全康環(huán)保:摘 要：結合實(shí)際工程應用項目，介紹了復合沉淀池的衍變及運行效果。復合沉淀池是平流沉淀池和斜管沉淀池的優(yōu)化組合。首先在斜管沉淀池前增設一段12～25m長(cháng)的平流沉淀池，使大量礬花與泥渣在前端平流段沉淀，從而降低斜管沉淀池的泥量負荷，而且使位于復合沉淀池后部的斜管沉淀池前端不再積泥。其次，通過(guò)在池底配置刮泥小車(chē)、結合向上流排泥管沉淀池技術(shù)徹底解決了沉淀池排泥不暢的問(wèn)題。復合沉淀池特別適用于冬季低溫低濁、夏季高濁的水廠(chǎng)，具有結構簡(jiǎn)單、適用性強、降低運行成本、節省占地及投資等優(yōu)勢。

1 沉淀池技術(shù)應用現狀

1.1 研究背景

常規給水處理工藝流程包括混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒。其中，沉淀是從水中分離出懸浮物的基本操作單元。懸浮物顆粒的去除效率主要取決于顆粒在水體中所處的位置，粒徑相同的懸浮顆粒處在水體表面和水體中部時(shí)，其去除幾率是不同的。根據此特點(diǎn)衍生出多種類(lèi)型沉淀池。

作為傳統水處理構筑物的平流式沉淀池，具有水力條件好、沉淀效果穩定等優(yōu)點(diǎn)；但停留時(shí)間長(cháng)，尤其在處理低溫低濁水時(shí)停留時(shí)間要超過(guò)2h，占地面積大，做外圍護結構防凍投資較大。斜管沉淀池由淺池理論發(fā)展而來(lái)，具有處理效果好、停留時(shí)間短、占地面積小并適用于低溫地區等優(yōu)點(diǎn)，但對原水濁度適應性較差，且前端斜管易堵塞。在處理高濁度水的沉淀構筑物中，輻流式沉淀池的關(guān)鍵技術(shù)在于沉淀泥渣的排除，具有排泥方便的特點(diǎn)，又可作為高濃度泥沙原水的污泥濃縮池。高效沉淀池可通過(guò)污泥回流，發(fā)揮接觸絮凝的作用。在絮凝區及回流污泥中投加高分子絮凝劑有助于絮凝顆粒聚結沉淀，沉淀出水經(jīng)過(guò)斜管沉淀區，進(jìn)一步沉淀分離出水中的細小雜質(zhì)顆粒，下部設大容積污泥濃縮區定時(shí)排泥。給水處理中沉淀池設計的兩大技術(shù)難點(diǎn)是沉淀效果不穩定和排泥不暢的問(wèn)題。

針對以上技術(shù)難點(diǎn)，國內出現的多級斜管/斜板沉淀池和高效沉淀池。這兩種沉淀池都是對斜管沉淀池進(jìn)行改造，不僅結構池體發(fā)生改變，還額外增加了斜管、斜板或過(guò)濾介質(zhì)，構造復雜，但并沒(méi)有解決斜管沉淀池前端易積泥、前端斜管易損壞、排泥不暢，以及進(jìn)水水質(zhì)變化（如冬季低溫低濁，夏季高濁）所帶來(lái)的沖擊等問(wèn)題。

1.2 復合沉淀池的衍變

西安市自來(lái)水公司曲江水廠(chǎng)建于1987年，工程設計規模60×10⁴m³/d，1990年8月通水運行。2001年6月國家頒布了新的《生活飲用水衛生規范》，該規范對供水水質(zhì)提出了更高的要求。曲江水廠(chǎng)原水經(jīng)現有工藝處理，出水水質(zhì)已達不到新規范要求；再加上水廠(chǎng)經(jīng)12年的生產(chǎn)運行，部分設備已經(jīng)老化、故障頻繁，嚴重影響了水廠(chǎng)的正常運行。鑒于以上情況，曲江水廠(chǎng)改造工程從2001年開(kāi)始設計，改造工程設計規模60×104m3/d。

原有絮凝沉淀工藝(見(jiàn)圖1)為回轉隔板絮凝池，停留時(shí)間約20 min。斜管沉淀池出水最大允許濁度按照15 NTU進(jìn)行控制，清水區平均上升流速約為2.8 mm/s，實(shí)際出水濁度一般在10 NTU以下。原工藝存在的主要問(wèn)題：隔板絮凝池的絮凝效果差，易沉泥且排泥困難，尤其是渠道連接段沉泥嚴重，而且無(wú)法利用原池型進(jìn)行改造。由于原設計中考慮曲江水廠(chǎng)二期工程水處理工藝改為直接過(guò)濾工藝，即一期工程的沉淀池是以濾池外形為基礎改設為斜管沉淀池，這種設計使斜管沉淀池一直存在上升流速大、沉淀效果差、排泥不暢、配水廊道積泥難以排除等問(wèn)題。

改造工程可利用的場(chǎng)地為改造前的隔板反應池和配水廊道區域，水廠(chǎng)分為四個(gè)系列，改造時(shí)一個(gè)系列停水，其余三個(gè)系列正常運行。本次改造一方面要降低沉淀負荷，改善排泥條件；另一方面要結合現有場(chǎng)地條件，提高濾池截污能力。改造方案見(jiàn)圖2。新建混合絮凝池，增加了13m長(cháng)的平流段沉淀池及23m長(cháng)的斜管沉淀池，將新建的兩段沉淀池合建，保留原斜管沉淀池前4格，增大沉淀池的總有效面積，降低沉淀池負荷，清水區上升流速由2.8mm/s降至1.46mm/s。該方案比平流沉淀池需要的總長(cháng)減少至少30m。

改造運行后的混合沉淀池的沉淀效果、沉淀效率等各項技術(shù)性能均優(yōu)于單一的沉淀池。采用正面全斷面直接配水，有效提高了斜管沉淀池配水的均勻性，泥渣在流經(jīng)長(cháng)10～15m的區段時(shí)大部分已自由沉降，有清晰的泥水分界沉降界面線(xiàn)，高濁度原水中大量的泥沙在前端平流段內沉淀，從而降低了斜管沉淀池的負荷，保證了沉淀池的出水水質(zhì)。新建平流段和斜管沉淀池排泥統一采用池底小車(chē)刮泥，通過(guò)鋼絲繩牽引小車(chē)將泥渣刮到排泥斗，再由排泥管排出。

曲江水廠(chǎng)改造完成后，全廠(chǎng)沉淀均采用復合沉淀池，幾年的生產(chǎn)運行表明，新系統對不同季節的原水都具有較強的適應性，表現出良好的抗水量和水質(zhì)沖擊負荷的能力，有效解決了低溫低濁、大流量高濁度水難處理的問(wèn)題。

通過(guò)幾年的運行總結，曲江水廠(chǎng)最大日處理能力可達65×10⁴m³/d。2011年7月―9月雨季期間，進(jìn)廠(chǎng)原水濁度持續偏高，連續一周超過(guò)300NTU，特別是9月21日―9月23日，西安發(fā)生多年一遇的持續強降雨，致使原水最高瞬時(shí)濁度達1700NTU，這時(shí)的進(jìn)廠(chǎng)水量約2.4×10⁴m³/h，接近滿(mǎn)負荷運行，但經(jīng)過(guò)處理后出廠(chǎng)水濁度仍然控制在0.4NTU以下。

在隨后的多個(gè)給水處理工程中，這種創(chuàng )新的沉淀池形式也同樣表現出了優(yōu)異的處理效果。為了更廣泛地推廣和應用這種技術(shù)，根據設計和運行經(jīng)驗，中國市政工程西北設計研究院有限公司申請并取得了復合沉淀池專(zhuān)利（專(zhuān)利號：ZL201020526832.4）。

2 復合沉淀池技術(shù)

2.1 基本構造

該復合沉淀池為前置平流段全斷面配水斜管沉淀池，在斜管沉淀池前增設一段12～25m長(cháng)的平流沉淀池，大量礬花與泥渣在前端平流段沉淀，然后經(jīng)斜管沉淀池二次沉淀，從而降低了斜管沉淀池的泥量負荷，使斜管沉淀池前端不再積泥，前端斜管不易損壞，延長(cháng)斜管沉淀池的使用壽命，即使進(jìn)水出現低溫低濁度或高濁時(shí)，出水水質(zhì)也能穩定達標。根據設計經(jīng)驗和沉定池運行效果，建議平流段最長(cháng)25m，即可滿(mǎn)足前端礬花與泥渣的沉淀需要，然后再經(jīng)斜管沉淀池二次沉淀。復合沉淀池平面布置及剖面分別見(jiàn)圖3和圖4。

2.2 排泥管特點(diǎn)

國內給水廠(chǎng)及污水深度處理廠(chǎng)沉淀池排泥一般有多斗重力排泥、穿孔管排泥和機械排泥三種形式及其組合形式。任何一種排泥形式的最終出泥都采用排泥管排出，常規排泥管起始段都是水平布置，因此水平穿孔管孔眼易堵塞、間歇排泥時(shí)排泥管端口易堵死。

針對現有水平排泥管易堵塞的問(wèn)題，中國市政工程西北設計研究院有限公司設計出一種結構簡(jiǎn)單、排泥管不易堵塞、排泥流暢的上向流排泥管沉淀池技術(shù)（專(zhuān)利號：ZL201110188269. 3），可有效增強沉淀池的排泥效果，改善沉淀池的出水水質(zhì)。與復合沉淀池配套使用，主要在以下兩方面解決了排泥不暢的難題：

①排泥豎管進(jìn)泥端口設喇叭口。便于沉淀池泥流依靠虹吸從排泥管入口向上流入排泥管，且進(jìn)泥口不會(huì )堵塞。

②排泥管起始段是豎直管，豎直管垂直安裝于排泥斗，便于排泥。排泥斗的泥流依靠虹吸從入口向上流入排泥管（見(jiàn)圖5），間歇排泥時(shí)排泥管入口的泥流在重力作用下流回排泥斗，排泥通暢，克服了水平排泥管管口易堵塞的缺點(diǎn)，徹底解決了沉淀池排泥管入口易堵塞、排泥不暢的問(wèn)題。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

①結構簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，出水水質(zhì)更優(yōu)

復合沉淀池不額外增加斜管、斜板、過(guò)濾介質(zhì)以及其他機械設備等，只是對現有的兩個(gè)成熟池型進(jìn)行優(yōu)化組合，結構簡(jiǎn)單，容易實(shí)施。優(yōu)化組合后增強了沉淀效果，減輕了后續構筑物濾池的負荷壓力，因此提升了出水產(chǎn)品品質(zhì)。

②適用性強，抗沖擊負荷能力加強，效果穩定

復合沉淀池結合了斜管沉淀池適用冬季低溫低濁水、平流沉淀池可處理夏季高濁水的特點(diǎn)，可以適應北方和南方的不同水質(zhì)，對各種原水水質(zhì)適用范圍更廣，抗沖擊負荷能力更強，出水濁度長(cháng)期小于0.3NTU。

③改善排泥性能，提高沉淀效率

大量的礬花與泥渣在前端平流段沉淀，從而減輕了斜管沉淀池的泥量負荷，使位于復合沉淀池后部的斜管沉淀池前端不再積泥，前端斜管不易損壞；池底裝有刮泥小車(chē)等機械排泥設備，實(shí)現了對復合沉淀池的機械排泥，徹底解決了沉淀池排泥不暢的問(wèn)題，減輕了后續構筑物濾池的負荷壓力，獲得了更潔凈的處理水。

④降低運行成本

前端斜管不易損壞，延長(cháng)了斜管沉淀池的使用壽命，降低了斜管更換率；泥渣沉淀效率高，排泥通暢，減少了排泥次數、反沖洗次數，相應節約了水廠(chǎng)自用水量；排泥廢水含水率降低，廢水量減少，同時(shí)降低了廢水提升費。

⑤節省占地及投資

復合沉淀池節省了占地面積，寒冷地區相應也減少了外圍護面積，節約了投資。

⑥實(shí)施效果穩定

目前應用的幾個(gè)大型給水廠(chǎng)都已經(jīng)穩定運行多年，有北方的也有南方的，經(jīng)歷了冬季原水低溫低濁、夏季洪水高濁的考驗，沉淀池運行良好，排泥通暢，水廠(chǎng)出水濁度長(cháng)期達到0.3NTU以下，運行效果穩定，證明了此專(zhuān)利技術(shù)應用于實(shí)際工程是成功的，為我國南北方城市新建水廠(chǎng)的沉淀池設計提供了寶貴經(jīng)驗。

3 復合沉淀池技術(shù)應用

目前，復合沉淀池技術(shù)在給水處理工程中已有大量成功的工程案例，由于復合沉淀池處理效果優(yōu)異，相關(guān)應用項目也獲得了國家級、省部級的多個(gè)優(yōu)秀勘察設計獎項。復合沉淀池部分應用項目見(jiàn)表1。

3.1 經(jīng)濟效益分析

近幾年15個(gè)采用復合沉淀池的典型項目，總產(chǎn)水量為327×10⁴m³/d，年產(chǎn)水量為11.94×10⁸m³?？偨Y分析這些項目，發(fā)現復合沉淀池帶來(lái)的運行成本縮減主要體現在排泥水量減少，反沖洗次數減少，相應減少自用水量1%，按照原水費0.2元/m3估算；降低斜管更換率1%/a，斜管造價(jià)700元/m²；排泥廢水按規模的1%計，排泥含水率降低，廢水量減少30%；提升水泵揚程按15m計算，電費按0.5元/(kW?h)估算，各水廠(chǎng)年運行累計節約費用：節省原水費約238.8萬(wàn)元，減少斜管更換費約445.76萬(wàn)元，減少原水提升費用約14.89萬(wàn)元。

3.2 工程應用

3.2.1 烏魯木齊市南郊凈水廠(chǎng)工程

南郊水廠(chǎng)一期供水規模20×104m3/d，二期供水規模40×104m3/d。南郊凈水廠(chǎng)水源由烏拉泊水庫供水，烏拉泊水庫水冬季為低溫低濁，夏季洪水季節可能產(chǎn)生高濁現象，采用機械混合+折板絮凝+復合沉淀池+V型濾池工藝。在此工程應用中，復合沉淀池對高濁水處理表現出極強的短時(shí)適應性，可以承受SS為3000mg/L的高濁度短時(shí)間沖擊。

復合沉淀池（見(jiàn)圖6）單座尺寸為43.20m×29.30m×5.00m，平流段分4格，單格寬7.08m。正常負荷下平流段水平流速14.30mm/s，沉淀時(shí)間15.20min。后沉淀采用上向流斜管沉淀池，每座設置斜管沉淀池2組，單組長(cháng)30m，寬14.45m，設計上升流速1.43mm/s。長(cháng)期運行效果表明,復合沉淀池耐沖擊負荷能力強，對流量波動(dòng)不敏感。投產(chǎn)后凈水廠(chǎng)全年出水效果穩定，出水濁度<0.5NTU。

3.2.2 蘭州市水源地建設工程

蘭州市水源地建設工程是涵蓋給水處理系統中取、輸、凈、配水全流程的大型工程,水源來(lái)自黃河上游的劉家峽水庫。

彭家坪凈水廠(chǎng)供水規模100×104m3/d，是蘭州市供水歷史上投資最大、投入集中建設工期最短、技術(shù)含量最高的超大型凈水廠(chǎng)。王海梅等根據原水具有冬季低溫低濁、夏季短時(shí)高濁度的特點(diǎn)，采用機械混合+折板絮凝+復合沉淀池+氣水反沖洗濾池，再經(jīng)UV+次氯酸鈉消毒后供給用戶(hù)，并將以上構筑物綜合設計在兩座水處理設施間。

彭家坪凈水廠(chǎng)1號水處理設施間的處理規模為25×10⁴m³/d（內設一座池體，單座處理規模25×10⁴m³/d），2號水處理設施間的處理規模為50×10⁴m³/d（內設兩座池體，單座處理規模25×10⁴m³/d），池體尺寸為64.0 m×24.2 m×5.0 m，其中復合沉淀池主要設計參數為：①平流段長(cháng)19.6 m，沉淀時(shí)間18.2 min，水平流速17.95 mm/s；②斜管段長(cháng)44 m，表面負荷為5.04 m³/(m²?h)。彭家坪凈水廠(chǎng)復合沉淀池見(jiàn)圖7。

3.2.3 福建長(cháng)樂(lè )市東區水廠(chǎng)EPC工程

福建長(cháng)樂(lè )市東區水廠(chǎng)設計凈水能力10×10⁴m³/d，超負荷凈水能力12×10⁴m³/d。長(cháng)樂(lè )東區水廠(chǎng)取水口位于閩江下游咸潮河段，每年10月―次年3月經(jīng)常發(fā)生海水倒灌進(jìn)閩江內河，咸潮入侵及暴雨后短期的原水高濁度、低pH值是水廠(chǎng)面臨的主要問(wèn)題，復合沉淀池工藝在東南地區的閩江水系得到首次應用，并取得成功。

該項目的復合沉淀池單座尺寸為43.2m×29.3m×5.0m，其中平流段長(cháng)13 m，斜管段長(cháng)30m。平流段正常負荷下水平流速14.3mm/s，沉淀時(shí)間15.2min。在超負荷20％工況下，水平流速17mm/s，沉淀時(shí)間12.7min。斜管段正常負荷下設計液面負荷5.15 m³/(m²?h)，上升流速1.43 mm/s。超負荷20％工況下，設計液面負荷6.13 m³/(m²?h)，上升流速1.70 mm/s。沉后水濁度長(cháng)期低于1NTU，為濾后水濁度≤0.3NTU奠定基礎。經(jīng)檢測，出廠(chǎng)水濁度穩定在0.1NTU以下，自2012年通水以來(lái)，各項技術(shù)指標和施工質(zhì)量均達到或優(yōu)于設計要求，為保證長(cháng)樂(lè )市市民用水和城市各項事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。福建長(cháng)樂(lè )市東區水廠(chǎng)復合沉淀池實(shí)景見(jiàn)圖8。

4 結語(yǔ)

復合沉淀池通用性強，可應用于各種規模給水處理工程；沉淀效果好，適應各種原水水質(zhì)；抗沖擊負荷能力強，占地面積小，工程投資省，運行費用低，在南北方不同給水處理工程中均有成功應用，在給水處理領(lǐng)域具有明顯的先進(jìn)性和實(shí)用性，對行業(yè)的發(fā)展具有積極影響。