一种确保澄清池泥渣悬浮澄清稳定运行的方法与流程

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种确保澄清池泥渣悬浮澄清稳定运行的方法。


背景技术：

2.在水处理过程中，沉淀是固液分离最常用的工艺。沉淀的方式一般可以分为自由沉降、絮凝沉降，受阻沉降（或者区域沉降）以及压缩沉降等四种方式。絮凝工艺促进了颗粒物的相互作用并形成絮体，从而有效提高颗粒物在后续沉淀工艺中去除效率。与普通沉淀池让絮凝体通过重力作用自由沉降的原理下沉不同，在自身重力和水流产生的上升推力的共同作用下，在澄清池内形成高浓度的絮体层。一般认为，絮体层中高浓度的絮体具有疏松的结构和较大的表面积，增加了絮体颗粒与水中的悬浮颗粒物之间相互作用的概率，同时混凝过程在絮体的团体表面上的接触凝聚作用强于水中进行的自由凝聚，可进一步提高絮凝效率。澄清池将混合、絮凝和分离过程集中于同一构筑物内，其具有占地面积小、处理效果好、运行管理简便等优点，20世纪中后期在国内外得到了广泛的应用。
3.根据絮体层澄清原理，美国开发了机械搅拌澄清池，欧洲和苏联地区推广了悬浮澄清池，法国研究开发了脉冲澄清池等澄清技术和工艺。随着技术的发展，采用的泥渣循环型的水力循环澄清池和脉冲澄清池在运行中发现存在如下不足或缺点：絮凝时间短，对水质、水量及水温比较敏感，容易积泥，运行效果不稳定，且清水区上升流速一般低于1.0mm/s，处理效率比较低，因而传统的基于絮体层澄清技术的水力循环澄清池和脉冲澄清池的应用渐趋减少。
4.澄清工艺中，泥渣层是澄清工艺的关键。絮体层澄清工艺通过水力梯度的变化在澄清池中创造了絮体层，而维持其稳定并非易事。多种运行因素均会对絮体层的形成产生影响。澄清池的上升流速是决定絮体层厚度和浓度的重要原因之一，也是决定澄清池表面负荷的重要参数。拥挤沉速公式为：；式中，为拥挤沉速，等于絮体层上升流速，μ为自由沉速，c
v
为体积浓度，m 为系数。
5.从上式可见，絮体层上升流速与其体积浓度有关。上升流速变动时，絮体层即按照拥挤沉淀的水力学规律改变其体积浓度，即上升流速越大，絮体层的体积浓度越小，絮体层厚度相应增大。当上升流速接近自由沉速时，絮体层的体积浓度很小，悬浮层消失。由此可见，澄清池分离区的上升流速，取决于维持絮体层在一定高度下形成并保持稳定状态下的上升流速，由此也决定了沉淀区的最终上升流速ν
max
。上升流速越小，絮体层的体积浓度越大，但上升流速小于某一值ν0时，絮体层的作用得不到充分发挥，并且以内絮体层不均匀容易导致系统短流而影响澄清效果。所以，对于不同原水水质而言，澄清系统内泥渣层的浓度和高度对于系统的正常运行有决定性的影响。澄清池内絮体层稳定性不佳将导致出水水质的下降，进而增加后续滤池的工作压力，造成反冲洗频繁甚至堵塞滤池。
6.近年来，我国的研究人员主要通过微涡流理论以及浅池理论等对澄清池进行了研究改造，如cn1843960专利涉及的一种高效节能净水工艺和装置主要利用微涡流理论强化了混凝，利用浅池理论在澄清池清水区增加了斜管（斜板）沉淀以提高了澄清池的出水水质与处理负荷。法国得利满公司依据强化混凝理论、斜管沉淀技术创新开发了densadeg高密度澄清池技术，提高了澄清技术的使用范围。专利cn103623623a提出了一种均匀水处理系统澄清池泥渣层的方法，在絮体层中布置旋流分配管形成旋流絮体层，对絮体层进行适当的水力扰动，既提高了絮体层内颗粒物的碰撞概率，又提高了絮体层的均匀性，避免大池截面积的增长可能导致的短流问题。上述专利仍未解决絮体层的高度对于泥渣稳定性产生的影响。
7.matt hurst等人采用90 cm高度以下的絮体层进行澄清工艺处理高浊度原水的实验中发现，随着絮体层高度增加，澄清工艺对于浊度的去除率逐渐提高。国内李梓楠等人的研究表明，絮体层的高度对原水的浊度去除存在影响，当絮体层高度低于0.9 m时絮体层通量低于56.3 %m
·
h
‑1，该絮体层通量下的出水浊度将大于1.0 ntu。对国内水力循环澄清池运行情况的调查及实验结果都表明，控制澄清池运行时泥水分离区的污泥界面高度，是控制澄清池出水水质的重要因素之一。由于水力循环澄清池的排泥一般采用放空管或者底部排泥管排泥，排泥量不易控制，如系统排泥过量而使絮凝室的污泥浓度过低，影响澄清池的运行效果。若排泥量少，则在澄清池内积聚过多的污泥，使得絮体层的高度上升，并且污泥积聚时间长了易产生异味，从而影响澄清池的出水水质。目前，采用的解决办法是在澄清池的斜壁处增设排泥斗，以控制在泥水分离区悬浮絮体层的界面高度。但上述解决方案不能满足澄清池稳定运行的要求。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种能够确保澄清池稳定运行的泥渣悬浮澄清方法。
9.现有的澄清池系统结构如图1所示，包括：位于澄清池中间的进水管1，泥渣层沉淀区（即斗形斜坡区域）2，泥渣浓缩室4，集水槽6，排泥管7。其中，进水管1位于澄清池的中间，泥渣层沉淀区（即斗形斜坡区域）2位于澄清池集水槽6的下方、泥渣浓缩室4的上方，排泥管7位于澄清池的底部。
10.在澄清池运行时，经过加药絮凝后的原水从中部进水管道1上端口进入，从下端口进入澄清池的斜坡区域2，由于水流速度放缓导致矾花沉降，在斜坡区域2内形成悬浮泥渣层。水流经过沉淀后进入集水槽6，澄清池的泥渣由底部排泥管7排出。随着运行时间的延长，泥渣层中污泥量积累，导致泥渣层的界面升高，若不能及时排出底部7的污泥，系统内积泥量过多会导致泥渣层上浮，影响澄清池的出水水质。因此如何稳定泥渣层的高度是澄清池运行的关键。
11.在实际运行中，由于泥渣层沉淀区（即斗形斜坡区域）2的剖面面积增大，导致脱紊后的矾花在泥渣层沉淀区（即斗形斜坡区域）沉降，在上升水流的推动下，在该区域形成絮体泥渣悬浮层。在水流速度较低状况下运行时，因为上升流速太低而无法处于流化状态，导致悬浮泥渣层沉淀区收缩而失效，澄清池实际上处于沉淀状态；过高的上升流速会导致澄清池中泥渣层沉淀区膨胀，泥渣层沉淀区的高度持续上升，矾花会随着水流飘浮至集水槽6，从而影响系统的出水水质。由于实际运行过程中，澄清池泥渣层沉淀区高度随着上升水
流速度的变化而变化，因此泥渣层沉淀区的高度的不稳定导致澄清池的出水水质受到进水水质和处理水量的影响。
12.本发明提供的确保澄清池泥渣悬浮澄清稳定运行的方法，是在图1所示澄清池中，在泥渣层沉淀区2斜面的上方高h米处位置，设置管道3与泥渣浓缩室4连接；并在泥渣浓缩室4中设置强制出水管5与澄清池出水槽6的底部相连。
13.对于原来的澄清池作这样改进后，泥渣层在斜坡面2内形成后，使其运行时间延长，处理流量增加；在上升水流的推动下，泥渣层的高度逐渐升高，当泥渣层的高度达到斜面上方高h米的点（即图中a点）时，一部分絮凝后的原水随着连通管3分流进入泥渣浓缩室4中，从而减少直接上升的水流水量，在a点因为上升流速的差异而形成明显的泥水分界层，从而控制泥渣层的高度在a点附近。在泥渣浓缩室4内，有强制出水管5与集水槽6相连，在澄清池内的水位与集水槽6的水位高差下，泥渣浓缩室4内沉淀的上清液源源不断地经过强制出水管 5进入集水槽6排出，从而保证系统的正常运行。
14.上述系统稳定运行控制条件是：（1）在斜面2的上方高h米位置处，设有管道3与泥渣浓缩室4相连，h大于0.9m，一般不超过2.5m。优化的h为1.5~2.0m；（2）泥渣浓缩室4中设有强制出水管5与澄清池出水槽6的底部相连，经过强制出水管5的流量一般小于澄清池处理水量的50%，经过优化后的处理水量为15%~30%。
15.管道3、出水管5的管径没有限制性要求，一般大于dn50，最大多少根据澄清池的大小而定。
16.本发明产生的有益效果是，澄清池的泥渣层高度稳定处于分流点a点的位置，从而保证了澄清池中泥渣层的高度，泥渣层高度的稳定确保了澄清系统的出水水质不受进水量的影响，从而达到澄清池耐水质和水量冲击而稳定运行的目的。
附图说明
17.图1是本发明系统结构原理图。
18.图中标号：1为进水管，2为泥渣层沉淀区，3为连通管，4为泥渣浓缩室，5为强制出水管，6为集水槽，7为排泥管。
具体实施方式
19.实施例1 将本工艺用于某自来水厂的改造，水厂原有的工艺为20吨/小时的水力循环澄清池，采用本发明工艺进行改造， h的高度为1.50m，经过管道3进入污泥浓缩室4的水流量为澄清池处理水量的20%，安装后澄清池运行稳定，在澄清池进水浊度为60~100ntu，流量1~20吨/小时的情况下，出水浊度稳定在3.0ntu以内。
20.实施例2一新建规模为2.50万吨/日的自来水厂，采用本发明工艺h的高度为2.0m，经过管道3进入污泥浓缩室4的水流量为澄清池处理水量的25%，安装后澄清池运行稳定，在澄清池进水浊度为10~60ntu，流量0.5~2.5万吨/日的情况下，出水浊度由原来的2.0~5.0ntu稳定降至2.0ntu以内。