上元門水廠3＃沉淀池改造為小間距

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簡介： 南京市上元門老廠規(guī)模30萬米3/日，建于1973年，取長江水為水源。2002年，為改善玄武湖和內秦淮河水質，將其中10萬米3/日系列改造為沖洗水廠。2004年為進一步加大沖洗水量，改善玄武湖、內秦淮河、金川河水質，使內秦淮河成為真正意義上的“流動的河”，開始進行引水二期工程，形成20萬米3/日沖洗水廠。在此工程中需將原5萬米3/日3＃斜管沉淀池改造為8萬米3/日的生產規(guī)模，出水水質≤8NTU。經過分析比較后，決定應用渦旋混凝低脈動沉淀給水技術將其改造為小間距斜板沉淀池。本文介紹該設計。
關鍵字：3^＃沉淀池 斜板沉淀池 渦漩混凝低脈動沉淀 微渦混合器

南京市上元門老廠規(guī)模30萬米3/日，建于1973年，取長江水為水源。2002年，為改善玄武湖和內秦淮河水質，將其中10萬米3/日系列改造為沖洗水廠。2004年為進一步加大沖洗水量，改善玄武湖、內秦淮河、金川河水質，使內秦淮河成為真正意義上的“流動的河”，開始進行引水二期工程，形成20萬米3/日沖洗水廠。在此工程中需將原5萬米3/日3＃斜管沉淀池改造為8萬米3/日的生產規(guī)模，出水水質≤8NTU。經過分析比較后，決定應用渦旋混凝低脈動沉淀給水技術將其改造為小間距斜板沉淀池?，F(xiàn)將設計介紹如下：

一 原混凝反應沉淀工藝分析

3#沉淀池原工藝采用管道水力混合+（下層+上層）隔板反應+斜管沉淀，進水為一根DN800分為三根DN500進水，反應分為三組，反應時間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，排泥工藝采用穿孔排泥管虹吸排泥。該沉淀池已運行二十余年，雖經多次改造，但使用效果不理想，出水量達不到設計規(guī)模，水質達不到要求。分析原因如下：

該混凝工藝并未對藥劑的快速有效擴散提供良好的水力條件，從而造成膠體顆粒析出不完善和藥劑浪費。藥劑擴散分為宏觀擴散、亞微觀擴散，從而導致膠體顆粒與混凝劑水解產物的反應，膠體與混凝劑的擴散取決于水體運動的動力學條件。凈水廠的混合設備僅限于簡單的水力混合，宏觀和亞微觀傳質效果不佳，并未能使混凝劑擴散快速、均勻、有效，從而導致藥劑浪費，運行成本增加。

反應采用G、GT值控制，經計算可知，脫穩(wěn)后的膠體顆粒碰撞不足，亞微觀傳質效果較差。該凈水工藝是依據(jù)速度梯度理論設計的。速度梯度理論是由層流推導得出的，而水廠實際水體流動為紊流，因而速度梯度的應用在理論上有局限性。從實際運行上分析，在格網反應池的格網后面一定距離處產生各向同性均勻紊流，其G值為0，依據(jù)速度梯度理論其反應狀況應最差，而實際工程其運行效果最佳，因而在實際工程上速度梯度理論有應用誤區(qū)。水廠反應工藝是采用該技術設計的，因而反應絮凝段存在嚴重技術弊端，其表現(xiàn)為礬花顆粒尺度較小，密實度不足，難以沉淀去除。

3#池沉淀工藝采用斜管設備。斜管由于間距大，沉降路程遠，因而沉淀去除的顆粒不理想；斜管間距大，造成沉淀池入水布水不勻，形成短路現(xiàn)象，礬花上翻現(xiàn)象嚴重，由于斜板自身的結構約束，其沉淀面是排泥面的2倍，因而在側向約束處易積泥，縮小了沉淀池有效面積，同時易引起斜管變形，設備內及表面積泥和水質惡習化形成了惡性循環(huán)。

二 改造總體方案

1、工藝介紹

針對水廠工藝存在的問題，擬對混合工藝、反應工藝、沉淀工藝進行技術改造，以期達到提高水量保證水質的目的。在改造中應用哈爾濱工業(yè)大學多相工藝研究中心王紹文教授發(fā)明的渦漩混凝低脈動沉淀給水處理技術。

3#池混合工藝采用管式微渦混合器，該設備可形成高比例、高強度的微渦漩，利用微小渦漩的離心慣性效應使藥劑迅速擴散至水體細部，使膠體顆粒瞬時脫穩(wěn)，為完善的反應奠定良好的基礎。

反應工藝采用小孔眼格網反應池，高效的格網反應促進了析出的小礬花的快速有效碰撞，在反應池的全程布設格網，使礬花顆粒由小到大，由松散到密實，既保證了反應后礬花顆粒達到一定的尺度和密實度，又增強了礬花抗剪切的能力，從而避免了反應的不完善和過反應現(xiàn)象產生。格網的布設有三個作用，一是形成微渦旋，使顆粒碰撞凝聚，二是利過網的剪切使絮體保持一定的壓實度，三是為一些流動過程中破碎的礬花重新聚集提供了水力條件。

沉淀工藝采用小間距斜板沉淀設備，該設備由于間距小，雷諾數(shù)（Re值）較常規(guī)設備減小，抑制了顆粒沉降的水力脈動；又由于結構上的優(yōu)化，無側向約束，排泥面和沉泥面相等，故有利于礬花沉降和徹底排泥，不積泥，從而保證小的礬花絮體亦可有效去除，使淺池理論得到最佳的設備發(fā)揮。同時小間距斜板又具有布水均勻不短流的優(yōu)點。

2、 改造工藝流程

工藝流程

3、改造工藝技術參數(shù)：

處理水量：8.0×104米3/日；沉淀池出水濁度：≤8NTU

混合時間：30s；水頭損失：50mm

反應時間：10.0min；水頭損失：30mm

沉淀池負荷：3.7mm/s

4、工程內容

3#沉淀池改造具體內容包括:

①拆除原反應池內混凝土隔墻及集水槽、斜管、斜管支架、排泥裝置等；

②采用1根DN1000進水管進沉淀池，進水管安裝DN1000管式微渦混合器1套；

③新建反應區(qū)隔墻，反應區(qū)加高0.60米；

④反應區(qū)內安裝小孔眼格網；

⑤沉淀區(qū)安裝小間距斜板、斜板支架及集水槽。

⑥安裝排泥管15套，采用角式快開排泥閥。

⑦出水管更換為DN1000鋼管。

具體布置見圖。

三 總結

1、渦漩混凝低脈動沉淀給水處理技術可應用于處理長江水，應用于老池子改造不僅可以提高水質且能增加50％的產水量，該技術揭示了多相物系傳質碰撞的動力學致因是慣性效應。

2、微渦混合器有效促進亞微觀傳質擴散，可形成高比例、高強度的渦漩，利用其離心慣性效應使藥劑迅速擴散至水體細部，使膠體顆粒瞬時脫穩(wěn)。

3、小孔眼格網反應池可以有效提高單位時間內顆粒的碰撞凝聚程度，從而避免了反應的不完善和過反應現(xiàn)象產生。

4、小間距斜板為礬花的沉降提供了良好的水力條件，使淺池理論得到最佳發(fā)揮。

5、改造工程實施難度大，設計時應盡可能保留原有池壁，盡量利用原有洞口，結構設計要充分考慮安全性。