立式斜板沉淀装置的设计与工程应用.pdf

立式斜板沉淀装置的设计与工程应用立式斜板沉淀装置的设计与工程应用（同济大学、上海同诺、绍兴污水处理厂）（同济大学、上海同诺、绍兴污水处理厂）方永忠、黄继华、周维新 一、功能要求与设计目标一、功能要求与设计目标 沉淀是水处理工艺中泥水分离的重要环节，其运行状况直接影响出水水质。传统的平流沉淀池优点是构造简单，工作安全可靠；缺点是占地面积大，处理效率低，要想降低滤前水的浊度就要较大地加大沉淀池的长度。浅池理论的出现使沉淀技术有了长足的进步。但是普通斜管沉淀池又有易积泥、表面易滋生藻类和穿孔排泥不畅等问题，因此我们针对其缺点设计了立式斜板沉淀装置。与普通斜管沉淀相比，立式斜板沉淀装置具有许多优点：有效利用池深，增大有效沉淀面积；不易积泥、表面不易滋生藻类；采用多层组合式斜板沉淀，不需要设置集水槽，适应水位变化；通过排泥机将污泥连续则排入污泥处理装置，排泥顺畅。二、设备结构与工作原理二、设备结构与工作原理 设备结构：立式斜板沉淀装置为采用异向流斜板原理和组合安装的沉淀设备，分为不靠墙安装的A 型和靠墙安装的 B 型两种形式，上下前后都封闭，水由左右两面的斜板区进入斜板沉淀装置的清水区，再由穿孔集水管收集后从下部引出，集水管的上部延长到水面以上，作为透气口和观察取样口。工作原理：经充分混凝后的源水由池体上部进入沉后挡板斜板上压板下托板前挡板清水区集水管淀区，沿水流通道进入斜板沉淀区；在斜板内部，水流从下向上流动进入沉淀装置的清水区，由穿孔集水管收集后进入下一级处理工艺；沉于众多斜板底部的颗粒，集聚到一定程度后自动滑下进入污泥浓缩区；少部分絮体颗粒直接进入污泥浓缩区；由往复式虹吸排泥机将浓缩后的污泥排到池外的污泥处理装置。三、模型设计与工程化试验三、模型设计与工程化试验 立式斜板组的中试试验从 2004 年 9 月 6 日正式开始，9 月 26 日结束。1、试验目的、试验目的 1.1 立式斜板组工艺效果考证 1.2 设计参数测试，包括以下参数：（1）立式斜板组表面负荷率；（2）设计凝凝剂投加量；（3）产泥体积与产干泥量；（4）污泥含水率。1.3 对生产装置的技术经济性进行预测。2、试验装置、试验装置 立式斜板组试验装置如下图所示：清水渠道清水渠道清水渠道型立式斜板型型虹吸排泥机排泥渠道IV-IV剖面205037510004002000800平面35002600450450IIIIII400300IVV涡流反应器III400进水DN150400400DN100排泥III500斜板组400400400IVVDN100排泥5002000DN400375250650 图图 2-1 混凝中试装置示意图混凝中试装置示意图 中试装置由微涡流混凝反应区和立式斜板沉淀区组成，长 3.5 米，宽 2.0 米，高度为 4.6 米，设计处理水量为 3060m3/h。立式斜板为分两组，斜板间距为 50mm，每组有效高度为 2.0 米，等效沉淀面积为 4.62m2，按 30m3/h 运行时，沉淀表面负荷率为 6.5m3/hm2，按 60m3/h 运行时，沉淀表面负荷率为 9.1m3/hm2。池底采用穿孔管排泥，排泥管直径均为 Dn100。3、试验过程、试验过程 中试从 2004 年 9 月 6 日开始，至 9 月 25 日结束，除中间为改进排泥系统停运两天外，共进行了 18 天，分为三个阶段进行。第一阶段：效果考核第一阶段：效果考核 该阶段的试验目的主要是考核本中试装置混凝、沉淀的效果。也就是说，首先是要保证 PH 值为 11、COD 高达 1500 的原水经过该装置能够絮凝并沉淀，且出水 COD在 1050 以下，以降低后期处理的负荷。第二阶段：优化运行第二阶段：优化运行 这一阶段主要是通过调节水量和加药量来选择最经济、合理的运行方式，主要包括以下内容：（1）在第一阶段基础上，保持进水量 30m3/h 不变，逐步降低加药量，直至出水 COD 达 10001100 之间，以测得加药量的下限；（2）将进水量调到 42m3/h 左右，加药量也相应上调，检测该情况下的出水水质，以考核斜板的负荷，为后期设计提供参考；（3）考察原水 COD 对混凝效果的影响；（4）考察 PH 值对混凝效果的影响；（5）测定不同条件下的 COD 值，为后续生化工艺提供参数。第三阶段：成本分析第三阶段：成本分析 主要是测定污泥含水率及排泥量，通过逐步减少排泥量，以降低污泥的含水率，计算产泥量及生产运行成本，考虑后续增加设备，解决污泥出路问题，平衡工艺运行。同时，为了计算污泥处理成本，进行污泥浓缩试验，测定出絮凝剂用量。根据中试数据及其分析结果，可以确定本工程有关设计参数如下：4、试验结果分析、试验结果分析 4.1 立式斜板组工艺效果考证立式斜板组工艺效果考证 立式斜板组的功能是尽可有多地将已经絮凝的颗粒去去除，对其效果的考核主要从以下两个方面进行：（1）将沉淀区进口（即微涡流反应出口）水样静置沉淀 30 分钟，与立式斜板沉淀出水比较，分析比较剩余 CODcr 值，如图 4-5 所示，显然斜板沉淀去除的 CODcr 略小于静置 30 分钟去除的 CODcr，前者大约占后者的 95%，说明沉淀效果是理想的；70.0080.0090.00100.00110.00120.00130.00140.0025.0030.0035.0040.0045.0050.0055.0060.00进水流量(T/h)沉淀去除CODcr/静置30分钟去除CODcr(%)图图 4-5 立式斜板组沉淀效果分析立式斜板组沉淀效果分析（2）分析斜板沉淀的负荷能力，由图 4-5 可以看出，当试验装置的处理水量在 30T/h 时，斜板沉淀去除 CODcr 占静置 30 分钟去除 CODcr 的 95%以上，但当试验装置的处理水量大于 40T/h 时，斜板沉淀去除 CODcr占静置 30 分钟去除 CODcr 的比例降低到 95%以下。显然，水处理负荷越大，则斜板沉淀效果越差。如果以去除 30 分钟去除 CODcr 的 90%作为设计依据，则从图中趋势曲线可以看出处理水量约为 60T/h，此时相应的斜板沉淀表面负荷约为 13m3/hm2。4.2 立式斜板组工艺负荷能力分析立式斜板组工艺负荷能力分析 根据上述分析，立式斜板沉淀表面负荷率最大约为 13m3/hm2。但是，为了安全起见，本试验得到考证（较长时间稳定运行）的负荷能力如下：立式斜板表面负荷率：9.0 m3/hm2（相当于试验装置负荷 42T/h）。4.3 絮凝凝剂投加量分析絮凝凝剂投加量分析 为了确定合适絮凝剂投加量，对絮凝剂投加量与出水 CODcr 及其剩余率进行分析，如图 4-6 和图 4-7 所示。从图中可以看出，如果要使 CODcr 去除率达到最大，最合适的絮凝剂投加量在 800900mg/L 之间，投加量增大或减小，出水 CODcr 就会增加。但是，对于本工程而言，并不是 COD 去除率越高越好，为了充分利用后续生化工艺的能力，也是为了降低水处理成本，根据小试情况，混凝出水 CODcr 控制在1000100mg/L 之内比较合适，从图中可以看出，此时对应絮凝剂投加量为600650mg/L。实际上，由于试验装置排泥效果不佳，对混凝效果有很大影响，从图中可以看出，个别情况下，絮凝剂投加量低于 600mg/L 时，出水 CODcr 也达到 1000mg/L 以下。由此可见，当生产装置排泥效果稳定时，絮凝剂实际投加量应小于 600mg/L。但为了安全起见，作为设计参数，絮凝剂投加量可仍按 600mg/L 考虑。60080010001200140050060070080090010001100絮凝剂投加量(mg/L)出水CODcr(mg/L)图图 4-6 絮凝剂投加量与出水絮凝剂投加量与出水 CODcr 关系分析关系分析 40506070809010050060070080090010001100絮凝剂投加量(mg/L)出水CODcr剩余率(%)图图 4-7 絮凝剂投加量与出水絮凝剂投加量与出水 CODcr 剩余率关系分析剩余率关系分析 4.4 出水出水 SS 去除率分析去除率分析 对于本工艺而言，去除 SS 并不是主要任务，但 COD 等的去除正是因为 SS 的去除而随之去除的，SS 的去除率高是有益的。从本试验数据可以看出，原水 SS 的变化比较大，因此出水的 SS 也随之发生较大变化，由于水处理过程有较大的停留时间，污泥的停留时间更长，所以 SS 的去除率计算值并不准确，但总平均情况应该可以反应 SS 去除情况。经过计算，已经检测的出水 SS 剩余率平均值为 40%，即出水 SS 去除率约 60%。4.5 产泥量分析产泥量分析 由于本次中试装置的排泥效果欠佳，排泥量控制不准确，经过前阶段的摸索后，后期排泥基本正常，对排泥量和含水率（MLSS）进行了检测。经过统计计算，根据已经检测过的排泥量与 MLSS 计算出产泥量（每吨原水产干泥的重量），产泥量平均值为 0.51kg/T。实际上，本次试验 CODcr 大部分已经降低到 1000mg/L 以下，投药量也较大，在生产装置运行时只要将 CODcr 控制在 10001100mg/L 之间，产泥量会有所下降，但为了安全起见，设计时，产泥量仍按 0.5kg/T 考虑。4.6 污泥含水率估计污泥含水率估计 污泥含水率：98%4.7 污泥浓缩试验分析污泥浓缩试验分析 PAM 投加量：45kg/T 干泥 5、中试结论、中试结论（1）立式斜板沉淀表面负荷率：9 m3/hm2；（2）絮凝剂（复合 FeSO4）：600mg/L；（3）产干泥量：0.5kg/T；（4）污泥含水率：98%四、工程应用四、工程应用 立式斜板组的工艺性能经过一个多月的生产模拟性试验，取得了较好的效果，因此 11 月底开始正式调节池改造。在本次调节池改造中，调节池单池沉淀总面积为 310m2，安装立式斜板组 A 型108 组，B 型 70 组，相当于一座 660m2水平安装的斜板沉淀池。立式斜板沉淀区工艺设计参数如表 4-1 所示。立式斜板沉淀工艺设计参数立式斜板沉淀工艺设计参数 表表 41 参参 数数 单池斜板组数单池斜板组数 斜板组有效 斜板组等效 沉淀区总等效 上升流速 表面负荷斜板组有效 斜板组等效 沉淀区总等效 上升流速 表面负荷名名 称称 A 型 B 型 高度（m）面积（mA 型 B 型 高度（m）面积（m2 2）面积（m）面积（m2 2）（mm/s）（T/h（mm/s）（T/hm m2 2）参数值参数值 108 70 4.00 4.62 660.09 1.97 7.10 立式斜板组沉淀区顶部设往复式吸泥机（每池 1 台，共 4 台），跨度 18m,全部为不锈钢材质（304），线速度 0.51.5m/min,吸泥机设有刮油及浮渣装置。在每座斜板组沉淀池四周还设有 D108X4 压力冲洗水管，管接头为 DN65，可连接消防水龙带，便于对立式斜板组的清洗。五、运行调试与维护五、运行调试与维护 六、技术总结六、技术总结