型同向流斜板沉淀池裝置的除濁效果比較理想，在原水濁度為20～135ntu范圍內，去除率均維持在較高水平.較之于目前廣泛應用于水處理領域的異向流斜板沉淀池而言[4]，此新型同向流裝置的除濁率更高，懸浮物去除率在90%左右.

3 改進方案

根據對實驗現象的觀察以及對數據的波動性分析，發現該新型同向流斜板沉淀池裝置仍有可供改進之處.下面提出三條改進方案：

1)可根據實際情況適當縮小各斜板間距，提高斜板密度，以提高沉淀區有效面積[5].

2)適當升高斜板下方出水區域的開口處距離池底的高度，在經過斜板沉淀后的清水與被斜板沉淀下來的顆粒分離后，能夠及時流入出水區域，避免二者的二次混合以影響去除效果.

3)優化進水渠道的結構，達到更加均勻的布水效果，避免短流的發生[6].

4 結 論

1)進水濁度對處理效果的影響：進水濁度越大時則相應出水濁度有變大趨勢，但去除率基本穩定.

2)水力停留時間對處理效果的影響：水力停留時間越長，去除率越高，即處理效果越好.考慮實際情況，當水力停留時間為30min～1 h時，去除率均處于較高水平.

3)不同懸濁液對處理效果的影響：裝置對硅藻土懸濁液的處理效果明顯高于磷酸銨鎂懸濁液，說明去除率與原水情況關系密切，絮凝劑的存在(如硅藻土)能大大提高沉淀效率.

4)綜上試驗結果，該新型同向流斜板沉淀池裝置對一系列進水濁度的懸濁液均有良好的處理效果.

[1] 吳東升, 崔紅軍, 何秀秀, 等. 改進型斜管沉淀池在水廠改造中的實際應用[J]. 中國給水排水, 2016, 32(4): 69-76.

[2] 蔣紹階, 朱敬平, 孫鑾平, 等. 新型同向流斜板沉淀技術的開發與應用[J]. 中國給水排水, 2016, 32(7): 58-60.

[3] 張永亮, 劉凡清, 朱 臻. 新型同向流斜板沉淀池試驗研究[J]. 工業水處理, 2005, 25(1): 46-48.

[4] 黃立標, 陳雪嬌. 斜管沉淀池的改造實例[J]. 廣東化工, 2013(2): 85-86.

[5] 劉振中, 鄧慧萍, 白 丹, 等. 斜板沉淀池優化設計研究[J]. 南昌大學學報:工科版, 2006, 28(4): 401-408.

[6] 羅 中, 陳衛民. 斜管沉淀池應用中存在問題的探討[J]. 能源環境保護, 2004(4): 18-20.

Operationandoptimizationofnewpatternsamedirectionflowofslopeplatesedimentationdevice

TIAN Lin-qing, ZHANG Ya-fang, PENG Zhao-xu

(School of Water Conservancy & Environmental Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)

In order to overcome the traditional co-flow ramp plate in the operation of the difficult to solve the problem of mud separation, in this paper, a new type of co-current inclined plate sedimentation tank device was presented, and its core was a new swash plate structure: increasing trench and duct. The effects of water turbidity and hydraulic retention time on the treatment effect were studied, and the data were analyzed. The results showed that the device had a good turbidity effect on a series of turbidity suspensions, and it had solved the problem of mud and water separation, provided a new direction for the development of co-directional flow technology.

same direction flow; inclined plate; muddy water separation; turbidity; turbidity removal rate

2017-01-22.

高等學校重點科研項目(17A560029)；大學生創新創業訓練計劃項目(2016xjxm165)

田林青(1996-)，女，研究方向：給水處理技術.

彭趙旭(1983-)，男，博士，講師，研究方向：污水脫氮除磷技術.

TU991

A

1672-0946(2017)05-0530-03