周强

摘 要：高密度沉淀池是一种高效沉淀池，对原水水量、水质变化适应能力强，出水水质稳定，目前已广泛应用于处理低温低浊水库水。文章介绍了高密度沉淀池用于处理西北地区某低温低浊水库水的工程案例，并对运行中存在的问题进行了详实的分析，提出了技术改造方案，并取得了较好的运行效果。提出了高密度沉淀池运行中重点关注的要素，如配水均匀性、加药系统、污泥回流比、污泥排放等，对后期类似采用高密度沉淀池工艺用于处理北方地区低温低浊水库水具有一定的参考意义。

关键词：高密度沉淀池；低温低浊；水库水；改造；工程

中图分类号：TV697 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0114-03

Abstract： High-density sedimentation tank is a kind of high-efficiency sedimentation tank， which has strong adaptability to the change of raw water quantity and water quality， and the effluent quality is stable. At present， it has been widely used in the treatment of low-temperature and low-turbidity reservoir water. This paper introduces the engineering case of high density sedimentation tank used to treat the water of a low-temperature and low-turbidity reservoir in Northwest China， analyzes the problems existing in operation， puts forward the technical transformation scheme， and obtains good operation effect. The key factors in the operation of high density sedimentation tank are put forward， such as water distribution uniformity， drug adding system， sludge reflux ratio， sludge discharge and so on. It has a certain reference significance for the similar use of high density sedimentation tank process in the treatment of low temperature and low turbidity reservoir water in the North of China.

Keywords： high density sedimentation tank； low temperature and low turbidity； reservoir water； reconstruction； project

通常我们将温度0～4℃、浊度小于30NTU的水称为低温低浊水。受地域条件和季节的影响，我国西北地区几乎有6个月左右的时间原水都处于低温低浊状态。

1 低温低浊水水质特点

低温低浊水中颗粒物浓度较低，且有很强的动力稳定性和凝聚稳定性，常以细小的胶体分散体系溶于水中，碰撞几率很小。[1]除此之外水中胶体颗粒的Zeta电位较高，水粘滞系数增大，颗粒布朗运动动能小，颗粒运动不活跃，凝聚效果不好；加之低温影响混凝剂水解速率，所以低温低浊水形成的絮体细、少、轻，难于沉淀，使得低温低浊水处理相对较为困难。目前国内对低温低浊水常用的处理技术主要有药剂强化混凝、泥渣回流、溶气气浮、微絮凝过滤、膜技术等。

2 高密度沉淀池工艺

高密度沉淀池是20世纪90年代，法国得利满公司研发的一种高效沉淀池，是以体外泥渣循环回流为主要特征的一项沉淀澄清技术。其净水工艺原理基本类同于机械搅拌澄清池，属于内部泥渣循环型澄清池，不同之处在于其采用了机械混合、外部浓缩泥渣回流、进水投加高分子助凝剂、澄清区上部设置斜管和下部设置污泥浓缩区以及排泥泵回流等工艺措施。

高密度沉淀池主要特点是：把混合区、絮凝区、沉淀区在平面上紧密串接成为一个有机的整体，充分利用加速混合、接触絮凝和浅池理论，把机械混合凝聚、机械强化絮凝、斜管分离沉淀进行了较好的优化组合。采用集成污泥浓缩，污泥无需额外浓缩，排泥浓度含固率可达到3%以上，减少设备和后期维护工作量；出水表面负荷高、占地面积小，最高表面负荷可达20m/h以上。高密度沉淀池對原水水量、水质变化适应能力强，出水水质稳定，该工艺对低温低浊水处理效果较好，目前已广泛应用于处理低温低浊水库水。

3 已建工程运行案例

我国西北地区某20×104m3/d水厂采用高密度沉淀池作为沉淀工艺处理经水库沉淀后的黄河水取得了不错的效果，但该工程后期运行中仍出现了一些问题。经过现场踏勘分析，对原工程和运营条件进行了优化改造，改造后取得了较好的运行效果。

3.1 原设计主要参数

（1）池体总体设计：工程设计1座高密度沉淀池，分成平行并联运行的3组，每组处理规模6.7万m3/d。单组混合池的平面尺寸4.8×4.8m，有效水深4.75m，搅拌桨叶轮直径按d=1.6m，叶轮转速n=1.2r/s。单组絮凝池平面尺寸8.8×7.0m，有效水深6.8m，絮凝搅拌器叶轮直径3500mm，螺旋桨转速8.2r/min。机械混合池平面尺寸15.0×15.0m，有效水深6.8m，刮泥机刮泥臂外缘线直径为15.0m，转速3～6r/min。斜管分离沉淀池单组平面尺寸15.0×11.2.0m，斜管内切圆直径50mm，斜管长度750mm，斜管沉淀区液面负荷21.3m3/（m2*h）。

（2）污泥回流及排泥设计：循环污泥拟由转子泵泵送，最大流量120m3/h，最大压力2bar=20mH2O。设计污泥回流量为原水流量的2%～4%；沉淀池内设置一套泥位计，当泥位达到设定值时（0.6～1.0m）污泥转子泵自动开始排泥。

（3）加药系统设计：混凝剂采用聚合氯化铝（PAC）：常年投加量15mg/L，最大30mg/L，常年投加浓度5%；助凝剂采用聚丙烯酰胺（PAM）：设计投加量0.15mg/l，投加浓度为0.5%，在线稀释至0.1%投加。

3.2 工程实际运营情况

因原水浊度较低，为增加原水浊度使高密度沉淀池尽快在预沉-浓缩区形成活性污泥，在高密度沉淀池开始调试运营时，向每格池子投加5-8m3黄泥，部分活性污泥在上层停留几个小时之后被回流至快速反应区，其余部分污泥进入浓缩区下层，高密度沉淀池在较短时间内进入了正常运行状态。

（1）原水水质：在水库上水期，进水浊度最高为

50NTU，在冬季进水最低浊度为1.23NTU，原水浊度通常在5NTU左右；PH值通常在8.0左右；水温最高20℃，最低零下2℃。

（2）设备运行：混合池和絮凝池搅拌器按照原设计参数运行，刮泥机运行速度4～5r/min，污泥实际运行回流比2.4%。

（3）加药系统：平时运行中PAC投加量为15～18mg/L，常年投加浓度5%；PAM投加量为0.1-0.12mg/L，投加浓度为0.5%，在线稀释至0.1%投加。

3.3 运行中存在的问题及分析

（1）高密度沉淀池运行3～5个月后浓缩区出现泥位虚高，排泥后泥位无变化反而出现虚增高现象，沉淀区出水水质出现恶化，局部矾花上浮现象。水厂平常只能通过持续加泥，定时排泥的方式，保障系统的稳定运行，同时造成了高密池内积泥现象加重等问题。

（2）絮凝区泥水分配不均匀，特别在絮凝区侧面、四个底角积泥严重，积泥内部为黑色。絮凝区积泥的原因初步判断为：由于所投加黄土的密度较大、数量多，而原设计的絮凝搅拌器产生的提升水流，无法将超出设计负荷的过量污泥从絮凝区带走，从而在絮凝区流速较慢的区域形成积泥。

（3）在絮凝阶段矾花无法铺满整个絮凝池，絮体成脉动状推向池面，矾花颗粒大、不饱满，呈现出典型的污泥浓度过高的现象。

（4）斜管沉淀区（澄清区）出水水质呈现雾状，水中含有较多颗粒物，且分块明显，无明显矾花。初步判断是因为加泥造成的高密度沉淀池池体内污泥高度太高，混凝剂和絮凝剂投加量、絮凝沉淀时间不足，而导致细小的黄泥流出。

（5）械混合池刮泥机底部到高密池沉淀区混凝土面存在一层黑色污泥，底部沉泥长期无法刮至泥斗参与循环或者排出。沉淀池底部集泥的原因初步判断为刮泥机无法正常有效的刮泥，底部刮板需要检查和更换，底部刮板需要采用硬质橡胶板。

（6）部分集水槽安装水平高度不一致，造成各集水槽出水负荷不均匀。

4 工程改造的技术措施

（1）优化加药系统：通过烧杯实验，利用混凝、絮凝原理确定混凝剂、絮凝剂的最佳投加量，重新组合PAC和PAM的投加量，使其达到好的絮凝效果。原运行PAC投加量15～18mg/L，PAM投加量0.1～0.12mg/L；建议调整为PAC投加量21～23mg/L，PAM投加量0.2mg/L。由于PAM投加泵的能力目前已经达到最大设计能力，需要适当增加PAM制备浓度，以便增加原水中PAM的投加量。药剂投加量调整后，絮凝形成的矾花密实均匀，易于沉降，缩短了沉淀时间，沉淀出水浊度降低（0.6NTU左右）。参考相关水司单位的运行经验，PAM药液从絮凝池的投加环投加的效果优于从污泥管投加的效果好；当单点投加量满足需求时，优先选用环投加。在PAM所需投加量较大，一台PAM投加泵无法满足投加量的情况下，采用两点投加，启动另外一台PAM投加泵，投加点为污泥管，两投加点投加比例为1：1。

（2）增加配水的均勻性：在每个沉淀池过水堰墙体侧面中间加装10mm厚不锈钢隔水板，拆除每个沉淀池过水堰墙体上部40cm高砼墙体。改造后配水的均匀性增加，沉淀区污泥堆积有效减少，矾花翻堰平顺，运行良好。

（3）优化控制污泥回流比：正常情况下（不考虑投加黄土），污泥泵的回流量一般占进水量的2%～5%。如果高密池内污泥界面高，减少回流泵循环比，反之增加。目前的回流比还是在合理范围内，若污泥量不足，可以增加污泥循环泵频率，增加污泥回流比。若污泥量太多，可以减少污泥循环泵频率，减少污泥回流比。

（4）底泥排放方式优化：目前水厂主要通过每日排放一次，根据泥位计浓度进行排放，每日根据经验进行排放三种方式进行排泥，排泥方式不够科学。建议底泥排放的量可以根据采样管的泥位进行管理，泥位计的读数作为参考，为了避免排放底泥对高密池原有泥位的干扰，建议采用每日多次排放，每次排放量在1分钟左右。

（5）刮泥机底部池底处理：放空检修后发现，刮泥机底部池底底板不平整，造成日常运行刮泥不够彻底，使大量的泥长期堆积在底部，无法有效循环。采用人工凿除10cm厚砼，根据现场刮泥机底板高度重新浇筑10cm厚砼池底板，底部坡度重新找平，距离刮泥板橡胶垫平均高度在3cm。改造后有利于泥斗收泥，防止底部不均匀出现泥层板结。

（6）沉淀分离区集水槽调整：斜管沉淀池集水槽安装水平高度不一致，使用人工调整集水槽高度至设计高程，以保证过水均匀。处理后，各个集水槽上升流速平缓，过水均匀，减少局部负荷较大的问题，整理出水水质比较稳定。

具体工艺改造布置如图1所示。

5 结论

对高密度沉淀池进行工艺改造后，沉淀出水浊度有着明显改善，后续滤池反冲洗的时间由30小时调整至36小时，对水厂运行中节能减排起到了较明显的效果。高密度沉淀池是集絮凝、沉淀、污泥浓缩工艺为一体的高效水处理构筑物，尤其是对北方地区经水库沉淀的低温低浊水具有较好的处理效果。在设计及运行中应注意对配水均匀性、混凝剂和助凝剂的投加方式、投加量，斜管沉淀区的水平安装均匀性、污泥回流参数等的选取，这些因素将会是高密度沉淀池能否正常运行的关键。

参考文献：

[1]罗九鹏，孙力平，陈旭，等.低温低浊水处理技术[J].水工业市场，2010（9）：73-76.

[2]崔玉川.给水厂处理设施设计计算（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3]洪觉民.现代化净水厂技术手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.