侧向流斜板浮沉池的设计.doc

侧向流斜板浮沉池的设计

摘 要：北方地区地表水在不同季节水质变化很大，集气浮和沉淀于一身的浮沉池的开发应用较好地解决了这一问题。通过设计实例，总结了侧向流斜板浮沉池的设计要点、参数及注意事项。
关键字：地表水 低温低浊 浮沉池 设计
　　我国北方地区的地表水体，其水质和水温受地理条件和季节性气候的影响变化很大。一年中约有4～5个月的冬季时间，水体被冰盖封闭，此时江河水体的温度降低到0℃～1℃，水库水体的温度降低到2℃～4℃；在这寒冷的季节中，水体浊度也很低：江河水体一般在5mg/L～30mg/L，水库水体一般在5mg/L～10mg/L，从而形成了北方地区地表水体的特点——低温低浊度水质。而在融冰或夏季暴雨时节，水体浊度又会大幅上升，最高甚至可以达到上千mg/L。
　　针对北方地区地表水体特点，一种新型浮沉池工艺被开发和应用。目前，在吉林省和黑龙江省已有多家采用浮沉池工艺，通化市、鸡西市采用了斜管浮沉池，吉林市和哈尔滨市、大庆市则采用了侧向流斜板浮沉池。笔者负责设计的大庆石化总厂炼油厂第三净化水厂(以下简称炼油厂三净化水厂，1992年设计，1994年投产)和大庆石化总厂水气厂生活水厂改造工程(以下简称水气厂改造，1995年设计，1996年投产)，均采用了侧向流斜板浮沉池。经过几年的实际运行证明，对具有北方特点的地表水，通过应用其浮、沉工艺处理，可保证出水水质。气浮工艺运行时，对水中的藻类、色度等也具有很好的去除效果。
　　1 侧向流斜板浮沉池结构特点
　　浮沉池是针对北方地区不同季节水质的特点，将气浮工艺和沉淀工艺有机结合的产物。浮沉池池体形式可分为：平流式浮沉池，斜管浮沉池和侧向流斜板浮沉池。平流式浮沉池占地面积大，不适于北方寒冷地区；斜管浮沉池因池体前后需设置闸板以控制浮、沉时的水流方向，较适合小水量处理工程；侧向流斜板浮沉池的问世，为在大、中型水厂建设中采用提供了条件。
　　侧向流斜板浮沉池池体分为：(1)配水区(溶气水释放区)；(2)沉淀区(气浮区)；(3)稳流区；(4)出水区(见图1)。

图1
　　2 浮沉池设计实例
　　2.1 炼油厂三净化水厂
　　单池设计水量750m3/h，钢筋混凝土结构，池长L=19.80m，池宽B=7.60m，设计水平流速V=10.60mm/s；前部气浮接触区长2m，高2m，斜板区长12m，设计液面负荷8.22m3/(h . m2)(不含气浮回流水、回流比7%)，安装3层斜板，每层板斜长1m，安装角度60°，总高2.60m，斜板间距100mm。下部设穿孔管排泥，上部设刮渣机排渣，刮渣机运行速度3m/min。
　　浮沉池与反应池相接，采用穿孔花墙配水，过孔流速0.1m/s，考虑溶气接触效果，孔口布置靠近池底部；溶气释放器单排布置，选用可以用空气反冲洗的TV型不锈钢释放器，固定式安装。出水采用集水渠，安装锯齿形三角堰板，为保证堰板出水均匀，堰板设计安装为可调节型；出水区长3.80m，出水堰负荷16.40m3/(h . m)。
　　2.2 水气厂改造
　　单池设计水量850m3/h，钢筋混凝土结构，池长L=18m，池宽B=9.2m，设计水平流速V=9.87mm/s，气浮溶气接触区宽2m，高3m。斜板区长L=13m，设计负荷7.10m3/(h . m2)(不含气浮回流水、回流比7%)，安装3层斜板，每层板斜长1m，安装角度60°，总高2.60m，斜板间距80mm。出水区长4m，出水堰负荷17.70m3/(h . m)，共设6条出水渠。下部设穿孔管排泥，上部设刮渣机排渣，刮渣机运行速度2m/min。
　　2.3 运行效果
　　大庆炼油厂三净化水厂和水气厂取水水源均为红旗泡水库，红旗泡水库是人工引嫩工程，每年由嫩江引水入红旗泡水库，嫩江至红旗泡水库全长235km。每年4月下旬(水库融冰期)至10月下旬(水库结冰期)嫩江水向水库补水，而冬季结冰期嫩江水不进入水库，因此水库水质特点为：一是每年11月至次年4月的冬季水质低温低浊度现象，二是每年5月～6月间水库融冰后嫩江水首次进入水库冲击库底和每年雨季因洪水影响产生的水库水质高浊度现象(见表1)。
表1　每年5月至次年4月水库水质情况
时间
pH值
浊度
/mg/L
悬浮物
/mg/L
水温
/℃
备注
5月～6月
8.5
170～380
120～320
10
冰融进水期
7月～8月
8.4
110～220
60～130
26
洪水期
9月～10月
8.4
50～90
30～60
16
平水期
11月～4月
8.6
8～20
10
1
低温低浊期

　　采用浮沉池工艺，两个水厂运行效果稳定，浮沉池对原水水质变化的适应能力强，处理水质较好(见表2)。
表2　不同季节采用的工艺及出水水质
序号
季节
水质特点
运行工艺
浮沉池出水 浊度/mg/L
滤池出水 浊度/mg/L
1
冰封期
低温低浊
气浮
2～5
0.8～1.6
2
融冰期(冰融后
水库进水)
低温高浊
气浮或沉淀
4～10
1～3
3
洪水期
受洪水影响
浊度升高
沉淀
4～8
＜2
4
平水期

沉淀
3～6
0.8～1.4

　　3 设计体会
　　3.1 压力溶气系统
　　为提高气浮工艺净水效果，需利用压力溶气水，以形成微气泡。目前，溶气方式较多，如水泵吸气式、空压机供气式；溶气水控制方式也有控制进气量和控制进水量来保证溶气效果稳定。上述设计的两个工程，均采用空压机供气和控制调整进气量方式的溶气系统。系统控制压力0.3MPa～0.4MPa，回流比为7%左右，运行效果很好。
　　3.2 溶气释放器选型
　　溶气释放器安装在浮沉池进口配水花墙的下部，设计选用了可以用空气反冲洗的TV型不锈钢溶气释放器。运行结果表明，TV型释放器溶气效果较好，但因安装固定，不适合浮沉池工艺。浮沉池为气浮或沉淀交替运行，夏季长时间沉淀运行时，沉积在释放器上的污泥因板结对安装在池下部的释放器影响很大，造成气浮运行时溶气释放器因堵塞而布气不均(空气反冲不彻底，拆卸维护时浮沉池需要停水)，影响气浮运行效果。将溶气总管设计到池上，采用TS型溶气释放器，通过每个溶气支管与总管接头连接，在夏季沉淀运行时将释放器由池中拿出保管，入冬时提前安装，并在气浮运行时发现某个释放器工作不正常及时更换检修，保证浮沉池工艺在气浮或沉淀交替运行下正常安全工作。
　　3.3 浮沉区设计
　　浮沉池设计，一般按沉淀设计、气浮校核；浮沉区液面负荷一般选7m3/(h . m2)～9m3/(h . m2)，浮沉区前部设气浮溶气接触区，后部设稳流区，其固液分离区长度最好小于15m，加大池宽降低水平流速有利于浮沉工艺。侧向流斜板浮沉池，一般设计3层斜板，斜板间距采用80mm～100mm，斜板区总高度约2.60m，斜板顶部与水面应保持约10cm水深，气浮时为浮渣层。斜板下部为沉泥区，设置隔墙支承斜板并阻止水流通过斜板区下部。
　　3.4 排渣设计
　　3.4.1 刮渣机
　　采用刮渣机去除气浮浮渣，刮渣机行速在2m/min～3m/min较合适，行速过快，会导致浮渣与水体分界面上的移动剪切力加大，造成浮渣的破碎乱流。刮渣机的刮渣板建议设计成L状，以减轻刮板处因浮渣受挤压而向下部沉降或延伸的现象(见图2)。

图2
　　3.4.2 排渣、排泥
　　侧向流斜板浮沉池和气浮池出水形式有所区别，因此浮沉池在气浮排渣时，泥渣层的破碎泥渣下沉，将会对出水水质产生影响，这是设计必须注意的问题。在炼油厂三净化水厂工程设计中，前后设置排渣槽，双向排渣。运行后发现，刮渣机逆水流行驶刮渣时，刮渣效果较差；可能是刮渣机逆行加大了浮渣与水体分界面上的移动剪切力，以及刮板处浮渣受挤压的程度相对大，而造成泥渣向下部沉降或延伸的结果。顺流刮渣时效果较明显。此外，设计排渣时应同时考虑浮沉池出水阀门的控制调节灵活，因为在排渣时，升高池中水位有利于浮渣的刮除。而在正常运行时，保持池中设计水位可避免顶部短流现象的发生。
　　浮沉池沉淀排泥采用穿孔管，当池体宽时采用刮泥机；当采用穿孔管时，即使冬季气浮运行，也要定期操作排泥，以保证排泥管道畅通。
　　3.5 浮沉池进、出水设计
　　采用浮沉池工艺，其池体应与反应池相接，设穿孔花墙配水，过孔流速0.07m/s～0.1m/s，考虑溶气接触效果，孔口布置应靠近池底部；出水端同样设配水花墙，孔口布置偏中下部，过孔流速0.15m/s～0.25m/s；出水槽设锯齿形三角堰或淹没孔口(设计同设计手册)。