田林青，張亞方，彭趙旭

(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450001)

新型同向流斜板沉淀池裝置的運(yùn)行與優(yōu)化

田林青，張亞方，彭趙旭

(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450001)

為克服傳統(tǒng)同向流斜板沉淀池在運(yùn)行中難以解決泥水分離的問(wèn)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(jié)構(gòu)，于斜板板底增加溝槽和導(dǎo)泥管.試驗(yàn)研究了進(jìn)水濁度及水力停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合.結(jié)果表明,該裝置對(duì)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(shù)的發(fā)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(guò)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(cè)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(yùn)行中存在布水不均以及不能很好地解決泥水分離的問(wèn)題，導(dǎo)致同向流技術(shù)在水處理領(lǐng)域鮮有應(yīng)用[2].因此，如何解決泥水分離問(wèn)題，是同向流斜板沉淀池的推廣與應(yīng)用的關(guān)鍵之一[3].本文在理論基礎(chǔ)上提出了一種新型同向流斜板沉淀池技術(shù)，并對(duì)其沉淀效果進(jìn)行了試驗(yàn)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(jìn)水區(qū)域、斜板沉淀區(qū)域、泥水分離區(qū)域、集泥區(qū)域、出水區(qū)域5個(gè)主要區(qū)域構(gòu)造.該裝置將污水由注水管通過(guò)注水孔a進(jìn)入?yún)^(qū)域A，泥水向下流動(dòng)到達(dá)斜板沉淀區(qū)，即區(qū)域B，由多個(gè)斜板構(gòu)成，如圖2所示.斜板的作用過(guò)程為：懸著物經(jīng)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(guò)導(dǎo)管d導(dǎo)入泥水分離區(qū)最終落至集泥區(qū)，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(duì)傳統(tǒng)斜板進(jìn)行改造，在斜板下部添加溝槽，溝槽中部連接導(dǎo)管，以便于將溝槽中的顆粒物導(dǎo)出，解決了傳統(tǒng)斜板易被堆積的顆粒物堵塞、壓塌的問(wèn)題.

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用兩種原水，分別以硅藻土(絮凝能力強(qiáng))和磷酸銨鎂(絮凝能力弱)為溶質(zhì)，配置兩組不同濃度梯度的懸濁液，以蠕動(dòng)泵實(shí)現(xiàn)對(duì)沉淀池的進(jìn)水.試驗(yàn)的水力停留時(shí)間為30 min和1 h、進(jìn)水濁度為20～135 ntu、溫度在12～15 ℃范圍內(nèi)、pH值在7～8之間.本研究共分為4個(gè)試驗(yàn)階段，考察新型同向流斜板沉淀池對(duì)原水濁度的去除效果，根據(jù)存在的問(wèn)題提出了改進(jìn)方法，以對(duì)該裝置的實(shí)際應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)，具體操作方式如表1所示.

表1不同試驗(yàn)階段的操作方式

試驗(yàn)階段溶質(zhì)水力停留時(shí)間/min進(jìn)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(cè)分析項(xiàng)目

進(jìn)水濁度(ntu)、出水濁度(ntu)：均用2100P(46500-00)哈希便攜式濁度儀測(cè)定；pH值：用PHs-3E式酸度計(jì)測(cè)定；水溫：用溫度計(jì)測(cè)定.

2 結(jié)果與討論

2.1進(jìn)水濁度對(duì)處理效果的影響

2.1.1 硅藻土懸濁液

水力停留時(shí)間控制在60 min，一系列不同濁度的硅藻土懸濁液流經(jīng)新型同向流斜板沉淀池裝置后，處理效果見(jiàn)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(méi)有出現(xiàn)明顯的堆積，都向下集中到了斜板下端的溝槽中.溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了由兩邊向中間的傾角，保證上面的沉淀物質(zhì)能夠流暢地集中，并經(jīng)由導(dǎo)泥管排入集泥區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)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(duì)濁度的去除效果非常明顯.即使隨著進(jìn)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(wěn)定在90.5%～93%之間，平均去除率為：91.298 8%.運(yùn)行效果穩(wěn)定，擬合方程線性良好，可由已知的進(jìn)水濁度預(yù)測(cè)出水濁度.

2.1.2 磷酸銨鎂懸濁液

推動(dòng)依法處理國(guó)際經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)事務(wù)，保障對(duì)外開(kāi)放和和平發(fā)展。40年來(lái)，我國(guó)不斷建立健全涉外法律法規(guī)體系，運(yùn)用法治方式維護(hù)我國(guó)主權(quán)、安全、發(fā)展利益。改革開(kāi)放初期，為吸引外資，我國(guó)先后制定了中外合資經(jīng)營(yíng)企業(yè)法、中外合作經(jīng)營(yíng)企業(yè)法、外資企業(yè)法等一系列涉外法律法規(guī)。2001年加入世界貿(mào)易組織后，為構(gòu)建符合多邊貿(mào)易規(guī)則的法律體系，大規(guī)模開(kāi)展法律法規(guī)清理修訂工作。同時(shí)，我國(guó)積極參與國(guó)際規(guī)則制定、全球治理體系改革和建設(shè)，增強(qiáng)在國(guó)際法律事務(wù)中的話語(yǔ)權(quán)和影響力。通過(guò)建立和完善法治，40年來(lái)，我國(guó)成為世界多極化和經(jīng)濟(jì)全球化的重要力量，為推動(dòng)建設(shè)開(kāi)放型世界經(jīng)濟(jì)和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體作出了重大貢獻(xiàn)。

相比于硅藻土，磷酸銨鎂的絮凝性較差，故沉淀池裝置對(duì)磷酸銨鎂的去除率將略遜于硅藻土.水力停留時(shí)間控制在60 min，新型同向流斜板沉淀池裝置對(duì)磷酸銨鎂懸濁液的處理效果見(jiàn)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(jīng)過(guò)新型同向流斜板沉淀池處理1 h后，濁度去除率基本穩(wěn)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(zhì)較差，但是該裝置仍然實(shí)現(xiàn)了較高的除濁效果，可見(jiàn)本研究中使用的同向流斜板沉淀池的運(yùn)行效果還是比較理想的.

2.2水力停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響

2.2.1 硅藻土懸濁液

當(dāng)水力停留時(shí)間為30 min時(shí)，保持蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速不變，增加一臺(tái)蠕動(dòng)泵進(jìn)水.該新型同向流斜板沉淀池裝置對(duì)硅藻土懸濁液的處理效果見(jiàn)圖4.

圖4 硅藻土的濁度去除情況(30 min)

由圖4可知，試驗(yàn)原水經(jīng)過(guò)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(wěn)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(dāng)停留時(shí)間為30 min時(shí)，新型同向流斜板沉淀池裝置對(duì)磷酸銨鎂懸濁液的處理效果見(jiàn)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(jīng)過(guò)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(wěn)定在88.3%～ 90%之間，平均去除率為88.925%.

綜合上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)階段分析得，當(dāng)水力停留時(shí)間為1 h時(shí)，該新型同向流斜板沉淀池裝置對(duì)兩種懸濁液濁度的去除率都普遍大于其在水力停留時(shí)間為30 min時(shí)的情況，但去除率相差并不十分顯著，說(shuō)明該裝置能夠在水力停留時(shí)間較短的條件下完成除濁任務(wù).該沉淀池裝置對(duì)溶質(zhì)為硅藻土懸濁液的濁度去除情況優(yōu)于以磷酸銨鎂為溶質(zhì)的懸濁液.其原因?yàn)椋汗柙逋恋男跄Ч^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(lái).

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(nèi)，去除率均維持在較高水平.較之于目前廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)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(jìn)方案

根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察以及對(duì)數(shù)據(jù)的波動(dòng)性分析，發(fā)現(xiàn)該新型同向流斜板沉淀池裝置仍有可供改進(jìn)之處.下面提出三條改進(jìn)方案：

1)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)縮小各斜板間距，提高斜板密度，以提高沉淀區(qū)有效面積[5].

2)適當(dāng)升高斜板下方出水區(qū)域的開(kāi)口處距離池底的高度，在經(jīng)過(guò)斜板沉淀后的清水與被斜板沉淀下來(lái)的顆粒分離后，能夠及時(shí)流入出水區(qū)域，避免二者的二次混合以影響去除效果.

3)優(yōu)化進(jìn)水渠道的結(jié)構(gòu)，達(dá)到更加均勻的布水效果，避免短流的發(fā)生[6].

4 結(jié) 論

1)進(jìn)水濁度對(duì)處理效果的影響：進(jìn)水濁度越大時(shí)則相應(yīng)出水濁度有變大趨勢(shì)，但去除率基本穩(wěn)定.

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

3)不同懸濁液對(duì)處理效果的影響：裝置對(duì)硅藻土懸濁液的處理效果明顯高于磷酸銨鎂懸濁液，說(shuō)明去除率與原水情況關(guān)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(yàn)結(jié)果，該新型同向流斜板沉淀池裝置對(duì)一系列進(jìn)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(jìn)型斜管沉淀池在水廠改造中的實(shí)際應(yīng)用[J]. 中國(guó)給水排水, 2016, 32(4): 69-76.

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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(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(17A560029)；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2016xjxm165)

田林青(1996-)，女，研究方向：給水處理技術(shù).

彭趙旭(1983-)，男，博士，講師，研究方向：污水脫氮除磷技術(shù).

TU991

A

1672-0946(2017)05-0530-03