浅谈侧向流波形斜板沉淀技术的(陈猷华)

浅谈侧向流波形斜板沉淀技术的推广应用陈猷华杭州玉泉水处理设备有限公司杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.浅谈侧向流波形斜板沉淀技术的推广应用六十年代以来，以“浅层沉淀”原理为理论基础而形成的斜板、斜管沉淀技术在水处理领域中得到较广泛的应用。利用斜板、斜管增大沉淀面积用以提高沉淀效率，被认为是行之有效的措施之一。日本在一九五九年开展了斜板沉淀实验以后，不少净水厂采用了斜板沉淀。据了解目前日本大型水厂有90％以上采用斜板沉淀池型，美国自一九六四年开始研究和应用斜管沉淀，一般多采用逆向流；一九六七年瑞典率先研制和开发了同向流斜板，使斜板沉淀技术有了进一步的发展。我国自六十年代中期也开始了斜板、斜管沉淀技术的试验研究。一九六五年首先进行了澄清池分离区加设斜板的试验，一九六九年开展了平流沉淀池加斜管的研究和应用，一九七二年第一座生产性逆向流斜管沉淀池正式投产运行，一九七三年开展同向流斜板沉淀的实验研究，一九八三年天津凌庄水厂同向流沉淀池通过技术鉴定，一九八四年北京田村净水厂纵向集水同向流梯形斜板沉淀池建成投产。随着理论研究的不断深化和实际经验的不断积累，斜板、斜管沉淀技术在不断发展，同时也暴露了逆向流、同向流沉淀技术中存在的一些弊端。于是人们将眼光转向侧向流沉淀技术的研究和开发。利用斜板或斜管提高沉淀效率已成为行之有效的措施。按照水流方向与沉淀下滑方向的关系分为同向流、逆向流和侧向流三种形式。同向流和异向流沉淀时，水流动力对悬浮颗粒所受重力都有影响或干扰，不利于泥水分离。从理论上讲，逆向流斜管湿周大、水力半径小，雷诺数小，弗雷德数大，水流属于层流状态。层流状态下的水流对其中固体颗粒的沉降干扰明显减弱，对固液分离创造了有利条件。而实际上，斜管在使用上却并不怎么理想。由于斜管沉淀池的水流是由下往上，而沉泥是有上往下，因此沉泥要受到上升水流的干扰，加以斜管的特殊结构，斜管沉淀池内的斜管极易堵塞。为此建设部1995年底特意组成一个专家组到南方两广、两湖、江浙、闽赣一带水厂考察，发现证实了斜管堵塞后冲洗管内的积泥很是不易，切劳动强度很大，常冲洗也是造成斜管使用寿命降低的一个重要原因。由于逆向流斜管存在的上述弊端，近些年大型水厂又纷纷回到平流池型上杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.来。侧向流则不同，水流方向与沉泥下滑方向相互垂直，水体的水平流动动力与沉泥所受重力之间不存在相互抵消的作用，因此可获得较理想的沉淀效果。对于侧向流沉淀技术的研究日本开展的较早，近年来取得了相当成果，在日处理能力几十万吨以上的大型水厂中大量采用了普通斜板或带翼斜板的侧向流沉淀池。一九八八年，普通斜板侧向流沉淀，有工艺技术到设备装置全部引自日本的我国长春中日友好水厂投产；一九九一年，由日本提供技术参数的带翼斜板侧向流沉淀池在我国哈尔滨三水厂投产。尔后吉林吉化公司净水厂20万吨/日侧向流沉淀池，云南昆明市自来水公司某水厂15万吨/日相继建成投产。侧向流沉淀技术作为一种成熟技术，逐渐在我国南北方各水厂推广开来。本文介绍的是一种新型的不同于普通斜板、带翼斜板的“侧向流波形斜板沉淀技术及其沉淀器”。该技术是由北京市市政设计研究总院研究开发的。他们于八十年代初开始，吸收了荷兰新型斜板沉淀装置TPS的优点，该装置属逆向流。其构造有两个显著的特点：一是改善普通斜板为波形斜板，二是在波形板波谷处设置了防悬浮栅条。这两点使TPS装置具有出水水质好，沉淀效率高的优点。但由于其受结构形式的限制，难以在大容积沉淀池中推广使用。侧向流波形斜板沉淀器，是将普通斜板改为波形斜板。而原有侧向流斜板均是平板，其缺点是刚度低。为减小变形，均采用加大板厚和设置肋结构以增强其刚度，致使不仅材料用量大且加工难度大。为尽量减小支撑结构占用过水断面，国外采用不锈钢支吊方式，结构复杂，造价也较高。波形斜板克服了现有平板式侧向流斜板存在的不足，波形板在板厚相同的情况下其刚度比平板增大了一个数量级，因此可大为节约材料；其二将波形板两端支撑固定在竖向的立板上或棱形的框架之中，形成板组由波谷排泥。该产品结构简单，组合自由，维修简便。（由全塑ABS或PVC制成，产品寿命可在15年以上）其特点有以下几点：一、波形斜板平行排列放置斜端面的框架中，由弧形塑料托将其固定在框架内，形成一个波形板组单元。其倾角为60°，斜板间距为60－100mm；使颗粒在斜板间的沉淀距离缩短到100mm以内。波形斜板沉淀器容积负荷12－16m3/m2.hr。经测试，在实际板面负荷0.71-2.02m3/m2.hr为设计板面杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.负荷1.49m3/m2.hr，47.7-135%的变动范围内，板长（即水流过流方向长度）4m的条件下，自然浊度沉淀进水2.0NTU时出水浊度0.4-1.3NTU，配浊进水21.2-30.4NTU时出水浊度为0.67-2.90NTU,沉淀效果相当好。由此可见，侧向流波形板沉淀在那么短的距离内，即取得如此好的沉淀效果，沉淀池的池长占地均可大大的缩短、减少。波形斜板沉淀器研制成功后即应用在北京自来水公司第九水厂50万吨/日二期工程中，自1995年7月投产到至今，运转一直良好。二、沉于斜板板面上的沉泥，先有波峰向波谷集中，形成泥束，然后由55°的倾角往下滑，提高了沉泥的下滑性能。北京第九水厂50万吨/日运转两年多，无积泥未冲洗过一次，可见其滑泥性能。与该厂一期机加池相比：机加池每25－30天须冲洗一次，不然即跑矾花，出水浊度增加，而侧向流波形斜板沉淀池却两年多不用冲洗，大大节约冲洗用水和劳动强度。三、水流在波形板间是波形流动，又由于波形板间隙的变化，这种适度的“蛇形”流线与流速不断的变化，使絮体继续碰撞，为进一步絮凝创造了良好条件。经测试，沉淀时间与反应时间相同时，不论自然浊度进水还是人工配浊进水，沉淀池出水效果均大大优于净沉上清液浊度。实验表明，沉淀池出水为0.85-1.11NTU，而净沉浊度出水为2.24-3.03NTU。四、良好的滑泥性能。即使在倾角50°的条件下，也无积泥堵塞之虞。众所周知，斜板的倾角减小其投影面积却相应增加，也即是其板面负荷相应增加。有实验数据表明，侧向流波形斜板沉淀出水浊度与反应后净沉5分钟上清液浊度相同时的有效板面负荷达2.16m3/m2.hr以上。逆向流沉淀一般当蜂窝斜管上升流速降至1mm/s时，才有可能达到上述效果。现以《给排水设计手册》之中634页斜管沉淀计算为例，上升流速3.0mm/s，装填内切圆50mm的蜂窝斜管倾角60°，其有效沉面负荷为1.50m3/m2.hr，但斜管沉淀为欲达到侧向流波形斜板相同的沉淀效果，即逆向流斜管沉淀出水浊度接近侧向流沉淀出水浊度，其上升流速必须降至1mm/s左右，那么，此时斜管沉淀的有效板面负荷仅为0.50m3/m2.hr，其时，波形板与斜管沉淀效率之比实际应为2.16m3/m2.hr:0.50m3/m2.hr。五、占地面积小，土建费用省。侧向流沉淀池水流呈水平方向，波形斜板沉淀器可以多层重叠的方式安放在沉淀池中，沉淀器垂高可达3－4m，相当一般斜板、斜管的3－4倍，从而可以大大节约占地面积。其水平流速为5－20mm/s，水力停留时间5－7分钟。50万吨/日水厂侧向流沉淀池与平流沉淀池工程费用比较，（见附表），支承桁架简单，造价低。尤其适用杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.于老水厂改造和用地比较紧张的中小水厂，如深圳市自来水公司笔架山水厂，原采用平流沉淀池，日供水为16万吨，经改用侧向流波形斜板沉淀技术后，日供水可达34－35万吨，提高一倍多；再如四川内江铁路水电段水源改造工程采用侧向流沉淀技术，日供水由原来的0.5万吨提高到1.5万吨，均获得比较理想的效果。六、全塑材质PVC、ABS，板厚1.6-1.8mm，耐老化，强度高、使用寿命长，可达15－20年。七、通过北京市科委由许葆玖等专家组组成的技术鉴定，获建设部、国家科委科技成果重点推广项目，应用前景广阔，深圳水司、北京水司九厂三期及青岛、辽阳、西安、兰州等水司均已采用。结语：北京市市政设计研究总院对侧向流波形斜板作了细致认真的研究，并就沉淀出水浊度与板面负荷，侧向流波形斜板沉淀水流形态以及波形结构对继续絮凝，固液分离的影响作了分析研究。该成果表明侧向流波形斜板沉淀工艺是一种高负荷的新的水处理工艺。杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.结论板长（水流经过长度）4mm，板面负荷在0.71-2.02m3/m2.hr范围内，沉淀池进水自然浊度2.0NTU条件下，对应沉淀出水浊度0.60-1.06NTU（均值范围）；配浊进水浊度21.2-30.4NTU条件下，对应沉淀出水浊度0.82-2.42(均值范围)。以上数据表明侧向流波形斜板沉淀工艺的高效率以及对大幅度负荷变化的承受能力。板面负荷（即有效板面负荷）是表征侧向流沉淀性能的关键参数。沉淀出水浊度与板面负荷呈对数相关关系。沉淀出水浊度随着板面负荷的降低而减小。在进水量一定的情况下，沉淀出水浊度随着板长的增加而减少。侧向流波形斜板沉淀水流形态为层流，其雷诺数可控制在500以内，因而具有稳定的沉淀效果。波形板组构成的水平方向间隙适度变化的“波形”通道增加了其间水流的继续絮凝，增大积团，提高了沉淀分离效果。波形板形成的波峰、波谷结构促使了沉泥的集中，减小了水和板面对沉淀的阻力，有利于沉泥的集中、下滑和排除。由于波形板特殊的结构形式刚度大，板组可单元式组合，使其具有布置灵活，构造简单，便于安装施工的优点，与现有逆向流斜管、斜板沉淀相比，提高容积负荷3倍，可节省沉淀占地面积，显示出可观的经济效益。以北京第九水厂为例，占地节省2万平方米，可扩建一个15－20万吨/日的水厂用地，与普通斜板、斜管沉淀池相比，可节省土建投资300－400万元。杭州玉泉水处理设备有限公司HangzhouYuquanWaterEngineeringFacilitiesCo.,Ltd.平流沉淀池与侧向流沉淀池工程费用比较平流沉淀池（不加盖）平流沉淀池（加盖）侧向流沉淀池（一）（二）（三）1建筑工程个数*工艺尺寸2*91.8*70.22*90*704*27*8.0个数*结构尺寸2*99.8*72.62*98*72.42*28*34深度3.83.87.00容积550665392413328平面面积14491141901904池体结构20041400806网架结构01614217建筑工程总价（万元）2004301410232设备费（万元）152715274673填料费（含安装费）006614设备安装费（万元）183183565造价（万元）3715472422076造价差价（万元）(二)--(一)1010(二)--(三)2517注：1、平流沉淀池停留时间为2小时。侧向流沉淀池斜板内停留时间为9分钟。2、建筑工程价格依据北京市估算指标，比一般地区高15～20％。3、刮泥机均考虑为进口设备。