新型同向流斜板沉淀池装置的运行与优化

田林青，张亚方，彭赵旭

(郑州大学 水利与环境学院，郑州 450001)

新型同向流斜板沉淀池装置的运行与优化

田林青，张亚方，彭赵旭

(郑州大学 水利与环境学院，郑州 450001)

为克服传统同向流斜板沉淀池在运行中难以解决泥水分离的问题，给出了一种新型同向流斜板沉淀池装置，其核心为新型的斜板结构，于斜板板底增加沟槽和导泥管.试验研究了进水浊度及水力停留时间对处理效果的影响，并对实验数据进行分析拟合.结果表明,该装置对一系列浊度的悬浊液都有较好的除浊效果，解决了泥水分离的难题，为同向流技术的发展提供了新方向.

同向流；斜板；泥水分离；浊度；除浊率

同向流斜板斜管沉淀池是一种高效沉淀装置，原理为同向流斜板沉淀池在沉淀过程中颗粒与水流的流向相同，故沉淀面积最大.较之于异向流和侧向流斜板沉淀池，同向流中水流向下的冲力有助于颗粒物的沉降，能够大大提高沉淀效率[1].但是，因其在运行中存在布水不均以及不能很好地解决泥水分离的问题，导致同向流技术在水处理领域鲜有应用[2].因此，如何解决泥水分离问题，是同向流斜板沉淀池的推广与应用的关键之一[3].本文在理论基础上提出了一种新型同向流斜板沉淀池技术，并对其沉淀效果进行了试验研究.

1 材料与方法

1.1新型同向流斜板沉淀池装置模型

图1 装置示意图

新型同向流斜板沉淀池装置模型如图1所示，其中包括进水区域、斜板沉淀区域、泥水分离区域、集泥区域、出水区域5个主要区域构造.该装置将污水由注水管通过注水孔a进入区域A，泥水向下流动到达斜板沉淀区，即区域B，由多个斜板构成，如图2所示.斜板的作用过程为：悬着物经由斜板，在水的冲力及自身重力作用下，沿着斜板向下滑至沟槽c，通过导管d导入泥水分离区最终落至集泥区，沉淀到底部的污泥从排泥管不定期外排以便于回收利用.

本装置对传统斜板进行改造，在斜板下部添加沟槽，沟槽中部连接导管，以便于将沟槽中的颗粒物导出，解决了传统斜板易被堆积的颗粒物堵塞、压塌的问题.

1.2试验方法

试验采用两种原水，分别以硅藻土(絮凝能力强)和磷酸铵镁(絮凝能力弱)为溶质，配置两组不同浓度梯度的悬浊液，以蠕动泵实现对沉淀池的进水.试验的水力停留时间为30 min和1 h、进水浊度为20～135 ntu、温度在12～15 ℃范围内、pH值在7～8之间.本研究共分为4个试验阶段，考察新型同向流斜板沉淀池对原水浊度的去除效果，根据存在的问题提出了改进方法，以对该装置的实际应用提供理论支持和技术指导，具体操作方式如表1所示.

表1不同试验阶段的操作方式

试验阶段溶质水力停留时间/min进水浊度/ntu阶段1硅藻土6020～135阶段2硅藻土3020～70阶段3磷酸铵镁6030～100阶段4磷酸铵镁3020～100

1.3检测分析项目

进水浊度(ntu)、出水浊度(ntu)：均用2100P(46500-00)哈希便携式浊度仪测定；pH值：用PHs-3E式酸度计测定；水温：用温度计测定.

2 结果与讨论

2.1进水浊度对处理效果的影响

2.1.1 硅藻土悬浊液

水力停留时间控制在60 min，一系列不同浊度的硅藻土悬浊液流经新型同向流斜板沉淀池装置后，处理效果见图2.硅藻土颗粒先是沉淀到斜板上，在同向水流的冲刷作用下，没有出现明显的堆积，都向下集中到了斜板下端的沟槽中.沟槽结构设计了由两边向中间的倾角，保证上面的沉淀物质能够流畅地集中，并经由导泥管排入集泥区域，从而实现良性的泥水分离.

图2 硅藻土的浊度去除情况(1h)

由图2可知，新型同向流斜板沉淀池对浊度的去除效果非常明显.即使随着进水浊度的增大其出水浊度也略有增加，分析其去除率可知，此沉淀池的去除率基本稳定在90.5%～93%之间，平均去除率为：91.298 8%.运行效果稳定，拟合方程线性良好，可由已知的进水浊度预测出水浊度.

2.1.2 磷酸铵镁悬浊液

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相比于硅藻土，磷酸铵镁的絮凝性较差，故沉淀池装置对磷酸铵镁的去除率将略逊于硅藻土.水力停留时间控制在60 min，新型同向流斜板沉淀池装置对磷酸铵镁悬浊液的处理效果见图3.

图3 磷酸铵镁的浊度去除情况(1 h)

由图3可知，磷酸铵镁悬浊液经过新型同向流斜板沉淀池处理1 h后，浊度去除率基本稳定在89.6%～90.9%之间，平均去除率为89.862 5%.虽然磷酸铵镁颗粒的絮凝性质较差，但是该装置仍然实现了较高的除浊效果，可见本研究中使用的同向流斜板沉淀池的运行效果还是比较理想的.

2.2水力停留时间对处理效果的影响

2.2.1 硅藻土悬浊液

当水力停留时间为30 min时，保持蠕动泵转速不变，增加一台蠕动泵进水.该新型同向流斜板沉淀池装置对硅藻土悬浊液的处理效果见图4.

图4 硅藻土的浊度去除情况(30 min)

由图4可知，试验原水经过该新型同向流斜板沉淀池处理30 min后，其浊度明显降低，悬浮物去除率基本稳定在89%～90.5%之间，平均去除率为89%.

2.2.2 磷酸铵镁悬浊液

当停留时间为30 min时，新型同向流斜板沉淀池装置对磷酸铵镁悬浊液的处理效果见图5.

图5 磷酸铵镁的浊度去除情况(30 min)

由图5可知，磷酸铵镁悬浊液经过新型同向流斜板沉淀池处理30 min后，浊度亦明显降低，悬浮物去除率基本稳定在88.3%～ 90%之间，平均去除率为88.925%.

综合上述四个实验阶段分析得，当水力停留时间为1 h时，该新型同向流斜板沉淀池装置对两种悬浊液浊度的去除率都普遍大于其在水力停留时间为30 min时的情况，但去除率相差并不十分显著，说明该装置能够在水力停留时间较短的条件下完成除浊任务.该沉淀池装置对溶质为硅藻土悬浊液的浊度去除情况优于以磷酸铵镁为溶质的悬浊液.其原因为：硅藻土的絮凝效果较好，且颗粒的粒径更大，故更易沉降、黏附在斜板上而被沉淀下来.

总体而言，该新型同向流斜板沉淀池装置的除浊效果比较理想，在原水浊度为20～135ntu范围内，去除率均维持在较高水平.较之于目前广泛应用于水处理领域的异向流斜板沉淀池而言[4]，此新型同向流装置的除浊率更高，悬浮物去除率在90%左右.

3 改进方案

根据对实验现象的观察以及对数据的波动性分析，发现该新型同向流斜板沉淀池装置仍有可供改进之处.下面提出三条改进方案：

1)可根据实际情况适当缩小各斜板间距，提高斜板密度，以提高沉淀区有效面积[5].

2)适当升高斜板下方出水区域的开口处距离池底的高度，在经过斜板沉淀后的清水与被斜板沉淀下来的颗粒分离后，能够及时流入出水区域，避免二者的二次混合以影响去除效果.

3)优化进水渠道的结构，达到更加均匀的布水效果，避免短流的发生[6].

4 结 论

1)进水浊度对处理效果的影响：进水浊度越大时则相应出水浊度有变大趋势，但去除率基本稳定.

2)水力停留时间对处理效果的影响：水力停留时间越长，去除率越高，即处理效果越好.考虑实际情况，当水力停留时间为30min～1 h时，去除率均处于较高水平.

3)不同悬浊液对处理效果的影响：装置对硅藻土悬浊液的处理效果明显高于磷酸铵镁悬浊液，说明去除率与原水情况关系密切，絮凝剂的存在(如硅藻土)能大大提高沉淀效率.

4)综上试验结果，该新型同向流斜板沉淀池装置对一系列进水浊度的悬浊液均有良好的处理效果.

[1] 吴东升, 崔红军, 何秀秀, 等. 改进型斜管沉淀池在水厂改造中的实际应用[J]. 中国给水排水, 2016, 32(4): 69-76.

[2] 蒋绍阶, 朱敬平, 孙銮平, 等. 新型同向流斜板沉淀技术的开发与应用[J]. 中国给水排水, 2016, 32(7): 58-60.

[3] 张永亮, 刘凡清, 朱 臻. 新型同向流斜板沉淀池试验研究[J]. 工业水处理, 2005, 25(1): 46-48.

[4] 黄立标, 陈雪娇. 斜管沉淀池的改造实例[J]. 广东化工, 2013(2): 85-86.

[5] 刘振中, 邓慧萍, 白 丹, 等. 斜板沉淀池优化设计研究[J]. 南昌大学学报:工科版, 2006, 28(4): 401-408.

[6] 罗 中, 陈卫民. 斜管沉淀池应用中存在问题的探讨[J]. 能源环境保护, 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.

高等学校重点科研项目(17A560029)；大学生创新创业训练计划项目(2016xjxm165)

田林青(1996-)，女，研究方向：给水处理技术.

彭赵旭(1983-)，男，博士，讲师，研究方向：污水脱氮除磷技术.

TU991

A

1672-0946(2017)05-0530-03