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從平流沉淀池到淺池蜂窩斜管沉淀池的過(guò)渡是沉淀技術(shù)上的一次重要改變,它大幅度地提高了沉淀效率,減少了沉淀池的占地面積和造價(jià),也改善了沉淀池出水水質(zhì),因此上世紀(jì)70年代以后蜂窩斜管沉淀池在我國(guó)普遍推廣,幾乎所有的新建水廠或舊廠改制項(xiàng)目的設(shè)計(jì)都采用了蜂窩斜管沉淀池。 但通過(guò)數(shù)十年來(lái)水廠運(yùn)行實(shí)踐,蜂窩斜管沉淀池 在某些特定情況下 也會(huì)有比較嚴(yán)重的缺點(diǎn),主要是運(yùn)行可靠性及抗沖擊能力差,在一些特殊時(shí)期特別是高濁期出水水質(zhì)不能保證。正是由于這個(gè)原因,在我國(guó)南方已出現(xiàn)了以平流沉淀池代替斜管沉淀池的逆轉(zhuǎn)趨勢(shì)。 蜂窩斜管沉淀池為什么會(huì)有上述一些致命弱點(diǎn)呢?給水工程界對(duì)此看法不一致,比較普遍看法是由于斜管沉淀池大幅度地提高了沉淀效率,縮短了水在沉淀池中停留的時(shí)間,這樣就降低了沉淀池的緩沖能力。當(dāng)濁度突然變化或由于投藥不正常,致使絮凝反應(yīng)不完善時(shí),沉淀池出水水質(zhì)必然惡化。而平流沉淀池情況正好相反,水在沉淀池中停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)小時(shí)以上,因而具有很好的緩沖能力。即使有一些絮凝反應(yīng)不完善的加藥原水進(jìn)入,其出水水質(zhì)也優(yōu)于斜管沉淀池出水水質(zhì)。 正是基于這樣一種認(rèn)識(shí)和實(shí)踐,很多人認(rèn)為在給水處理上“高效”與“安全可靠”是相互矛盾的,為了保證出水水質(zhì),在我國(guó)南方很多地區(qū)寧可選用平流沉淀池而不選用蜂窩斜管沉淀池,從沉淀技術(shù)發(fā)展來(lái)看出現(xiàn)了走回頭路的趨勢(shì)。斜管沉淀池的沉淀與排泥性能剖析用“高效”與“安全可靠”相互矛盾這一結(jié)論去認(rèn)識(shí)在特殊時(shí)期斜管沉淀池出水水質(zhì)不如平流沉淀池出水水質(zhì)是不正確的,這只是一種表面現(xiàn)象。高濁時(shí)期與投藥不正常時(shí),絮凝反應(yīng)不完善,礬花沉淀性能不好,這主要是由下面一些原因形成的: 1.高濁時(shí)期原水濁度高,源水中泥沙含量較大,因此藥劑擴(kuò)散阻力大,以目前的混合工藝,要使藥劑擴(kuò)散到水體每個(gè)細(xì)部基本上是不可能的,致使水體的一部分區(qū)域混凝劑過(guò)剩,礬花長(zhǎng)的過(guò)快而且松散,遇到強(qiáng)的擾動(dòng)立刻破碎,很難形成密實(shí)的礬花;還有一部分區(qū)域藥劑不夠或者根本無(wú)藥劑,因此很多膠體顆粒不能及時(shí)脫穩(wěn)和凝聚,故其沉淀性能很差; 2.在投藥不正常時(shí)期,由于投藥量遠(yuǎn)離更佳投藥量范圍,絮凝反應(yīng)形成的礬花顆粒必然松散,導(dǎo)致污泥在斜管中的沉淀和排泥性能嚴(yán)重惡化。
上述原因是造成在特殊時(shí)期蜂窩斜管沉淀池出水水質(zhì)不良的外界條件。而斜管沉淀池本身動(dòng)力性能的缺陷是導(dǎo)致出水水質(zhì)不良的內(nèi)在原因。應(yīng)該說(shuō)斜管本身沉淀性能遠(yuǎn)優(yōu)于平流式沉淀池,因斜管的特征尺度遠(yuǎn)小于平流式沉淀池的特征尺度;斜管中的流動(dòng)雷諾數(shù)遠(yuǎn)小于平流式沉淀池中的雷諾數(shù)(雷諾數(shù)反應(yīng)了流動(dòng)過(guò)程中水流慣性力與粘性力的比值)。斜管中的水流粘性力遠(yuǎn)大于平流式沉淀池水流的粘性力,因此斜管中的水流脈動(dòng)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于平流式沉淀池中水流脈動(dòng)強(qiáng)度,所以其沉淀性能是非常好的。
但在斜管本身結(jié)構(gòu)上,由于斜管尺度小,污泥下滑受到側(cè)壁束縛,下滑速度會(huì)受到較大影響;更主要的問(wèn)題在于當(dāng)污泥沉淀到正沉淀面之上時(shí),很快沿斜管傾斜方向下滑被排入到沉淀池底部,而沉淀到斜沉淀面之上的污泥,則要沿兩個(gè)方向下滑,一是沿斜管傾斜方向下滑距離較長(zhǎng),傾斜方向下滑距離很短,因此斜管沉淀面上的污泥絕大多數(shù)勢(shì)必首先滑入正沉淀面和斜沉淀面的交界處,然后再由正沉淀面排入到沉淀池底部,所以斜管中的實(shí)際排泥面僅為正沉淀面,遠(yuǎn)小于斜管的沉淀面,這必然造成斜管的排泥面負(fù)荷過(guò)大。因此,在特殊時(shí)期污泥數(shù)量特別大,污泥的沉淀性能不好時(shí),使斜管中排泥面接收的污泥量高于排出量,而造成污泥堆積現(xiàn)象。 一旦出現(xiàn)積泥,導(dǎo)致蜂窩斜管的過(guò)流面積減少,上升流速增加,從而增加了水流對(duì)污泥下滑的頂托作用,進(jìn)一步妨礙了污泥下滑,使積泥愈加嚴(yán)重,造成了斜管中積泥現(xiàn)象的惡性循環(huán)。 斜管中積泥會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)果,一是導(dǎo)致斜管中上升流速加大,水在斜管中停留時(shí)間變短,使一些正常時(shí)期應(yīng)該能夠沉淀的小顆粒不能沉淀下來(lái);二是當(dāng)污泥積存到一定數(shù)量,使斜管中上升水流達(dá)到一定速度,水流會(huì)把斜管中的一部分積泥卷帶起來(lái),造成沉淀池出水水質(zhì)嚴(yán)重惡化。 斜管積泥是由于斜管排泥面負(fù)荷過(guò)大引起的。小間距斜板沉淀池卻充分地彌補(bǔ)了普通斜管沉淀池在高濁度時(shí)期斜管動(dòng)力性能上的種種不充分發(fā)揮淺地沉淀地優(yōu)勢(shì),扭轉(zhuǎn)目前從斜管沉淀地再向平流式沉淀池逆轉(zhuǎn)的比較理想的更新?lián)Q代設(shè)備。它可有效地實(shí)現(xiàn)“高效”與“安全可靠”的統(tǒng)一。