朱冰1 徐长坤2
1、昆明市建筑设计研究院集团有限公司，云南 昆明， 650228
2、云南正元安泰建设工程设计咨询有限公司，云南 昆明， 650000
摘要：随着新的饮用水卫生标准的出台，出厂水浊度从≤3NTU提高至≤1NTU，这给许多采用传统水处理工艺的老水厂带来了极大挑战，因此水厂的改扩建工程变得迫在眉睫。如何在保证城市供水安全的基础上，最大限度地利用好现有处理工艺，节省建设场地面积、节约运行经费，已成为老水厂改造考虑的首要问题。相比之下，强化常规水处理技术更易用于水厂的改扩建工程。
关键词：U型斜管沉淀池；浅池理论；出水浊度
引言
针对进水负荷增加及沉淀池运行效率降低的问题，提出一种将传统蜂窝斜管升级为U型高效（浓缩）斜管的沉淀池改造方案，并通过对比改造前后的工艺运行效果，探讨U型斜管在给水厂的适配性.
1高效沉淀池的优势性能
高效沉淀池在原始的污水处理工艺基础上通过添加药剂、增加絮凝设备、改进斜管沉淀池方式等途径，具有传统污水处理工艺不能达到的优势性能。一是絮凝能力和沉淀速度显著提升，添加絮凝剂、助凝剂等，使絮凝速度和沉淀效率大大增强；二是抗冲击能力强，尤其对低温低浊度污水；三是占地面积少，沉淀池本身结构紧密，不需要占用很大的面积就可以实现工艺优化处理；四是污泥循环能够降低药剂的添加量；五是污泥排放浓度高，便于浓缩。
2改进型斜管沉淀池设计
沉淀是使泥水分离的过程，起决定作用的是沉淀设备，沉淀设备直接影响出水水质。传统斜管沉淀池由于占地面积小，沉淀效率高，对需要建设厂房保温的北方城市尤其适用，但斜管沉淀池的布水均匀性是决定其能否高效、稳定运行的关键。传统斜管沉淀池存在起端水流分配不均，局部出现“短流”现象，使絮体的稳定性受到影响，导致前期已经形成的絮体容易重新破碎成细小絮体。同时，传统斜管沉淀池耐冲击负荷不如平流式沉淀池。有研究证明，影响斜管沉淀池布水均匀性的主要参数为:长宽比(L/B)、表面负荷(q)、管径D、布水区高度等［6］。研究结果表明:长宽比(L/B)和表面负荷(q)影响度最大。随着长宽比的增加，沉淀池布水不均匀性增加，临界沉速逐渐增大;同时，临界沉速基本与表面负荷(q)成正比关系，随着q的增加，斜管临界沉速与沉淀池平均临界沉速也逐渐加大，最终影响絮体的沉降效果和出水水质。为使水流能均匀由絮凝池进入斜管沉淀池下部的配水区，通常采用穿孔花墙进行整流。与平流沉淀池相比，为了布水均匀，斜管沉淀池花墙开孔范围较小，往往造成过孔流速比平流沉淀池大，造成前期形成的矾花二次破碎，并且容易冲起配水孔底部沉积的死泥，造成出水浊度升高。有研究表明，如果沉淀池配水区起端水平流速过高，沉淀池出水水质对表面负荷及积泥深度的变化会很敏感，为了保证沉淀效果，配水区的起端水平流速宜控制在0．010～0．018m/s。为了解决上述问题，本次水厂改造中，在絮凝反应池满足了G值的前提下，在反应池出水端增加淹没堰，起到整流布水方式的作用，改造了传统斜管沉淀池的配水花墙，在过渡段末端隔墙上设置上疏下密配水孔，进一步均匀布水，使反应池形成的矾花较为密实且不容易破碎，增强沉淀效果。同时出水堰出水没有立即进入斜管沉淀池，而是先通过平流式整流段(占沉淀池总长的1/3)，增加的平流段增强了沉淀池的抗冲击能力，进一步降低了水平流速，既能起到整流作用，又能降低斜管池内的上升流速，沉淀效果好，耐冲击负荷强。
3改造方案
U型斜管沉淀池通过改变斜管断面形状，缩短平行断面距离，优化斜管安装方式等几方面，提高絮体固液分离效率，改善沉泥问题，具体的设计方案及优势如下：
3.1减小斜管体积，增加过水断面
与传蜂窝斜管沉淀池相比，U型斜管片材之间无重叠，斜管片材占据的沉淀池面积不到传统蜂窝斜管的一半，大幅提高了沉淀池有效体积，延长系统沉降时间，提高固液分离效率。
3.2缩短平行片材距离，减少理论沉降时间
相对于相同孔径的六边形蜂窝斜管，U型斜管沉淀孔呈四边平行的U型，U型斜管片材间距离明显缩短，减少了絮体沉降距离和所需的理论沉降时间，从而提高固液分离效率。
3.3优化二维滑泥断面，提高排泥效率
与蜂窝斜管仅一个倾斜角度的滑泥平面相比U型斜管采用二维倾斜面，管内倾斜面阻尼系数降低，提高了沉淀污泥的滑泥效率，可避免沉淀池积泥，并降低斜管清洗难度。
3.4采用无缝安装，提高沉淀池有效利用面积
与传统蜂窝斜管组成的巨大而完整的斜管安装块体不同，U型管采用拼接安装方式，平行片材通过斜管插片卡槽固定，在沉淀池内安装无须进行切割，U型斜管采用片材组装，避免三角填充死区，大大提高了沉淀面积的利用率，降低了表面负荷，有利于固液分离。
3.5设计参数
该水厂采用U型斜管，沉淀池设计参数如表2所示。由表可知，设计参数包括表面负荷等，其中关键参数为沉淀池表面负荷、上升流速、水力停留时间、斜管尺寸及安装角度，设计值分别为斜管沉淀池表面负荷（q）：9m3/（m2·s）、斜管沉淀池上升流速1.3mm/s、水力停留时间90min、斜管直径为35mm、斜管长度为1.0m、安装水平倾角为60°。
4改造效果
4.1出水浊度
U型斜管沉淀池改造后的斜管沉淀工艺出水浊度比传统斜管沉淀池低4NTU以上，出水水质达到了设计预期，大幅降低了滤池过滤负荷，使得出厂水质能够满足新水质标准。高效沉淀池能够实现污水处理厂深度水质处理，促进水质达到一级A排放标准，并将水体中的污染物浓度有效降低，全面改善水体环境。当然，人们在应用过程中需要对运行参数进行科学分析和设置，对药剂量的使用、设备维护保养等进行到位的管理，发挥高效沉淀池的最大功能。高效沉淀池不仅可以实现微污染水的深度处理，还可以应用在工业废水预处理中，从而改善水质环境，提升污水处理效果，进而促进中水回用和污泥焚烧项目的开展，实现更大的经济效益和环境效益。
4.2沉淀池清洗情况
该水厂规模较小，抗冲击负荷能力及清水池蓄水能力弱，另因滤池反冲洗频次较高，沉淀池采用常规的彻底排空及高强度冲洗方式将对水厂供水造成压力。为避免停产冲洗造成的供水压力，该水厂沉淀池日常采用高频次/低强度的冲洗方式，即：将在保证沉淀池持续运行条件下，使沉淀池水面降至斜管表面，进行快速/低强度冲洗，整个过程在10min内完成，每月冲洗频次大约在15次/月左右。尽管该冲洗方式保障了工艺的连续运行，但冲洗频次较高，人力成本高。而沉淀池经U型斜管改造后，沉淀池冲洗频次降低至10次/月，冲洗水量也显著降低。由图7可知，沉淀池改造后，沉淀池冲洗频次降低了33%左右，因单次冲洗强度不变，同步使沉淀池冲洗水量也大幅减少，降低了水厂的自用水率。该结果说明，U型斜管因其二维断面设计，确实提高了斜管内污泥的滑泥效率，减轻了管内积泥问题，降低斜管清洗难度，节约了管理运行成本。
结语
与传统蜂窝斜管沉淀池相比，U型斜管沉淀池在理论层面通过缩短平行片材距离，有效缩短絮体沉降时间。沉淀池改造后，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），尤其出水浊度改善显著，滤后水浊度改造前后降低了45.3%，出厂水浊度降低了32.2%。
参考文献
[1]吉洁.高效沉淀工艺介绍及分析[J].科技信息，2014，（12）：163.
[2]徐中惠,李荣.水厂斜管沉淀池出水水质改善技术改造[J].供水技术,2013,7（5）:36~38
[3]陆进.高效沉淀池的技术研究与应用[J].中国资源综合利用,2017,35（10）:23~24