上元门水厂3＃沉淀池改造为小间距

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简介： 南京市上元门老厂规模30万米3/日，建于1973年，取长江水为水源。2002年，为改善玄武湖和内秦淮河水质，将其中10万米3/日系列改造为冲洗水厂。2004年为进一步加大冲洗水量，改善玄武湖、内秦淮河、金川河水质，使内秦淮河成为真正意义上的“流动的河”，开始进行引水二期工程，形成20万米3/日冲洗水厂。在此工程中需将原5万米3/日3＃斜管沉淀池改造为8万米3/日的生产规模，出水水质≤8NTU。经过分析比较后，决定应用涡旋混凝低脉动沉淀给水技术将其改造为小间距斜板沉淀池。本文介绍该设计。
关键字：3^＃沉淀池 斜板沉淀池 涡漩混凝低脉动沉淀 微涡混合器

南京市上元门老厂规模30万米3/日，建于1973年，取长江水为水源。2002年，为改善玄武湖和内秦淮河水质，将其中10万米3/日系列改造为冲洗水厂。2004年为进一步加大冲洗水量，改善玄武湖、内秦淮河、金川河水质，使内秦淮河成为真正意义上的“流动的河”，开始进行引水二期工程，形成20万米3/日冲洗水厂。在此工程中需将原5万米3/日3＃斜管沉淀池改造为8万米3/日的生产规模，出水水质≤8NTU。经过分析比较后，决定应用涡旋混凝低脉动沉淀给水技术将其改造为小间距斜板沉淀池。现将设计介绍如下：

一 原混凝反应沉淀工艺分析

3#沉淀池原工艺采用管道水力混合+（下层+上层）隔板反应+斜管沉淀，进水为一根DN800分为三根DN500进水，反应分为三组，反应时间T=20min。沉淀池采用斜管沉淀池，沉淀池上升流速q=4.1mm/s集水采用表面集水槽，排泥工艺采用穿孔排泥管虹吸排泥。该沉淀池已运行二十余年，虽经多次改造，但使用效果不理想，出水量达不到设计规模，水质达不到要求。分析原因如下：

该混凝工艺并未对药剂的快速有效扩散提供良好的水力条件，从而造成胶体颗粒析出不完善和药剂浪费。药剂扩散分为宏观扩散、亚微观扩散，从而导致胶体颗粒与混凝剂水解产物的反应，胶体与混凝剂的扩散取决于水体运动的动力学条件。净水厂的混合设备仅限于简单的水力混合，宏观和亚微观传质效果不佳，并未能使混凝剂扩散快速、均匀、有效，从而导致药剂浪费，运行成本增加。

反应采用G、GT值控制，经计算可知，脱稳后的胶体颗粒碰撞不足，亚微观传质效果较差。该净水工艺是依据速度梯度理论设计的。速度梯度理论是由层流推导得出的，而水厂实际水体流动为紊流，因而速度梯度的应用在理论上有局限性。从实际运行上分析，在格网反应池的格网后面一定距离处产生各向同性均匀紊流，其G值为0，依据速度梯度理论其反应状况应最差，而实际工程其运行效果最佳，因而在实际工程上速度梯度理论有应用误区。水厂反应工艺是采用该技术设计的，因而反应絮凝段存在严重技术弊端，其表现为矾花颗粒尺度较小，密实度不足，难以沉淀去除。

3#池沉淀工艺采用斜管设备。斜管由于间距大，沉降路程远，因而沉淀去除的颗粒不理想；斜管间距大，造成沉淀池入水布水不匀，形成短路现象，矾花上翻现象严重，由于斜板自身的结构约束，其沉淀面是排泥面的2倍，因而在侧向约束处易积泥，缩小了沉淀池有效面积，同时易引起斜管变形，设备内及表面积泥和水质恶习化形成了恶性循环。

二 改造总体方案

1、工艺介绍

针对水厂工艺存在的问题，拟对混合工艺、反应工艺、沉淀工艺进行技术改造，以期达到提高水量保证水质的目的。在改造中应用哈尔滨工业大学多相工艺研究中心王绍文教授发明的涡漩混凝低脉动沉淀给水处理技术。

3#池混合工艺采用管式微涡混合器，该设备可形成高比例、高强度的微涡漩，利用微小涡漩的离心惯性效应使药剂迅速扩散至水体细部，使胶体颗粒瞬时脱稳，为完善的反应奠定良好的基础。

反应工艺采用小孔眼格网反应池，高效的格网反应促进了析出的小矾花的快速有效碰撞，在反应池的全程布设格网，使矾花颗粒由小到大，由松散到密实，既保证了反应后矾花颗粒达到一定的尺度和密实度，又增强了矾花抗剪切的能力，从而避免了反应的不完善和过反应现象产生。格网的布设有三个作用，一是形成微涡旋，使颗粒碰撞凝聚，二是利过网的剪切使絮体保持一定的压实度，三是为一些流动过程中破碎的矾花重新聚集提供了水力条件。

沉淀工艺采用小间距斜板沉淀设备，该设备由于间距小，雷诺数（Re值）较常规设备减小，抑制了颗粒沉降的水力脉动；又由于结构上的优化，无侧向约束，排泥面和沉泥面相等，故有利于矾花沉降和彻底排泥，不积泥，从而保证小的矾花絮体亦可有效去除，使浅池理论得到最佳的设备发挥。同时小间距斜板又具有布水均匀不短流的优点。

2、 改造工艺流程

工艺流程

3、改造工艺技术参数：

处理水量：8.0×104米3/日；沉淀池出水浊度：≤8NTU

混合时间：30s；水头损失：50mm

反应时间：10.0min；水头损失：30mm

沉淀池负荷：3.7mm/s

4、工程内容

3#沉淀池改造具体内容包括:

①拆除原反应池内混凝土隔墙及集水槽、斜管、斜管支架、排泥装置等；

②采用1根DN1000进水管进沉淀池，进水管安装DN1000管式微涡混合器1套；

③新建反应区隔墙，反应区加高0.60米；

④反应区内安装小孔眼格网；

⑤沉淀区安装小间距斜板、斜板支架及集水槽。

⑥安装排泥管15套，采用角式快开排泥阀。

⑦出水管更换为DN1000钢管。

具体布置见图。

三 总结

1、涡漩混凝低脉动沉淀给水处理技术可应用于处理长江水，应用于老池子改造不仅可以提高水质且能增加50％的产水量，该技术揭示了多相物系传质碰撞的动力学致因是惯性效应。

2、微涡混合器有效促进亚微观传质扩散，可形成高比例、高强度的涡漩，利用其离心惯性效应使药剂迅速扩散至水体细部，使胶体颗粒瞬时脱稳。

3、小孔眼格网反应池可以有效提高单位时间内颗粒的碰撞凝聚程度，从而避免了反应的不完善和过反应现象产生。

4、小间距斜板为矾花的沉降提供了良好的水力条件，使浅池理论得到最佳发挥。

5、改造工程实施难度大，设计时应尽可能保留原有池壁，尽量利用原有洞口，结构设计要充分考虑安全性。